第二章 传感器检测技术基础
《传感与检测技术》习题及解答
第1章 传感与检测技术基础第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
传感器技术及应用(第二版)检测与传感技术基础
1）偏差式测量法
•
在测量过程中，用仪表指针相对于刻度线的
检 位移（偏差）来直接表示被测量，这种方法称为 测 偏差式测量法，广泛应用于工程测量。
与
传
感
技
术
基
础
传 感 器 技 术 及 应
用•
2）零位式测量法 零位式测量法是在测量过程中，用指零仪
表的零位指示来检测测量系统是否处于平衡状
态，当测量系统达到平衡时，用已知的基准量
用
•
根据测量数据中的误差所呈现的规律及产
生的原因可将其分为系统误差、随机误差和粗
检 大误差。
测
与
传
感
技
术
基
础
传
感
器 技
术 及
1）随机误差
应 用
•
在同一测量条件下，多次测量被测量时，
其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差
称随机误差。
•
检
测•
与 传 感 技 术 基 础
随机误差表示为
随机误差 xi x
检 测 与 传 感 技 术 基 础
传
感
器
技
术
及 应
1.2.3 测量误差
用
• 测量误差是测得值减去被测量的真值。
检 1. 测量误差的表示方法
测
与 • 测量误差的表示方法有多种，含义各异。
传 感 技 术 基 础
传 感 器 技 术 及 应
用•
检 测
•
与
传
感
技
术
基
础
1）绝对误差 绝对误差可定义为
X L
式中：——绝对误差；
感
技
图1-1 检测系统组成框图
传感器与检测技术ppt课件
22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
精选课件ppt
现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
精选课件ppt
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误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
自动检测技术及应用》教案
自动检测技术及应用教案章节：第一章自动检测技术概述教学目标：1. 了解自动检测技术的定义、作用和分类。
2. 掌握常见自动检测技术的原理和应用。
3. 理解自动检测技术在工程实践中的应用价值。
教学内容：1. 自动检测技术的定义和作用2. 自动检测技术的分类3. 常见自动检测技术及其原理4. 自动检测技术在工程实践中的应用案例教学过程：1. 引入：通过生活中常见的自动检测实例，如自动门、自动感应灯等，引发学生对自动检测技术的兴趣。
2. 讲解：详细讲解自动检测技术的定义、作用和分类。
3. 示范：通过示例演示常见自动检测技术的原理和应用。
4. 实践：让学生参与实际操作，体验自动检测技术的工作原理和应用效果。
5. 讨论：引导学生思考自动检测技术在工程实践中的应用价值，并提出问题引导学生深入思考。
教学评价：1. 学生能准确回答自动检测技术的定义、作用和分类。
2. 学生能理解常见自动检测技术的原理和应用。
3. 学生能认识到自动检测技术在工程实践中的应用价值。
教案章节：第二章传感器技术基础教学目标：1. 了解传感器的定义、作用和分类。
2. 掌握常见传感器的原理和应用。
3. 理解传感器在自动检测系统中的重要性。
教学内容：1. 传感器的定义和作用2. 传感器的分类3. 常见传感器的原理和应用4. 传感器在自动检测系统中的重要性教学过程：1. 引入：通过生活中的传感器实例，如温度计、光敏电阻等，引发学生对传感器的兴趣。
2. 讲解：详细讲解传感器的定义、作用和分类。
3. 示范：通过示例演示常见传感器的原理和应用。
4. 实践：让学生参与实际操作，体验传感器的工作原理和应用效果。
5. 讨论：引导学生思考传感器在自动检测系统中的重要性，并提出问题引导学生深入思考。
教学评价：1. 学生能准确回答传感器的定义、作用和分类。
2. 学生能理解常见传感器的原理和应用。
教案章节：第三章信号处理与分析教学目标：1. 了解信号处理的定义、作用和分类。
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。
传感器与检测技术期末考试试题与答案
第一章传感器基础l。
检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用.答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大,以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作.显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称(传感器）被测量—转换原理—序号主称-—传感器，代号C;被测量—-用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记.见附录表2;转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表3；序号—-用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。
若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，(其中I、Q不用）。
