第二章 传感器及其检测
传感器及检测技术教案
传感器及检测技术教案一、教学目标1. 了解传感器的概念、作用和分类。
2. 掌握常见传感器的原理、结构和应用。
3. 学习传感器信号的处理方法。
4. 能够运用传感器进行实际检测系统的设计和应用。
二、教学内容1. 传感器的基本概念1.1 传感器的定义1.2 传感器的作用1.3 传感器的分类2. 常见传感器的原理与结构2.1 电阻式传感器2.2 电容式传感器2.3 电感式传感器2.4 霍尔传感器2.5 光电传感器2.6 热敏传感器3. 传感器信号的处理方法3.1 信号调理电路3.2 信号转换电路3.3 信号滤波与降噪3.4 信号放大与整形4. 传感器在实际检测系统中的应用4.1 压力检测系统4.2 温度检测系统4.3 湿度检测系统4.4 位置检测系统4.5 速度检测系统三、教学方法1. 讲授法：讲解传感器的基本概念、原理和结构。
2. 案例分析法：分析实际检测系统中的应用案例。
3. 实验法：进行传感器实验，熟悉传感器信号的处理方法。
4. 小组讨论法：分组讨论传感器的选用和应用。
四、教学安排1. 第一课时：传感器的基本概念、作用和分类。
2. 第二课时：常见传感器的原理与结构。
3. 第三课时：传感器信号的处理方法。
4. 第四课时：传感器在实际检测系统中的应用案例分析。
5. 第五课时：实验操作，熟悉传感器信号的处理方法。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对传感器基本概念的理解。
2. 课后作业：巩固学生对传感器原理和应用的掌握。
3. 实验报告：评估学生在实验中对传感器信号处理方法的掌握程度。
4. 小组讨论报告：评价学生在团队合作中对传感器应用的分析和讨论能力。
六、教学资源1. 教材：《传感器及检测技术》2. 实验设备：各种传感器、信号调理电路、信号转换电路、信号滤波与降噪电路、信号放大与整形电路等。
3. 网络资源：相关传感器的技术资料、应用案例等。
七、教学过程1. 导入：通过实际生活中的例子，引出传感器的重要性，激发学生的学习兴趣。
测试课程第二章 电阻式传感器及其应用
第二章电阻式传感器及其应用主讲人：唐守锋教授第二章电阻式传感器及其应用•一、电位器电阻式传感器•二、弹性敏感元件•三、电阻应变式传感器•四、固态压阻式传感器•五、热电阻传感器•六、气敏和湿敏电阻传感器一、电位器电阻式传感器• 2.1.1电位器传感器原理和结构• 1.电位器的转换原理•电位器的电压转换原理如图2 -2所示，设电阻体长度为z，触点滑动位移量为x，两端输入电压为Ui ，则滑动端输出电压Uo为•对角位移式电位器来说，U o与滑动臂的旋转角度a成正比，即图2 -2电位器的电压转换原理•将电位器的电刷通过机械传动装置与被测对象相连，便可测量机械直线位移或角位移。
• 2.基本结构•由于测量领域的不同，电位器的结构不同，但是其基本结构是相近的。
电位器通常都是由骨架、电阻元件及活动电刷组成。
•根据电位器结构不同，位移电位器分为直线位移电位器和角位移电位器两种，其基本结构分别如图2-3、图2 -4所示。
• 2.1.2电位器传感器负载特性•电位器输出端接有负载电阻时，输出电压与负载大小的关系特性称为负载特性。
接有负载电阻R L 的电位器如图2 -5所示，电位器输出电压U L 为•设电阻相对变化为r = R x /R max ，并设m=R max /R L , m 称负载系数，则上式可写成图2 -5带负载的电位器电路•而理想空载特性为•由于m≠0,即R L不是无限大，使负载特性与空载特性之间产生偏差。
图2 -6是对不同m的负载特性曲线。
• 2.1.3电位器传感器的应用实例• 1.电位器式压力传感器•电位器式压力传感器是利用弹性元件（如弹簧管、膜片或膜盒）把被测压力变换为弹性元件的位移，并使此位移变为电刷触点的移动，从而引起输出电压或电流相应变化。
图2 -6电位器的负载特性曲线族•图2 -7为YCD-150型远程压力表原理图。
它是由一个弹簧管和电位器组成的压力传感器。
电位器固定在壳体上，而电刷与弹簧管的传动机构相连接。
传感器及检测技术基本概念课件
感材料主要有以硅材料为主的半导体材料、石英晶体和精密 陶瓷、氧化锌、铁电聚合物及复合材料。
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第一节 传感与检测技术的基本概念
2)微细加工技术 微细加工技术即微米加工技术，是开发微型传感器的工艺技
术，目前大体上分为3类，其一是硅微机械加工技术；其二是 以激光精密加工为主体的超精密机械加工技术；其三是X射 线深层光刻电铸成型技术。 3)新型传感器 新型传感器主要是用于汽车电喷、空调和自动驾驶系统的车 载传感器，用于水质、大气污染的测控传感器，用于检测食 品卫生和诊断各种疾病的生物、化学传感器，用于航天系统 的小型化、低功耗、高精度、高可靠性航天传感器，用于机 器人具有视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉功能的仿生传感器。
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第一节 传感与检测技术的基本概念
1.传感器定义 按照国家标准GB 7666-1987，传感器( Transducer/Sensor)被
