传感器与检测技术实验指导书

传感器与检测技术第三版徐科军课后答案【篇一：传感器及检测技术教案全】>信息学院教案1课时分配表23第1课一．章节名称绪论1.1，1.2，1.4，1.5二．教学目的1、掌握内容：传感器的静态特性，动态特性；2、了解内容：传感器的定义，组成，自动检测技术的发展和应用；三．安排课时： 2学时四．教学内容（知识点）1．自动检测系统的组成；2．传感器的定义，组成，传感器的分类； 3. 传感器的静态特性；4. 传感器的动态特性； 5. 传感器的标定和校准五．教学重点、难点1．传感器的静态特性和动态特性； 2．传感器的标定和校准；六．选讲例题1．活塞压力计标定； 2．压力传感器的动态标定；七．作业要求7什么是传感的静态特性？有那些指标？如何用公式表示？ 8什么是传感器的动态特性？有那些分析方法？八．环境及教具要求多媒体教室、powerpoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军；2．《传感器原理与应用》，程德福；4第2课一．章节名称1.3 测量误差和数据处理；二．教学目的1、掌握内容：测量误差的表示方法，数据处理的基本方法；2、了解内容：误差的概念和分类，精度；三．安排课时：2学时四．教学内容（知识点）1．测量误差的概念和分类； 2. 精度3. 误差的表示方法；4. 随机误差的处理方法；5. 系统误差的处理； 6，粗大误差的处理； 7．数据处理的基本方法五．教学重点、难点1．误差的处理方法； 2．数据处理的基本方法；六．选讲例题1．补偿法测量高频小电容； 2．对照法消除系统误差；七．作业要求2正态分布的随机误差有什么特点？3、什么是系统的引用相对误差？它有什么意义？八．环境及教具要求多媒体教室、powerpoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军5【篇二：自动检测技术】............................................................................................................ ... - 2 -2、关键词........................................................................................................ ............................ - 2 -3、引言 ....................................................................................................... ................................ - 2 -4、电阻式传感器概述........................................................................................................ ........ - 2 -4、1电阻应变式传感器 ..................................................................................................... - 3 -4、1、1 基本原理 ...................................................................................................... - 3 - 4、2 电阻应变式传感器的应用 ........................................................................................ - 5 - 4、3 电阻应变式传感器的应用行业： ............................................................................ - 7 - 4、4 电阻应变式传感器的在具体工程中的应用 ............................................................ - 7 -4、4、1、电阻触摸屏 ................................................................................................ - 7 - 4、4、2地磅 ....................................................................................................... ........ - 8 - 4、5电阻应变式传感器的发展趋势 ................................................................................. - 8 -5、参考文献........................................................................................................ ........................ - 9 -1、前言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。

传感器与测试技术课程设计指导书(机械设计制造及其自动化专业) 制（修）订人：审核人：机械工程学院2019 年 2 月前言本课程设计使学生加深传感器与测试技术基本知识和理论的理解和运用。

本课程设计以设计性和综合性实验为主，目的是使学生熟悉工业自动检测技术的基本理论和基本方法，对被测对象和参量的特性有较深入的理解，掌握基本的测量分析方法，对传感器的基本理论、系统结构和设计方法有一定的了解。

在加强基础知识理解的前提下，着重培养学生的动手能力和自主创新能力。

目录一、课程设计的性质与目的二、课程设计的时间分配三、课程设计的地点选择四、课程设计的内容安排与要求五、注意事项六、课程设计报告要求七、成绩评定标准（参照模板制定）八、指导书制（修）订人、审核人及制（修）订时间一、课程设计的性质与目的本课程设计使学生加深对传感器及测试技术基本知识和理论的理解和运用。

本课程设计以设计性和综合性实验为主，其目的在于：(1)熟悉工业自动检测技术的基本理论和基本方法，对被测对象和参量的特性有较深入的理解(2)掌握基本的测量分析方法(3)对传感器的基本理论、系统结构和设计方法有一定的了解(4)进一步培养学生的动手能力和自主创新能力二、课程设计的时间分配布置任务1天。

收集资料，自学相关软件3天实验、讨论4天数据处理，填写实验报告2天共计10天。

三、课程设计的地点选择图书馆、工程测试实验室四、课程设计的内容安排与要求·利用综合实验仪设计一热电偶温度计：1、用温度源产生标准温度参量；2、通过测量热电偶的电压测量温度；3、采用计算修正法进行冷端补偿；4、采用Matlab进行数据处理；5、验证5、填写实验报告学生在完成上述全部工作后，应当填写实验报告，要求语言简练，文字通顺。

