第2-1章 电位器式传感器

第一章 检测技术的基本概念一、填空题：1、传感器有 、 、 组成2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 与输入 的比值。

3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 。

4、下面公式是计算传感器的 。

9)-(1 %100minmax max L L ⨯-=y y Δγ 5、某位移传感器的输入变化量为5mm ，输出变化量为800mv ，其灵敏度为 。

二、 选择题：1、标准表的指示值100KPa ，甲乙两表的读书各为101.0 KPa 和99.5 KPa 。

它们的绝对误差为 。

A 1.0KPa 和-0.5KPaB 1.2、以下哪种误差不属于按误差数值表示 。

A 绝对误差B 相对误差C 随机误差D 引用误差3、 有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa ，已知绝对误差最大值∆P max=4 KPa ，则该仪表的精度等级 。

A4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。

应选购的仪表量程为测量值的 倍。

A5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 测量。

A 偏位式B 零位式C 微差式6、因精神不集中写错数据属于 。

系统误差 B 随机误差 C 粗大误差7、有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ，则仪表的最小分 格。

A45 B40 C30 D 208、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了 。

A 提高精度B 加速其衰老C 测试其各项性能指标D 提高可靠性9、传感器能感知的输入量越小，说明 越高。

A 线性度好B 迟滞小C 重复性好D 分辨率高三、 判断题1、回差在数值上等于不灵敏度 ( )2、灵敏度越大，仪表越灵敏 〔 〕3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 〔 〕4、灵敏度其实就是放大倍数 〔 〕5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 〔 〕6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字 〔 〕7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字〔〕四、问答题1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。

电位式传感器的原理和应用1. 电位式传感器的原理电位式传感器是一种常见的测量和检测物理量的传感器，它基于电压的变化来感应被测量的物理量。

以下是电位式传感器的原理：1.电阻分压原理：电位式传感器通常由一个可变电阻和一个参考电阻组成。

可变电阻的阻值会随着被测量物理量的变化而发生变化，从而改变电位器的输出电压。

根据电阻的分压规律，通过测量电位器的输出电压变化，可以间接测量物理量的变化。

2.电容变化原理：某些电位式传感器采用电容作为敏感元件。

当被测量物理量导致电容发生变化时，电位器的电荷量也会相应变化，从而改变电位器的输出电压。

通过测量电位器输出电压的变化，可以获得物理量的变化信息。

3.霍尔效应原理：还有一些电位式传感器基于霍尔效应原理进行工作。

霍尔效应是当通过具有磁场的材料时，会产生横向电势差。

电位式传感器利用霍尔元件感应磁场产生的电势差，进而测量磁场强度或位置相关的物理量。

2. 电位式传感器的应用电位式传感器广泛应用于各种领域，下面列举了几个常见的应用领域：2.1 汽车工业•节气门位置传感器：用于监测发动机的加速踏板位置，以调整发动机的进气量。

•转向角度传感器：用于测量车轮的转向角度，以提供车辆稳定性控制和方向盘辅助。

2.2 工业自动化•位置传感器：用于测量机械臂、运输系统等设备的位置，以实现精确控制和定位。

•压力传感器：用于测量压力变化，监控工业设备的状态，如液体水位、气体流量等。

2.3 医疗健康•血压传感器：用于测量患者的血压，提供医生对患者心血管状况的信息。

•呼吸监测传感器：用于监测患者的呼吸频率和深度，辅助医生判断患者的呼吸系统健康状况。

2.4 环境监测•温度传感器：用于测量环境温度，供暖、通风和空调系统进行自动控制。

•湿度传感器：用于测量环境湿度，可应用于农业控制、仓储和气象观测等领域。

2.5 其他领域•机器人技术：电位式传感器用于机器人的位置检测、姿态控制和环境感知。

•游戏设备：电位式传感器用于游戏手柄的位置和动作检测，提供沉浸感和交互性。

电位器式传感器原理
电位器式传感器是一种常见的传感器技术，其原理基于电位器的工作原理。

电位器是由一个可调节的电阻器组成的，通过调节电位器的移动部分，可以改变电阻器的阻值。

当外部引入变量作用于电位器上时，移动部分的位置将发生改变，从而改变电阻器的阻值。

在电位器式传感器中，外部引入的变量可以是温度、压力、光强等物理量。

以温度传感器为例，传感器中的电阻器受到温度的影响，电阻值随着温度的变化而发生变化。

为了测量电位器的阻值变化，通常会将一个电压加到电位器的两端，并使用一个电压分压电路来测量电位器上的电压。

电压分压电路可以将电位器上的电压转换为与电位器阻值成比例的电压输出。

通过测量电位器上的电压输出，可以推导出外部引入变量的数值。

例如，在温度传感器中，通过校准和电阻值-温度曲线的
关系，可以得出温度的数值。

总结来说，电位器式传感器的原理是基于电位器的电阻值随外部引入变量的改变而变化，通过测量电位器上的电压输出来推导出外部变量的数值。

这种传感器原理广泛应用于测量和控制领域。

第2章电阻式传感器电阻式传感器的基本原理是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和装置显示或记录被测量值的变化。

