检测与转换课件8
自动检测与转换技术(第3版)课件(梁森高职高专)-精选文档
金属丝受拉时，l 变长、r 变小，导致R变大 。 单片机技术与应用 高职高专 ppt 课件
一、应变片的工作原理
电阻丝受拉后，长度增加，直径变小，电 阻变大。
1－拉伸前 2－拉伸后
RAl πlr2
单片机技术与应用 高职高专 ppt 课件
应变片的结构
1－引出线 2－覆盖层 3－基底 4－电阻丝
单片机技术与应用 高职高专 ppt 课件
第二章,第一节 应变传感器 目录
应变效应及应变片
进入
应变片的测量转换电路
进入
应变效应的应用 压阻式固态压力传感器
进入 进入
单片机技术与应用 高职高专 ppt 课件
第一节 电阻应变传感器
导体或半导体材料在外界力的作用下，会产 生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这 种现象称为应变效应。
温漂。电阻相对变化为： R R
E
Ks
式中： K s E 50 ~ 100
受拉时，N型硅的灵敏度Ks是负的，而P型硅的Ks是 正的。不同的切片方向的Ks也有所不同，见下表。P型 硅的π 14方向切片的灵敏度较高，约为金属的70倍。
晶体 导电类型 电阻率
π11 π 12 π 44
对于不同的金属材料，K 略有不同，一般为2左 右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，
电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料
大50~200倍。
在材料力学中，x=l/l称为电阻丝的轴向应变， 也称纵向应变。 x通常很小。例如，当x为0.000001
（10-6）时，在工程中常表示为1m/m或 1微应变
l ：应变片的工作基长， b ：应变片基宽，
b×l：应变片的有效使用面积。 单片机技术与应用 高职高专 ppt 课件
检测与转换实验指导书
JZY-Ⅲ型检测与转换技术实验箱实验指导书山东农业大学机电学院实验一电阻式传感器的全桥性能实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。
2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。
3、掌握全桥电路的工作原理和性能。
二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
三、实验原理及电路将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高，非线性得到改善。
实验电路图见图1-1，全桥的输出电压U O＝4EKε四、实验步骤1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、将放大器放大倍数电位器RP1旋钮（实验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。
3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；将电压量程拨到20V档；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。
4、按图1-1接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片电阻受力方向必须相反。
图1-1 电阻式传感器全桥实验电路3、调节平衡电位器RP ，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。
分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm ，上下各2mm ，将位移量X 和对应的输出电压值U O 记入下表中。
表 1-1 五、实验报告1、根据表1-1，画出输入/输出特性曲线)X (f U O ，并且计算灵敏度和非线性误差。
传感器检查与转换技术(共76张PPT)
物体的性质和成分量： • 空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、
浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色 状态量： • 工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异
常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、 断裂等）
电工量（U、I、f、R、Z、E、B ……在电工、电子等
课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）
(2)动态误差。
第四十八页，共76页。
5．按使用条件分类
(1)基本误差。
(2)附加误差 。
6．按误差与被测量的关系分类
(1)定值误差。
(2)累积误差。
第三节 随机误差概率密度的正态分布
一、随机误差的实验结果——频率直方图
现在来研究一组无系统误差且无粗差的独立的等精度实验结果。所谓独立和等 精度测量，是指在相同条件下，对某量重复进行的独立测量。
第三页，共76页。
信息转换是将所提取的有用信息，根据下一单元需要，在幅值、功率及精度 等方面进行处理和转换。
信息处理的任务，视输出环节的需要，将变换后的电信号进行数字运算、A／D变 换等处理。
信息传输的任务是，在排除干扰的情况下经济地、准确无误地把信息进 行传递。
第四页，共76页。
检测（Detection）定义： 利用各种物理、化学效应，选择合 适的方法与装置，将生产、科研、生活 等各方面的有关信息通过检查与测量的 方法，赋予定性或定量结果的过程称为 检测技术。
模拟显示
的特点：
直观
第十三页，共76页。
光柱也属于模拟显光示柱显示
的特点：
一目了然
第十四页，共76页。
数字式仪表
数字式仪表的 特点： 准 确，但最后一 位经常跳动不 止。
热敏电阻
检测与转换技术15习题课
R2 120 (1.14103) 0.1368
已知：R3 R4
U0
E( R1
R1 R1 R1 R2
R2
R3 R3 R4
)
E(
120 0.48
2120 0.48 0.1368
0.5)
6 ( 120.48 0.5) 7.7mV 240.343
0.141pF
题13. 如图所示为移液体储罐，采用电容式液 面计测量液位。已知罐的内径D=4.2m，金属 圆柱电容电极直径d=3mm，液位量程H=20m, 罐内含有瓦斯气，介电常数ε＝13.27X1012F/m, 液体介电常数ε1＝39.82X10-12F/m。求： 液面计零点迁移电容和量程电容值。
C 2 1H 2 3.14 39.821012 20 690 pF
ln D
ln 4.2
d
0.003
量程电容值为690 230＝460 pF
题14.气隙型电感传感器，衔铁端面S=4X4mm2,气隙总长度lδ=0.8mm,衔 铁最大位移∆ lδ=±0.08mm,激励线圈匝数N=25010.如图所示在悬臂梁距端部为L的位置上下面各贴两片完全相
同的电阻应变片R1 、R2 、R3 、R4 。试求（c）（d）（e）三种桥臂 接法桥路输出电压对（b）种接法输出电压的比值。图中U为电源 电压，R是固定电阻R1 ＝R2 ＝R3 ＝R4 ＝ R， U0为桥路输出电压。
b
c
d
e
• 10 •
输出电压u0为多少?