定义为“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(Sensing Element)指传感器中能直接感受(或响应) 被测量的部分；转换元件(Transduction Element)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)和测 量的电信号部分” 实际上大多数传感器都难以严格分为敏感元件和转换元件两 部分，它们都是将感受的被测量直接转换为电信号。
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第二节 传感器的基本性能
一、传感器的静态特性
传感器的静态特征(Static characteristic)是指在稳态信号作用 下，传感器输出量与输入量之间的关系特征。
传感器与检测技术第四版第二章
介绍传感器在智能家居和物联网中的应用，如智能家居安全系统、智能城市管理 等。
3
医疗领域中的应用
探讨传感器在医疗领域中的应用，如生命体征监测、健康监测等。
传感器和检测技术
这一章深入讨论了传感器和检测技术的概念、原理和应用。通过理解传感器 的工作原理和分类，我们可以更好地应用它们解决实际问题。传感器和检测 技术在各行各业都发挥着重要作用，并为我们提供了更安全、更便捷的生活 方式。
传感器与检测技术第四版 第二章
这一章简单介绍了《传感器与检测技术第四版》第二章的背景和目的，以及 传感器与检测技术在各个领域中的重要性。通过本章的学习，我们将了解传 感器的基本原理和分类，以及常见的传感器和检测技术及其应用。
传感器的基本原理和分类
1 传感器的工作原理
介绍传感器的工作原理，如感知、转换和输出信号。
2 传感器的分类及其特点
详细介绍传感器的分类，包括物理传感器、化学传感器等，并讨论它们的特点和其应用
介绍温度传感器的原理 和应用，如室内温度监 测、食品加热控制等。
压力传感器及 其应用
探讨压力传感器的工作 原理和应用场景，如汽 车胎压检测、工业压力 控制等。
光学传感器及 其应用
解释光学传感器的工作 方式和应用领域，如自 动光线控制、光电编码 器等。
化学传感器及 其应用
介绍化学传感器的原理 和应用，如气体监测、 水质检测等。
传感器的应用领域
1
工业自动化领域中的应用
探索传感器在工业自动化中的广泛应用，如机器人控制、生产线监测等。
2
智能家居和物联网中的应用
传感器及检测技术教案全
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。
传感器及检测技术教案全
传感器及检测技术教案全第一章：传感器概述教学目标：1. 了解传感器的定义、分类和作用。
2. 掌握传感器的性能指标和选用原则。
3. 了解传感器在自动化系统中的应用。
教学内容：1. 传感器的定义和分类。
2. 传感器的性能指标：灵敏度、线性度、重复性、稳定性等。
3. 传感器的选用原则：根据测量需求、工作条件等选择合适的传感器。
4. 传感器在自动化系统中的应用案例。
教学方法：1. 讲授：讲解传感器的定义、分类和作用。
2. 案例分析：分析传感器在自动化系统中的应用案例。
作业与练习：1. 了解并总结常用传感器的性能指标。
2. 根据实际测量需求，选择合适的传感器。
第二章：电阻式传感器教学目标：1. 了解电阻式传感器的原理和特点。
2. 掌握电阻式传感器的应用和优缺点。
教学内容：1. 电阻式传感器的原理：电阻变化的原因、测量方法。
2. 电阻式传感器的特点：线性度好、响应速度快等。
3. 电阻式传感器的应用：力、压力、位移等测量。
4. 电阻式传感器的优缺点：精度高、抗干扰能力强等。
教学方法：1. 讲授：讲解电阻式传感器的原理和特点。
2. 实验演示：观察电阻式传感器的工作原理和应用。
作业与练习：1. 了解并总结电阻式传感器的应用领域。
2. 分析电阻式传感器的优缺点。
第三章：电容式传感器教学目标：1. 了解电容式传感器的原理和特点。
2. 掌握电容式传感器的应用和优缺点。
教学内容：1. 电容式传感器的原理：电容变化的原因、测量方法。
2. 电容式传感器的特点：适用于微小量测量、抗干扰能力强等。
3. 电容式传感器的应用：位移、湿度、液位等测量。
4. 电容式传感器的优缺点：精度高、响应速度快等。
教学方法：1. 讲授：讲解电容式传感器的原理和特点。
2. 实验演示：观察电容式传感器的工作原理和应用。
作业与练习：1. 了解并总结电容式传感器的应用领域。
2. 分析电容式传感器的优缺点。
第四章：霍尔传感器教学目标：1. 了解霍尔传感器的原理和特点。
传感器及检测技术讲义PPT教案
精度（补充）
反映测量结果与真值接近程度的量 (1)准确度 ：反映系统误差对测量结果的影响 (2)精密度：反映随机误差对测量结果的影响 (3)精确度 ：反映系统、随机误差对测量结果的影响
，用不确定度表示。 对于具体的测量，精密度高的而准确度不一定高
，准确度高的精密度不一定高，但精确度高，则精密 度和准确度都高。
①绝对误差 ②相对误差 ③引用误差 ④基本误差 ⑤附加误差
2.测量误差的性质
①随机误差 ②系统误差 ③粗大误差
有关测量技术中的部分名词（补 充）
（1）真值：被测量本身所具有的真正值。 （2）实际值：高精度仪器所测被测量的值。 （3）标称值：测量器具上所标出来的值。 （4）示值：由测量器具的读数装置所指示出
100
%
1.0%
例 2-3
(3) 结论：用1.0级小量程的温度计测量所产生的示值 相对误差比选用0.5级的较大量程的温度计测量所产生的 示值相对误差小，因此选用1.0级小量程的温度计更合适
2.2测量数据的估计和处理
2.2.1随机误差分析 2.2.2系统误差分析 2.2.3粗大误差剔除 2.2.4测量数据处理中的几个问题
L
式中: δ——相对误差, 一般用百分数给出; Δ——绝对误差;
L——真值。（实际值）
