传感器与检测技术第一章

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。

第一章绪论1课程简介【引题，作为整门课程的开始，开篇引题要能抓住学生兴趣】设计1：带几个机器人去教室，演示机器人功能，以其中一个机器人（排雷机器人）为例，提问：以这个排雷机器人为例，分析一下它具体实现了哪些功能？首先，当地面有雷的时候，它能够“看”到。

然后，它能将“看”到的信息，通过它的“神经”，也就是这些数据线，传达给它的“大脑”。

它的大脑就做出反应：此处有雷。

引出：这其实也就是我们这门课程中，主要研究的问题：怎样让一个系统去感知它周围的世界，然后，把它所感知到的信息，传递给它的大脑，来完成相应的系统任务。

（接课程内容）提到武器测试技术这个名词，我们可能都不陌生，我们在很多新闻、书籍、电影乃至动画片当中，都见到过关于武器测试技术的片段（图1.1 武器测试技术应用）。

如果我们把研究的对象放宽，那测试技术可以说遍布我们身边的方方面面（图1.2 测试技术的应用）。

仔细看一看这些系统我们能够发现，它们的基本任务大体一致：将研究目标的相关信息检测出来，再传输给系统，来完成相应的系统任务。

1.1课程内容也就是说，我们这门课当中的主要内容：1、是系统感知世界的感官，也就是传感器。

2、是我们怎样利用这些感官，以及这些感官所感知到的信息（测试技术）。

3、最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。

图1.3 课程内容及学时安排我们这门课的主要内容，就一起来学习一下，作为一个电气系统，它们用什么来感知外界的信息（传感器），又如何对感知到的信息加以处理，并应用到系统中去的（测试技术），最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。

1.1.1章节内容1.1.2学时安排1.2课程特点1.2.1涉及范围广传感器部分物理电路模拟电路测试技术部分信号与系统电路模拟电路自动控制原理单片机原理1.2.2知识点零散1.2.3贴近工程应用1.3学习要求1.3.1课上：认真听讲、记好笔记1.3.2课后：按时、独立完成作业1.3.3实验：充分预习，勇于实践1.4参考书目1.4.1《传感器与检测技术》魏学业主编人民邮电出版社1.4.2《传感器与自动检测技术》张玉莲主编机械工业出版社1.4.3《现代传感器技术》徐群和主编科学出版社1.4.4《传感器与的检测技术》李增国主编北京航空航天大学出版社1.4.5《MATLAB基础与应用教程》蔡旭晖等著人民邮电出版社1.4.6《LabVIEW程序设计基础》德湘轶主编清华大学出版社2产生背景【引题】这门学科是如何产生的呢？我们已经知道，这是一门主要研究传感器原理和使用方法的学科，那么，这门学科是怎样产生的呢？2.1生物能够感知外界信息人们从很早就知道，生物，可以通过视觉、听觉、味觉等形形色色的感官感知我们周围的世界（图1-4~图1-6）。