Rf
• 15解：解：由测量电路可得 •
Ｃ0
Ｃx
+
ui
Ｎ
-
2025届高考语文复习：图文转换课件
注 析（纵向、横向、局部、整体等）
意 答案与源信息要求同一，注意陈说对象、
事 项
比较项目、比较角度、事物发展的趋势 分析等
表述要全面准确，思路清楚，语言简洁
例1、下面是“中学生参加课外体育活动情况统计表”， 请用文字表述出表中反应的两种主要情况。
人数% 年级
学校
农村中学 城镇中学
初一500人
55.4 50.2
动等的时间、地点等。
下列徽标中有哪些汉字或汉字的变形？
下列徽标中有哪些数字或数字的变形？
中国科学技术馆新馆建在 奥林匹克公园内，西傍奥 运水系，南望奥运主体育 场，北邻森林公园。
例20、请根据下面的示意图，对广州体育馆的所在位置作一个 介绍。
广州新体育馆位于广州市白云大道西侧，隔道东望鸣泉居度假 村和风景秀丽的白云山，西傍白云新城，南接蓝天花园，北邻 白云国际会议中心。
您例顺21着、万在国某路市向的北汽走车，站到门鹿口鸣，路你口遇向到东了（一右位）外走地，人在，聚向贤你路打和听鹿 鸣去路青的春交中汇学处的就路是，青你春该中怎学么了介。绍路呢上？谨请慎根。据下面的地图，用简 您洁顺的着语万言国表路达向出北来走。，到育人路口向东（右）走，到聚贤路口向 北（左）走到聚贤路和鹿鸣路的交汇处就是青春中学了，路上谨
①各消费层次均有约半数消费者选择专卖店。 ②随着收入增长，选择外资或合资商店的比例递增，而选择私营 服装店的比例则在递减。
例4、用简明的语言概括下表所包含的主要信息。表述中不得出
现具体数字。
网络语言发展前景调查表
发展前景
人数 百分比
部分网络语言会进入汉语词典
336
26.7
网络语言会代替传统语言
84
图表类
《检测与转换技术》课程标准
广州康大职业技术学院《检测与转换技术》课程标准一、基本信息适用对象：应用电子技术专业学生制定时间：2010年6月学分：3学时：56课程代码：所属系部：自动化系制定人：吴闽批准人：陶廷甫二、课程的目标1、专业能力目标（1）掌握检测技术的基本概念及基本知识，传感器的基本概念及主要特性参数。
（2）掌握工业检测中常用的传感器，如压力、流量、温度、物位等传感器的相关的电路、基本原理、结构特点，适用范围等。
（3）掌握常用传感器、近代新型传感技术及信号调制电路等内容。
2、方法能力目标（1）检测技术和装置是电子及自动化系统中不可缺少的组成部分，能够根据检测要求合理选用各种类型的传感器。
（2）能够运用所学知识设计、制作、简单测试基本检测单元模块电路等。
（3）通过本课程的学习，能够使用常用仪器检查各种传感器性能，判别其好坏，进行简单维护。
3、社会能力目标（1）初步具有检测和控制系统的使用的职业能力。
（2）提高动手能力、为后读课程学习和工程的实践技术打下基础。
（3）团队协作、勤奋敬业、吃苦耐劳等良好风貌；三、整体教学设计思路1、课程定位本课程是电子技术，电气自动化专业的一门专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握压力、流量、温度、物位测量仪表的工作原理。
熟悉压力、流量、温度、物位测量仪表的发展状况。
熟练掌握各种压力、流量、温度、物位测量仪表的适用条件，工业检测中常用的传感器及相关的电路、基本原理、结构特点，适用范围，要求学生掌握较为扎实的传感器和自动检测的知识和技能。
因此，本课程要以能力培养为重，构建学生应用传感器知识和自动检测技术解决生产方面问题的实际能力，培养学生胜任职业岗位的相关技能、技艺。
2、课程开发思路为了使这门课程的教学达到预定的能力目标，课程设计思路是以传感器与检测系统的设计、制作过程为依据，整合、序化教学内容，作为训练学生职业岗位综合能力的主要载体；针对高职学生理论基础相对薄弱，理论学习时间相对较少，学习动力不足的特点，在课程教学内容的选取上，从传感器使用者的角度出发，坚持理论联系实际，以技术应用为主，着眼于提高学生选择正确的传感器、解决实际工程检测能力的目的来实施教学。
检测与转换技术-第01章 检测与转换技术的理论基础
设总的测量次数n＝150次。现将150个测量值（xi）由小到大排列分 成11个区间，或按误差大小排列，并取等间隔值。
随机误差实验结果
对于不同的间隔值△δi或△xi ，频率ni／n值也不同，间隔值越大， 频率值也越大。因此，对同一组实验数据，频率直方图也将不同。若取
量ni／（n △ δ i）作为纵坐标，则可避免此问题。
第一章 检测与转换技术的理论基础
第一节 检测与转换技术的基本概念
第二节 测量误差的概念和分类
第三节 随机误差概率密度的正态分布
第四节 算术平均值与标准误差
第五节 置信区间与置信概率
第六节 粗差的判别与坏值的舍弃