按其工作原理可分为电位器式、应变式和固态压阻式传感器三种。

2.1电位器式传感器电位器是一种人们熟知的机电元件，广泛用于各种电气和电子设备中。

在仪表与传感器中，它主要是作为一种把机械位移输入转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件来使用的。

利用电位器作为传感元件可制成各种电位器式传感器，用以测定线位移或角位移，以及一切可能转换为位移的其他被测物理量参数，如压力、加速度等。

此外，在伺服式仪表中，它还可用作反馈元件及解算元件，制成各种伺服式仪表。

电位器的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、输出特性精度高(可达0.1%或更高)且稳定性好，可以实现线性及任意函数特性；受环境因素(温度、湿度、电磁干涉、放射性)影响较小；输出信号较大，一般不需放大。

因此，它是最早获得工业应用的传感器之一。

伹它也存在一些缺点，主要是存在摩擦和磨损。

由于有摩擦，因而要求敏感元件有较大的输出功率，否则会降低传感器的精度，又由于有滑动触点及磨损，则使电位器的可靠性和寿命受到影响。

另外线绕电位器分辨力较低也是一个主要缺点。

目前电位器围绕着减小或消除摩擦、提高使用寿命和可靠性、提高精度和分辨力等而不断得到发展。

目前电位器虽然在不少应用场合已被更可靠的无接触式的传感元件所代替，但其某些独特的性能仍然不能被完全取代，在同类传感元件中仍然占有一定的地位。

电位器的种类极其繁多。

按其结构形式不同，可分为绕线式、薄膜式、光电式、磁敏式等。

在绕线电位器中，又可分为单圈式和多圈式两种。

按其特性曲线不同，还可分为线性电位器和非线性(函数)电位器两种。

如图2-1所示为常用电位器式传感器。

图2-1 电位器传感器2.1.1线性电位器1. 电位器的理想特性、灵敏度图 2-2所示为电位器式位移传感器原理图。

如果把它作为变阻器使用，且假定全长为max x 的电位器其总电阻为max R ，电阻沿长度的分布是均匀的，则当滑臂由A 向B 移动x 后，A 到滑臂间的阻值为max max x xR R x =若把它作为分压器使用，且假定加在电位器A 、B 之间的电压为max U ，则输出电压为max max x xU U x =图2-3所示为电位器式角度传感器。

{6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。

A. 金属丝式B. 金属箔式C. 电阻应变仪D. 固态压阻式传感器7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择的测量转换电路。

AA 单臂半桥 B 双臂半桥C全桥四臂全桥8、测量温度不可用传感器。

A. 热电阻B. 热电偶C. 电阻应变片D.热敏电阻A 提高测量灵敏度B 减小非线性误差C 提高电磁兼容性D 减小引线电阻影响、9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。

灵敏度。

A.减小B. 增大C. 不变10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。

A.减小B. 增大C. 不变11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。

A.减小B. 增大C. 不变12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。

A. CO2B. N2C. 气体打火机间的有害气体D 锅炉烟道中剩余的氧气。

…13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。

A 提高灵敏度B 防止产生极化、电解作用C 减小交流电桥平衡难度14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可用传感器来测量A应变片B热敏电阻 C 气敏电阻D湿敏电阻15、某NTC的特性如图曲线1所示。

将它与电视机的显像管的灯丝串连，求：（1）指出各曲线代表的电阻。

（2）在室温（25℃）时的阻值为_____Ω，在150℃时的阻值为_____Ω。

（3）电视机上电的瞬间，流过显像管灯丝的电流接近于_____。

当该PTC的温度上升到150℃（PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内），显像管的【灯丝电流显著_____（增大/减小）。

采用该电路，可以达到使显像管_____（快/慢）启动的目的。

三、问答题1、解释应变效应、压阻效应。

2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。

电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么四、分析与计算题1、有一等截面圆环受力如图所示，为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片，请在图上随意画出环上四应变片的位置编号，并说明各自产生的应变类型及对应变片阻值的影响2、采用阻值R=120 灵敏度系数K=的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。

第一章传感器技术基础1、传感器是将（）量转化为与之有确定对应关系的，便于应用的另一种量的（）装置。

2、传感器一般由（）元件和（）元件组成。

3、在采用直线拟合线性化时，传感器输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，通常用相对误差γL来表示，称为( ),其计算公式为（）。