2）示值' (标称)相10对0%误差：x——测量值
x
误差的表示方法（3）
3）引用（满度）误差
引用误差可用下式定义:
xm
测量上限－测量下限
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。
γ为引用误差； Δ为绝对误差；xm为满度值。
【例1】
某采购员分别在A 、B 、C 三家商店购买 100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，发现 均缺少约0.5kg，但该采购员对C家卖牛肉干的 商店意见最大，是何原因？
第二章-电化学传感器报告
寿命长；
② 构造简单，体积小，便于批量制作，成 本低，便于微型化； ③ 适应温度范围宽； ④ 输出阻杭低，与检测器的连接线甚至不
用屏蔽，不受外来电场干扰，测试电路简化；
⑤ 可在同一硅片上集成多种传感器，对样 品中不同成分同时进行测量分析。
第三节
电化学气体传感器
气体传感器：能感知环境中某种气体及 其浓度的一种装置或器件，它能将气体种类 和浓度有关的信息转换成可测量的信号。 电子鼻是一种20世纪90年代发展起来的 新颖的分析、识别和检测复杂嗅味及大多数
K＋ 水硬度 Ca2＋＋ Mg2＋ NO3－ ClO4－ BF4－
110－6~110－1 Cs＋, NH4＋ 110－5~110－1 Na＋, K＋, Ba2＋, Sr＋, Cu2＋, Ni2＋, Zn2＋, Fe2＋ 510－6~110－1 NO2－, Br－, I－, ClO4
－
110－5~110－1 OH－ 110－6~110－1 I－, SCN－, ClO4－
现象、进一步提高选择性。 (3) 电活性物质在电解液中的溶解。物质穿过气 液界面的速度和气体在电解液中的溶解速度决 定传感器的响应灵敏度和响应时间。
(4) 电活性物质在电极表面吸附。
(5) 扩散控制下的电化学反应。 当被测气体为CO，对电极为空气电极时： 工作电极： CO＋H2OCO2＋2H＋＋2e 对电极： 1/2 O2＋2H＋＋2e H2O
复合电极的 外参比电极
复合电极：它与外参比电极组 合成一个测量电池，测量时免 去了常用分开的参比电极，结 构更加紧凑。
2、非晶体膜传感器
膜是由一种含有离子型物质或不带电荷的 支撑体组成，这种支撑体是多孔性的膜或无孔
的膜。膜电位是由于膜相中存在着离子交换而
传感器及其应用第二章习题答案
第章 思考题与习题1、何为金属的电阻应变效应怎样利用这种效应制成应变片 答：（1）当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。
（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。
并将其粘贴在绝缘基片上制成。
把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度，2、什么是应变片的灵敏系数它与电阻丝的灵敏系数有何不同为什么 答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。
εRR k /∆=（2）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。
3、对于箔式应变片，为什么增加两端各电阻条的截面积便能减小横向灵敏度答：对于箔式应变片，增加两端圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多（圆弧部分截面积大），其电阻值较小，因而电阻变化量也较小。
所以其横向灵敏度便减小。
4、用应变片测量时，为什么必须采用温度补偿措施 答：用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，所以必须采用温度补偿措施。
5、一应变片的电阻 R=120Ω， k=。
用作应变为800μm/m 的传感元件。
①求△R 和△R/R ；②若电源电压U=3V ，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压U 0。
已知：R=120Ω， k =，ε=800μm/m ； 求：①△R=，△R/R=②U=3V 时，U 0= 解①：∵ εRR k /∆=∴ Ω=⨯⨯==∆⨯=⨯==∆-1968.012080005.21064.180005.2/3R k R k R R εε解②：初始时电桥平衡（等臂电桥）∵ U RR U •∆•=410 ∴ mV U R R U 23.131064.1414130=⨯⨯⨯=•∆•=- 6、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R 1和R 2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a ）。
第2章 传感器的一般特性
y
a0
—— 输出量；
x
a1
—— 输入量； —— 理论灵敏度；
—— 零点输出；
a2，a3，...an
—— 非线性项系数。
各项系数不同，决定了特性曲线的具体形式不同。
传感器的静态特性
传感器静态特性的主要指标有以下几点: 2.1.1线性度（非线性误差） – 在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲 线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度，通常用相 对误差来表示，即
传感器的静态特性
2.1.6重复性(续)
重复性所反映的是测量结果偶然误差的大小，