第七节 系统误差
第八节 误差的传递
第九节 误差的合成
第十节 最小二乘原理
第十一节 曲线的拟合
独立的及随机的因素综合影响就产生了随机误差。根据概率论的中心极 限定理知：大量的、微小的及独立的随机变量的总和服从正态分布。显 然，随机误差必然服从正态分布。 凡是概率密度可由高斯方程描述的随机变量必然遵循正态分布，而 服从正态分布的随机变量，其概率密度也一定可由高斯方程描述。随机 误差和无系差、无粗差的测量值就是这样的随机变量，它们的概率密度
都是电信号)。
信息转换是将所提取的有用信息，根据下一单元需要，在幅值、功 率及精度等方面进行处理和转换。
信息处理的任务，视输出环节的需要，将变换后的电信号进行数字
运算、A／D变换等处理。 信息传输的任务是，在排除干扰的情况下经济地、准确无误地把信
息进行传递。
第二节 测量误差的概念和分类
一、有关测量技术中的部分名词
(1)等精度测量 。 (5)标称值 。 二、误差的分类 1．按表示方法分类
(2)非等精度测量 。 (6)示值 。
检测与转换技术-第05章 电能量传感器
a) 压电元件的串联和并联
b)
a)两压电片的负极都集中在中间电极上，正电极在两边的电极上， 这种接法称为并联。其输出电容C′为单片电容C的两倍，即：
b)正电荷集中在上极板，负电荷集中在下极板。而中间的极板上片
产生的负电荷与下片产生的正电荷相互抵消，这种接法称为串联。输出 的总电荷q′等于单片电荷q，输出电压U′为单片电压U的两倍，总电容 C′为单片电容C的一半，即：
第五章 电能量传感器
第一节 热 电 偶 第二节 磁电传感器 第三节 压电传感器 第四节 光 电 池
第一节 热 电 偶
一、热电偶测温的基本原理 1．理论基础 把两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，如果将它们的两个 接点分别置于温度各为T及T0(假定T> T0)的热源中，则在该回路内就 会产生热电动势和温差电动势。
（4）热电偶AB在接点温度为T2、T3时的热电动势，等于热电偶
在接点温度为T1、T2和T2、T3时的热电动势总和。 （5）在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要这第三种材料 的导线两端温度相同，第三种材料导线的引入不会影响热电偶的热电动
势，这一性质称为中间导体定律。
（6）当温度为T1、T2时，用导体A、B组成的热电偶的热电动势等 于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和，即：
3．冰浴法 为避免经常校正的麻烦，可采用冰浴法使冷端温度保持为恒定 的0℃。在实验室条件下采用冰浴法，通常是把冷端放在盛有绝缘油 的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中，使冷端 保持0℃。 4．补偿电桥法 补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因冷端 温度变化而引起的热电动势的变化值。
磁电式转速传感器的结构原理图，它由转子、定子、环形永久磁铁、 线圈等元件组成。
检测与转换技术第一章
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
(1)绝对误差 ) =Ax-Ao 举例
某采购员分别在三家商店购买100kg大米, 大米, 某采购员分别在三家商店购买 大米 10kg香蕉 1kg牛肉干 发现均缺少约0.5kg, 10kg香蕉,1kg牛肉干,发现均缺少约0.5kg,但该 香蕉, 牛肉干, 采购员对卖巧克力的商店意见最大,是何原因? 采购员对卖巧克力的商店意见最大,是何原因? 结 论 绝对误差的大小有时不足以反映测量值所偏离 约定真值大小程度
敏感元件
非电量
传感元件
电参量
测量转换电路
电量
《传感器与自动检测技术》吴旗主编
高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
二 ,分类及命名 参量传感器
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
(3)实际值 通常只能把精度更高一级的标准器具所测 得的值作为"真值" 得的值作为"真值". (4)标称值 测量器具上所标出来的数值. 测量器具上所标出来的数值. (5)示值 由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值. 由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值.
