传感器原理与应用重点
传感器原理及应用温度传感器
传感器原理及应用温度传感器一、传感器原理传感器是将非电信号转化为电信号的装置，它通过测量其中一被测量物理量（如温度、压力、湿度等）的变化，并将其转换为可用的电信号输出。
温度传感器是一种用来测量温度的传感器，它通常由敏感元件和信号处理电路组成。
敏感元件接受来自被测对象的温度变化，并将其转化为电信号，信号处理电路进一步处理该电信号并输出。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻、半导体温度传感器等。
1.热电偶：热电偶是利用两种不同金属的热电极在温度差下产生热电势的原理进行温度测量的。
当两个不同金属的连接点分别处在不同温度下时，会在连接点间产生热电势，称为温差电动势，通过对热电势的测量，可以得到被测温度。
热电偶具有响应快、测量范围广、结构简单等优点，常用于高温环境下的温度测量。
2.热电阻：热电阻是利用材料的电阻随温度变化的特性进行温度测量的。
热电阻通常由金属或半导体材料制成，在不同温度下，其电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化，可以得到被测温度。
常见的热电阻有铂电阻，具有精度高、稳定性好等特点，广泛应用于精密温度测量领域。
3.半导体温度传感器：半导体温度传感器是利用半导体材料的电阻随温度变化的特性进行温度测量的。
半导体温度传感器通常由硅基芯片制成，其电阻值随温度变化呈现一定的规律。
通过测量电阻值，可以得到被测温度。
半导体温度传感器具有体积小、响应快、价格低等优点，广泛应用于家电、电子产品等领域。
二、温度传感器应用温度传感器在各个行业和领域有着广泛的应用。
1.工业领域：温度传感器在工业领域中被广泛应用于监测加热设备、冷却系统、炉温控制等。
它可以帮助实时监测设备的温度变化，避免因温度过高或过低导致设备故障或损坏。
2.电子产品：温度传感器在电子产品中应用广泛，如智能手机、电脑、平板电脑等。
它可以用于监测设备的温度，防止设备因温度过高而损坏。
3.汽车行业：温度传感器在汽车行业中被用于发动机温度的监测，以及空调系统、冷却系统等的温度控制。
传感器原理及其应用-第10章-红外传感器重点
第10章 红外传感器
10.2 红外传感器
红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种传 感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它的 性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择合适的、性能良 好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。
按探测机理的不同，红外传感器分为热传感器和光子传感器两
维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过3000 K的温 度范围，辐射波长在0.4～0.75m 之间。当温度超过3000 K时， 与实验结果就有较大偏差。
从维恩公式可以看出，黑体的辐射本领是波长和温度的函数， 当波长一定时，黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数，这就是 单色辐射式测温和比色测温的理论依据。
武汉理工大学机电工程学院
第10章 红外传感器
近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广泛 应用。军事领域的应用主要包括： (1) 侦查、搜索和预警； (2) 探测和跟踪； (3) 全天候前视和夜视； (4) 武器瞄准； (5) 红外制导导弹； (6) 红外成像相机； (7) 水下探潜、探雷技术。
10.2.1 红外光子传感器
红外光子传感器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下， 产生光电效应，使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性 质的变化，就可以确定红外辐射的强弱。
武汉理工大学机电工程学院
第10章 红外传感器
按照红外光子传感器的工作原理，一般分为外光电效应和内 光电效应传感器两种。内光电效应传感器又分为光电导传感器、 光生伏特(简称光伏)传感器和光磁电传感器3种。 (1) 大部分外光电传感器只对可见光有响应。可用于红外辐射 的光电阴极很少。S-1(Ag-O-Cs)是一种。它的峰值响应波长 是0.8 m，光谱响应扩展到1.2 m。目前外光电效应探测器只用 于可见光和近红外波长范围。
传感器原理及应用
H%12yhm m aaxx 100% 1-7
迟滞现象反映了传感器机械结构 和制造工艺上的缺陷,如轴承摩 擦、间隙、螺钉松动、元件腐蚀 等。
5 精确度
传感器的精确度是指传感器的输出指示值与被测量 约定真值的一致程度,反映了传感器测量结果的可靠 程度。在工程应用中,为了简单表示测量结果的可靠 性程度,引入精确度这个等级概念,用A表示,它表示允 许的最大绝对误差与满度量程的比值的百分数,即
二、电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是目前工程测力传感器中应 用最普遍的一种传感器,它测量精度高,范围广, 频率响应特性较好,结构简单,尺寸小,易实现小 型化,并能在高温、强磁场等恶劣环境下使用,并 且工艺性好,价格低廉。它主要应用在力作用下, 将材料应变转变为电阻值的变化,从而实现力值 的测量。组成电阻应变片的材料一般为金属或 半导体材料。