而不表示与真值之间的差别。有时重复性虽然
很好，但可能远离真值。
传感器的静态特性
2.1.7 零点漂移
零点漂移:传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔 一段时间进行读数，其输出偏离零值（或原指示值），即 为零点漂移（简称零漂）。
导致传感器无法正常进行测量。 输入信号随时间变化时，引起输出信号也随时间变化， 这个过程称为响应。动态特性就是指传感器对于随时间变化 的输入信号的响应特性，通常要求传感器不仅能精确地显示 被测量的大小，而且还能复现被测量随时间变化的规律，这 也是传感器的重要特性之一。
传感器的动态特性
传感器的动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的 响应特性，传感器所检测的非电量信号大多数是时间的函数。 为了使传感器输出信号和输入信号随时间的变化曲线一致或相 近，我们要求传感器不仅有良好的静态特性，而且还应具有良 好的动态特性。传感器的动态特性是传感器的输出值能够真实 地再现变化着的输入量能力的反映。
《测控技术》 第二章 传感器的一般特性
扬州大学 陈虹
传感器的一般特性
2.1 传感器的静态特性
传感器及检测技术教案全
传感器及检测技术教案（一）一、教学目标1. 让学生了解传感器的定义、作用和分类。
2. 使学生掌握常见传感器的原理与应用。
3. 培养学生运用传感器进行检测技术的实际操作能力。
二、教学内容1. 传感器的定义与作用2. 传感器的分类3. 常见传感器的原理与应用4. 传感器的基本特性5. 传感器的选用与安装三、教学重点与难点1. 教学重点：传感器的定义、作用、分类；常见传感器的原理与应用。
2. 教学难点：传感器的基本特性；传感器的选用与安装。
四、教学方法1. 采用讲授法讲解传感器的定义、作用、分类和常见传感器的原理与应用。
2. 采用案例分析法分析实际应用中的传感器案例，帮助学生更好地理解传感器的工作原理和应用。
3. 采用实践操作法，让学生动手安装和选用传感器，提高学生的实际操作能力。
五、教学过程1. 导入：介绍传感器在现代科技领域的重要性和广泛应用，激发学生的学习兴趣。
2. 新课讲解：讲解传感器的定义、作用、分类，以及常见传感器的原理与应用。
3. 案例分析：分析实际应用中的传感器案例，加深学生对传感器工作原理和应用的理解。
4. 实践操作：安排学生进行传感器选用与安装的实践操作，提高学生的实际操作能力。
6. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
传感器及检测技术教案（二）一、教学目标1. 让学生了解传感器的基本特性。
2. 使学生掌握传感器的校准方法。
3. 培养学生运用传感器进行检测技术的实际操作能力。
二、教学内容1. 传感器的基本特性2. 传感器的校准方法3. 传感器的故障诊断与维修4. 传感器的误差分析5. 传感器的数据处理与显示三、教学重点与难点1. 教学重点：传感器的基本特性；传感器的校准方法。
2. 教学难点：传感器的故障诊断与维修；传感器的误差分析；传感器的数据处理与显示。
四、教学方法1. 采用讲授法讲解传感器的基本特性和校准方法。
2. 采用案例分析法分析实际应用中的传感器故障案例，帮助学生掌握传感器的故障诊断与维修方法。
传感器与检测技术课件第二章
超声波液位传感器
利用超声波的反射来测量液体的 高度，适用于多种液体材料，具 有高精度和可靠性。
压力式液位传感器
通过测量液体对传感器施加的压 力来确定液位高度，用于液体容 器和管道的液位监测。
传感器的精度评定方法
线性性测试
通过在不同输入条件下测量传 感器的输复性测试
通过在相同输入条件下多次测 量传感器的输出，并计算其输 出值的差异性。
响应时间测试
测量传感器从感应到输出的时 间间隔，用于评估传感器的快 速性能。
传感器的温度漂移测试
1 热水浴测试
将传感器浸泡在不同温度的热水中，测量传 感器输出的变化以评估其温度漂移。
2 温湿度测试
在控制温度和湿度条件下，测量传感器输出 的变化以评估其温度和湿度影响。
化学传感器
专门用于检测化学物质的浓度、组成和反应等 信息。
非接触传感器
通过无需直接接触物体即可检测物理量的变化， 如光电传感器和红外传感器。
其他传感器
包括温度传感器，速度传感器，位置传感器等。
常用传感器的介绍
温度传感器
测量环境或物体的温度，常用 于控制系统、气候监测等。
压力传感器
测量气体或液体的压力，广泛 应用于工业自动化和汽车行业。
光电传感器
使用光电效应检测环境中的物 体或距离，常用于自动化和机 器人技术。
气体传感器的类型和特点
1 一氧化碳传感器
2 二氧化碳传感器
检测一氧化碳气体浓度以预防一氧化碳中毒。
测量室内空气中的二氧化碳浓度，用于空气 质量监测和能源管理。
3 甲烷传感器
检测甲烷气体浓度，广泛应用于燃气检测和 防爆系统。
速度传感器的类型和特点
1 霍尔传感器
《传感器与检测技术》(第二版)第二章
1.应变(ε) 在材料力学中，=l/l 称为电阻丝的轴向 应变，也称纵向应变，是量纲为1的数。 通 常 很 小 ， 常 用 10-6 表 示 之 。 例 如 ， 当 为 0.000001 时 ， 在 工 程 中 常 表 示 为 110-6 或 m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变 ( )。 对金属材料而言，当它受力之后所产生 的轴向应变最好不要大于110-3，即 1000m/m，否则有可能超过材料的极限强度 而导致断裂。
精或丙酮的纱布片或脱脂 棉球擦洗。
