传感器 第三版 内容整理
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传感器原理及工程应用(第三版)课后题答案
第二章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】1、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。
2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。
3、它们的作用是：（1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；（2）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分；（3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、 运算调制等；（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。
2－5 当被测介质温度为t1，测温传感器示值温度为t2时，有下列方程式成立：ττd dt t t 2021+=当被测介质温度从25℃突然变化到300℃时，测温传感器的时间常数 ，试确定经过300s 后的动态误差。
已知：2120dt t t d ττ=+ ，125(0)300(0)t t t ≤⎧=⎨>⎩， 0120s τ=求：t=350s 时， 12?t t -=解：解：对已知方程式进行拉斯变换得：（4分） 由题意知：带入得：10220()(0)()1T s t T s s ττ-+=+拉斯反变换得：350s 后的动态误差为：2－6 已知某传感器属于一阶环节，现用于测量100Hz 的正弦信号，如幅值误差限制在±5％以内，时间常数 应取多少？若用该传感器测量50Hz 的正弦信号，问此时的幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的幅频特性为：()()211ωτω+=A因为幅值误差限制在±5％以内，即 ()95.0>ωA 当Hz f 100= 时，有 s 00052.0max =τ 。
若用此传感器测量 Hz f 50=的信号，其幅值误差为： ()()()%3.1987.0100052.0502111111122=-=⋅⋅+=s Hz A πωτω＋－＝－－相位误差为：()()︒-=-=Φ28.9ωτωarctg第三章3-5 题3-5 图为一直流电桥，图中E=4V ，R 1= R 2= R 3= R 4=120Ω，试求：（1）R 1 为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1 的增量为ΔR 1=1.2Ω时，电桥输出的电压U 0=?（2）R1 、R2 都是金属应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出的电压U0=?（3）题（2）中，如果R2 与R1 感受应变的极性相反，且ΔR1=ΔR2=1.2Ω，电桥输出的电压U0=?【解】1、电桥输出电压为：2、电桥输出电压为：3、当R1 受拉应变，R2 受压应变时，电桥输出电压为：当R1 受压应变，R2 受拉应变时，电桥输出电压为：3-6题3-6 图为等强度梁测力系统，R1 为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120Ω。
传感器原理及应用(第三版)第3章
结论： 当介电常数 ε 0 或 ε 1 发生变化 时，C随之变化； ε 当 ε 0 为空气，d1不变， 1为待测 时，即是介电常数测量仪； 若介电常数 ε 1 不变时，d1为待测时，即是厚度测量仪。
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三、变极板间距（d）型 变极板间距（
如下图所示：极板1固定，极板2随被测量变化而移动时，两极 板间距d0变化，引起电容变化。C随d变化的函数关系为双曲线，如 图示： 设：动片未动时，间距为d0，初始电容为C0，若介质是空气 ε r = 1
2
其中： ω = 2π f 为激励电源角频率
1 − ω 2 LC ) 实际阻抗 由于Rp很大，上式简化后得： Z C = RS − j ( ωC
Z 对比电容阻抗公式： C = RS − j
1 （ C E 称等效电路） ωCE
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得等效电容：
CE =
C 1 − ω 2 LC
=
C 1 − ( f / f0 )2
1 ∆d 1− d0
（上式两边同除Co即得）
1 ∆d 1− d0
展开）
∆c ∆d ∆d ∆d ∆d = 1+ + ( ) 2 + ( ) 3 + LL C0 d 0 d 0 d0 d
忽略高次项得（条件是 ∆d << d 0时）
相对非线性误差表达式为： δ = 灵敏度：
K=
∆c ∆d ≈ C0 d 0
球型电容计算公式： 设内半径为R1，外半径为R2
C = 4π R1R 2ε (R 2 − R 1 )
C1
C2 柱 ε ln R r
( )