2．传感器的动态特性
传感器的动态特性是指传感器在测量快速变化的输 入信号情况下,输出对输入的响应特性。传感器测量 静态信号时,由于被测量不随时间变化,测量和记录的 过程不受时间限制。但是在工程实践中,检测的是大 量随时间变化的动态信号,这就要求传感器不仅能精 确地测量信号的幅值大小,而且还能显示被测量随时 间变化的规律,即正确的再现被测量波形。传感器测 量动态信号的能力用动态特性来表示。
习题：1、2
模块二 力敏传感器及其应用
课题一 力敏传感器的工作原理与分类
任务目标 ★ 掌握电阻应变式力敏传感器的工作原理； ★ 掌握电感应变式力敏传感器的工作原理； ★ 了解电阻应变式和电感应变式力敏传感器之间 的区别。
一、力敏传感器概述
力敏传感器,顾名思义就是能对各种力或能转 化为力的物理量产生反应,并能将其转变为电 参数的装置或元件。很显然,要成为真正实用 意义上的力敏传感器,这个由力转化为电参数 的过程最好能成线性关系。根据由力至电参数 转变的方式不同,力敏传感器一般有电阻应变 式传感器、电位计式传感器、电感式传感器、 压电式传感器、电容式传感器等,它们也可用 来测量力值。
传感器原理及应用教程专用学习教案
传感器原理及应用教程专用学习教案教案内容：一、教学内容：本节课主要讲解传感器原理及应用，教材章节为第五章第一节《传感器的基本原理与分类》。
内容包括：传感器的定义、分类、基本原理，以及常见传感器的特点与应用。
二、教学目标：1. 让学生了解传感器的定义和分类，掌握传感器的基本原理。
2. 使学生熟悉常见传感器的特点和应用，提高实际操作能力。
3. 培养学生的创新意识和团队协作能力。
三、教学难点与重点：重点：传感器的基本原理，常见传感器的特点与应用。
难点：传感器的工作原理和实际应用中的问题解决。
四、教具与学具准备：教具：多媒体教学设备、传感器实验装置。
学具：实验手册、笔记本、测量工具。
五、教学过程：1. 实践情景引入：通过展示一辆智能汽车，让学生思考汽车是如何感知周围环境的。
2. 理论知识讲解：（1）传感器的定义：传感器是一种能够感受非电学量并将其转换为电学量的装置。
（2）传感器的分类：按工作原理可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器等。
（3）传感器的基本原理：传感器的工作原理主要包括转换原理、检测原理和处理原理。
3. 例题讲解：以温度传感器为例，讲解其工作原理、特点和应用。
4. 随堂练习：让学生分析不同类型的传感器在实际应用中的优缺点。
5. 实验操作：分组进行传感器实验，让学生亲身体验传感器的工作原理和应用。
6. 课堂讨论：让学生分享实验心得，讨论传感器在实际应用中可能遇到的问题及解决方法。
六、板书设计：传感器的基本原理与分类1. 传感器的定义2. 传感器的分类3. 传感器的基本原理转换原理检测原理处理原理4. 常见传感器的特点与应用七、作业设计：1. 请列举三种常见的物理传感器，并简要介绍其工作原理和应用。
答案：温度传感器、压力传感器、光敏传感器。
2. 请分析一只智能家居系统中，湿度传感器和光照传感器的作用。
答案：湿度传感器用于监测室内湿度，光照传感器用于监测室内光照强度，以调节家居设备的工作状态，提高生活质量。
传感器原理及应用王化祥
传感器原理及应用王化祥传感器是一种能够感知、检测和接收外部信息，并将这些信息转换成可用信号的装置。
它在现代科技领域中起着至关重要的作用，广泛应用于工业、医疗、军事、环保等领域。
本文将介绍传感器的原理及其在各个领域中的应用。
首先，我们来了解一下传感器的工作原理。
传感器的工作原理主要分为两个部分，感知部分和信号处理部分。
感知部分是指传感器对外部信息进行感知和检测的部分，它可以通过物理、化学、生物等方式来感知不同的信息。
而信号处理部分则是将感知到的信息转换成电信号，以便于传输和处理。
这两部分共同作用，使得传感器能够准确地感知外部信息并将其转换成可用的信号。
在工业领域中，传感器被广泛应用于自动化生产线上。
比如压力传感器可以用来监测管道中的液体或气体的压力变化，温度传感器可以用来监测设备的温度变化，光电传感器可以用来检测产品的位置和颜色等。
这些传感器的应用，可以实现生产过程的自动化控制，提高生产效率和产品质量。
在医疗领域中，传感器也发挥着重要作用。
例如血压传感器可以用来监测患者的血压情况，心率传感器可以用来监测患者的心率变化，体温传感器可以用来监测患者的体温情况等。
这些传感器的应用，可以帮助医生及时了解患者的身体情况，为患者提供更好的医疗服务。
在环保领域中，传感器也扮演着重要角色。
比如空气质量传感器可以用来监测空气中的污染物含量，水质传感器可以用来监测水中的污染物含量，土壤湿度传感器可以用来监测土壤的湿度情况等。
这些传感器的应用，可以帮助环保部门及时监测环境的污染情况，采取相应的措施进行治理。
总的来说，传感器作为一种能够感知、检测和接收外部信息的装置，在现代科技领域中发挥着至关重要的作用。
它在工业、医疗、环保等领域中都有着广泛的应用，为人们的生产生活带来了诸多便利。
随着科技的不断进步，相信传感器的应用领域将会更加广泛，其在各个领域中的作用也将会更加突出。
传感器原理及应用教程专用学习教案
传感器原理及应用教程专用学习教案一、教学内容本教案基于《传感器原理及应用》教材第3章“电阻式传感器”和第6章“光电传感器”，详细内容包括：1. 电阻式传感器的原理、类型及应用；2. 光电传感器的原理、类型、特性及应用实例。
二、教学目标1. 理解并掌握电阻式传感器和光电传感器的工作原理；2. 学习并了解不同类型的电阻式传感器和光电传感器的特点及应用；3. 培养学生的动手操作能力，学会使用传感器进行数据采集。