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术（第二版）
湖州职业技术学院机电分院
2.贴片：在应 变片的表面和处理 过的粘贴表面上， 各涂一层均匀的粘 贴胶 ，用镊子将应 变片放上去，并调 好位置，然后盖上 塑料薄膜，用手指 揉和滚压，排出下 面的气泡 。
2013年7月21日
何将R /R转换为输出电压Uo的。
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术（第二版）
湖州职业技术学院机电分院
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术（第二版）
电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3
调节RP，最终可以 使R1/R2=R4/R3（ R1、
湖州职业技术学院机电分院
R2是R1、R2并联RP后的
双臂电桥
R1、 R2为应变 片， R3、R4为固定电 阻 。应变片R1 、R2 感 受到的应变1~2以及 产生的电阻增量正负 号相间，可以使输出 电压Uo成倍地增大。
湖州职业技术学院机电分院
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术（第二版）
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变片， 如果设法使试件受力后，应变
第二章检测与传感器
动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输 入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以 通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动 态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时 间、频率响应范围、临界频率等。
三、传感器的发展方向
1. 新型传感器的开发 鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，
三、磁栅位移传感器
2.原理：
在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组，一个为 励磁绕组，另一个为拾磁绕组，将高频励磁电流通入
励磁绕组时，当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈中感应电
压为： UU0si2 n xsi nt
式中：
U0——输出电压系数；
——磁尺上磁化信号的节距；
χ——磁头相对磁尺的位移； ω——励磁电压的角频率。
一、旋转变压器
2. 原理
旋转变压器在结构上与两相绕组式异步电机
相似，由定子和转子组成。当以一定频率（频率
通常为400Hz、500Hz、1000Hz及
5000Hz等几种）的激磁电压加于定子绕组时，
转子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函
数关系，或在一定转角范围内与转角成正比关系。
前一种旋转变压器称为正余弦旋转变压器，适用
U 3 k1 s U i n k2 s U 9 io n 0 ) (km c U o t s )(
式中: k =w1/w2——旋转变压器的变压比 w1、w2——转子、定子绕组的匝数
一、旋转变压器
线性旋转变压器实际
上也是正余弦旋转变压器， 不同的是线性旋转变压器 采用了特定的变压比k和 接线方式，如右图。这样 使得在一定转角范围内 （一般为±60°），其输 出电压和转子转角θ成线 性关系。此时输出电压为
传感器与检测技术第02章
2.1.5 电位器式传感器应用举例
变阻器式传感器产品
案例：重量的自动检测--配料设备
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
案例：煤气包储量检测
钢丝
煤气包
原理：钢丝->收线圈数 ->电位器 ->电阻
案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
第二章 电阻式传感器
1 电位器式电阻传感器 2 应变片式电阻传感器
电阻式传感器的基本原理：将被测量的变化转化成 电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量 的变化 传感元件 电位器式： 物理量变化
（电位计）
电阻变化
属于大电阻变化型，R：0—R传 敏感元件
变形
应变式： 物理量变化
传感元件
且磨损降低寿命和可靠性，也会降低测量精度。
电位计分类
按输出-输入特性 线性电位计
非线性电位计
线绕式—在传感器中应用较多
按结构形式
薄膜式—具有较高的精度和线性特性
光电式—无摩擦和磨损，分辨率高
2.1.1 线性线绕电位计
一、线性线绕电位器式传感器工作原理：以线位移型为例 若变阻器式： Rx 若分压器式： U x
UO U L 1 L 100% 1 100% UO 1 mr(1 r )
3 改善电位器式电阻传感器的特性
（1）采用高输入阻抗放大器；
（2）将电位器空载特性设计成某种上凸特性。
2.1.4 电位器的结构与材料
由于测量领域的不同，电位器结构及材料选择有所不
2.2 金属应变片式传感器
传感器基本知识上
（五）. 分辨率（△xmin ）、阈值
分辨力：在规定的测量范围内，传感器所
能检测出输入量的最小Dx变min 值
.