4、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，( )的变化量与 ( )的变化量的比值。

对线性传感器来说，其灵敏度是( )。

5. 用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。

下列属于这类传感器的是（）A、红外报警装置B、走廊照明灯的声控开关C、自动洗衣机中的压力传感装置D、电饭煲中控制加热和保温的温控器6、属于传感器动态特性指标的是（）A. 重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率7、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( )A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨率越高8、非线性度是表示校准曲线( )的程度。

A.接近真值B.偏离拟合直线C.正反行程不重合D.重复性9、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。

10、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：0.45Ω/℃电桥：0.02V/Ω放大器：100(放大倍数)笔式记录仪：0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。

11、有一个电位器式位移传感器（线性），其线圈总电阻是10Ω，电刷最大行程4mm。

若最大消耗功率不允许超过40W，传感器所用激励电压为允许的最大激励电压，试确定输入位移量为1.2mm时的输出电压值。

12、名词解释：（1）传感器的静态特性（2）传感器的动态特性第二章电阻式传感器1.要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的________相等。

2.电阻式传感器的主要类型有___、____、_____ 等三种。

第1章 传感器基础知识1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。

我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。

从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

我国国家标准对传感器的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。

定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。

按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。

2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。

答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。

②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的 装置。

④变送器：能输出标准信号的传感器关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。

传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。

第二章:传感器特性 何谓传感器的静态特性，传感器的主要静态特性有哪些? 静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。

主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

(1) 线性度指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。

(2) 灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。

其定义为输出量的增量Δy 与引起该增量的相应输入量增量Δx 之比。

它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S 值越大，表示传感器越灵敏.(3) 迟滞传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。

电位器式传感器名词解释(一)电位器式传感器1. 什么是电位器式传感器电位器式传感器是一种基于电位器原理的传感器，通过测量电阻器的阻值变化来实现对外界环境的感知和测量。

其工作原理是通过改变电位器的滑动位置或长度，从而改变电阻值，进而反映出被测量物理量的变化。

2. 常见的电位器式传感器类型•线性电位器式传感器：线性电位器式传感器是一种能够产生连续线性变化输出的传感器。

常见的应用包括机械位移测量、角度测量等。

例如，大多数旋钮都采用线性电位器式传感器来实现对音量、亮度等的控制。

•旋转电位器式传感器：旋转电位器式传感器是一种能够通过旋转动作改变电位器滑动位置或长度的传感器。

常见的应用包括电子设备中的旋钮、电流调节器等。

例如，电子琴的音量调节旋钮就是一种旋转电位器式传感器。

•位移电位器式传感器：位移电位器式传感器是一种能够通过测量物体位移或位置变化来改变电位器滑动位置或长度的传感器。

常见的应用包括汽车的油门位置传感器、工业机械的位置控制等。

例如，汽车上的油门踏板会通过位移电位器式传感器来将踏板位置转换为汽车的加速度。

3. 电位器式传感器的优势和局限性•优势：–简单可靠：电位器式传感器结构简单，工作原理清晰，可靠性高。

–高精度：电位器式传感器可以实现较高的测量精度。

–低成本：与其他类型的传感器相比，电位器式传感器具有较低的成本。

•局限性：–有限的寿命：电位器式传感器因为滑动摩擦等原因，会存在一定的寿命限制。

–分辨率有限：电位器式传感器的分辨率相对于其他类型的传感器可能较低。

–受环境干扰：电位器式传感器容易受到环境因素的影响，例如温度、湿度等。

4. 总结电位器式传感器是一种基于电位器原理的传感器，常见的类型包括线性电位器式传感器、旋转电位器式传感器和位移电位器式传感器。

它具有简单可靠、高精度和低成本的优势，但也存在寿命有限、分辨率有限和受环境干扰等局限性。

在不同的应用场景下，可以根据需求选择适合的电位器式传感器类型。

电位器式传感器的组成及工作原理
     定义：将机械位移（线位移或角位移）转换为与其成一定函数关系的电阻或电压的机电传感元件。

一、基本组成
      电位器由电阻、电刷等元件组成，如图1所示。

电位器结构简单、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数，缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨
损。

图1 电位器结构原理图
二、工作原理
     当被测量发生变化时，通过电刷触点在电阻元件上产生移动，该触点与电阻元件间的电阻值就会发生变化，即可实现位移(被测量)与电阻之间的线性转换。

三、转换电路
转换电路的作用：
    (1) 作变阻器用，如图2 a所
      (2) 作分压器用，如图2 b 所示。

(a) 变阻电路(b) 分压电路
      当电刷在电阻元件上滑动时，U0在零和Ui之间变化，故称分压器。

而从电位角度看，A点对参考点O的电位随电刷位置的变化而变化。