三、教学难点与重点1. 教学难点：传感器工作原理的理解，传感器类型及应用的选择；2. 教学重点：电阻式传感器和光电传感器的原理及其在实际应用中的使用。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、实验设备（电阻式传感器、光电传感器、数据采集卡等）；2. 学具：笔记本、实验报告、传感器模块。
五、教学过程1. 引入实践情景：介绍传感器在生活中的应用，如智能家居、工业生产等；2. 理论讲解：a. 电阻式传感器原理、类型及应用；b. 光电传感器原理、类型、特性及应用实例；3. 例题讲解：讲解传感器在实际应用中的计算和数据处理；4. 随堂练习：让学生针对所学内容进行计算和分析；5. 实验操作：a. 安装并调试电阻式传感器和光电传感器；b. 使用数据采集卡进行数据采集；c. 数据处理和分析；六、板书设计1. 电阻式传感器原理、类型及应用；2. 光电传感器原理、类型、特性及应用实例；3. 实验结果展示。
七、作业设计1. 作业题目：a. 简述电阻式传感器和光电传感器的工作原理；2. 答案：见附件。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：a. 探索其他类型的传感器原理及应用；b. 了解传感器在物联网、智能制造等领域的应用；c. 鼓励学生参加传感器相关的竞赛和实践活动，提高实际操作能力。
重点和难点解析：1. 教学难点：传感器工作原理的理解；2. 教学重点：电阻式传感器和光电传感器的原理及其在实际应用中的使用；3. 实验操作：安装并调试电阻式传感器和光电传感器；4. 作业设计：简述电阻式传感器和光电传感器的工作原理及列举应用。
传感器原理与应用技术全书电子教案
传感器原理与应用技术全书电子教案.一、教学内容本教案依据《传感器原理与应用技术》教材，涵盖第3章“传感器的工作原理”及第4章“传感器在实际工程中的应用”。
具体内容包括：传感器的基本概念、分类、工作原理；各类传感器的特性分析；温度、压力、湿度、光强等物理量的测量原理及其在实际工程中的应用案例。
二、教学目标1. 掌握传感器的基本概念、分类和工作原理，理解传感器在实际工程中的重要作用。
2. 学会分析各类传感器的特性，能根据实际需求选择合适的传感器。
3. 能运用所学知识解决实际工程问题，提高学生的实践能力和创新能力。
三、教学难点与重点1. 教学难点：传感器的工作原理及特性分析。
2. 教学重点：传感器的分类、选型及其在实际工程中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT、投影仪、传感器实物模型。
2. 学具：教材、笔记本、计算器。
五、教学过程1. 引入：通过介绍传感器在日常生活中的应用，激发学生的学习兴趣。
2. 理论讲解：讲解传感器的基本概念、分类和工作原理，分析各类传感器的特性。
3. 实践操作：以温度传感器为例，进行现场演示，让学生直观地了解传感器的应用。
4. 例题讲解：讲解传感器选型和应用案例，引导学生运用所学知识解决实际问题。
5. 随堂练习：设计针对性的练习题，巩固所学知识。
六、板书设计1. 板书传感器原理与应用技术2. 板书内容：传感器基本概念、分类、工作原理传感器特性分析传感器在实际工程中的应用案例七、作业设计1. 作业题目：（1）简述传感器的基本概念、分类和工作原理。
（2）分析温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光强传感器的特性。
（3）根据实际需求，选择合适的传感器，并说明原因。
2. 答案：八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生掌握情况较好，但在传感器特性分析方面还需加强练习。
2. 拓展延伸：了解新型传感器的发展趋势和应用领域。
结合实际工程项目，开展传感器选型与应用的实践研究。
重点和难点解析：1. 教学难点：传感器的工作原理及特性分析。
传感器原理与应用
传感器原理与应用
传感器是一种能够将非电信号转化为电信号的设备。
它通过感知某种特定的物理量或化学量，并将其转化为可测量的电信号，从而实现对环境和物体的感知和测量。
传感器的工作原理包括以下几种：
1. 电阻传感器：利用电阻的变化来测量被测量物理量的变化，如温度传感器、光敏电阻等。
2. 容抗传感器：利用电容值的变化来测量被测量的物理量的变化，如压力传感器、湿度传感器等。
3. 电感传感器：利用电感值的变化来测量被测量物理量的变化，如液位传感器、接近传感器等。
4. 磁阻传感器：利用磁阻值的变化来测量被测量物理量的变化，如磁场传感器、位置传感器等。
5. 光电传感器：利用光电效应来测量被测量物理量的变化，如光电传感器、光纤传感器等。
传感器在各个领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：
1. 工业自动化：传感器被广泛应用于工业领域，用于监测和控制各种物理量，如温度、湿度、压力、流量等。
2. 环境监测：传感器被用于监测环境中的各种污染物、气体浓度、温度、湿度等物理量，以保障环境质量。
3. 医疗健康：传感器被应用于医疗设备中，如心率传感器、血氧传感器、体温传感器等，用于监测患者的生理参数。
4. 智能家居：传感器被应用于智能家居系统中，用于感知环境的状态和人的行为，实现自动控制和智能化。
5. 汽车领域：传感器被广泛应用于汽车中，用于检测车辆状态、驾驶行为、环境条件等，实现安全监控和驾驶辅助功能。
6. 物联网：传感器是物联网的重要组成部分，通过感知和收集各种物理量的数据，实现设备间的通信和数据交互。