分辨率：相对与输入的满量程的相对值表示
。即
Dxmin 100% X FS
xFS —— 输入量的满量程值
数字传感器的分辨力可用输出数字指示值最后一位所代表的输入量。
（五）. 分辨率（ △xmin ）、阈值
说明：1、分辨力 --- 是绝对数值，如
重复性是体现传感器的精密程度 指标之一
反映误差分散的程度
传感器为何会产生重复性误差？
传感器机械部分的磨损、间隙、松动
敏感元件内摩擦、积尘
辅助电路老化和漂移 注意
不重复性误差一般属于随机误差性质,反映的是测量 结果偶然误差大小，而不表示与真值之间的差别，有时 重复性很好但可能偏离真值。不重复性误差可以通过校 准测得。
（三）. 重复性 Ex
重复性 Ex 反映了传感器在输入量按同一方
向（增或减）做全量程多次测试时，所得到的
特性曲线的不一致程度。
Ex
Dmax yFS
100% (2.7)
Y
Δ max─ 最大不重复误差
Dmn Dmax {Dm1 ...Dmi ...Dmn }
YFS 满量程输出值
Dm2 Dm1
（四）.迟滞现象（回差EH ）
回差EH 反映了传感器的输入量在正向行程
和反向行程全量程多次测试时，所得到的
特性曲线的不重合程度。
y
EH
Emax
Dm yFS
100% (2.9)
y FS
Dm
迟滞是由于磁性材料的磁化 和材料受力变形，机械部分存在 （轴承）间隙、摩擦、（紧固件） 松动、材料内摩擦、积尘等造成 的。
煤矿安全监测监控技术(02)-矿用传感器(02)
图2.4-1 顺磁测氧元件
１－环型室 ； ２－永久磁铁； ３－r1电阻线圈； ４－r2电阻线圈； r1 r2R1 R2测量电桥
1PPm CO) 输出信号：200～1000Hz、1.0～5.0mADC 防爆型式：ExibⅠ矿用本安型 外形尺寸：(190×114×57)mm
图2.3-5 KG9201CO传感器
四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))
3、结构及原理：
LED显示
watchdog 电路 EEPROM
三、KGQ7型氧气传感器
主要技术指标
测量范围：0～25 % O2 测量误差：± 3 % O2（满量程） 响应时间：小于30 s 报警方式：红色灯光闪烁，蜂鸣器鸣叫 输出信号： KGQ7－1 型：200～1000 Hz KGQ7－2 型：1～5 mA 恒流，负载电阻0～500 Ω KGQ7－3 型：RS485 接口，通信波特率1200 bps 工作电压：DC 9～24 V 工作电流：DC 9 V 不大于100 mA 标定流量：200 毫升/分
产生： CO是碳系物质不完全燃烧的生成物，井下爆破作业、内燃机 车的排气、火灾、瓦斯煤尘爆炸均产生CO
危害： 可燃易爆，剧毒。允许浓度，中国是24PPM，日本是50PPM；
检测方法： 检知管法、定电位电化学法、红外吸收法、气相色谱法等。
二、检知管法测定CO
检知管检测CO原理： CO气体缓慢而稳定的流过检知管时，与管中试剂发生化学反 应，呈现一定的颜色(比色式)或变色长度(比长式)，来检测 CO的浓度。
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第二篇 汽车电子控制系统
二、半导体型进气管压力传感器 (一)结构 可以把进气管的压力(负压)信号转变为电信号。由壳体、压力转换元 件、混合集成电路、输出端子和滤清器等构成．如图所示。 压力转换元件是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片。硅膜片(如图22-12a所示)为边长约3mm的正方形，其中部经光刻腐蚀形成直径约2mm、厚 约50μ m的膜片．薄膜周围有4个应变电阻(R1～R4)，以惠斯登电桥方式连 接(如图2-2-12b所示)。硅膜片的周边粘结固定在支座上，并封装在真空室 内。硅膜片一面是真空，另一面与进气管相通，进气管的压力作用于硅膜 片上。为避免温度变化对信号电压的影响，硅膜片表面还制有温度补偿电 路。混合集成电路的作用是对转换元件输出的电压信号(此电压信号很弱) 进行放大处理。，滤清器对来自进气管的气体进行滤清，去除气体中的杂 质和水分。
第二篇 汽车电子控制系统
2、传感器工作原理
如图2-2-15所示。发动机工作时，G1G2及Ne信号曲轴转2圈，信号转子转1圈。 当G1G2转子凸齿接近、离开G1传感线圈铁心端部时．在Ol线圈中便感应出一个电压脉冲； G1G2转子转过180。(曲轴转过360。)后，同样由于其凸齿接近、离开G2线圈铁心端部一次， 因而在G2线圈也感应出一个电压脉冲，如图。G1、G2线圈产生的脉冲分别向ECU输人 6、1缸活塞压缩位置信号，以使ECU能正确地确定6缸和1缸的喷油和点火正时。 Ne转子每转一周，在Ne传感线圈中会产生24个脉冲电压信号，每个脉冲电压信号所 对应的凸轮轴转角为15。即曲轴转角为30。。将这些电压脉冲输入电控单元ECU，通过检 测脉冲间隔，就可确定出发动机转速及曲轴转角。利用GI、G2及Ne信号的组合，就可确 定出发动机转速、曲轴位置以及特定气缸的曲轴转角和喷油、点火时刻及次序等。