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
(2)灵敏度 传感器的灵敏度是指传感器在稳定 ) 标准条件下,输出变化量与输入变化量的比值, 标准条件下,输出变化量与输入变化量的比值,
dy y K= ≈ dx x
自动检测与转换技术 课后习题
判定数字仪表位数的两条原则
1.能显示0~9所有数字的“位”是 “整位”；
2. 分 数 位 的 判 定 ： 在 最 大 显 示 值 中，以最高位所能显示的数值作为分 子，用满量程的最高位作为分母。
可参考汽车速度的测量原理
与车轮联动
自行车速度、里程测量仪表设计注意事项
1.观察自行车的结构可知，车速及公里数与车轮的直径及 转速成正比，因此应将注意力集中到自行车的前、后轮上。设 车轮的直径为D（m），则周长l=πD，车轮转动的圈数即为自 行车行驶距离的基本参数。若转动圈数为N，则累计路程L= Nl = NπD ；若每分钟转动的圈数为n（ n= N /t，圈/分钟）则车速 v=60nl/1000(km/h) =0.06 n πD(km/h) 。
2020/4/24
7
判定数字仪表位数（续）
再如，一台如右图的 数字电压表， 其最大显示 值为399.9V ，最高位只能 显示0、1、2、3这四个数 字（有时0不予显示），所 以它是3 3/4位表。
用普通的3 ½ 位DMM测量220V或380V工频电
压时，量程必须选择700V AC档；相比之下，使用 3 3/4位的DMM只需选择400V AC档，准确度优于 700V AC档，既不欠量程也不超量程，分辨力也提 高了许多。
分别过1m3/s和 7m3/s点作切线，得到 以Δx 和Δy为边的三角 形，利用下式得到灵 敏度K 。
K dy y dx x
q/（m3/s）
1
7
作图法求灵敏度的过程（续）
y
03106《检测与转换技术》常健生、石要武(部分习题解答-作者团队提供).
第一章 检测与转换技术的理论基础1—1．试把误差按表示方法、按出现的规律、按来源和按使用条件分类。
解： 误差按表示方法可分为：绝对误差、相对误差、容许误差。
误差按出现的规律可分为：系统误差（系差）、随机误差（随差）、粗大误差。
误差按来源可分为：工具误差、方法误差。
误差按使用条件可分为：基本误差、附加误差。
1—2．正态分布的随机误差有何特点？解：正态分布随机误差除具有对称性、抵偿性、单峰性及有界性等特点外，还应注意以下几点：（1）标准误差σ越小，精密度指数h 越大，正态分布曲线越陡，则小误差的概率密度越大；相对于大误差而言，小误差出现的概率也越大，这意味着测量值越集中，测量精密度越高。
（2）取0/)(d =δδd f ，可得峰值点的坐标为：()()()πσδδ210;0max 0====f f x x i （3）取0/)(d 22=δδd f 可得到正太分布曲线上拐点的坐标f R 为：()()ef fg πσσδσδ21;=±=±= （4） {}1)(,-p -==+∞∞⎰+∞∞δδd f ，说明随机误差在),(-+∞∞区间取值的概率为1。
1—3．测得某物质中铁的含量为： 1. 52，1. 46，1．61，1．54，1. 55．1.49，1.68．1. 46．1.83，1.50．1.56[单位略)。
试用σ3准则和格拉布斯准则检查测量列中有否坏值(取α＝0.05)。
解：作变换，令i i y 1.50x =-，并列表计算如下：题1—3表按照σ3准则计算：据公式⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∑∑==2112111ˆn i i n i i y y n n σ得标准偏差：10.108ˆσ==≈首先按照拉依达准则判别。
其鉴别值为1ˆ30.324σ=，没有一个值的残余误差超过1ˆ3σ，即： 1ˆ0.06430.324i i i v y y y σ=-=-<=故初步检查这组测量数据没有粗差及坏值。
检测与转换技术-第07章 位移一数字传感器
1．四倍频直接细分 在通常情况下，光栅移过一个栅距，莫尔条纹变化一个周期。由 于光栅副是一个谐波发生器，因而用位臵四细分法可获得四路信号。
一种四细分逻辑图