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则：气体介质间的电容为C1 ε 2 s 2πh2ε 2 2π (h − h1 )ε 2 = = C1 = d ln( R / r ) ln( R / r ) 液体介质间的电容为C2
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三、变极板间距（d）型 变极板间距（
如下图所示：极板1固定，极板2随被测量变化而移动时，两极 板间距d0变化，引起电容变化。C随d变化的函数关系为双曲线，如 图示： 设：动片未动时，间距为d0，初始电容为C0，若介质是空气 ε r = 1
2
其中： ω = 2π f 为激励电源角频率
1 − ω 2 LC ) 实际阻抗 由于Rp很大，上式简化后得： Z C = RS − j ( ωC
Z 对比电容阻抗公式： C = RS − j
1 （ C E 称等效电路） ωCE
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得等效电容：
CE =
C 1 − ω 2 LC
=
C 1 − ( f / f0 )2
1 ∆d 1− d0
（上式两边同除Co即得）
1 ∆d 1− d0
展开）
∆c ∆d ∆d ∆d ∆d = 1+ + ( ) 2 + ( ) 3 + LL C0 d 0 d 0 d0 d
忽略高次项得（条件是 ∆d << d 0时）
相对非线性误差表达式为： δ = 灵敏度：
K=
∆c ∆d ≈ C0 d 0
球型电容计算公式： 设内半径为R1，外半径为R2
C = 4π R1R 2ε (R 2 − R 1 )
C1
C2 柱 ε ln R r
( )
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则：气体介质间的电容为C1 ε 2 s 2πh2ε 2 2π (h − h1 )ε 2 = = C1 = d ln( R / r ) ln( R / r ) 液体介质间的电容为C2
教学课件 传感器及实用检测技术(第三版)(程军)
量增大）和反向行程（输入量减小） 期间输出—输入曲线不重合的程度
与迟滞相关的一些概念
（1）滞环：由于传感器内部的某些元件具有储 能效应，其作用使得检验所得的实际上升曲线和 实际下降曲线出现不重合的情况，从而使得传感 器的特性曲线形成环状。
（2）死区：传感器输入在小到一定范围后不足 以引起输出的任何变化，这一范围称为死区，也 称不灵敏区。
13.分辨力 在规定测量范围内所能检测的输入
量的最小变化量的能力。
提问：灵敏度和分辨力的关系？
14.稳定性 传感器的稳定性是指在室温条件下
经过一定的时间间隔，传感器的输 出与起始标定时的输出之间的差异。
15.可靠性
16.动态特性 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。
传感器测量动态信号的能力用 动态特性来表示。
的一段，是传感器的输出特性近 似线性化
8.灵敏度 输出增量与输入增量之比
提问：1.实际工作曲线的灵敏度是多少？
是切线的斜率吗？
2.
可以吗？
3.K是越大越好吗？
9.线性度 线性度是传感器输出量与输入量之间
的实际关系曲线偏离直线的程度，又 称非线性误差
10.迟滞性 迟滞现象是传感器在正向行程（输入
另一种非电量
可用
电信号
三、分类
分类方法 输入量
工作原理 物理现象 能量关系
防爆等级
接触方式 输出信号
种类 位移、温度、压力等 应变片式、热电式等 结构型 物性型 复合型 能量转换型（有源型） 能量控制型（无源型） 普通型 隔爆型
本安型
有触点 无触点 模拟式 数字式 开关式
说明 以被测量命名 以工作原理命名 依赖其结构参数变化实现信息转换 依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息的转换 兼有两者性质 传感器直接将被测量的能量转换成输出量的能量 由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量 不考虑防爆措施，只能用于非易燃易爆场所 在内部电路与周围环境间采取了隔离措施，允许在有一定危险 的场所使用 有特殊设计的电路，保证正常及故障条件下不引起燃爆事故， 可用于十分易燃易爆场所
与迟滞相关的一些概念
（1）滞环：由于传感器内部的某些元件具有储 能效应，其作用使得检验所得的实际上升曲线和 实际下降曲线出现不重合的情况，从而使得传感 器的特性曲线形成环状。
（2）死区：传感器输入在小到一定范围后不足 以引起输出的任何变化，这一范围称为死区，也 称不灵敏区。
13.分辨力 在规定测量范围内所能检测的输入
量的最小变化量的能力。
提问：灵敏度和分辨力的关系？
14.稳定性 传感器的稳定性是指在室温条件下
经过一定的时间间隔，传感器的输 出与起始标定时的输出之间的差异。
15.可靠性
16.动态特性 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。
传感器测量动态信号的能力用 动态特性来表示。
的一段，是传感器的输出特性近 似线性化
8.灵敏度 输出增量与输入增量之比
提问：1.实际工作曲线的灵敏度是多少？
是切线的斜率吗？
2.