第二章 传感器及检测
第二篇 汽车电子控制系统
第二章 传感器及检测
第二篇 汽车电子控制系统
(二)工作原理
如图当进气管的压力从一个方面作用在硅膜片上时，此压力与真空室压力之间 产生一个压力差，该压力差使硅膜片发生变形，因而使硅膜片电阻的阻值改变(利 用半导体的压阻效应)，导致电桥输出电压变化，这样就可利用惠斯登电桥将硅膜 片的变形转变成电信号。因为输出的电信号很微弱，所以需用混合集成电路A放大 后输出，作为进气管压力信号送到ECU中，以控制喷油量。 半导体型工作温度范围宽(-30～100*C)，不易受温度变化的影响，即使在严酷的 工作环境中，精度也特别高，响应速度很快，耐振性好，得到了广泛应用。 (三)传感器常见故障与检查 1、常见故障 (I)内部集成电路不良使信号不准或无信号输出。 (2)硅片(装有压电元件)损坏而无信号输出。 (3)真空管接头或内部有漏气使信号不准。 2，故障检查 以皇冠3.0为例。进气管压力传感器与ECU的连接如图2-2一13所示。 (1)检查进气管压力传感器的电源是否正常 拨开插接器，接通点火开关，测“VCC”与“E2”间电压应4.5～5.5V。若无电压， 则故障在ECU以前的电路及相关部件(包括ECU)。电压正常时。可进一步检查端子 “PIM'’与“E2”间电压应为3.3～3.9V。 (2)检查传感器的信号输出电压 如电源电压正常，则可按下述方法检查传感器的信号输出电压。 接好插接器，拆下传感器的真空软管，当“ON”位置时．用真空泵 施以真空压力(13.3～66.7 kPa)，测“PIM'’与“E2”端子问电压，其电压值应 符合表。如不符，须更换。
第二篇 汽车电子控ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系统
第二节 进气管压力传感器
第二章 传感器及检测
是决定D型电控汽油喷射系统基本喷油量的最重要的传感器。装在节气门后部的进气歧管上，作用是把检测 到的进气歧管中的气体压力(负压)转换成电信号送到电控单元ECU，以确定喷油器的基本喷油量。 进气管压力传感器主要有真空膜盘型和半导体型。 一、真空膜盒型进气管压力传感器
第二章 传感器及检测
第二篇 汽车电子控制系统
二、光电式发动机转速及曲轴位置传感器
第二章 传感器及检测
是利用光电效应原理将发动机转动时的曲轴转角和气缸压缩上止点位置信号转变为电信号。图为日产VG30E型发动机集中控制系统 用的光电式曲轴转速、转角及点火基准传感器。它主要由遮光转盘(传感器转子)和光源与光接收器(传感器定子)等构成。 传感器定子主要由发光二极管5、光敏三极管4及控制电路3等组成。发光二极管为传感器的光源，它固定在光源架上。接通点火开 关时，其中就有电流流过而发出红外光束并用半球形透镜聚集。光敏三极管为传感器的光接收器，它与光源固定在同一架子上， 与光源上下相对并相隔一定距离。光敏三极管的工作不同于普通三极管，它的基极电流足由光产生的，即当有光束照在其上时，基极 就有电流流过，三极管就导通；当光束照射不到其上时，基极电流就消失，三极管则截止。可见，光敏三极管的基极不必输人电信号 ，也无需基极引线。 遮光转盘同定在分电器轴上，与分电器轴一同转动。它位f发光二极管与光敏三机管之间。在遮光转盘的圆周外圈上均匀地刻有 360条缝隙，每转过一条缝隙对应凸轮轴的转角为1度。在遮光转盘圆周的内圈上，还刻有表示1缸上止点位置的较宽缝隙和60。(6缸 机)间隔的缝隙，如图2-2-18(b)和(c)所示。发动机运转时，遮光转盘随之转动，当遮光转盘上的缝隙处。发光二极管5与光敏三极管4 之间时，光束通过缝隙照在其下边的光敏三极管的基极上，使光敏三极管导通，控制电路输出高电平。当光线被遮光转盘上的实体部 分挡住时，光敏三极管截止，控制电路输出低电平。 凸轮轴每转一周，电路将输出360个脉冲信号，每个脉冲信号 对应于凸轮轴的1 转角(相当于曲轴的20)，向ECU输人的转 速及曲轴转角信号。由较宽缝隙产生的1缸上止点位置信号和60 间隔缝隙所控制的电路， 将向ECU输入1缸曲轴位置信号和缸序判别信号。
第二篇 汽车电子控制系统
第二章 传感器及检测