内容及步骤：1、设计一个K型热电偶的信号采集及放大电路，以获得K型热电偶电压输出的信号。

2、将K 型热电偶靠近热源，调节W1 电位器，使运放输出电压满足放大要求，输出电压随温度有明显的变化。

试验一金属箔式应变片单臂电桥性能试验一、试验目标：了解金属箔式应变片应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

二、基础原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生改变，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应关系式为：ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝电阻相对改变值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对改变。

金属箔式应变片是经过光刻、腐蚀等工艺制成应变敏感元件，用它来转换被测部位受力大小及状态，经过电桥原理完成电阻到电压百分比改变，输出电压U0=EKε（E为供桥电压），对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。

（E 为供桥电压）。

三、器件和单元：应变式传感器试验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。

四、试验步骤：1、依据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。

传感器中各应变片已接入模板左上方R1、R2、R3、R4标志端。

加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。

图1-1 应变式传感器安装示意图2、试验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检验无误后，合上主控箱电源开关，将试验模板增益调整电位器Rw3顺时针调整到大致中间位置，②将差放正、负输入端和地短接，输出端和主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调整试验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表切换开关打到2V档)，完成关闭主控箱电源。

3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器其中一个应变片R1(即模板左上方R1)接入电桥作为一个桥臂，它和R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检验接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调整Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。

《传感器与检测技术》课程设计一．课程设计目的课程设计的目的是使学生能够将《传感器与检测技术》课程的内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握智能检测（或仪表）系统设计的基本思想和方法。

二．设计方法（一）智能化测量控制仪表的总体设计在设计一台智能化测量控制仪表时，首先要进行仪表的总体设计。

在课程设计中要考虑以下两点。

1．从整体到局部(自顶向下)的设计原则开始时，根据仪表功能和设计要求提出仪表设计的总任务，分别并绘制硬件和软件总框图，然后将总任务分解成一批可以独立表征的子任务，这些子任务再向下分，直到每个低级的子任务足够的简单，可以直接而且容易实现为止。

这些低级子任务可用模块化的方法来实现，有些子任务可以采用某些通用化的模块（模件）实现。

2．经济性要求为了获得较高的性能价格比，设计仪表时不应盲目地追求复杂高级的方案。

在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着元器件少，可靠性高，从而也比较经济。

在进行实际的产品设计时，还应考虑仪表的可靠性要求、操作和维护的要求等。

（二）智能化测量控制仪表的硬件电路设计1．单片机芯片的选择课题中指定在MCS-51系列单片机中选择机种。

选择时，应考虑单片机的时钟频率、内部程序存储器和数据存储器容量、片内功能部件，以及相关的技术支持等因素。

2．存储器设计如果仪表中所涉及的程序或者数据量使单片机内部存储器难以满足要求时，应设计片外存储器。

3．输入/输出接口的设计单片机从测量环节或者说前向通道（包括A/D转换器和输入电路）输入测量信息、从键盘输入仪表需要的各种数据和信息（如功能选择，量程范围、阈值等）以及向显示器输出测量结果、仪表的工作状态（如报警信息）都需要通过接口电路实现，因此要设计相应的接口电路。

4．测量部分的设计测量部分通常由两大部分组成，即模拟测量部分和A/D转换器。

模拟测量部分如传感器、传感器测量电路、信号放大电路、滤波电路以及其它的信号调理电路都是一些独立的模块或组件，如果已有相应的模块芯片出售，设计时只要选用合适（符合技术要求）的芯片即可；如果没有相应的模块供应，则在设计时要根据仪表的技术指标，自行设计这些组件。

《传感器与测试技术》 实验指导书工程与技术系二O一三年二月CSY－2000型传感器与检测技术实验台说 明 书CSY2000型传感器与检测技术实验台是本公司为适应不同类别、不同层次的专业需要，在2000系列传感器与检测技术实验台的基础上，增加了一些光电传感器而最新推出的模块化的新产品。

CSY－2000型传感器与检测技术实验台，主要用于各大专院校、中专及职业技术院校开设的“自动检测技术” “传感器原理与技术” “工业自动化控制” “非电量电测技术”等课程的教学实验。

它是采用最新推出的模块化结构的产品。

实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础。

希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中通过信号的拾取、转换、分析、掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。

