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第4讲 传感器教材知识萃取1. 如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图,其中酒精气体传感器的电阻值R'的倒数与酒精气体的浓度c 成正比。
电压表示数为U ,则下列说法正确的是A .c 与U 成反比B .U 越大,表示酒精浓度c 越小C .酒精气体传感器把电信息转化成非电信息D .当醉酒人员对传感器呼气时,U 变大1.D 由题意可知,传感器的电阻R'与酒精气体的浓度c 之间的关系为R'=��,其中k 为常量。
由闭合电路的欧姆定律得I =��+�0+�+�′,所以U =IR 0=��0�+�0+�+��,c 与U 不成反比,A 错误;酒精浓度c 越大,U 越大,B 错误,D 正确;酒精气体传感器把非电信息(酒精气体浓度)转化成电信息(电压),C 错误。
答案2. 一种指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。
该传感器上有大量面积相同的小极板,当手指贴在传感器上时,这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器,传感器给所有电容器充电后使所有电容器达到某一特定的电压值,由于指纹的凸起和凹下处相对于小极板的距离不同,识别器中不同位置的电容器的电容值也不相同,根据电容器放电快慢的不同,就可以探测指纹信息,从而形成指纹图像数据。
下列说法正确的是A.用指纹的照片蒙在传感器上,也可以实现手机解锁功能B.指纹凹下处电容器的电容较大C.指纹凸起处电容器所带电荷量较大D.潮湿的手指对指纹识别没有影响答案2.C 用指纹的照片蒙在传感器上,由于没有指纹的凸起和凹下处,因此不能形成电容值不同的电容器,不可以实可知,该处电容器的电容较小,同理,现手机解锁功能,选项A错误;指纹凹下处电容器两极板间距离较大,由C=�r�4�π�指纹凸起处的电容器电容较大,由Q=CU可知,该处电容器所带电荷量较大,B错误,C正确;潮湿的手指指纹之间可能被水填充,指纹凸起和凹下处可能不会形成电容差别,所以可能会对指纹识别有影响,选项D错误。
一、生活中的感测技术教案二、章节名称：第一章感测技术概述三、教学目标：1. 让学生了解感测技术的概念和作用。
2. 让学生掌握感测技术的基本原理和常用方法。
3. 培养学生对感测技术的兴趣和好奇心。
四、教学内容：1. 感测技术的定义和分类。
2. 感测技术的基本原理。
3. 常用感测方法及其应用。
五、教学过程：1. 导入：通过生活中的实例，引导学生思考感测技术的作用和重要性。
2. 讲解：介绍感测技术的定义、分类和基本原理。
3. 演示：展示常用感测方法及其应用。
4. 实践：让学生动手尝试使用感测技术，如温度计、测速仪等。
5. 总结：强调感测技术在生活中的应用和价值。
六、教学评价：1. 学生对感测技术的理解和掌握程度。
2. 学生对感测技术的兴趣和好奇心。
3. 学生在实践中的操作能力和问题解决能力。
七、教学资源：1. 感测技术相关教材或资料。
2. 感测设备如温度计、测速仪等。
3. 教学PPT或黑板。
八、教学建议：1. 在讲解感测技术的基本原理时，可以结合生活中的实例进行解释，帮助学生更好地理解和记忆。
2. 在实践环节，可以组织学生进行小组合作，互相学习和交流，提高学生的操作能力和问题解决能力。
3. 在教学过程中，鼓励学生提问和发表自己的观点，激发学生的学习兴趣和主动性。
九、教学反思：在教学结束后，对教学效果进行反思，看是否达到预期的教学目标，学生对感测技术的理解和掌握程度如何，有哪些需要改进的地方。
十、课后作业：1. 复习感测技术的基本原理和常用方法。
2. 思考感测技术在生活中的应用和价值。
3. 选择一种感测技术，深入了解其原理和应用，下节课分享给同学。
六、章节名称：第二章温度感测技术七、教学目标：1. 让学生了解温度感测技术的基本原理。
2. 让学生掌握常用温度感测仪器及其使用方法。
3. 培养学生对温度感测技术的应用和实际意义的认识。
八、教学内容：1. 温度感测技术的原理。
2. 常用温度感测仪器及其特点。
3. 温度感测技术在生活中的应用实例。
《传感器与现代检测技术》复习参考前言知识点第一章概论1、检测的定义2、传感器的定义、组成、分类传感器(狭义):能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件.传感器(广义):是信号检出器件和信号处理部分的总称.传感器的分类：按测量的性质划分:位移传感器,压力传感器,温度传感器等.按工作的原理划分:电阻应变式,电感式,电容式,压电式,磁电式传感器等.按测量的转换特征划分:结构型传感器和物性型传感器.按能量传递的方式划分:能量控制型传感器和能量转换型传感器.3、检测系统的静、动态性能指标静态特性可用下列多项式代数方程表示：y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+a n x n式中：y—输出量；x—输入量；a0—零点输出；a1—理论灵敏度；a2、a3、… 、an—非线性项系数。
1）线性度：指输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度,又叫非线性误差.2）灵敏度：指传感器的输出量增量与引起输出量增量的输入量的比值.3）迟滞：指传感器在正向行程和反向行程期间,输出-输入曲线不重合的现象.4）重复性：指传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时,所得特性曲线不一致性的程度.5）分辨率：指传感器在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量.6）稳定性：指传感器在室温条件下,经过相当长的时间间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异.7）漂移：指传感器在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的变化,包括零点漂移和灵敏度漂移等.4、传感器的动态特性1）瞬态响应法2）频率响应法第二章常用传感器1、电阻式传感器（1）基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。
（2）电阻应变片结构（3）应变效应电阻应变片满足线性关系：，S即为应变片灵敏系数，或用K表示，K=1+2μ。