它用运算放大器对由光电元件VL 1、VL3、VL 2、VL4获得的输入信 号进行差接放大。输出的四路信号分别为s i n θ、一s i n θ，c o s θ、 一c o s θ，各自送到鉴零器整形成方波。 ２．电位器桥（电阻链）细分 在θ＝0～360°之间欲细分成n等分，ｎ应为4的整数倍。
直线式感应同步器结构示意图
考虑对定尺接长的要求和安装的方便，可将定尺绕组制成连续式的。
a)
而将滑尺绕组制成分段式的。
b)
直线式感应同步器的基本参数表
（二）感应同步器的工作原理 1．工作原理 a是连续绕组的一部分，b是分段绕组相邻的两导体组，它们分属 于A相和B相。
a)
绕组展开示意图
b)
B相导体组输出的感应电动势以正弦函数关系反映了感应同步器的 机械转角或位移的变化。
光栅光学系统
1—光源 2—聚光镜 3—标尺光栅 4—指示光栅 5—光电接收元件
（1）照明系统。 （2）光栅副。 （3）光电接收系统。 （4）光栏。 （四）光栅测量的特点及应用现状 1．光栅测量的特点 （1）高精度。 （2）高分辨率、大量程。 （3）抗干扰能力强。
（4）价格较高，其成本比感应同步器、磁栅测量装臵高。
损、寿命短、转速不能太高(每分钟几十转以内)。
第二节 光栅与电子细分
一、光栅、莫尔条纹及光栅测量装臵 （一）光栅测量的基本原理 （１）光栅。 （２）莫尔条纹。 在与光栅刻线大致垂直的方向上，产生明暗相间的条纹，这些条 纹叫莫尔条纹。
莫尔条纹形成示意图
（３）标尺光栅、指示光栅 （二）莫尔条纹的转换特点 （１）莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅尺的位移量，位移方向 具有对应关系。 （２）莫尔条纹间距对光栅栅距具有放大作用。
检测与转换技术教学设计
检测与转换技术教学设计一、背景介绍随着科技的不断发展，检测与转换技术在工业、医疗、交通等领域得到广泛应用。
在教育领域，检测与转换技术也逐渐成为了一门重要课程。
因此，本文旨在设计教育实践活动，以帮助学生掌握检测与转换技术。
二、教育实践活动设计1. 实验室探究在教育实践活动中，首选的教学方法是实验室探究。
这个实验室探究活动可以让学生了解以下内容：•检测技术的基本原理和常见方法•转换技术的基本原理和常见方法•不同领域中检测与转换技术的应用为此，可以设置以下实验内容：•利用电路将声音转换为电信号•利用软件对图像进行处理，实现二值化•利用传感器检测温度、湿度等环境参数2. 项目设计除了实验室探究之外，还可以采用项目设计的方式，帮助学生更深刻地了解检测与转换技术。
####（1）检测技术项目针对检测技术项目，可以设计以下选题：•爆炸物检测器设计•健康饮食检测器设计•污水处理检测器设计###（2）转换技术项目针对转换技术项目，可以设计以下选题：•图像处理软件设计•声音文件转换工具设计•视频转码工具设计学生们可以自选一个项目进行设计和实现，在完成项目的过程中，掌握相关专业知识并提升实践能力。
3. 外出参观此外，为了让学生更好地理解检测与转换技术在实际生产和生活中的应用，可以安排外出参观活动。
比如：•参观医院科技中心，了解医学影像检测技术的发展和应用•参观智能制造车间，了解检测与转换技术在工业制造中的应用•参观数码摄影展览，了解图像处理技术的发展和应用三、学习成果展示在教育实践活动完成之后，需要安排一定的时间举行学习成果展示和总结活动。
学生可以在展示中展示自己所设计和实现的检测与转换技术项目，并分享项目的设计过程和心得体会。
此外，还可以安排学生进行讨论，讨论以下话题：•检测与转换技术的未来发展趋势和应用前景•检测与转换技术在不同领域中的应用和挑战•如何提升检测与转换技术的应用效率和准确性四、结语通过此次教育实践活动，学生将获得更深刻的理解和掌握检测与转换技术的基本原理、常见方法和应用。
检测与转换第四版徐科军课后习题答案
1.3.正态分布的随机误差有哪些特点？答：对称性，单峰性，有界性，补偿性。
1.5.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。
1.9什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？答：传感器的静态特性是指输入被测量不随时间变化，或随时间变化的很缓慢时，传感器的输出与输入关系。