光电式传感器可装在分电器内，也可直接装于凸轮轴轴端，在后一种情况下遮光转盘将 固定在凸轮轴上。 光电式传感器应注意保持发光二极管和光敏三极管表面的洁净，以免影响测量精度。 三、霍尔效应式发动机转速及曲轴位置传感器 霍尔效应式发动机转速及曲轴位置传感器是根据霍尔效应原理制成的。 (一)霍尔效应原理 霍尔效应原理如图2-2-19所示，当电流I通过放在磁场中的霍尔元件(即半导体基片)， 且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流干u磁场的半导体基片的两侧面即产生一个电 压，该电压被称为霍尔电压UH，且霍尔电压UH的大小与通过霍尔元件的电流，和磁感应强度B成正比， 即 UH=RH/d.I.B 式中RH-霍尔系数； d--霍尔元件(半导体基片)厚度 I--通过霍尔元件的电流； B--磁感应强度。 由上式可知．当通过半导体基片的电流为正比，即霍尔电压随磁感应强度大小而变化。 定值时，霍尔电压UH与磁感应强度B成 (二)霍尔效应式发动机转速及曲轴位置传感器 1．传感器结构 由铲状触发叶轮l霍尔集成块2和带导板的永久磁铁3等组成。 铲状触发叶轮为信号发生器转子，与分火头固装在一起后套在分电器轴上端， 曲轴与信号转子即叶轮之间的传动比为2:1。叶片的数目等于发动机缸数， 且各叶片之间分配角相等，为3600/气缸数(图中为90。)。霍尔集成块、永久磁铁等为信号发生器的 定子部分，永久磁铁3与霍尔集成块2对置安装，且两者之间具有一定的空气隙。 霍尔集成块2包括霍尔元件和霍尔集成电路，任务是将霍尔元件产生的微弱的毫伏级的交变电压放大、 整形、转换成规则的矩形方波信号电压输出。霍尔集成块内部基本逻辑电路如图2-2-21所示。
l、结构 结构如图所示。由一对真空膜盒1，初级线圈2，次级线圈3，铁心4等组成。 膜盒置于进气管压力传感器壳体内，由薄金属焊接而成，其内部抽成真空。进 气管压力传感器通过管道与进气歧管相连，因而膜盒外部受进气管压力(负压)作 用，其收缩或膨胀的程度完全取决于进气管压力变化。位于初级绕组和次级绕 组内部的铁心4与膜盒联动。 2、工作原理 当进气歧管压力(负压)变化时，真空膜盘就会膨胀或收缩，带动铁心同左或向 右移动。由于发动机工作时已有电流流过初级绕组，铁心移动时就会在次级绕 组产生感应电动势。如当进气压力增大(节气门开度增大)时，真空膜盒收缩， 使柱塞向左移动，进入线圈，电感增大，于是次级绕组输给电控单元ECU的感应 信号增强，则喷油时间增长。这样即可把气压变化的物理量转变为次级线圈 两端输出的电信号，从而控制喷油量。 3、传感器的检查 在插头处于连接的状态下，将点火开关闭合．用电压表测量插接器“E”、 “VS”端子的输出电压。怠速时为0．4 v；当转速升高时电压随之升高。在拔下 真空管加上大气压的情况下。输出电压为1．5 V；在用口对准真空管道吸气的 情况下，表针应从1．5V起向降低方向摆动。
第二篇 汽车电子控制系统
2.工作原理 如图。触发叶轮随分电器轴转动时，每当叶片进人永久磁铁与霍尔集成块 之间的空气隙。时，霍尔集成块中的磁场即被触发叶轮的叶片1所旁路(即隔磁)， 如图所示，这删霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成块内部输出级三极管V处于截止 状态，霍尔效应式传感器此时输出高电平即信号输出线“O”与搭铁线“-”之间为高电压 (见图2-2-21所示)。当触发叶轮的叶片离开空气隙a时，永久磁铁的磁通便通过导板2、 霍尔集成块、空气隙。构成回路，如图2-2-22(b)所示，这时霍尔元件产生霍尔电压，霍尔 集成块内部输出级三极管V处于导通状态，此时输出低电平即信号输出线“O” 与搭铁线“-”之间为低电压(见图2-2-21所示)。输出波形如图。高、低电平的时间比 取决于叶片宽度与缺口宽度之比。 类型有：触发叶片式和触发齿轮式。传感器可安装在分电器中， 也可装在发动机曲轴前端或飞轮壳上。工作时在霍尔组件中产生变化的霍尔电压，此信 号电压经放大整形电路处理后，便成为标准的电压脉冲。霍尔电压变化的时刻反映了曲轴 的位置。单位时间内霍尔电压变化的次数可反映出发动机的转速。
第二章 传感器及检测
第二篇 汽车电子控制系统
第三节发动机转速及曲轴位置传感器
第二章 传感器及检测
作用是检测发动机转速及曲轴位置，并将其转变为电信号输入电控单元ECU。 安装位置因车型而异，有的汽车将其装在分电器中；有的则将其装在曲轴中部或飞轮上；有的将其安装在凸轮轴上。 制造时常组合为一体，构成一个总成，由其中的两个或两个以上部分分别产生发动机转速及曲轴位置等信号。 主要有电磁感应式、霍尔效应式、光电效应式等多种类型。 一、磁感应式发动机转速及曲轴位置传感器 基本工作原理是：利用电磁感应原理，以永久磁铁作为介质，将运动速度转换成传感线倒的脉冲感应电动势，并使该电动势与发动 机转速及曲轴位置(活塞在气缸中的位置)相对应。 1、传感器结构 安装在发动机气缸盖上，由凸轮轴驱动。主要由G1G2及Ne信号转子和Gl、G2及Ne传感线圈等组成。G1G2及Ne两个信号转子均固定在 同一轴上，由配气机构凸轮轴上的齿轮驱动，其转速为曲轴转速的1／2。G1、G2及Ne三个传感线圈则安装在传感器壳体上，其中G1、 G2线圈对置安装即夹角为180。，Ne传感线圈与G1、G2线圈互错90。，且位置靠近壳体底部。 G1G2信号转子只有一个凸齿，而Ne信号转子则有24个凸齿，相邻凸齿间夹角为15°， (对应的曲轴转角为30°)。传感器的磁路(以GI线圈为例)为：永久磁铁N极斗铁心一 气隙一GIG2信号转子_Ne信号转子一-导磁板-永久磁铁s极，如图2-2-15所示。