例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y—GQ—2.3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法？如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量.此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。
如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。
《传感器与检测技术》知识点总结
《传感器与检测技术》（传感器部分）知识点总结第一章 概述1.传感器的定义与组成（1）定义：能感受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。
（2）共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量。
（3）功能：检测和转换。
（4）组成：5.开展基础理论研究寻找新原理6.传感器的集成化第二章 传感器的基本特性1.线性度（传感器的静态特性之一）（1）定义：传感器的输入、输出间成线性关系的程度。
（2）非线性特性的线性化处理：Y FSy Y FSy Y FSyo（a ）切线或割线X mxo（b ）过零旋转X mxo（c ）端点平移X mx（3）非线性误差：γL = ± Δ L ma xY FS式中，γL ——非线性误差（线性度）；ΔL m a x ——输出平均值与拟合直线间的最大偏差绝对 值；Y F S ——满量程输出。
2.灵敏度（传感器的静态特性之二）传感器在稳态信号作用下输出量变化对输入量变化的比值。
0 S n ＝ y x xS n = dy dx (a) 线性测量系统(b) 非线性测量系统 0S n y = f x ) dy dx = C x 0 S n y = f ( )dy x 0 S n y = f (x ) dy dx(c) 灵敏度为常数(d) 灵敏度随输入增加而增加 (e) 灵敏度随输入增加而减小3.分辨率/分辨力（传感器的静态特性之三）分辨率是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。
分辨率可以用增量的绝对值 或增量与满量程的百分比来表示。
4.迟滞/回程误差（传感器的静态特性之四）（1）定义：在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正、反行程的输出信 号大小不相等的现象。
开发新材料 采用新工艺 探索新功能具有同样功能的传感器集成化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上 排列起来，形成一维的线性传感器，从而使一个点的测量变成对一个面和空间的测量。
电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考
电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考传感器与检测技术复习题基础知识自测题第一章传感器的通常特性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去叙述。
当传感器转换的被测量处在动态时，测出的输入一输出关系称作特性。
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作传感器的非线性误差，其中的与输入满度值之比称作传感器的。
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.传感器的动态特性就是指传感器测量时，其输入对输出的特性。
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.只体会由敏感元件输入的，并且与成确认关系的另一种非电量，然后输入电量的元件，称作元件。
第二章电阻式传感器1.电阻应变片就是将被测试件上的转换成的传感元件。
2.电阻应变片由、、和等部分共同组成。
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.金属电阻应变片脆弱栅的形式和材料很多，其中形式以式用的最少，材料Infreville的最为广为。
5.电阻应变片的工作原理就是依据快速反应效应创建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，且受到一维形变时，应变片灵敏系数k就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，若使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时，则补偿应变片不。
9.用弹性元件和及一些附件可以共同组成快速反应式传感器.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。
传感器与检测技术-检测技术基本知识
Δx值较小，它对总测量值的影响较小，故总
的测量精度仍很高。微差式测量的优点是反应 快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参 数的测量。
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1.1.2 测量误差及表达方式
测量误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。