传感器原理及应用
传感器原理及应用传感器是一种能够感知、检测某种特定物理量并将其转化为可供人们观测或处理的信号的装置。
它在现代科技领域中起着至关重要的作用，广泛应用于工业控制、环境监测、医疗诊断、智能家居等领域。
本文将从传感器的原理及其应用展开介绍。
首先，传感器的原理是基于物理效应或化学效应实现的。
常见的传感器类型包括光电传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。
光电传感器利用光电效应，将光信号转化为电信号，常用于光电开关、光电编码器等设备中。
压力传感器则是利用压电效应或电阻应变效应来检测压力变化，广泛应用于汽车制动系统、工业自动化等领域。
温度传感器则是利用热电效应、热敏电阻效应等原理来感知温度变化，常见于电子设备、空调系统等。
湿度传感器则是利用介电常数变化或电阻变化来检测湿度变化，应用于气象观测、农业温室等领域。
气体传感器则是利用气体的化学反应来检测气体浓度，常见于环境监测、工业安全等领域。
其次，传感器的应用非常广泛。
在工业控制领域，传感器常用于测量温度、压力、流量、液位等参数，用于实现自动化生产、设备监测等功能。
在环境监测领域，传感器被广泛应用于大气污染监测、水质监测、土壤湿度监测等方面，为环保工作提供重要数据支持。
在医疗诊断领域，传感器被用于测量体温、血压、心率等生理参数，为医生提供诊断依据。
在智能家居领域，传感器被用于感知人体活动、光照强度、温湿度等信息，实现智能灯光、智能门锁、智能空调等功能。
总之，传感器作为现代科技的重要组成部分，其原理和应用已经深入到人们的生活和工作中。
随着科技的不断发展，传感器的种类和性能将会不断提升，应用领域也将会不断拓展，为人们的生活和生产带来更多便利和可能。
希望本文能够为读者对传感器有更深入的了解提供一些帮助。
传感器原理及应用-第2章
电桥电路
力、加速度、荷重等
应变
电阻变化
电压、电流
图2-1 电阻应变式传感器典型结构与测量原理
电阻应变片：利用金属丝的电阻应变效应或半导 体的压阻效应制成的一种传感元件。
电阻应变片的分类： 金属应变片和半导体应变片。
一、电阻应变片
（一）工作原理——应变效应
导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时， 其电阻值相应发生变化的现象称为应变效应。
第二章 应变式传感器
主要内容：
一、电阻应变式传感器 二、压阻式传感器
本章重点：
电阻应变式传感器的构成原理及特性 电桥测量电路的结构形式及特点 压阻式传感器的工作原理
基本要求：
掌握电阻应变式传感器的构成原理及特性， 掌握电桥测量电路的结构形式及和差特性，掌握 压阻式传感器的工作原理及设计特点。
in2x
图2-10 应变片对应变波的动态响应
应变片对正弦应变波的响应是在其栅长 l 范围内所
感受应变量的平均值 m，低于真实应变波 t ，从而
产生误差。
t 瞬时应变片中点的应变(真实应变波) 值为：
t
0
s
in2
xt
t 瞬时应变片的平均应变(实际响应波) 值为：
m
也可写成增量形式
RRKs
l l
Ks
式中，Ks——金属丝的应变灵敏系数。物理意义是单位应变 所引起的电阻相对变化量。
金属丝的灵敏系数取决于两部分：
①金属丝几何尺寸的变化， 0 .3 (1 2 ) 1 .6
②电阻率随应变而引起的变化
Hale Waihona Puke 金属丝几何尺寸 金属本身的特性C
如康铜，C≈1， Ks ≈2.0。其他金属， Ks一般在1.8~4.8范围内。
传感器原理及应用(第三版)第2章
金属丝的应变灵敏系数
K0由两部 分组成
①受力后材料几何尺寸变化（1+2μ）
②受力后材料电阻率的变化（Δρ/ρ）/ε（与几何尺寸及 金属丝本身特性有关）
对于金属电阻丝（1+2μ ）>>（Δ ρ /ρ ）/ε ，金属丝应变片灵敏 系数k0主要由材料的几何尺寸变化决定，即对于用金属制成的应变片 来说，起主要作用的是应变效应（电阻的相对变化与伸长或缩短间 存在比例关系叫应变）。金属丝的μ =0.25～0.5(钢的μ =0.285)故 k0≈1+2μ ，k0≈1.5～2。 对于半导体则不同：当半导体材料受到应力作用后，其电阻率发生 明显的变化，称为压阻效应。因此（Δρ/ρ）/ε=πE >> （1+2μ ） 故可忽略（1+2μ ）的影响，即对于用半导体制成的压阻传感器来说， 起主要作用的是压阻效应。半导体的k0≈ πE ≈ 50～100，灵敏度是 金属材料的几十到上百倍。 弹性模 压阻系
AR RK
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返
回
不引入补偿块（如下图所示） – 起到温度补偿作用 – 可提高灵敏度
A：如图，R1、RB正交粘结 则： U AR' RK (1 )
0
R正反面（R1受拉，应变为正；RB受压，应变为负） 则： '
U0 2 AR RK
应变计
应变片的粘贴
1. 检查通断 13.固定 5 .用透明胶带将应变片与构件在引脚处 临时固定，移动胶带位置使应变片达到 3 .再用细砂纸精磨（ 45度交叉纹）。 粘贴、焊接后，用胶布将引线和 正确定位。 2 .在选定贴应 被测对象固定在一起，防止拉动 4 .用棉纱或 引线和应变片。 变片的位置划
传感器原理与应用技术全书电子教案
传感器原理与应用技术全书电子教案教案传感器原理与应用技术一、教学内容本节课主要讲解传感器原理与应用技术，教材章节为第四章。
具体内容包括：1. 传感器的定义、分类和作用；2. 电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、霍尔传感器的工作原理及应用；3. 传感器信号的处理方法，包括放大、滤波、线性化等；4. 传感器的标定与校准方法。