线性度，灵敏度，迟滞，重复性，精度，零点漂移，温度漂移。
2.6.什么是直流电桥?若按桥臂工作方式不同,可分为哪几种?各自的输出电压如何计算?答:直流电桥:电桥电路的工作电源 E 为直流电源,则该电桥称为直流电桥。
分为单臂电桥，半桥差动，全桥差动。
3.9为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰？答：输出阻抗高，负载能力差。
电容式传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制，一般为几十到几百皮法，使传感器输出阻抗很高。
措施：屏蔽和接地；增加初始电容值，降低容抗；导线间距离要远，线要尽可能短；尽可能一点接地，避免多点接地。
设计要点：①减小环境温度，湿度等变化所产生的误差，保证绝缘材料的绝缘性能②消除和减小边缘效应③消除和减小寄生电容影响，防止和减小外界干扰④尽可能采用差动式电容传感器。
3.13电涡流传感器有何特点？答：电涡流式传感器具有测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强和可以非接触测量等特点。
可用于位移测量，振幅测量，厚度测量，转速测量，涡流探伤。
3.14.利用电涡流传感器测量板材厚度的原理是什么?答:原理:当金属板得厚度变化时,将使传感器探头与金属板间的距离改变,从而引起输出电压的变化。
通常在被测板的上、下方各装一个传感器探头,其间距离为D,而它们与板的上、下表面分别相距x1和x2,这样板厚t=D-(x1+x2), ,当两个传感器在工作在工作时分别测得x1和x2,转换成电压值后相加。
检测与转换技术复习题及答案
单项选择题>1、以下哪种测量仪器的分辨率是和灵敏度有关的？（）A .数字天平； B.数字式电流表； C.指针式电流表； D.数字式电压表。
2、下列属于动态测量的是( )？A.压力；B.加速度；C.重量；D.距离。
3、小赵和小杨分别用同一游标卡尺在相同条件下测量一钢管的内径大小，两人分别测量五次所得结果如下表，已知钢管内径的真实值为5.00cm，试问下列四种说法哪种正确：（）A.对钢管测量为：直接、等精度、静态测量；小杨精密度低，准确度高。
B.对钢管测量为：间接、非等精度、动态测量；小杨精密度低，准确度高。
C.对钢管测量为：直接、非等精度、静态测量；小杨精密度高，准确度低。
D.对钢管测量为：直接、等精度、静态测量；小杨精密度高，准确度低。
4、以下什么传感器适合精度高、可靠性好的温度测量?（）A.热敏电阻；B.铜热电阻；C.铂热电阻；D.热电偶。
5、对于下面哪种传感器我们在应用时要考虑其不等位电势的补偿?（）A.霍尔传感器；B.热电阻传感器；C.涡流传感器；D.热电温度传感器。
6、下列传感器中哪一个不是进行物理效应的传感器（）？A .光敏传感器； B.声敏传感器； C.热敏传感器； D.味敏传感器。
7、在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，下列哪种接法可以得到最大灵敏度输出。
（）A.单臂电桥；B.差动电桥；C.双差动电桥；D.相对臂电桥。
8、下面哪种电路主要是为了远距离传输？( )A.频率－电压变换；B.电流－电压变换；C.数模变换；D.电压－电流变换。
9、测量不能直接接触的高温物体温度，可采用( )温度传感器。
A.热电偶；B.亮度式；C.半导体三极管；D.半导体二极管。
10、下列哪种热敏电阻适合做温度升高电阻值降低的温度补偿元件（）？A. NTC型热敏电阻；B.PTC型热敏电阻；C. CTR型热敏电阻。
11、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为( )的输出。
A.电阻；B.电容；C.电压；D.电荷。
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8.1
热电阻传感器
易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻
6
8.1
热电阻传感器