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3. 按被测信号的变化情况分类
（1）静态测量 静态测量是测量那些不 随时间变化或变化很缓慢的物理量。如 超市中物品的称重属于静态测量，温度 计测气温也属于静态测量。
（2）动态测量 动态测量是测量那些随 时间而变化的物理量。如地震仪测量振 动波形则属于动态测量。
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（3）引用（满度）相对误差 引用相对
误差是指绝对误差与仪表满度值Am的百
分比 ， 用表示，即
x
m Am 100
﹪
1—5）
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13
【实例1】某温度计的量程范围为0～ 500℃，校验时该表的最大绝对误差为 6℃，试确定该仪表的精度等级。
解：根据题意知6℃，500℃，代入式中
检测技术基本知识
1.1 测量与测量误差 1.2 传感器的组成和特性
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1
1.1 测量与测量误差
1.1.1 测量方法
实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量 方法。针对不同测量任务进行具体分析以找出切实可 行的测量方法，对测量工作是十分重要的。
对于测量方法，从不同角度，有不同的分类方法。根 据获得测量值的方法可分为直接测量、间接测量和组 合测量；根据测量的精度因素情况可分为等精度测量 与非等精度测量；根据测量方式可分为偏差式测量、 零位法测量与微差法测量；根据被测量变化快慢可分 为静态测量与动态测量；根据测量敏感元件是否与被 测介质接触可分为接触测量与非接触测量；根据测量 系统是否向被测对象施加能量可分为主动式测量与被 动式测量等。
传感器的基本特性与指标
100%
式中，H
为输出值在正反行程中的最大差值。
max
三．重复性误差（最大引用随机不确定度）
现象：多次重复测试时，在同是正行程或同是反行程中，对应同 一输入的输出量不同。
重复性：传感器或系统在同一工作条件下，输入量按同方向作全 量程连续多次变动时，所得特性曲线之间的一致程度。
如果用曲线中最大重复差值定义重复性误差，则因标定的循环次 数不同使其最大偏差值不同。因此不可靠。
1．静态模型
静态时（输入量对时间t的各阶导数为零），可分析非线性系统，即有：
y a0 a1x an xn
x ——输入量； y ——输出量； a0 ——传感器的零位误差； a1 ——传感器的灵敏度，常用K或S表示。 a2,a3,…,an——待定常数（非线性项的系数）。
(a) y a1x
i 1
n
n
n
n
xi2 yi xi xi yi
b i1 i1
i1 i1
n
n
xi2
n
2 xi
i 1
i1
（7） （8）
此外，拟合直线的斜率k和截距b也可由以下两式求得：
n
xi x yi y
k i1
n
实际中，传感器在特定的、具体的环境中使用，其 结构、元器件、电路系统以及各种环境因素均可能影响 传感器的整体性能。
2. 传感器误差
通过传感器得到的测量值与被测量的真值之差。
传感器的误差来源： 1)介入误差 源于敏感元件的介入对被测系统的 环境造成影响。 2)应用误差 源于使用者对具体传感器原理的认 识不足或设计缺陷。 3)特性参数误差 源于传感器本身的特性参数； 生产传感器和用户考虑最多的误差。 4)动态误差 源于被测参数变化时传感器反应滞后 5)环境误差 各种环境参数变化均可能带来误差
传感器与检测技术知识点
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(知识点总结)
传感器与检测技术知识总结第一章概述1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。
一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。
二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。
（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。
2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。
（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。
3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。
而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。
6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。
传感器与检测技术基础
主 学 编：赵锋 袁桂玲 时：52
哈尔滨工程大学出版社
目录
第1章
Biblioteka 传感器与检测技术基础 第2章 测量技术基础知识 第3章电阻应变式传感器 第4章 电感式传感器 第5章 电容式传感器 第6章 磁敏传感器 第7章 压电式传感器 第8章 热电式传感器 第9章 光电式传感器 第10章 数字式传感器
1.1 传感器概述
1.1.2传感器的组成
被测量
传感 器件
转换 器件
信号调节 （转换） 电路
电量
电源电路
1.1 传感器概述