二、教学目标1. 使学生了解传感器的基本概念、分类和作用，掌握常见传感器的原理及应用；2. 培养学生分析、解决实际问题的能力，提高学生的创新意识和动手能力；3. 培养学生对传感器技术的兴趣，拓展学生的专业知识面。
三、教学难点与重点重点：传感器的分类、工作原理及应用；传感器信号处理方法；传感器的标定与校准。
难点：传感器信号处理方法的原理及实现；传感器标定与校准的方法及步骤。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、传感器实验仪、实验器材；2. 学具：教科书、实验报告、笔记纸。
五、教学过程1. 实践情景引入：讲解传感器在生产生活中的应用实例，如温度传感器在空调中的应用、光敏传感器在自动开关灯中的应用等。
2. 理论讲解：介绍传感器的定义、分类和作用；讲解电阻式、电容式、电感式、霍尔传感器的工作原理及应用；阐述传感器信号的处理方法，包括放大、滤波、线性化等；介绍传感器的标定与校准方法。
3. 例题讲解：分析典型传感器的应用实例，如电阻式温度传感器的应用、电容式液位传感器的应用等。
4. 随堂练习：让学生结合所学内容，分析实际问题，如设计一个简单的温度监测系统。
5. 实验演示：进行传感器实验，让学生亲身体验传感器的原理及应用。
6. 课堂讨论：引导学生探讨传感器技术的发展趋势及其在实际工程中的应用。
六、板书设计板书内容：1. 传感器的基本概念、分类和作用；2. 电阻式、电容式、电感式、霍尔传感器的工作原理及应用；3. 传感器信号的处理方法，包括放大、滤波、线性化等；4. 传感器的标定与校准方法。
传感器原理及其应用 第12章 传感器的标定重点
在现场标定时，为了操作方便，可以不用砝码加载，而直接用 标准压力表读取所加压力。
作为压力标准的活塞压力计精度为 0.002%，作为国家基准器 的活塞压力计最高精度为 0.005% ，一等标准精度为 0.01% ， 二等标准精度为 0.05% ，三等标准精度为 0.2% ，一般工业用 压力表用三等精度活塞压力计校准。
武汉理工大学机电工程学院
第12章 传感器的标定
活塞压力计实物图
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第12章 传感器的标定
在压力表 ( 压力传感器 ) 标定时， 通过手轮对加压泵内的油液加 压，根据流体静力学中液体压 力传递平衡原理，该外加压力 均匀传递到活塞缸内顶起活塞。 由于活塞上部是承重盘和砝码， 当油液中的压力p产生的活塞上 顶力与承重盘和砝码的重力相 等时，活塞被稳定在某一平衡 位置上，这时力平衡关系为
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第12章 传感器的标定 已知一阶传感器的阶跃响应函数为：
整理得： 令：
y (t ) 1 e
t
1 y (t ) e
tz 来自 ln[1 y (t )]则
z
t
表明z和时间t成线性关系，且 t z，如图所示。
因此，可以根据测得的 y (t ) 值，作出z-t曲线，再根据 t z 值 算出时间常数。
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第12章 传感器的标定
1. 静态标准条件
传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的。所谓静 态标准是指没有加速度、振动、冲击 ( 除非这些参数本身就是 被测物理量)及环境温度一般为室温 (20℃±5℃)、相对湿度不 大于85%，大气压力为(101±7) kPa的情况。
2. 静态特性标定系统 对传感器进行静态特性标定，首先要建立标定系统。传感器的 静态标定系统一般由以下几部分组成： (1) 被测物理量标准发生器。如测力机、活塞式压力计、恒温 源等。 (2) 被测物理量标准测试系统。如标准力传感器、压力传感器、 标准长度——量规等。 (3) 被标定传感器所配接的信号调节器和显示、记录器等配接 仪器精度应是己知的，也作为标准测试设备。
第5章 1 认识传感器-2常见传感器的工作原理及应用
随堂演练
1.(对传感器的理解)(2019·绵阳市高二期末)关于传感器工作的一般流程， 下列说法正确的是
√A.非电信息→敏感元件→处理电路→电信息
B.电信息→处理电路→敏感元件→非电信息 C.非电信息→敏感元件→电信息→处理电路 D.非电信息→处理电路→敏感元件→电信息
1234
2.(光敏电阻的应用)如图9所示，R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)， 当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势.当用光照射电阻R3 时，则(电源内阻不计)
例3 (多选)如图3所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电 阻，当入射光强度增大时
√A.电压表的示数增大 √B.R2中电流减小
√C.小灯泡的功率增大
D.电路的路端电压增大
图3
解析 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小 而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大， 电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正 确，D项错误；
判断下列说法的正误.
