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《传感器》讲义一、什么是传感器在我们生活的这个科技飞速发展的时代，传感器扮演着至关重要的角色。
简单来说，传感器就是一种能够感知和检测各种物理量、化学量或生物量，并将其转换成可测量和可处理的电信号或其他形式信号的装置。
传感器就像是我们人体的感觉器官，能够“感受”到周围环境的变化。
比如，我们的眼睛能看到光，耳朵能听到声音，皮肤能感受到温度和压力。
而传感器则可以像这些感觉器官一样，感知温度、湿度、光照、声音、压力、位置、速度等各种各样的信息。
传感器的应用范围极其广泛，从我们日常使用的智能手机、智能家居设备，到工业生产中的自动化控制系统、医疗领域的医疗器械，再到航空航天、交通运输等众多领域，都离不开传感器的身影。
二、传感器的工作原理要理解传感器是如何工作的，我们首先需要了解一些基本的物理和化学原理。
大多数传感器都是基于某些特定的物理效应或化学反应来工作的。
比如，温度传感器通常利用热敏电阻、热电偶或半导体材料的温度特性来测量温度。
当温度发生变化时，这些材料的电阻、电势差或其他电学特性也会相应地发生改变，通过测量这些电学特性的变化，就可以确定温度的数值。
压力传感器则常常基于应变片的原理工作。
当受到压力作用时，应变片会发生形变，从而导致其电阻值发生变化。
通过测量电阻的变化，就能够计算出所施加的压力大小。
而在化学传感器中，例如气体传感器，可能会利用某些化学物质与特定气体发生反应时产生的电学、光学或其他性质的变化来检测气体的浓度。
三、传感器的分类由于传感器能够检测的物理量和化学量种类繁多，因此传感器也有许多不同的类型。
按照被测量的物理量分类，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、位置传感器、速度传感器等等。
如果按照工作原理来分类，传感器则可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁电式传感器等等。
此外，还有按照输出信号类型分类的，比如模拟式传感器和数字式传感器；按照使用场景分类的，如工业用传感器、家用传感器、医疗用传感器等等。
18103317第0章 绪论1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3．了解传感器的分类方法。
第1章 传感器技术基础1 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些?说明它们的含义。
2 计算传感器线性度的方法有哪几种？3 什么是传感器的静态特性和动态特性?为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?第2章 电阻应变式传感器1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同?试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。
2 金属应变计的结构、类型和组成？3 简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿方法。
4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
增．比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路的输出灵敏度和线性度。
8 一试件受力后的应变为3102-⨯；丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值120Ω，温度系数为/10506-⨯-℃，线膨胀系数为/10146-⨯℃；试件的线膨胀系数为/10126-⨯℃。
试求：温度升高20C 时，应变计输出的相对误差。
第3章 变磁阻式传感器1比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同之处。
4变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于什么场合?它们各有什么优缺点? 6 差动式电感传感器测量电路为什么经常采用相敏检波3－15（a ）(或差动整流（3－27（b ）)电路?试分析其原理。
13 用反射式电涡流传感器测量位移(或振幅)时对被测体要考虑哪些因素?为什么?增1. 什么是电涡流效应？涡流的分布范围。
电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？第4章 电容式传感器1 电容式传感器可分为哪几类?各自的主要用途是什么?4 电容式传感器的测量电路主要有哪几种?各自的目的及特点是什么?使用这些测量电路时应注意哪些问题?7 试计算图P4-1所示各电容传感元件的总电容表达式。
9 变间隙(极距)式电容传感元件如图P4-3所示。
若初始极板距离mm 10=δ，当电容C 的线性度规定分别为0.1％、1.0％、2.0％时，求允许的间隙最大变化量?max =∆δ10 有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm，假设与被测工件的初始间隙δ0=0.3mm，试求：1)若极板与工件的间隙变化量Δδ=±10μm时，电容变化量为多少?2)若测量电路的灵敏度K0=100mV／pF，则在Δδ=±1μm时的输出电压为多少?第5章磁电式传感器（磁电感应式、霍尔式、磁敏元件）1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线性的原因。
传感器原理及应用教程专用学习教案教案内容：一、教学内容：本节课主要讲解传感器原理及应用，教材章节为第五章第一节《传感器的基本原理与分类》。
内容包括：传感器的定义、分类、基本原理，以及常见传感器的特点与应用。
二、教学目标：1. 让学生了解传感器的定义和分类，掌握传感器的基本原理。
2. 使学生熟悉常见传感器的特点和应用，提高实际操作能力。
3. 培养学生的创新意识和团队协作能力。
三、教学难点与重点：重点：传感器的基本原理，常见传感器的特点与应用。
难点：传感器的工作原理和实际应用中的问题解决。
四、教具与学具准备：教具：多媒体教学设备、传感器实验装置。
学具：实验手册、笔记本、测量工具。
五、教学过程：1. 实践情景引入：通过展示一辆智能汽车，让学生思考汽车是如何感知周围环境的。
2. 理论知识讲解：（1）传感器的定义：传感器是一种能够感受非电学量并将其转换为电学量的装置。
（2）传感器的分类：按工作原理可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器等。
（3）传感器的基本原理：传感器的工作原理主要包括转换原理、检测原理和处理原理。
3. 例题讲解：以温度传感器为例，讲解其工作原理、特点和应用。
4. 随堂练习：让学生分析不同类型的传感器在实际应用中的优缺点。
5. 实验操作：分组进行传感器实验，让学生亲身体验传感器的工作原理和应用。
6. 课堂讨论：让学生分享实验心得，讨论传感器在实际应用中可能遇到的问题及解决方法。
六、板书设计：传感器的基本原理与分类1. 传感器的定义2. 传感器的分类3. 传感器的基本原理转换原理检测原理处理原理4. 常见传感器的特点与应用七、作业设计：1. 请列举三种常见的物理传感器，并简要介绍其工作原理和应用。