一、 实验台的组成CSY－2000型传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。

1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V （连续可调）直流稳压电源；直流恒流源0.6mA～20mA可调；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0～20KPa （可调）；智能调节仪(器)；计算机通信口；主控箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；漏电保护开关等。

其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机一下才能恢复正常工作。

2、振动源：振动台振动频率1Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。

3、转动源：手动控制0～2400转／分；自动控制300～2200转／分。

4、温度源：常温～200℃。

目录实验一力敏传感器实验－金属箔式应变片 (1)实验二温度传感器实验 (5)实验三光敏传感器实验 (8)实验四气敏、湿敏传感器实验 (10)实验五湿度测量仪的设计 (13)实验六酒精气体报警器 (14)附录一传感器安装示意图及面板示意图 (15)附录二实验仪面板图 (17)附录三电路原理图 (18)附录四CSY-998B+传感器实验仪简介 (29)1231实验一 力敏传感器实验－金属箔式应变片一、实验目的1.了解金属箔式应变片、单臂电桥的工作原理和工作情况；2.验证金属箔式应变片单臂、半桥、全桥的性能及其相互关系。

二、实验基本原理1.箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况应变片是最常用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是做常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻4321R R R R 、、、中，电阻的相对变化率分别为44332211////R R R R R R R R ∆∆∆∆、、、，当使用一个应变片时，；R R R ∆=∑当二个应变片组成差动状态工作，则有；RR R ∆=∑2用四个应变片组成差对工作，且RR R R R R R R ∆=∑====44321，，这分别构成单臂、半桥和全桥电路。

由表达式可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

2. 实际使用的应变电桥的性能和原理。

已知单臂、半桥和全桥电路的R ∑分别为R R R R R R /4/2/∆∆∆、、。

根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4×E ×R ∑,电桥灵敏度,//R R V Ku ∆=于是对应单臂、半桥 和全桥的电压灵敏度分别为1/4×E 、1/2×E 和E 。

由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

前言CSY系列传感器与检测技术实验台主要用于各大、中专院校及职业院校开设的“传感器原理与技术”“自动化检测技术”“非电量电测技术”“工业自动化仪表与控制”“机械量电测”等课程的实验教学。

CSY系列传感器与检测技术实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中，通过信号的拾取，转换，分析，掌握应具有的基本的操作技能与动手能力。

CSY2000与3000系列传感器与检测技术实验台是本公司多年生产传感技术教学实验装置的基础上，为适应不同类别、不同层次的专业需要而设计的新产品。

其优点在于：1、适应不同专业的需要，不同专业可以有不同的菜单，本公司还可以为用户的特殊要求制作模板。

2、能适应不断发展的形势，作为信息拾取的工具，传感器发展很快，可以不断补充新型的传感器模板。

3、可以利用实验台的信号源、实验电路、传感器用于学生课程设计、毕业设计和自制装置。

为了让老师、学生尽快熟悉掌握实验台的使用方法，本手册列举了一些实验示范例子，老师、学生通过实验示范例子举一反三可以自己组织开发很多实验顶目。

本手册由于编写时间、水平所限，难免有疏漏错误之处，热切期望老师与学生们提出宝贵的意见，予以完善，谢谢。

目录CSY－2000型传感器与检测技术实验台说明书 (5)CSY－3000型传感器与检测技术实验台说明书 (8)示范实验目录2000系列基本实验举例实验一应变片单臂电桥性能实验 (11)实验二应变片半桥性能实验 (17)实验三应变片全桥性能实验 (18)实验四应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 (20)实验五应变片直流全桥的应用—电子秤实验 (21)实验六应变片温度影响实验 (22)实验七移相器、相敏检波器实验 (23)实验八应变片交流全桥(应变仪)的应用—振动测量实验 (27)实验九压阻式压力传感器测量压力特性实验 (30)*实验十压阻式压力传感器应用—压力计实验 (32)实验十一差动变压器的性能实验 (32)实验十二激励频率对差动变压器特性影响实验 (37)实验十三差动变压器零点残余电压补偿实验 (38)实验十四差动变压器测位移特性实验 (39)实验十五差动变压器的应用—振动测量实验 (41)实验十六电容式传感器测位移特性实验 (43)实验十七线性霍尔传感器测位移特性实验 (45)实验十八线性霍尔传感器交流激励时位移特性实验 (48)实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 (50)实验二十磁电式转速传感器测转速实验 (51)实验二十一压电式传感器测振动实验 (53)实验二十二电涡流传感器测量位移特性实验 (57)实验二十三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验 (60)实验二十四被测体面积大小对电涡流传感器特性影响实验 (61)实验二十五电涡流传感器测量振动实验 (62)实验二十六光纤位移传感器测位移特性实验 (63)实验二十七光电传感器测量转速实验 (66)实验二十八光电传感器控制电机转速实验 (67)实验二十九温度源的温度调节控制实验 (75)实验三十 Pt100铂电阻测温特性实验 (79)实验三十一Cu50铜电阻测温特性实验 (85)实验三十二 K热电偶测温特性实验 (86)实验三十三 K热电偶冷端温度补偿实验 (92)实验三十四 E热电偶测温特性实验 (95)实验三十五集成温度传感器(AD590)的温度特性实验 (96)实验三十六气敏传感器实验 (99)实验三十七湿度传感器实验 (100)实验三十八数据采集系统实验—静态举例 (102)实验三十九数据采集系统实验—动态举例 (104)3000系列实验(包含2000系列基本实验外，还包含以下实验。