(1)传感器可以把非电学量转化为电学量.( √ ) (2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大.( × )
(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但
灵敏度低.( × ) (4)电阻应变片能够把物体的形变情况转变为电阻的变化.( √ )
重点探究 一、传感器 导学探究 干簧管结构：如图1甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料 制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时： (1)会发生什么现象，为什么？
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示 数为20 mA，这个人的体重是多少？(取g＝ 10 N/kg) 答案 55 kg
传感器复习重点(传感器原理及其应用)(精心整理)
传感器原理及其应用第一章传感器的一般特性1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。
2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
国家标准（GB7665-87）：定义：能够感受规定的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。
3）传感器的组成：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某一物理量的元件。
转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。
4）传感器的静态性能指标（1）灵敏度定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比,传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。
①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。
（2）线性度定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。
线性度又可分为：①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。
②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。
端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。
③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。
④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。
⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。
（3）迟滞定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。
即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。
（4）重复性定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输出之间相互偏离的程度。
传感器原理与应用技术全书电子精品教案.
传感器原理与应用技术全书电子精品教案.一、教学内容本教案选自《传感器原理与应用技术》一书，涉及第3章“传感器的工作原理”和第6章“传感器的应用案例分析”。
详细内容包括：传感器的基本概念、分类、工作原理，以及温度传感器、压力传感器、湿度传感器等在实际工程中的应用案例。
二、教学目标1. 了解传感器的基本概念、分类和工作原理，掌握各类传感器的特点和应用领域。
2. 学习分析传感器在实际工程中的应用案例，提高解决实际问题的能力。
3. 培养学生的动手实践能力和团队协作精神。
三、教学难点与重点难点：传感器的工作原理及其在实际工程中的应用案例分析。
重点：传感器的基本概念、分类，以及各类传感器的特点和应用。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、实验设备（温度传感器、压力传感器、湿度传感器等）。
2. 学具：笔记本电脑、传感器实验箱、相关教材。
五、教学过程1. 导入：通过实际案例引入传感器的概念，激发学生的兴趣。
举例：介绍智能家居系统中，温度传感器如何实现室内温度的自动调节。
2. 理论知识讲解：（1）传感器的定义、分类和工作原理。
（2）各类传感器的特点和应用领域。
3. 实践操作：（1）分组进行实验，每组选定一种传感器进行实际操作。
（2）学生通过实验，观察传感器的工作状态，分析其工作原理。
4. 例题讲解：以温度传感器为例，讲解其在实际工程中的应用。
5. 随堂练习：学生根据所学知识，设计一个简单的温度监测系统。
6. 课堂小结：7. 课后作业布置：设计一个基于传感器的实际应用案例，要求包含传感器选型、原理分析、电路设计等。
六、板书设计1. 传感器的基本概念、分类和工作原理。
2. 各类传感器的特点和应用。
3. 实践操作注意事项。
七、作业设计1. 作业题目：设计一个基于压力传感器的智能称重系统。
2. 答案：（1）传感器选型：压力传感器。
（2）原理分析：压力传感器将受力面积和受力大小转换为电信号输出。
（3）电路设计：包括信号放大、滤波、显示等部分。
传感器的原理及应用
传感器随着现代科技的发展，传感器技术的应用越来越广泛。
其中，在传感器家族中占有重要地位的成员——温度传感器的应用也深入了各个领域。
于是,在新学期的研学课中,我们小组决定研究温度传感器的构造,工作原理,各种用途并争取自己设计出一款新的传感器.那么先来了解一下传感器的大家族吧.以下是我们小组前期活动中收集到的资料的汇编.一、传感器定义什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。
所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。
敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
②化学类，基于化学反应的原理。
③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。
下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。
二、温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。
热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。
以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。
1 半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。
⑴正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。
纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。
传感器原理与应用技术全书电子教案.