答案：温度传感器、压力传感器、光敏传感器。
2. 请分析一只智能家居系统中，湿度传感器和光照传感器的作用。
答案：湿度传感器用于监测室内湿度，光照传感器用于监测室内光照强度，以调节家居设备的工作状态，提高生活质量。
-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 传感器与检测技术概论作业与思考题1．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。
依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V求：S ；解：根据式（1-3） 有：15.45.55.35.21212-=--=--=∆∆=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。
2．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。
所对应的温度变化值。
依题意：已知S 1=0.35Ω/℃； S 2=0.01V/Ω； S 3=100； S 4=0.1cm/V ； ΔT=4cm求：S ；ΔT解：检测系统的方框图如下：ΔT ΔR ΔU 1 ΔU 2 ΔL（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=0.35×0.01×100×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为：TL S ∆∆=所以：29.114035.04==∆=∆S L T （℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃；记录笔尖位移4cm 时，对应温度变化114.29℃。
3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃，引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？依题意，已知：R=600℃； δ1=2.5%； δ2=2.0%； δ3=1.5%； L=500℃； γM =2.5% 求：γM1 γM2 γM3解：铂电电桥放大记录（1）根据公式（1-21）%100⨯∆=Rδ 这三台仪表的最大绝对误差为：0.15%5.26001=⨯=∆m ℃0.12%0.26002=⨯=∆m ℃0.9%5.16003=⨯=∆m ℃（2）根据公式（1-19）%100L 0⨯∆=γ 该三台仪表在500℃时的最大相对误差为：%75.2%10050015%10011=⨯=⨯∆=L m m γ %4.2%10050012%10012=⨯=⨯∆=L m m γ %25.2%1005009%10013=⨯=⨯∆=L m m γ 可见，使用2.0级的仪表最合理。
传感器原理及其使用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。
2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量和输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。
4. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。
5．二、计算分析题1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。
2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。
作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章电阻应变式传感器一、选择、填空题1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。
直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。
2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。
3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法＿。
4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。
5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍6．电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除线性误差同时还能起到温度补偿的作用。
7、二、计算分析题1 说明电阻应变测试技术具有的独特优点。
(1)这类传感器结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；(2)易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；(3)灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4)可以测量各种物理量。
K= 项目一力传感器力传感器是能将能感受外力并转换成可用输出信号的传感器。
常见的力传感器是电阻应变式传感器和压阻式压力传感器。
知识链接：一、电阻应变片1、电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
此处插入动画：元素有万用表，金属箔式应变片，表笔接金属箔两端，拉伸金属箔，万用表欧姆档数值变化。
2、应变片的分类和结构电阻应变片按材料分为金属导体应变片和半导体应变片。
二者的应变灵敏度不同。
应变灵敏度是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
（1）、金属导体的应变灵敏度K主要取决于其几何效应；可取dR其灵敏度系数为：金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
（2）、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R3d pp半导体材料之所以具有较大的电阻变化率，是因为它有远比金属导体显著得多的压阻效应。
在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。
不同材质的半导体材料在不同受力条件下产生的压阻效应不同，可以是正（使电阻增大）的或负（使电阻减小）的压阻效应。
也就是说，同样是拉伸变形，不同材质的半导体将得到完全相反的电阻变化效果。
半导体材料的电阻应变效应主要体现为压阻效应，其灵敏度系数较大，一般在100到200左右。
此处插入：元素是具有温度自补偿的金属箔式应变片和半导体应变片图片。
3、应变片的粘贴金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为）.025mm左右的金属丝或金属箔制成，如下图所示。
(b) 箔式应变片 4、单臂电桥、半桥、全桥测量转换电路为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。