1.敏感元件：（预变换器）将被测量（非电量）预先变换为另 一种易于变换成电量的非电量，然后再变换为电量 2.转换元件：将感受到的非电量转换为电量的器件 例如将压力转变为电感电容或电阻 3.信号调节（转换）电路：将转换元件输出的电量变成 易于显示记录控制和处理的有用信号的电路 例如电桥 放大器 振荡器等 4. 电源电路：作用是提供能源 注意有的传感器需要外部供电,有的传感器则不需要外部 电源供电
1.1 传感器概述
分类法 型式 物理型 化学型 生物型 结构型 物性型 能量转换型 能量控制型 电阻式 电容式 电感式 压电式 磁电式 热电式 光电式 光纤式 长度、角度、振动、位 移、压力、温度、流量 、距离、速度等 模拟式 数字式 说 明 采用物理效应进行转换 采用化学效应进行转换 采用生物效应进行转换 以转换元件结构参数变化实现信号转换 以转换元件物理特性变化实现信号转换 传感器输出量直接由被测量能量转换而来 传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制 利用电阻参数变化实现信号转换 利用电容参数变化实现信号转换 利用电感参数变化实现信号转换 利用压电效应实现信号转换 利用电磁感应原理实现信号转换 利用热电效应实现信号转换 利用光电效应实现信号转换 利用光纤特性参数变化实现信号转换 以被测量命名（即按用途分类） 输出量为模拟信号（电压、电流、……） 输出量为数字信号（脉冲、编码、……） 按基本效应分类 按构成原理分类 按能量关系分类
传感器与检测技术基础知识
如果传感器非线地方次不高,输入量变化范围较小时,可用一条直线（切 线或割线）近似地代表实际曲线地一段,使传感器输出输入特线化。所 采用地直线称为拟合直线,实际特曲线与拟合直线之间地偏差称为传感 器地非线误差（或线度）,通常用相对误差rL表示
DDC
泵系统
锅炉系统
环境控制
电力监测
消防系统
照明系统
能量计费
保安系统
给排水系统
传感器技术地作用与地位
§ 智能建筑
门禁系统打破了们几百年来用钥匙开锁地传统
指纹门禁
（三）PC机地传感器
鼠标:光电位移传感器 摄象头:CCD传感器
声位笔:超声波传感器
麦克风:电容传声器
声卡:A/D卡 + D/A卡 软驱:速度,位置伺服
传感器地需求量
需要量
一一 一一一0 一 0三
八
一
七
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»对数字仪表而言,如果没有其它附加说明地,一般可 认为该仪表地最末位数值就是该仪表地分辨力。
»六．稳定
»稳定包括稳定度与环境影响量两个 方面。
传感器与检测技术-教学大纲精选全文
教学大纲课程名称：传感器与检测技术课程类别：专业基础课适合专业：数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术（课程80学时）课程要求：必修课程先修课程：大学物理、电路基础、电子技术和微机原理等开课时间：第4学期传感器与检测技术是高等院校数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术类专业教学计划中一门必修的专业基础课。
本课程主要研究各类传感器的机理、结构、测量电路和应用方法，主要包括常用传感器、近代新型传感技术及信号调理电路等内容。
本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，掌握常用传感器的基本原理、应用基础，并初步具有检测和控制系统设计的能力。
第一章检测技术的基础知识(3学时)基本概念（敏感元件、变换器、检测技术、测系统的组成及特点、传感器及检测技术的发展）；；误差分析及处理技术第二章传感器的基本概念（4学时）传感器的基本概念、基本特性（静态特性、动态特性、静、动态特性标定）及其选用。
第三章常用传感器的工作原理及应用（15学时）通过对电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔传感器、热敏传感器的学习，掌握各种测量几何量的传感器的基本结构、工作原理、测量转换电路；熟悉几何量测控所需传感器的应用和选用。
第四章数字式传感器（7学时）掌握光栅数字式传感器、磁栅数字式传感器、感应同步器、编码器的工作原理及其应用。
第五章新型传感器（5学时）了解仿生传感器、光纤传感器、微型传感器、集成传感器的工作原理及应用和新型传感器研发的重点领域。
第六章传感器与检测系统的信号处理技术（5学时）通过对电桥电路、信号的放大与隔离、信号的变换的学习，重点掌握检测系统的信号放大与变换电路的处理技术。
第七章传感器与检测系统的干扰抑制技术（3学时）学习噪声干扰的形成、硬件抗干扰技术、软件抗干扰技术，熟悉检测系统的各种干扰拟制技术。
第八章典型非电参量的测试方法（7学时）熟悉掌握各种测量几何量的测试方法和传感器的选用原则。
包括：应变的测量、力及压力的测量、位移的测量、振动的测量、流量的测量。
传感器与检测技术基础知识
3.发展智能型传感器
智能型传感器是一种带有微处理器并兼有 检测和信息处理功能的传感器。智能型传感器 被称为第四代传感器，使传感器具备感觉、辨 别、判断、自诊断等功能，是传感器发展的主 要方向。
1.2 检测技术基础 1.2.1 检测技术的概念与作用
检测技术是人们为了对被测对象所包含的信息 进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术 措施。
切削力测量应变片
动圈式磁电传感器
3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型.