半导体应变片满足： （4）测量电路A ．直流电桥 （电桥形式（单臂、双臂、全桥）、输出电压表达式、电压灵敏度、应变片的位置安放）见课后习题P242 3.5 B ．交流电桥（5）温度误差原因及补偿方法2、 电容式传感器（1） 结构、原理 （2） 类型：变极距型：非线性误差大，适用于微小位移量测量变极板面积型：面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。
一、选择填空：1.变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（ A ）A. 增加B.减小C.不变2.电容传感器的输入被测量与输出量间的关系，除（ B ）外是线性的。
A 变面积型B 变极距型C 变介电常数型3.测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用：( C )A. 应变传感器B. 电感传感器C. 电容传感器4.差动变压器一般具有几个线圈：( C )A. 1个线圈B. 2个线圈C. 3个线圈5.测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用：( C )A. 应变传感器B. 电感传感器C. 电容传感器6.测量油库储油罐内油的液位高度，适于采用：( B )A 电阻应变传感器B电容液位传感器C磁电液位开关7.电容式液位传感器属于下列那一种型式：( C )A变极距型B变面积型C变介质型8.对生产流水线上的塑料零件进行自动计数，可采用的传感器为：( )A 光电传感器B 霍尔传感器C 电容传感器9.（ A ）传感器属于无源型传感器。
A．压电式B．霍尔式C．电感式D．电容式10.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化为（ C ）的输出。
A．电阻B．电容C．电压D．电荷11.半导体应变片具有（ A ）等优点。
A．灵敏度高B．温度稳定性好C．参数一致性高D．接口电路简单12.当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称（ B ）A.光电效应B.压阻效应C.压电效应D.霍尔效13.导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生相应变化的现象，称（ A ）A. 应变效应B.光电效应C.压电效应D.霍尔效应14.差动变压器式传感器可测出微小位移，如想分辨出位移的方向，则应在电路中加（ C ）电路。
A.调频电路B.放大电路C.相敏检波电路D.交流电桥15.电感式和电容式传感器采用差动连接的目的是（ D ）。
A．改善回程误差B．提高固有频率C．提高精度D．提高灵敏度16.2: 电容传感器做成差动式之后，灵敏度（1 ），而且非线性误差（2 ）。
（ B ）A.1提高，2增大B.1提高，2减小C.1降低，2增大D.1降低，2减小17.光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 阻值(亮电阻)急剧（1 ），电路中电流迅速（2 ）。
( C )。
A.1增大，2减小B.1增大，2增大C.1减小，2增大D.1减小，2减小18.电涡流式传感器激磁线圈的电源是（ C ）。
A 直流B 工频交流C高频交流D低频交流19.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( D )A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨力越高20.封装在光电隔离耦合器内部的是( D )A. 两个发光二极管B.一个光敏二极管和一个光敏三极管C. 两个光敏二极管D.一个发光二极管和一个光敏三极管21.电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出（C ）的靠近程度。
A. 人体B. 水C.金属零件D. 塑料零件22.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中（B ）A. 电容和电感均为变量B. 电容是变量，电感保持不变C. 电容保持常数，电感为变量D. 电容和电感均保持不变23.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量（C ）A. 人的体重B. 车刀的压紧力C. 车刀在切削时感受到的切削力的变化量D. 自来水管中的水的压力24.将电阻应变片贴在( C )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。
A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件25.通常用差动变压器传感器测量（ A ）。
A．位移B．振动C．加速度D．厚度二、填空1.霍尔集成电路按输出信号的类型不同，可分为（模拟信号）和（开关信号）两类。
2.块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称（电涡流）传感器；这种传感器只能测量（金属）物体。
3.电涡流传感器的线圈与被测物体的距离减少时，互感系数M将（增大）。
4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是（金属材料）。
5.利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量等转换成线圈的（自感）或互感量的变化，这种装置称为（电感式）传感器。
6.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出（的电参数）与输入（的非电量的物理量之间）的比值。
对线性传感器来说，其灵敏度是（一个常数）。
7、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；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K下降了，这种现象称为（横向）效应。
8、螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压（不为零），我们把这个不为零的电压称为（零点残余电压）电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用（相敏检波）电路。
