第四章应变式传感器应变式传感器是应用最广泛的传感器之

综合练习 一. 填空题1．根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即.敏感元件、转换元件、转换电路。

2．传感器按能量的传递方式分为有源的和无源的传感器。

3. 根据二阶系统相对阻尼系数ζ的大小，将其二阶响应分成三种情况. 1ζ>时过阻尼；1ζ=时临界阻尼；1ζ<时欠阻尼。

4. 应变计的灵敏系数k 并不等 于其敏感栅整长应变丝的灵敏度系数0k ，一般情况下，0k k <。

5. 减小应变计横向效应的方法.采用直角线栅式应变计或箔式应变计。

6. 应变式测力与称重传感器根据结构形式不同可分为:柱式﹑桥式﹑轮辐式﹑梁式和环式等。

7. 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象就称为压阻效应。

8. 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

9. 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。

10. 基于外光电效应的光电敏感器件有光电管和光电倍增管。

基于光电导效应的有光敏电阻。

基于势垒效应的有光电二极管和光电三极管。

基于侧向光电效应的有反转光敏二极管。

11. 光电倍增管是一种真空器件。

它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。

12. 光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。

它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。

13. 光电二极管与光电三极管外壳形状基本相同，其判定方法如下.遮住窗口，选用万用表R*1K 挡，测两管脚引线间正、反向电阻，均为无穷大的为光电三极管。

14. 光电耦合器是发光元件和光电传感器同时封装在一个外壳内组合而成的转换元件。

以光为媒介进行耦合来传递电信号，可实现电隔离，在电气上实现绝缘耦合，因而提高了系统的抗干扰能力。

15. 电荷藕合器件图像传感器CCD （Charge Coupled Device ），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷。

、填空题（每题3分）传感器静态性是指 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时 ，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特静态特性指标其中的线性度的定义是指 。

静态特性指标其中的灵敏度的定义是指 。

静态特性指标其中的精度等级的定义式是 传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数A ＝ΔA/Y FS ＊100％。

最小检测量和分辨力的表达式是 。

我们把 叫传感器的迟滞。

传感器是重复性的物理含意是 。

传感器是零点漂移是指 。

传感器是温度漂移是指 。

、 传感器对随时间变化的输入量的响应特性 叫传感器动态性。

、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有 时间常数 。

、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率 、阻尼比。

、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、 阻尼比。

、传感器确定拟合直线有 切线法、端基法和最小二乘法 3种方法。

、传感器确定拟合直线切线法是将 过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法 。

、传感器确定拟合直线端基法是将 把传感器校准数据的零点输出的平均值a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线为传感器特性的拟合直线 。

、传感器确定拟合直线最小二乘法是 用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的 。

、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数 ω(jω)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。

、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数ω(jω)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测在所要求 精度 的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。

、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数ω(jω)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测在所要求精度的工作段，即由 B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2 ,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。

简述应变式传感器的三类应用应变式传感器广泛应用于工业生产、结构监测和生物医学等领域。

第一类应用是工业生产领域。

在工业领域中，应变式传感器可以用于测量机械设备的应变情况，监测机器的工作状态和运行性能。

例如，通过安装应变式传感器在工业机器的关键部位，可以实时监测其受力情况，并及时预警可能的故障和损坏，从而提高机器的安全性和可靠性。

第二类应用是结构监测领域。

在建筑、桥梁、航空航天等领域中，应变式传感器被广泛应用于结构的健康监测和评估。

通过安装应变式传感器在结构体上，可以实时监测结构的应变情况，并获取结构的力学性能和变形信息。

利用这些监测数据，可以进行结构的健康状况评估，及时发现结构的损伤、疲劳和变形等问题，并采取相应的维护和修复措施，确保结构的安全可靠运行。

第三类应用是生物医学领域。

应变式传感器可以用于生物医学研究和临床医学诊断。

例如，应变式传感器可以被植入或贴附于人体组织或器官上，用于监测和记录生理信号和活动，如心率、呼吸率、肌肉运动和外界刺激等。

这些监测数据可以帮助医生了解患者的健康状况，进行疾病的诊断和治疗。

同时，应变式传感器在生物医学研究中也起到了重要作用，如研究材料力学性质、组织力学变化和运动生理等领域，为医学科学的发展提供了基础数据。

1.己知某温度传感器为时间常数T =3s 的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输出指示温差的三分之一所需的时间为( C ) sA 、3B 、1C 、1.2D 、1/32.有一只温度传感器，其微分方程为3030.15dy y x dt+=式中，y 为输出电压，mV ；x 为输入温度，°C 。