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计.
间的关系式为：y＝f(x1x2x3…) 。间接测量手续多，
花费时间长，当被测量不便于直接测量或没有相应直 接测量的仪表时才采用。
（2）偏差式测量、零位式测量和微差式测量 Ⅰ.偏差式测量 在测量过程中，利用测量仪表指针相对 于刻度初始点的位移(即偏差)来决定被测量的测量方法，称为 偏差式测量。它以间接方式实现被测量和标准量的比较。 偏差式测量仪表在进行测量时，一般利用被测量产生的 力或力矩，使仪表的弹性元件变形，从而产生一个相反的作 用，并一直增大到与被测量所产生的力或力矩相平衡时，弹 性元件的变形就停止了，此变形即可通过一定的机构转变成 仪表指针相对标尺起点的位移，指针所指示的标尺刻度值就 表示了被测量的数值。偏差式测量简单、迅速，但精度不高， 这种测量方法广泛应用于工程测量中。
1.用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种用途 的传感器，这是传感器技术的重要基础工作。
传感器与检测技术基础
2
光电开关传感器
详细介绍光电开关传感器的原理和在工业自动化和安全装置中的使用。
3
光电探测传感器
探索光电探测传感器的工作原理及其在物体识别和计量领域的应用。
温度传感器
数字温度传感器
介绍数字温度传感器的原理、 接口类型以及在数字化系统中 的应用。
工业温度传感器
探索工业温度传感器的特性和 在工业过程控制中的重要性。
医疗温度传感器
介绍医疗温度传感器的应用领 域，如体温监测和手术设备。
振动传感器
振动传感器的原理与类型
详细解释振动传感器的工作原理和常见类型， 如加速度传感器和压电传感器。
应用领域
探索振动传感器在机械设备监测、结构健康 和地震监测等领域中的应用。
预防性维护和故障诊断
介绍如何利用振动传感器进行设备的预防性 维护和故障诊断。
液位传感器
工业液位传感器
讨论工业液位传感器的原理以 及在流程控制和储罐监测中的 使用。
汽车液位传感器
介绍汽车液位传感器的类型和 在油箱和冷却系统中的应用。
医疗液位传感器
探索医疗液位传感器的应用， 如药品配送和输液监测。
气体传感器
1
气体传感器原理与类型
介绍气体传感器的工作原理以及常见类型，如电化学传感器和光学传感器。
传感器与检测技术基础
传感器的概念与分类
介绍传感器的基本概念、工作原理以及常见 的分类。
传感器输出量的种类和应用
介绍传感器输出量的不同类型以及在实际应 用中的使用。
基本检测技术的概述
概述常用的基本检测技术及其在传感器中的 应用。
传感器中常用的材料与制备方法
列举传感器中常用的材料，并讨论其制备方 法和特性。
传感器与检测技术基础
绪论实际上传感器对我们来说并不陌生，在生活和生产中都可以看到它们的身影，如声光控节能开关中的光敏电阻、驻极体话筒和电视机遥控系统的红外接收器件等都是传感器。
传感器实际上是一种功能模块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号，然后再利用后续装置或电路对此电信号进行处理。
传感器的应用（传感器的使用过程就形成了检测技术）国防军事(雷达探测系统、水声目标定位系统和红外制导系统等)、环境保护(空气质量的监控)、医学诊断(各种生化指标、影像资料的获取)、刑事侦查(声音、指纹识别)和交通管理(车流量统计、车速监测、车牌识别)等在电力工业中，检测发电机组各转动部分的轴承温度及转子的动平衡情况，测量和控制汽轮机进汽流量、速度、压力和温度，可调节发电机组的功率和频率等，保证供电质量。
同时对锅炉液位、粉煤仓物位以及锅炉温度进行自动检测与控制，实现自动加煤添水，保证安全生产。
在工业生产自动化过程中。
在机械制造业中。
冶金部门对液态金属温度的测量。
在航空航天技术中，传感器用得早且多。
美国阿波罗10号宇宙飞船使用大量传感器对3 295个参数进行监测。