9、传感器的输入输出特性指标可分为（静态）和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的（静态）指标，而频率响应特性是传感器的（动态）指标。
10、采用（交流）电源供电的电桥称为交流电桥。
11、采用（直流）电源供电的电桥称为直流电桥。
三、判断对错（正确：√，错误：×）1.接触式传感器将会产生测量力，从而带来测量误差，影响测量精度。
( ×)2.半导体应变传感器的灵敏度远远高于金属应变传感器，主要是因为半导体材料的压阻效应占主要地位。
( √)3.用于测量金属板材厚度的电涡流传感器，常采用两个测头和较高的激励频率，以便满足大多数板材厚度的测量需求。
( √)4.电荷放大器是将传感器输出的电荷进行放大的前置放大器，由于它可以使用较长的电缆并不受分布电容的影响，因而收到欢迎。
( ×)5.压电式力传感器既可以测量静态力，也可以测量动态力。
( ×)6.热敏电阻的电阻值将随着温度的升高而下降。
( ×)7.由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不宜用作精密测量元件。
( √)8.由于光电池的开路输出电压与光强成正比，因此可以用于测量光强。
( ×)9.电感式位移传感器由于属于接触式测量，所以不适于高频动态位移的测量。
( ×)10.调频式电感传感器转换电路由于输出信号是脉冲信号，因此抗干扰能力强，易于数字化和远距离传输信号。
( √)11.如果电容传感器的电缆丢失了，更换另一个电缆后，可以不必对测量系统重新进行标定，也可直接使用。
( ×)12.由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不宜用作测量元件。
但由于光敏电阻的响应时间很短，因此可以用作高速光电开关。
( √)13.迟滞(或称迟环)特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出和输入特性曲线不重合的程度。
（√）14.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号（×）15.电子秤所使用的测力装置是力传感器（√）四、简答题：1、传感器的定义？能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用的输出电信号的器件或装置。
2、传感器由哪几部分组成？各部分的作用？传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种量的元件。
转换元件：敏感元件的输出量就是转换元件的输入量，转换元件把输入量转换成电路参量。
转换电路：把转换元件的输出电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
3、用什么来描述传感器的基本特性？用动态特性和静态特性来描述传感器的基本特性。
4、什么是传感器静态特性？传感器静态特性的主要技术指标有哪些？传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。
静态特性的主要技术指标有线性度、灵敏度、迟滞性、重复性、分辨率、漂移等。
5、什么是传感器动态特性？动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。
主要动态特性的性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域频率特性性能指标6、什么是传感器的标定？传感器的标定是指在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度。
7、传感器的标定分为几种？分为动态标定和静态标定两种。
8、什么是应变效应？导体或半导体材料在受到外界力（拉力或压力）作用时，将产生机械变形，机械变形会导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值变化的现象成为“应变效应”。
9、电阻应变片的测量电路有哪些？各有何特点？请画出相应电路示意图？电阻应变片的测量电路分直流电桥和交流电桥两种电路，其中直流电桥电路又分为单臂电桥、差动半桥和差动全桥电路。
单臂电桥：R R EU o ∆=4，有温漂。
差动半桥：RR E U o ∆=2，有温度补偿作用。
差动全桥：RR E U o ∆=，有温度补偿作用。
电路略：10、什么是正压电效应？某些电介质物质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种将机械能转变为电能的现象称为“正压电效应”。
11、什么是逆压电效应？在电介质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失。
这种将电能转化为机械能的现象称为“逆压电效应”12、举例说明“正压电效应”和“逆压电效应”在实际中的应用？13、压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？一种是电压放大器，其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。
电荷放大器是一个高增益，带电容反馈的运算放大器。
14、测量的定义？测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。
15、什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：绝对误差是测量结果与真值之差，即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比，常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示，即：相对误差=绝对误差/测量值×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示，即: 引用误差=绝对误差/量程×100%几种？各自的输出电压如何计算？答：如图所示电路为电桥电路。
若电桥电路的工作电源E为直流电源，则该电桥称为直流电桥。
按应变所在电桥不同的工作桥臂，电桥可分为：⑴单臂电桥电路，R 1为电阻应变片，R 2 、R 3、R 4为电桥固定电阻。
其输出电压为。
⑵差动半桥电路，R 1、R 2为两个所受应变方向相反的应变片，R 3 、R 4 为电桥固定电阻。
其输出电压为：。
⑶差动全桥电路，R1、R2、R3、R4 均为电阻应变片，且相邻两桥臂应变片所受应变方向相反。
其输出电压为：。