则该传感器的时间常数为（ D ）。

A 、5s ；B 、8s ；C 、15s ；D 、10s ；3.某温度传感器，其微分方程为3030.15dy y x dt+=式中，y 为输出电压，mV ；x 为输入温度，°C 。

则该传感器的灵敏度S 为（ B ）。

A 、0.5s ；B 、0.05mv/°C ；C 、15s ；D 、0.15mv/°C ；4.下列传感器中的不属于结构型传感器的是(A )A 、扩散硅压阻式压力传感器。

B 、线绕电位器式传感器。

C 、应变片式压力传感器。

D 、金属丝式传感器。

5.下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是( B )。

A 、应变式传感器B 、化学型传感器C 、压电式传感器D 、热电式传感器6.随着人们对各项产品技术含量要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展。

其中，典型的传感器智能化结构模式是( B )。

A 、传感器+通信技术B 、传感器+微处理器C 、传感器+多媒体技术D 、传感器+计算机7.传感器主要完成两方面的功能检测和(D )。

A 、测量B 、感知C 、信号调节D 、转换8.（本题为多选题）传感技术的作用主要体现在： ( ABCD )。

A 、传感技术是产品检验和质量控制的重要手段B 、传感技术在系统安全经济运行监测中得到了广泛应用C 、传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分D 、传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步9.传感技术的研究内容主要包括：( ABC )A 、信息获取B 、信息转换C 、信息处理D 、信息传输10.一阶传感器输出达到稳态值的10%到90%所需的时间是( B )。

应变式传感器实验报告一、引言应变式传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器，其主要作用是测量物体的应变量。

本实验旨在通过实验操作和数据分析，深入了解应变式传感器的原理、性能和应用。

二、实验原理1. 应变式传感器的原理应变式传感器是利用金属材料受力时会产生形变而引起电阻值的变化，从而转化成电信号输出。

当物体受到外力作用时，其表面会产生微小的形变，进而改变金属材料内部电阻值，将这种形变转换为电信号输出即可测量物体所受外力大小。

2. 实验仪器与材料（1）多功能测试仪（2）应变片（3）导线3. 实验步骤（1）将应变片粘贴在被测物体表面，并固定好。

（2）将多功能测试仪连接到计算机上，并打开相应软件。

（3）通过测试仪对被测物体施加不同大小的外力，并记录下相应的电信号输出值。

（4）根据实验数据计算出被测物体所受外力大小。

三、实验结果与分析1. 实验数据记录表外力大小（N）电信号输出值（mV）0 010 2.520 5.130 7.840 10.22. 数据分析从实验数据中可以看出，随着被测物体所受外力的增加，其电信号输出值也随之增加，呈现出一定的线性关系。

通过对实验数据进行拟合，可以得到应变式传感器的灵敏度和线性误差等性能指标。

四、实验结论与建议1. 实验结论本实验通过对应变式传感器的原理和性能进行了深入了解，并通过实验操作和数据分析验证了其可靠性和准确性。

应变式传感器在工业领域有着广泛的应用前景。

2. 实验建议（1）在实验过程中要注意被测物体表面必须平整光滑，并且应变片固定牢固。

（2）在进行数据分析时要注意选择合适的拟合方法，并对误差进行修正。

（3）在使用多功能测试仪时要仔细阅读说明书，并按照说明书操作。

五、参考文献[1] 王志勇, 马海彬, 陈明,等. 应变式传感器原理及其应用[J]. 传感器与微系统, 2010(4):1-4.[2] 黄华, 郑海峰. 应变式传感器的原理及应用[J]. 电气自动化,2012(5):25-27.。

高考 ·学科教育·二○一三年四月83电阻应变式传感器工作原理及应用海南省高级技工学校 刘 安摘 要：电阻应变式传感器是将被测非电量转变成电阻值，通过测量电阻值达到测量非电量的目的。

利用电阻式传感器可以测量形变、压力、力、位移、加速度和温度等非电量参数。

电阻应变式传感器是测量这些参数应用最广泛的传感器。

本文主要阐述了电阻应变效应、应变片、电阻应变式传感器的结构及工作原理，并简述了其应用。

关键词：电阻应变效应、应变片、电阻应变式传感器、应用。

随着科学技术的飞速发展，传感器的重要性正日益为人们所认识，国内外都已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。

目前，传感器已应用到日常生活、工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、医学诊断等广泛的领域。

可以说，传感器无处不在。

传感器是能够感受规定的被测量（物理量、化学量、生物量等）并按照一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（即电量）的装置。