传感器及检测技术教案第一章：传感器概述1.1 教学目标让学生了解传感器的基本概念和作用。

让学生了解传感器的分类和特点。

让学生了解传感器在现代科技领域的应用。

1.2 教学内容传感器的定义和作用传感器的分类和特点传感器在现代科技领域的应用1.3 教学方法采用讲授法，讲解传感器的定义、作用和分类。

采用案例分析法，分析传感器在现代科技领域的应用。

采用小组讨论法，让学生讨论传感器的特点和优缺点。

1.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器的基本概念和作用的理解。

小组讨论，评估学生对传感器特点和优缺点的理解。

第二章：温度传感器2.1 教学目标让学生了解温度传感器的原理和结构。

让学生了解常见温度传感器的特点和应用。

让学生了解温度传感器的选择和安装。

2.2 教学内容温度传感器的原理和结构常见温度传感器的特点和应用温度传感器的选择和安装2.3 教学方法采用讲授法，讲解温度传感器的原理和结构。

采用案例分析法，分析常见温度传感器的特点和应用。

采用实验演示法，展示温度传感器的安装和应用。

2.4 教学评估课堂问答，检查学生对温度传感器原理和结构的理解。

实验操作，评估学生对温度传感器的安装和应用的掌握。

第三章：压力传感器3.1 教学目标让学生了解压力传感器的原理和结构。

让学生了解常见压力传感器的特点和应用。

让学生了解压力传感器的选择和安装。

3.2 教学内容压力传感器的原理和结构常见压力传感器的特点和应用压力传感器的选择和安装3.3 教学方法采用讲授法，讲解压力传感器的原理和结构。

采用案例分析法，分析常见压力传感器的特点和应用。

采用实验演示法，展示压力传感器的安装和应用。

3.4 教学评估课堂问答，检查学生对压力传感器原理和结构的理解。

实验操作，评估学生对压力传感器的安装和应用的掌握。

第四章：湿度传感器4.1 教学目标让学生了解湿度传感器的原理和结构。

让学生了解常见湿度传感器的特点和应用。

让学生了解湿度传感器的选择和安装。

4.2 教学内容湿度传感器的原理和结构常见湿度传感器的特点和应用湿度传感器的选择和安装4.3 教学方法采用讲授法，讲解湿度传感器的原理和结构。

第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。

（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。

如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。

②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。

它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。

系统功能最大程度地用软件实现。

（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。

（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。

3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。

衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。

1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

传感器与检测技术知到章节测试答案智慧树2023年最新长安大学第一章测试1.传感器通常由敏感器件和转换器件组合而成。

（）参考答案:对2.显示器一般可分为指示式、数字式和屏幕式三种。

（）参考答案:对3.传感器性能的要求有（）。

参考答案:稳定性;灵敏度;耐腐蚀性;准确性4.敏感元件是指传感器中能直接感受被测量变化的部分。

（）参考答案:对5.通常传感器由敏感元器件、转换元件、基本转换电路三部分组成，是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。

（）参考答案:对第二章测试1.变差型系统误差可以通过残差观察法进行确定，此方法使用的前提是系统误差比随机误差大。

（）参考答案:对2.测量过程中存在着误差，误差的主要表示形式有绝对误差，相对误差，引用误差和最大引用误差。

（）参考答案:对3.测量过程中存在着误差，误差的主要表示形式有（）。

参考答案:相对误差;最大引用误差;引用误差;绝对误差4.系统误差主要来源于（）。

参考答案:测验本身5.没有误差的测量是存在的。

（）参考答案:错第三章测试1.仪表精度等级的数字愈小，仪表的精度愈低。

（）参考答案:错2.当传感器的输出量和输入量的量纲相同时，灵敏度可以理解为放大倍数。

（）参考答案:对3.属于传感器静态特性指标的是（）。

参考答案:灵敏度;重复性4.传感器的下列指标中全部属于静态特性的是（）。

参考答案:迟滞、重复性、可靠性5.能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量称为检测系统的分辨力。

（）参考答案:对第四章测试1.与高频反射式电涡流传感器相比，低频透射式传感器采用低频激励，贯穿深度大，适用于测量金属材料的厚度。

（）参考答案:对2.压电式加速度传感器具有以下（）特点。

参考答案:适于测量动态信号3.电容式传感器的分辨力很高，适合微信息的检测。

（）参考答案:对4.电阻应变片的温度补偿方法有（）。

参考答案:桥路补偿法;应变片自补偿法;热敏电阻补偿法5.光电传感器按其接收状态可分为模拟和开关式光电传感器两类。

传感器与检测技术实践训练教程第一章：传感器与检测技术概述1.1 什么是传感器1.2 传感器的分类与应用领域1.3 检测技术的发展与应用1.4 传感器与检测技术的重要性第二章：传感器的工作原理2.1 传感器的基本原理2.2 常见传感器的工作原理介绍2.2.1 压力传感器2.2.2 温度传感器2.2.3 光电传感器2.2.4 加速度传感器2.2.5 气体传感器2.2.6 液位传感器2.2.7 气象传感器第三章：传感器的选择与应用3.1 传感器的选择因素3.2 传感器的应用案例分析3.2.1 工业自动化领域的传感器应用3.2.2 环境监测领域的传感器应用3.2.3 医疗器械领域的传感器应用3.2.4 智能家居领域的传感器应用第四章：传感器的实践训练4.1 传感器实验室介绍4.2 传感器实验器材与软件的使用方法4.3 基于Arduino的传感器实验4.4 基于树莓派的传感器实验4.5 传感器数据的采集与处理方法第五章：检测技术的实践训练5.1 检测技术实验室介绍5.2 常见检测技术的实验方法与操作要点5.3 光学检测技术实验5.4 电化学检测技术实验5.5 红外检测技术实验第六章：传感器与检测技术的未来发展6.1 传感器与检测技术的发展趋势6.2 人工智能与传感器技术的结合6.3 新兴传感器与检测技术的研究方向6.4 传感器与检测技术的社会影响与应用前景结语：传感器与检测技术实践训练的重要性与价值通过本教程的学习与实践训练，读者将能够全面了解传感器与检测技术的基本原理、分类与应用，掌握传感器与检测技术的实践操作方法，以及对未来发展趋势有一定的了解。