其中，温度传感器559个，压力传感器140个，信号传感器501个，遥控传感器142个，专家说“整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体”。
我国“神州”号宇宙飞船，仅信息产业部第49所就提供了400余套2 000余支传感器，对飞船中各种参数进行检测与控制。
造纸、纺织和烟草等轻工部门也离不开传感器。
在交通运输部门。
汽车工业也要用30多种传感器检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量和温度等参数。
在军事方面，现代战争是科技战争，也就是传感器战争。
从20世纪初的探测地雷，到现代的阻击导弹，从20世纪末的海湾战争，到21世纪初的美伊之战，打的都是传感器技术。
为寻找伊拉克所谓的大型杀伤性武器，联合国的武器检查组使用传感器搜查了伊拉克的每个角落，甚至隐藏于地下近百米深的军事设施也不能幸免。
在医疗卫生方面。
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第二节
传感器的动态特性
动态特性：指输入量随时间变化时，其输出与输入的关系。
传感器的动态特性的研究方法：
1、建立数学模型 在模型输入端 加入标准信号 逻辑推理 和运算 分析输出随 时间的变化 获得动态 特性指标 测输出随时 间的变化
y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+… y2=a0-a1x+a2x2-a3x3+a4x4-…
• 则
△y=y1-y2=2(a1x+a3x3+…)
差动测量的优越性： 大大改善线性； 零偏被消除； 灵敏度提高一倍。
二、静态特性指标：
1、测量范围和灵敏度 测量范围：由可测量的被测量最小值与最大值所限定 的范围。 最理想的测量范围：不管输入值多大，输入输出总是 线性的； 实际上，测量范围是有限的（由传感元件和测量电路 的工作范围决定）。
5、环境特性： （1）温度 （2）气压 （3）湿度 （4）振动 （5）电源 ……
6、精度、精密度、准确度
（1）精度：用输出测量值与被测直值之间的偏差值来衡 量。反映传感器输出结果的可靠程度。
通常用传感器满量程输出范围内的最大绝对误差与 满量程的比值来表示：
K ' A / YFS 100%
D算子方法：求Y(s)与 X(s)的代数方程
a1Dy(t ) a0 y(t ) b0 x(t ) 或 ( D 1) y (t ) kx(t )
s---拉普拉斯变量
( s 1)Y ( s) kX ( s)
Y (s) k H ( s) X ( s) s 1
静态灵敏度：k=b0/a0 时间常数：τ =a1/a0 --一阶传感器的动态 特性指标 定义传递函数为Y(s) 与X(s)之比
2、实验手段 在传感器输入端 加入标准信号
标准信号：正弦信号、阶跃信号、线性输入信号等
一、传感器动态特性的数学模型
1、引例：热电偶传感器（热电偶插入恒温水池测温度）
dT1 热平衡方程： mC (T0 T1 ) / R dt
dT1 T1 T0 dt
时间常数：
T1 T0
RmC
(
2 0
2
0
s 1)Y (s) kX (s)
a1 2 a0 a2
2 k0 Y ( s) s 2 2 s H ( s) k /( 2 1) 2 2 X ( s) 0 0 s 2 s0 0
3、n阶传感器的传递函数
由
d nY (t ) d n 1Y (t ) dY (t ) an an 1 ... a1 a0Y (t ) n n 1 dt dt dt d m X (t ) d m 1 X (t ) dX (t ) bm bm 1 ... b1 b0 X (t ) m m 1 dt dt dt
2、二阶传感器的传递函数
d 2 y(t ) dy (t ) a2 a1 a0 y(t ) b0 x(t ) 2 dt dt
二阶传感器的动态特性指标：
静态灵敏度
b0 k a0
a2
(
D
2
s2
2 0
2
0
D 1) y(t ) kx(t )
无阻尼固有频率 a0 0 阻尼比
y a1x a2 x a4 x ...