而电阻应变式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器，具有灵敏度高、稳定性好等优点，因此在自动检测与控制技术领域里得到了广泛的应用。

一、电阻应变效应导体或半导体材料在受到外力作用下而产生机械形变时，其电阻值也发生相应变化的现象称为电阻应变效应。

电阻应变片的主要工作原理是基于电阻应变效应。

Sl R ρ=对于一根长为l、 截面积为S、 电阻率为ρ的金属电阻丝，其电阻值为：若金属丝在轴向受到应力的作用, 其长度变化Δl, 截面变化ΔS, 电阻率变化Δρ, 而引起电阻变化ΔR。

则可以得到以下结论：当金属电阻丝拉伸时，其电阻值增加；当金属电阻丝被压缩时，电阻值减小。

但电阻值变化的范围很小。

εK RR=∆大量实验证明，具有初始电阻R 的应变片发生应变，使电阻值发生相应的变化ΔR，则在一定的应变范围内，应变片满足式中:RR ∆为电阻变化率;k 为灵敏度系数; ε为应变值。

应变片的灵敏度系数k 主要受两个因素影响：材料的几何尺寸和电阻率。

压电式传感器一、选择填空题：1、压电式加速度传感器是〔 D 〕传感器。

A、构造型B、适于测量直流信号C、适于测量缓变信号D、适于测量动态信号2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，〔 A 〕。

A、晶体不产生压电效应B、在晶体的电轴*方向产生电荷C、在晶体的机械轴y方向产生电荷D、在晶体的光轴z方向产生电荷3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为〔 B 〕。

A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应4、天然石英晶体与压电瓷比，石英晶体压电常数〔 C〕，压电瓷的稳定性〔C 〕。

A、高，差B、高，好C、低，差D、低，好5、沿石英晶体的电轴*的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为〔D〕。

A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。

7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。

二、简答题1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？答：*些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，部就产生极化现象，相应地会在它的两个外表上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。

通常把沿电轴*－*方向的力作用下产生电荷的压电效应称为"纵向压电效应〞；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为"横向压电效应〞；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。

2、压电式传感器为何不能测量静态信号？答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。

所以压电式传感器不能测量静态信号。

3、压电式传感器连接前置放大器的作用是什么？答：前置放大器的作用：一方面把传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗，另一方面是放大传感器输出的微弱信号。

一、名词解释线性度；灵敏度；重复性；标定；零点残余电压；电畴；磁阻效应；电涡流；压电效应；光电导效应；光生伏特效应；接触电势；温差电势二、选择题1. 已知某一阶传感器的传递函数为510+s ，则该传感器的静态灵敏度和时间常数分别为[ ]。

A ．k =10，τ =5B ．k =1，τ =0.5C ．k =5，τ =0.2D ．k =2，τ =0.22. 热释电红外探测器对波长没有选择性，在用于人体防盗报警时，滤光片应只允许通过的波长范围大致为[ ]。

A ．0.8~1.3μmB ．3~5μmC ．8~12μmD ．15~20μm3. 电容式传感器采用双层屏蔽等电位传输技术的目的是为了[ ]。

A ．减少寄生电容的影响B ．减少边缘效应C ．补偿温度变化的影响D ．测量动态信号4. 压阻式传感器在某一方向上受到作用力时，它的电阻值会发生明显变化，引起这个变化的因素是[ ]。

A ．几何尺寸B ．磁导率C ．极化电荷D ．电阻率5. 为了获得较好的动态特性，在二阶传感器设计时，一般阻尼系数选择[ ]。

A ．ξ >1B ．ξ ≈ 0C ．ξ = 1D ．ξ ≈ 0.76. 利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性和灵敏度，其激励线圈半径r 与被测物体的距离x 应该满足[ ]A ．r≈x B ．r =(0.2~0.5) x C ．r << x D ．r = (0.05~0.15) x7. 要设计一个能测量-200~800℃范围的温度仪表，应选用[ ]。

A．K型热电偶B．铂热电阻C．热敏电阻D．LM35集成温度传感器8.电阻应变式传感器是应用最广泛的传感器之一，它[ ]。

A．只能测量应变B．只能测量电阻的相对变化C．可以测量所有的被测量D．可以测量能转化为应变的被测量9. 差动电容传感器采用差动脉冲调宽电路时，其输出电压正比于[ ]。

A．电源电压B．参考电压C．触发器输出的高电平电压D．触发器输出的低电平电压10. 按照传感器的一般分类方法，热电偶属于[ ]。