希望本教程能够帮助读者在相关领域的学习与工作中取得更好的成果。

传感器与检测技术徐科军第三版课后习题答案 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#传感第一章1.何为准确度、精密度、精确度?并阐述其与系统误差和随机误差的关系。

答:准确度:反映测量结果中系统误差的影响程度。

精密度:反映测量结果中随机误差的影响程度。

精确度:反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度,其定量特征可用测量的不确定度表示。

4.为什么在使用各种指针式仪表时,总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围内使用?答:选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好,为了充分利用仪表的准确度,选用仪表前要对被测量有所了解,其被测量的值应大于其测量上限的2/3。

14.何为传感器的静态标定和动态标定?试述传感器的静态标定过程。

答:静态标定:确定传感器的静态特性指标,如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。

动态标定:确定传感器的动态特性参数,如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。

静态标定过程:①将传感器全量程分成如干等间距点。

②根据传感器量程分点情况,由小到大一点一点地输入标准量值,并记录与各输入值相应的输出值。

③将输入值由大到小一点一点减小,同时记录与各输入值相对应的输出值。

④按②、③所述过程,对传感器进行正反行程往复循环多次测试,将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线。

⑤对测试数据进行必要的处理,根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。

第二章1.什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

答:应变效应:金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。

工作原理:在电阻丝拉伸极限内,电阻的相对变化与应变成正比,即:=K0 (K0:电阻丝的灵敏系数、:导体的纵向应变)2.金属电阻应变片与的工作原理有何区别?各有何优缺点?答:区别:金属电阻变化主要是由机械形变引起的;半导体的阻值主要由电阻率变化引起的。

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。

传感器与检测技术山东科技大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.通常意义上的传感器包含了敏感元件和（）两个组成部分。

（）A:保护电路B:转换元件C:数据采集电路D:滤波电路答案:B2.传感器的主要功能是( )。

A:检测和转换B:调制和解调C:传输和显示D:滤波和放大答案:A3.下列属于传感器的分类方法的是：（）A:按输入量分类B:按能量变换关系分C:按输出量分类D:按工作原理分类答案:ABCD4.传感器的共性就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）。

（）A:错 B:对答案:B5.传感技术的作用主要体现在：( )A:传感技术是产品检验和质量控制的重要手段。

B:传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分。

C:传感技术在系统安全经济运行监测中得到广泛应用。

D:传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。

答案:ABCD第二章测试1.衡量传感器静态特性的指标不包括（）。

A:灵敏度B:线性度C:超调量D:迟滞答案:C2.一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。

A:延迟时间B:峰值时间C:上升时间D:调节时间答案:C3.属于传感器动态特性指标的是（）A:灵敏度B:分辨率C:迟滞D:固有频率答案:D4.系统灵敏度越高，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越好。

（）A:错 B:对答案:A5.一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性，才能完成信号无失真的转换。

（）A:对 B:错答案:A第三章测试1.当试件（弹性材料）与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变化不会产生附加变形。

（）A:错 B:对答案:B2.关于关于电阻丝灵敏度系数说法错误的是（）A:不管任何材料应变片灵敏度系数均为B:金属材料应变片受力后材料的几何尺寸的变化1+2μ。

C:在金属丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。

D:半导体材料应变片受力后材料的电阻率发生的变化（∆ρ/ρ）/ε。

基础知识自测题第一章传感器的一般特性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来描述。

当传感器变换的被测量处于动态时，测得的输出一输入关系称为特性。

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为传感器的非线性误差，其中的与输出满度值之比称为传感器的。

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.传感器的动态特性是指传感器测量时，其输出对输入的特性。

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.只感受由敏感元件输出的，并且与成确定关系的另一种非电量，然后输出电量的元件，称为元件。

第二章电阻式传感器1.电阻应变片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.金属电阻应变片敏感栅的形式和材料很多，其中形式以式用的最多，材料以用的最广泛。

5.电阻应变片的工作原理就是依据应变效应建立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，且受一维应力时，应变片灵敏系数K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，若采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，那么补偿应变片不。

9.用弹性元件和及一些附件可以组成应变式传感器.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。

12.电阻应变片的配用测量电路大都采用交流不平衡电桥，其目的是配接和克服的影响。