传感器原理与应用技术全书电子教案.一、教学内容1. 传感器概述传感器的定义、分类与作用传感器的发展与应用领域2. 传感器的基本原理传感器的工作原理与性能指标传感器的误差分析及补偿方法3. 常见传感器及其应用电阻式传感器电容式传感器电感式传感器磁电式传感器光电式传感器超声波传感器二、教学目标1. 掌握传感器的基本概念、分类、工作原理及性能指标。
2. 学会分析传感器的误差来源，了解误差补偿方法。
3. 能够运用常见传感器解决实际问题，提高实际操作能力。
三、教学难点与重点1. 教学难点：传感器的工作原理及性能指标传感器的误差分析及补偿方法2. 教学重点：常见传感器及其应用传感器在实际工程中的应用案例分析四、教具与学具准备1. 教具：传感器原理与应用技术教材PPT课件实验设备：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、超声波传感器2. 学具：笔记本、文具实验报告册五、教学过程1. 导入：通过展示传感器在日常生活中的应用实例，引发学生兴趣，引入本节课的主题。
2. 理论讲解：（1）传感器概述（2）传感器的基本原理（3）常见传感器及其应用3. 实践环节：（1）分组讨论：针对不同类型的传感器，讨论其工作原理、性能指标及误差来源。
（2）实验操作：每组选取一种传感器，进行实际操作，观察传感器性能，分析实验数据。
4. 例题讲解：选取典型例题，讲解传感器在实际工程中的应用。
5. 随堂练习：布置与课程内容相关的练习题，检验学生对知识点的掌握。
六、板书设计1. 传感器概述2. 传感器的基本原理3. 常见传感器及其应用4. 传感器误差分析及补偿方法5. 传感器在实际工程中的应用案例七、作业设计1. 作业题目：（1）简述传感器的定义、分类与作用。
（2）分析常见传感器的误差来源，并提出相应的补偿方法。
（3）结合实际案例，阐述传感器在现代工程技术中的应用。
2. 答案：（1）传感器的定义、分类与作用：见教材P13。
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第一章测量技术基础检测系统的基本概念检测系统(测试系统 /测量系统1、定义:确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作2、被测对象:宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体……3、被测信息:物理量(光、电、力、热、磁、声、…化学量(PH 、成份…生物量(酶、葡萄糖、…4检测技术是实验科学的一部分, 主要研究各种物理量的测量原理和信号分析处理方法。
检测技术是信息技术的重要组成部分, 它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。
5信息与信号信息是指客观世界物质运动的内容。
如:天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。
信号是指信息的表现形式。
如:刀具磨损,切削力会加大;李四病了,可能会发烧;等等。
6检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段, 起着人的感官的作用。
简单的检测系统可以只有一个模块, 如玻璃管温度计。
它直接将被测温度变化转化为液面示值。
没有电量转换和分析电路,很简单,但精度低,无法实现测量自动化。
为提高测量精度和自动化程度, 以便于和其它环节一起构成自动化装置, 通常先将被测物理量转换为电量,再对电信号进行处理和输出。
B ……在电工、电子等课程中讲授,大多数不属于本课程的范围。
检测系统的组成一般说来,检测系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。
传感器将被测物理量 (如噪声 , 温度检出并转换为电量,中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D变换后用软件进行信号分析,显示记录装置则将测量结果显示出来,提供给观察者或其它自动控制装置。
第二章传感器概述传感器的组成和分类一、传感器定义传感器是一种以一定的精确度把被测量转成与之有确定关系的, 便于应用的某种物理量的测量装置。
传感器名称:变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等二、传感器的组成三、传感器的分类按被测参数分类:温度、压力、位移、速度等按传感器工作原理分类:应变式、电容式、压电式、磁电式等传感器的基本特性一、传感器的静态特性静态特性:是指输入的被测参数不随时间而变化, 或随时间变化缓慢时, 传感器的输出量和输入量之间的关系。
1、精确度:指标有三精密度、准确度和精确度(1精密度:它说明测量传感器输出值的分散性,即对某一稳定的被测量, 由同一个测量者,用同一个传感器,在相当短的时间内连续重复测量多次, 以检查测量结果的分散程度。
(2准确度:它说明传感器输出值与真值的偏离程度。
(3精确度:它是精密度和准确度两者之和,精确度高,表示精密度和准确度都高。
2、稳定性:指标有二稳定度和影响量(1稳定度:是指在规定的时间内,测量条件不变的情况下,由于传感器的随机性被动、周期性变动和漂移等引起的输出值的变化。
一般用精密度和观测时间长短来表示。
(2 影响量:测量传感器由于外界环境变化引起输出值变化的量。
说明影响量时,必须将影响因素与输出值偏差同时表示。
3、传感器的静态输入 --输出特性(1线性度定义 :是指传感器的输出和输入关系之间的数量关系的线性程度。
表示方法 :线性化处理:非线性补偿电路或计算机软件。
特殊情况:如果传感器的非线性方次不是很高,输入量变化范围较小,则可以有一条直线近似表示实际曲线的一段,来做线性化处理。
所采用的直线称为拟合直线。
实际的特性曲线与拟合直线之间的偏差为传感器的非线性误差 (线性度,(2 灵敏度:是指传感器输出量的增量与引起输出量的增量的输入量增量的比值。
(3迟滞:指传感器在正(输入量增加反(输入量减小行程期间,其输出—输入特性不重合的现象。
(4 重复性:指传感器的输入量按同一方向作全量程连续多次变化时, 所得曲线不一致的程度。
传感器的选用1、灵敏度通常在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。
因为只有灵敏度高时, 与被测量变化对应的输出信号的值才比较大, 有利于信号处理。
但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入, 也会被放大系统放大,影响测量精度。
因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的厂扰信号。
2、精度精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。
传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。
