传感器与检测技术基础知识

第1章 传感器与检测技术基础检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。

而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要手段。

我们已经知道，对于电量参数的测量具有测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算机方便地连接进行数据处理、也可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等一系列优点。

但是在工程上和实际的测量中，所需要测量的参数往往有相当大的部分为非电量，例如温度、位移、压力、流量等，所以通常就把将这些非电量转换为电信号输出的装置或设备称为传感器。

传感器与检测技术是一门随着现代科学技术发展而迅猛发展的综合性技术学科，广泛应用于人类的社会生产和科学研究中，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要技术。

检测的基本任务就是获取有用的信息，通过借助专门的仪器、设备，设计合理的实验方法以及进行必要的信号分析与数据处理，从而获得与被测对象有关的信息，最后将结果提供显示或输入其他信息处理装置、控制系统。

因此，传感器与检测技术属于信息科学范畴，它与通信技术、计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”，是信息技术的三大支柱(传感技术、通信技术和计算机技术)之一。

检测技术的发展与生产和科学技术的发展是紧密相关的，它们互相依赖、相互促进。

现代科技的发展不断地向检测技术提出新的要求，推动了检测技术的发展。

与此同时，检测技术迅速吸取各个科技领域(如材料科学、微电子学、计算机科学等)的新成果，开发出新的检测方法和先进的检测仪器，同时又给科学研究提供了有力的工具和先进的手段，从而促进了科学技术的发展。

在各种现代机械设备的设计和制造中，检测技术的成本已达到设备系统总成本的50%～70%。

据资料统计：一辆汽车需要30～100余种传感器及配套检测仪表用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等；而一架飞机需要3600余种传感器及配套检测仪表用来监测飞机各部位的参数(压力、应力、温度等)和发动机的参数(转速、振动等)等。

1、传感器是能感受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。

2、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。

3、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为常数4、传感器静态特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性。

5，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨率、灵敏度、漂移、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

（请写出反映传感器的五种性能指标，及写出三种解释传感器指标？精度、分辨率、灵敏度、线性度、迟滞。

反映传感器准确度的指标是精度，反映传感器灵敏度的指标是灵敏度，反映传感器稳定性的指标是迟滞）6，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。

7，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。

8，从时域（延迟时间，上升时间，响应时间，超调量）和频域（幅频特性，相频特性）两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析动态特性。

9，幅频特性是指传递函数的幅值随被测频率的变化规律，相频特性是指传递函数的相角随被测频率的变化规律。

传感器中超调量是指超过稳态值的最大值A（过冲）与稳态值之比的百分数。

电阻式传感器10，金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

11，半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。

12，金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。

13，金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

传感器与检测技术重点知识点总结传感器是一种能够感知、收集并转换物理量或化学量等信息的装置。

它广泛应用于各个行业和领域，如工业生产、环境监测、医疗设备、汽车等。

以下是传感器与检测技术的一些重点知识点总结。

1.传感器的基本原理-传感器是通过感知或测量物理量或化学量等信息，并将其转化为可用的电信号输出。

-常见的物理量包括温度、压力、湿度、光照强度、流量等；化学量包括气体浓度、pH值等。

-传感器的工作原理包括电学、热学、光学、化学以及机械等不同的原理。

-传感器的输出信号可以是电压、电流、频率、电阻等形式。

2.传感器的分类-按照感知的物理量或化学量的不同，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、光敏传感器、流量传感器等。

-按照测量原理的不同，传感器可以分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、化学传感器等。

-按照输出信号类型的不同，传感器可以分为模拟输出传感器和数字输出传感器。

3.传感器的特性与参数-灵敏度：传感器响应物理量变化的能力，它决定了传感器的测量范围和分辨率。

-精度：传感器测量值与真实值之间的偏差，包括系统误差、随机误差等。

-响应时间：传感器从感知到输出响应所需的时间。

-可靠性：传感器在一定环境条件下长时间稳定工作的能力。

-线性度：传感器输出信号与输入物理量之间的线性关系。

-温度影响：传感器在不同温度下性能的稳定性。

-零点漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号发生的零点偏移。

-跨度漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号的量程偏移。

-电磁兼容性：传感器在干扰条件下的工作能力。

4.传感器的应用领域-工业生产：用于监测和控制工艺过程中的温度、压力、流量等参数，提高生产效率和质量。

-环境监测：用于监测大气污染、水质污染、噪声等环境参数，保护生态平衡和人类健康。

-汽车行业：用于汽车发动机的温度、压力、氧气浓度等参数的监测和控制，提高汽车性能和安全性。

-医疗设备：用于监测病人的体温、心率、血压等生理参数，辅助医疗诊断和治疗。

电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考传感器与检测技术复习题基础知识自测题第一章传感器的通常特性1.传感器是检测中首先感受，并将它转换成与有确定对应关系的的器件。

2.传感器的基本特性通常用其特性和特性去叙述。

当传感器转换的被测量处在动态时，测出的输入一输出关系称作特性。

3.传感器变换的被测量的数值处在稳定状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的特性，其主要技术指标有：、、和等。