《生物医学传感器与检测技术实验》教学大纲张日欣李元斌一、课程名称：生物医学传感器与检测技术实验Experiments in Biomedical Sensor & Detecting Techniques二、课程编码：0702831三、学时与学分：24/1.5四、先修课程：数字电子技术，模拟电子技术，工程生理学，电子测试与实验，生物医学测量与仪器实验。

五、课程教学目标1．本课程是生物医学工程专业的一门专业课，它应用电子技术，传感器测量技术和计算机技术，解决生物医学领域中的信号提取，检测和处理以及生物医学仪器的设计等问题；2．使学生了解典型医学仪器的原理、特点和性能指标，学习正确使用传感器，设计检测电路，掌握基本测量技术；3．为医学仪器设计奠定基础。

六、适用学科专业生物医学工程七、基本教学内容与学时安排●热敏器件及温度传感器特性实验（4学时）●压力传感器性能实验（4学时）●气敏传感器特性实验（4学时）●光电式脉搏探测器（4学时）●ECG前置放大器（4学时）●陷波器仿真、制作与调试（4学时）●安全隔离设计与调试（4学时）●ECG放大器的整体调试（4学时）●12导联心电工作站的原理及使用（4学时）八、教材及参考书：教材：生物医学电子技术与信号处理实验指导书,张日欣、李元斌、邹昂等自编教材，武汉：华中科技大学教材科，2004年9月参考文献：1．生物医学检测技术讲义，杨玉星自编教材，1998年2．生物医学电子学，蔡建新，张唯真，北京大学出版社，1997年3．传感器原理与应用，黄贤钨，电子科技大学出版社，1999年4．生物医学测量，陈延航，人民卫生出版社，1986年5．医学物理，刘普和，人民卫生出版社，1986年6．医学仪器-应用与设计，约翰G.韦伯斯特，新时代出版社，1985年7．Protel 98 for windows电路设计应用指南，程凡等，人民邮电出版社，1999年九、考核方式实验报告+实践表现《生物医学测量与仪器实验》教学大纲张日欣李元斌一、课程名称：生物医学测量与仪器实验Experiments in Biomedical Measure and Instrumentation二、课程编码：三、学时与学分：16/1四、先修课程：数字电子技术，模拟电子技术，工程生理学，电子测试与实验。

实验四电涡流传感器位移特性实验一、实验目的：1、了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

2、了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

3、了解电涡流传感器位移特性与被测体的形状和尺寸有关。

二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。

电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如图4-1所示。

根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流（频率较高，一般为1MHz～2MHz）I1时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。

我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图4-2的等效电路。

图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。

短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。

线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。

图4-1电涡流传感器原理图图4-2电涡流传感器等效电路图根据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得I1、I2。

因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效Q值为：Q＝Q0{[1-(Ｌ2ω2Ｍ2)/(Ｌ1Ｚ22)]／［1+(R2ω2Ｍ2)/(R1Ｚ22)］}式中：Q0—无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q0＝ωＬ1／R1；Ｚ22—金属导体中产生电涡流部分的阻抗，Ｚ22＝R22+ω2L22。

由式Z、L和式Ｑ可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z、电感L和品质因数Ｑ值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。

因此Z、L、Ｑ均是ｘ的非线性函数。

虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。