铂、铜为应用最广的热电阻材料。虽然铁、镍的温 度系数和电阻率均比铂、铜要高，但由于存在着不 易提纯和非线性严重的缺点，因而用得不多。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性 能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性， 测量精度高。
热电阻传感器
(2)铠装热电阻
铠装热电阻的结构较为特殊。热电阻体与保护套封装成一个整 体，它具有良好的机械性能，耐振动与冲击，有良好的挠性，便 于安装，不受有害介质侵蚀，外径尺寸可以做得很小，反应速度 快，适用于安装在结构复杂的设备上进行测温，并且使用寿命较 长。
16
11.1
热电阻传感器
(3)薄膜热电阻
薄膜热电阻是用真空镀膜法将铂直接蒸镀在陶瓷基体上制成 的热电阻，薄膜热电阻减少了热惯性，提高了灵敏度和响应速 度，适用于平面物体的表面温度和动态温度的测量。
17
8.1
热电阻传感器
利用热电阻测量温度实际是测量热电阻在工作状
态下的阻值，然后再由电阻和温度之间的关系，求出
被测温度，所以整个测温系统主要由热电阻传感器、
7
8.1
热电阻传感器
热电阻的主要技术性能
8
8.1
热电阻传感器
0 ~ 660℃
2、常用热电阻 （1）铂热电阻 Rt R0(1 At Bt 2 )
Rt R0[1 At Bt 2 C (t 100)t 3 ] -190 ℃ ~ 0℃
其中，Rt、R0 ——温度为 t ℃ 和 0 ℃ 时的电阻； A、B、C 为常数：A = 3.940 × 10-2 /℃ B = -5.84 × 10-7 /℃2 C = -4.22 × 10-12 /℃4 铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定。 铂电阻的输出 - 输入特性接近线性，且测量精度高，所以它能用 作工业测温元件和作为温度标准。按国际温标IPTS-68规定，在259.34℃-630.73℃温域内，以铂电阻温度计作基准器。
27
8.1
热电阻传感器
金属氧化物：钴Co、锰Mn、镍Ni 等的氧化物 采用不同比例配方、高温烧结而成。
热敏电阻 引线 玻璃壳
1、热敏电阻的结构和特点
（a）珠状
（b）片状
（c）杆状
（d）垫圈状
优点：（1）结构简单、体积小、可测点温度； （2）电阻温度系数大，灵敏度高（10倍）； （3）电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。 28
8.1 热电阻传感器
I
r1
r3
Rt
V
r4
r2
22
8.1
热电阻传感器
旋转式机械设定开关
5、热电阻的应用
铂电阻温度显示、变送器
拨码式设定开关
23
8.1Leabharlann 热电阻传感器测量真空度
I
T平衡 Rt
真空度 导热系数 T平衡 Rt
被测介质
铂电阻丝 恒温 恒温容器 玻璃管
测量真空度： 3 Pa 10
R1 R2
uA
（1） 三线式电桥连接法
平衡：R1( Rt r ) R 2( R 4 r )
E
R 2( R 4 r ) R1r Rt R1
R4
r
r
Rt
r
若R1 R 2
R2R4 则Rt R1
导线电阻 r 对测量无影响
20
8.1
热电阻传感器
恒流源 IM IV
（2）四线式电阻测量电路
电阻
6 4 2 0
NTC CTR PTC
温度℃
0 40 80 120 160 200
30
8.1
热电阻传感器
B T
R
（1）NTC的 R-T 特性 RT Ae 试验求A、B： T 1 RT 1 T 2 RT 2 B RT 1 Ae T 1
T
RT 2 Ae 1 1 B( ) RT 1 e T 1 T 1 RT 2
B B RT R 0 exp T T0
B T2
A
RT 1
B T1
T 0 —— 0 ℃ （273.15K） R0 —— 0 ℃ 时的阻值
e T 1T 2 RT 1 B ln T 2 T 1 RT 2
31
8.1
热电阻传感器
NTC的伏安特性
U
电流较小：线性，欧姆定律 电流增加：阻值减小、非线性
电流较大：阻值减小超过电流增加
NTC的温度系数
T
B T
I
1 d ( Ae ) 1 dR B T 2 B dT R dT T T Ae T const.