2 4
（3）非线性项次数为奇数：图像关于原点对称，在原点有 较宽的线性区，不少差动式传感器具有此特性。
y a1x a3 x a5 x ...
3 5
3、差动的测量系统
•
将两个性能相同的位移传感器与被测对象适当连接， 使之分别产生正、反向位移，设二者的输出分别为：
第一节
传感器的静态特性
一、静态特性
被测量分为： • 静态量---固定状态的信号或变化极其缓慢的信号（准静态）： 如体温、血压（舒张压和收缩压）、身高、体重等。 • 动态量---相对时间变化的确定性信号或随机信号：如心电、 肌电、脑电等。 传感器的基本特性分为： • 静态特性---指当测量静态量时，传感器的输出值与输入值之 间的关系（数学表达式、曲线或数据表）。 • 动态特性---指传感器对随时间变化的输入信号的响应特性。
y a0 a1x a2 x a3 x ... an x
2 3
零偏 线性项 非线性项
n
2、几种情况的传感器特性： （1）理想线性：图像为过原点的直线
y a1x
灵敏度：
或
y a1 x
a1 y / x y / x
（2）非线性项次数为偶数：图像不对称，线性范围较窄， 传感器设计时很少采用此特性
引例：电容式位移传感器的静态特性 平行板电容器的电容量计算公式：
C0
s
d0
s 极距变化△d时的电容变化量△C为： C d 0 d 灵敏度
C
s
d0
2
d
s
d0
3
(d )
2
s
d0
4
(d ) ...
3
线性项
非线性项 电容传感器的静态特性方程
1、传感器静态特性的数学模型:（x--输入信号，y--输出信号）
静态灵敏度： k=△y/△x （传感器稳定后） 非线性传感器的 灵敏度与x值（工 作点）、测量范 围等因素有关
• 灵敏度与测量范围有关。多数传感器的灵敏度越高，测量 范围越窄。 • 灵敏度界限：指输入量的变化不致引起输出量有任何可见 变化的量值范围。原因（内部吸收+噪声）
2、线性度（非线性误差）δ
L
Lmax L 100% YFS
YFS Ymax y0
3、迟滞（滞后） 相同工作条件下，对应于同一大小的输入信号，传感 器正反行程的输出信号大小不等的现象。
正反行程的工 作条件相同
H ma同样大小的信号时，最理想 的情况是不管什么时候输出值的大小均保持不变。--性能稳定 影响因素： （1）经时变化 （2）外界影响（应力、温度） （3）连续使用（产生零点漂移） （4）电源 ……
dy (t ) a1 a0 y (t ) b0 x(t ) dt
一阶微分方程---一阶传感器
热电偶质量m，比热C，热接点 温度T1；被测介质温度T0；热 电偶与被测介质间的热阻R
二、传感器的传递函数H（s）
1、一阶传感器的传递函数
dy (t ) a1 a0 y (t ) b0 x (t ) dt