这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。
3、可靠性可靠性是指传感器在规定的工作条件下和规定的工作时间内,保持原有技术性能的能力。
4、线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。
以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。
传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。
在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。
当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性。
5、频率响应传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有一定延迟,希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
在动态测量中,应根据信号的特点 (稳态、瞬态、随机等响应特性, 以免产生过火的误差。
6、稳定性传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。
影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。
因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。
传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。
在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。
第三章电阻式传感器电位器式传感器一、定义:电位器是一种常用的电子元件,广泛应用于各种电器和电子设备中。
它是一种把机械的线位移和角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻和电压输出的传感元件。
二、结构:直滑式和旋转式,旋转式有单圈旋转式和多圈旋转式两种,电刷有触头、臂、导向及牰承等装置组成。
触头常用银、铂铱、铂铑等金属。
电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料。
骨架常用陶瓷、酚醛树脂及工程数料等绝缘材料。
三、原理分析应变式传感器一、组成:电阻丝应变片是用直径为 0.025mm 具有高电阻率的电阻丝制成的。
为了获得高的阻值,将电阻丝排列成栅网状,称为敏感栅,并粘贴在绝缘的基片上,电阻丝的两端焊接引线。
敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层。
二、电阻的应变效应(一、应变效应应变效应:金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形 (拉伸或压缩的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。
(二、灵敏系数(三测量原理当外力作用到弹性元件(试件上时,弹性元件被压缩(或拉伸,即产生微小的机械变形,粘贴在弹性元件上的应变片感受到应力ζ的作用,根据胡克定律,应变ε与应力ζ成正比,即ζ=E ε又由应变效应可知, 应变片的应变ε与电阻值的相对变化 dR/R成正比, 所以, 实现了对微小机械变量的测量。
四、应用(一柱式力传感器(原理分析荷重传感器原理演示(二梁式力传感器(原理分析(三应变式加速度传感器压阻式传感器一、压阻效应及压阻系数单晶硅材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化,这种现象被称为压阻效应。
优点:灵敏度高,比金属丝式高 50~80倍、尺寸小,横向效应小,动态响应好、精度高、易于微型化和集成化等。
缺点:温度系数大,应变时非线性比较严重,稳定性和可重复性不如金属应变片。
二、应用液位测量投入式液位传感器:1、支架; 2、压阻式压力传感器; 3、背压管。
安装方便,适应于深度为几米至几十米,且混有大量污物、杂质的水或其他液体的液位测量。
压阻式加速度传感器优点:具有高灵敏度,卓越的低频感应性能,使其加速度传感器适用于长期中低振动频率的测试。
应用范围:汽车、工民建、铁路、桥梁等振动测试与检测第四章电容式传感器第一节电容式传感器的工作原理由当被测参数 d 、 S 、εr 发生变化时,相应的电容发生变化,如果保持其中两个参数不变,而仅改变其中一个参数时,就可把该参数的变化转换为电0r S S C d d εεε==容量的变化,通过测量电路就可转换为电量输出。
故电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质(变介电常数型三种。
一、变面积型动极板移动时,两极板间的相对有效面积 S 发生变化,引起电容 C 发生变化。
二、变介电常数型两平行极板固定不动,极距为 d 0,相对介电常数εr2为的电介质以不同深度插入电容器中。
传感器的总电容相当于两个电容 C1和 C2的并联, 即:三、变极距型一、基本结构二、差动结构第二节测量电路(一交流不平衡桥(PPT 演示(二二极管环形检波电路其工作原理如下:线路接通后,在正半周时 D1导通, D2截止, C1充电至 U ,在负半周 D1截止 ,D2导通, C2充电至 U , 同时 C1经 R1以电流 I1向负载 RL 供电; 第二周期 ,C1充电 ,C2经 R2向 RL 供电,由于 C1=C2, R1=R2 , 通过 RL 的平均电流为零 , 其输出电压平均值也为零。
当传感器电容变化时, C1≠ C2这时负载上平均电流I1≠ 0, 其输出电压的平均值为:其特点:(1电源、传感器电容、负载均可同时在一点接地; (2二极管 D1、 D2工作于高电平下,故非线性失真小; (3其灵敏度与电源频率有关,因此电源频率需要稳定; (4将 D1、 D2、 R1、 R2安装在 C1、 C2附近能消除电缆寄生电容影响,线路简单; (5输出电压较高; (6输出阻抗与电容 C1、 C2无关,而仅与 R1、 R2 及 RL 有关; (7输出信号的上升沿时间取决于负载电阻 RL ,可用于动态测量; (8传感器的频率响应取决于振荡器的频率。
第三节电容式传感器应用随着电容式传感器应用问题的完善解决,它的应用优点十分明显:(1分辨力极高, 能测量低达 10-7的电容值0.01μm 的绝对变化量和高达(ΔC/C=100%~200%的相对变化量,因此尤适合微信息检测;(2动极质量小,可无接触测量;自身的功耗、发热和迟滞极小,可获得高的静态精度和好的动态特性;(3结构简单,不含有机材料或磁性材料,对环境 (除高湿外的适应性较强; 122(2 ( ( L o L LR R R U R Uf C C R R +=-+(4过载能力强。