T ：T 低温段比高温段灵敏 灵敏度比金属热电阻高（10倍） 32
8.1
热电阻传感器
线性化处理 电阻网络（线性化网络）精密电阻与热敏电阻串并联 R RX RT 1、串联法 E RT RX I A
第08章 热电式传感器
8.1 热电阻传感器
(金属电阻、热敏电阻)
8.3 热电偶传感器
1
8.1
热电阻传感器
1、几乎所有物体的电阻率都随本身温度的变化 而变化——热电阻效应。 2、根据电阻和温度之间的函数关系，可以将温 度变化量转换为相应的电参量，从而实现温度 的电测量。 3、利用这一原理之称的温度敏感元件称为热电 阻。 4、热电阻材料可分为金属热电阻和半导体热电 阻。前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。
24
8.1
热电阻传感器
铂热电阻测温 恒压工作的铂热电阻测温电路如图所示。 热电阻选用TRRA1023B(Pt1000)，R0＝1000Ω ； 传感器工作电压UB＝10V＋e1。 测温电桥输出：
U out
R1R U B A2 ( R1 R0 R)( R1 R0 )
可得10mV/℃的电压灵敏度。
4.2 ~ 15K， 灵敏度 材料软，重
锰电阻
63 ~ 2K （-271℃ ~ -210℃ ） -273℃ ~ -268.5℃ 液氦温域
灵敏度高
碳电阻
价格低廉， 对磁场 热稳定差 不敏感。
14
8.1
热电阻传感器
3、热电阻的结构和类型 （1）普通型热电阻 热电阻＝电阻体＋绝缘套管＋接线盒
15
8.1
9
8.1
热电阻传感器
由上两式可见，要确定电阻与温度t的关系，首先要确 定 R 0 的数值。 R 0 值不同时， R t 与温度t的关系不 同。目前我国常用的铂电阻有两种，值分别为50Ω和 l00Ω，确定了后将电阻值与温度t的关系统一列成表 格，称其为铂电阻的分度表，分度号分别为Pt100和 Pt50。分度表制表方法为：当在—200℃≤t≤0℃时， 用式1；而当0℃≤t≤650℃时，用式2，每隔1℃求取 一个相应的值，即可制成铂热电阻分度表。使用标准 分度表时，只要知道热电阻阻值，即可从分度表中取 与对应的温度值t，最常用的是Pt100 。
34
8.1
热电阻传感器
（2）（PTC）热敏电阻器的电阻—温度特性:其特性是利用正 温度热敏材料，在居里点附近结构发生相变引起导电率突变来 取得的，曲线如图
10000
电 1000 阻 /Ω 100
10
Tp2 R20=120Ω
R20=36.5Ω R20=12.2Ω
Tp1
0
Tc=175 º C
50
100 150 200 250 T/º C
RS RT RX
1 RS T
2、并联法
U I T R
R
RX
RT RT
RX
T
RT RX R RT RX
RX
RT
RT // RX
T
3333
8.1
热电阻传感器
NTC热敏电阻生产最早、最成熟、使用范围也 广，它特别适用于-100℃～300℃之间的温度测 量，目前己广泛应用于点温、表面温度、温差、 温度场等测量中，同时也应用在自动控制及电子 线路的热补偿电路中。
2
8.1
热电阻传感器
一、金属热电阻
温度升高，金属内部原子晶格的振动 加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属 导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变 大，电阻值增加，我们称其为正温度系数， 即电阻值与温度的变化趋势相同。
3
8.1
热电阻传感器
取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现 其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为 484 。
测量电桥、显示仪表及连接导线组成。由于热电阻的 阻值较小(几欧姆到几十欧姆范围)，这样热电阻本体 的引线电阻和连接导线的电阻会给温度测量结果带来 很大的影响，例如，50Ω的铂电阻，若导线电阻为1Ω，
会产生5℃的测量误差。为了解决这一问题，热电阻的
连接线路从二线制发展到三线制和四线制，
18
8.1
热电阻传感器
Rt
生产现场
4、热电阻的测量电路
r
r
指示仪表 控制室
两线制
采用三线制或四线制测量电路，可以克服长连接导 线的电阻在环境温度变化时造成测量误差 。 注意：为了避免热电阻中流过电流时产生加热效应，在 设计电桥时要使流过热电阻的电流尽量小些,一般要求 小于10mA。
19
8.1
热电阻传感器
r：电桥电源；2r：相邻臂
4
8.1
热电阻传感器
1.热电阻材料的特点 热电阻材料必须具有以下特点： (1)高温度系数、高电阻率。这样在同样条件下可加 快反应速度，提高灵敏度，减小体积和重量。 (2)化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内 热电阻的测量准确性。 (3)良好的输出特性。即必须有线性的或者接近线性 的输出。 (4)良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。 适宜制作热电阻的材料有铂、铜、镍、铁等。