4.传感器实际曲线与理论直线之间的称作传感器的非线性误差，其中的与输入满度值之比称作传感器的。

5.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，变化量与化量的比值。

对传感器来说，其灵敏度是常数。

6.传感器的动态特性就是指传感器测量时，其输入对输出的特性。

7.传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成关系的其它量的元件称为元件。

8.只体会由敏感元件输入的，并且与成确认关系的另一种非电量，然后输入电量的元件，称作元件。

第二章电阻式传感器1.电阻应变片就是将被测试件上的转换成的传感元件。

2.电阻应变片由、、和等部分共同组成。

3.应变式传感器中的测量电路是将应变片转换成的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。

4.金属电阻应变片脆弱栅的形式和材料很多，其中形式以式用的最少，材料Infreville的最为广为。

5.电阻应变片的工作原理就是依据快速反应效应创建与变形之间的量值关系而工作的。

6.当应变片主轴线与试件轴线方向一致，且受到一维形变时，应变片灵敏系数k就是应变片的与试件主应力的之比。

7.电阻应变片中，电阻丝的灵敏系数小于其灵敏系数的现象，称为应变片的横向效应。

8.电阻应变片的温度补偿中，若使用电桥补偿法测量应变片时，工作应变片粘贴在表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的上时，则补偿应变片不。

9.用弹性元件和及一些附件可以共同组成快速反应式传感器.10.应变式传感器按用途划分有：应变式传感器、应变式传感器、应变式传感器等。

11.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以，同时还能起到的作用。

传感器检测技术基础知识单选题100道及答案1. 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. 分辨力越高答案：D2. 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. 固有频率答案：D3. 下列传感器中，属于物性型传感器的是（）A. 应变式传感器B. 电容式传感器C. 压电式传感器D. 电感式传感器答案：C4. 测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）A. 变极板面积型B. 变极距型C. 变介质型D. 容栅型答案：D5. 利用涡流效应测量位移的传感器属于（）A. 电感式传感器B. 电容式传感器C. 压电式传感器D. 光电式传感器答案：A6. 热电偶的热电动势包括（）A. 接触电动势和温差电动势B. 感应电动势和温差电动势C. 接触电动势和感应电动势D. 感应电动势和汤姆逊电动势答案：A7. 热电阻测量温度时，经常采用的三线制接法的主要作用是（）A. 减小非线性误差B. 提高测量精度C. 减小引线电阻的影响D. 提高灵敏度答案：C8. 下列不属于光电式传感器的是（）A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 压敏电阻答案：D9. 能够测量微小位移的传感器是（）A. 电涡流传感器B. 压电传感器C. 光栅传感器D. 霍尔传感器答案：C10. 磁电式传感器是把被测物理量转换为（）的一种传感器。

A. 电阻变化量B. 电荷量C. 电感变化量D. 感应电动势答案：D11. 半导体应变片的工作原理是基于（）A. 压阻效应B. 应变效应C. 热阻效应D. 光电效应答案：A12. 以下哪种传感器适合测量高速旋转物体的转速（）A. 电容式传感器B. 磁电式传感器C. 压电式传感器D. 热电偶答案：B13. 测量温度不可选用的传感器是（）A. 热电阻B. 热电偶C. 电感式传感器D. 热敏电阻答案：C14. 光敏二极管在电路中一般处于（）工作状态。

第一章传感与检测技术理论基础1．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。

可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。

在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。

在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。

采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。

引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。

2．用测量范围为-50～+150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。

解：绝对误差2140142=-=∆kPa 实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=）（γ3．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。

随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。

通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。

第二章传感器概述2-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的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。

敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部份；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部份。

传感器与检测技术(胡向东第3版)简介《传感器与检测技术(胡向东第3版)》是传感器与检测技术领域的经典教材，由胡向东教授撰写。

本书系统地介绍了传感器的基本原理、分类及其在各个领域的应用。

重点介绍了常见的传感器类型和检测技术，以及相关的原理、性能评价方法和设计要点。

本书内容丰富、实用，并结合了大量的应用实例，为读者提供了全面的传感器与检测技术知识。

目录本书共分为以下几个部分：第一部分：传感器基础知识1.传感器概述2.传感器的分类3.传感器的基本原理第二部分：常见传感器类型4.温度传感器5.压力传感器6.光学传感器7.振动传感器8.气体传感器9.液体传感器第三部分：传感器性能评价与设计10.传感器的性能评价方法11.传感器的设计要点12.传感器的接口电路设计第四部分：传感器应用技术13.传感器在环境监测中的应用14.传感器在工业自动化中的应用15.传感器在医疗领域中的应用16.传感器在农业领域中的应用17.传感器在安全监控中的应用第五部分：传感器发展趋势与展望18.传感器的发展历程19.传感器的未来发展趋势内容概述本书通过对传感器的基本原理、分类及其在各个领域的应用进行详细介绍，使读者对传感器与检测技术有一个全面的了解。

第一部分主要讲解传感器的基础知识，包括传感器的概述、分类和基本原理。

第二部分详细介绍了常见的传感器类型，如温度传感器、压力传感器、光学传感器、振动传感器、气体传感器和液体传感器等。

第三部分主要介绍传感器的性能评价方法、设计要点和接口电路设计等内容。

第四部分着重介绍了传感器在环境监测、工业自动化、医疗领域、农业领域和安全监控中的应用技术。

最后一部分讨论了传感器的发展历程和未来发展趋势。

本书强调理论与实践相结合，通过大量的实例和案例，让读者更好地理解传感器的应用。

同时，本书还对传感器的性能评价和设计进行了详细的介绍，帮助读者在实际应用中能够选择适合的传感器，并设计出满足要求的传感器接口电路。

传感器与检测技术知识总结1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。

一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。

①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。

②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。

③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。

二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。

（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。

2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。

（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。

3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。

4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。

5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。

而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。

6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。