可以吗？
3.K是越大越好吗？
9.线性度 线性度是传感器输出量与输入量之间
的实际关系曲线偏离直线的程度，又 称非线性误差
10.迟滞性 迟滞现象是传感器在正向行程（输入
另一种非电量
可用
电信号
三、分类
分类方法 输入量
工作原理 物理现象 能量关系
防爆等级
接触方式 输出信号
种类 位移、温度、压力等 应变片式、热电式等 结构型 物性型 复合型 能量转换型（有源型） 能量控制型（无源型） 普通型 隔爆型
本安型
有触点 无触点 模拟式 数字式 开关式
说明 以被测量命名 以工作原理命名 依赖其结构参数变化实现信息转换 依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息的转换 兼有两者性质 传感器直接将被测量的能量转换成输出量的能量 由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量 不考虑防爆措施，只能用于非易燃易爆场所 在内部电路与周围环境间采取了隔离措施，允许在有一定危险 的场所使用 有特殊设计的电路，保证正常及故障条件下不引起燃爆事故， 可用于十分易燃易爆场所
传感器与检测技术陈杰第三版期末复习资料
1.传感器是指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。
其中，敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分。
2.信号调理器：对输入和输出信号进行转换的装置；变送器：能输出标准信号的传感器。
3.电位器输出接有负载电阻时，其特性称为负载特性4.温度误差及补偿：自补偿法（单丝自补偿法、组合自补偿法）、线路补偿法。
5.电感式传感器是利用线圈自感或护互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。
6.金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。
磁电式传感器按其工作原理可分为变磁通式和恒定磁通式。
7.某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械压力，从而引起磁导率的改变，这种现象称为压磁效应；相反，某些铁磁物质在外界磁场力的作用下会产生形变，有些伸长，有些则压缩，这些现象称为磁致伸缩。
8.电容式传感器的设计要点：保护绝缘材料的绝缘性能、消除和减小边缘效应、消除和减小寄生电容的影响（增加原始电容值、注意接地和屏蔽、传感器与电子线路的前置级装在一个壳体内、采用驱动电缆技术、采用运算放大器法、整体屏蔽）、防止和减小外界干扰。
9.一块半导体薄片置于垂直于薄片的磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象叫霍尔效应。
10.光电式传感器按其接受状态可分为模拟式和脉冲式，模拟式光电式传感器的测量形式有四种：吸收式、反射式、遮光式、辐射式。
11.变面积式自传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙面积增大时，铁芯上线圈的电感量增大（电感值与线圈匝数平方成正比，与空气隙面积成正比，与空气隙长度成反比）。
12.电容式传感器有三种基本类型：变极距式、变面积式、变介电常数式。
13.电阻应变片特性：灵敏系数、横向效应（沿应变片轴向的应变引起的电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的横向应变也会引起电阻变化）、机械滞后和零漂、温度效应。
传感器原理及应用第三版第3章
Z2、Z3、Z4…固定值阻抗 E……内阻为零的电源电压 下面讨论输出端开路的情况下，电桥的 电压灵敏度K（均以复数形式表达）。
电桥初始平衡条件为： 则输出:
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•与书中公式差一符号，对 交流电无影响。
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当Z1有一变化时，电桥失去平衡，其输出为Usc ；将平衡条件代入得下式：
令：
为传感器阻抗相对变化值
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3-3 电容式传感器的误差分析
第一节所讨论的传感器原理均是在理想条件下进行，没有考虑 如温度，电场边缘效应，寄生与分布电容等因素的影响，实际上它 们对精度影响很大，严重时使传感器无法工作，因此在设计时应予 考虑。
一、温度对结构尺寸的影响：
由于组成传感器各材料的温度膨胀系数不同，当环境温度变化 时，传感器各结构尺寸发生变化从而引起电容变化。
• 如果
或而
时，则
，即输出与输入同相
位 ，没有滞后；
• 如果
，
时， ，这时电桥为谐振电桥，但桥臂
元件必须是纯电感和纯电容组成。实际上不可能。
• 由图3-9b可知：对于不同的 值， 角随 变化。当 时
；
时， 趋于最大值 ，并且
。只有 时，
值均为零。因此在一般情况下电桥输出电压 与电源 之间总有
相位差，即 ，只有当桥臂阻抗模相等
变大）。
根据上面讨论，所以在实际应用中多采用差动结构，如下图，
当动片上移 ，则
，
同时C2减小 ，两者初值为C0
则有：
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•下一页
•返 回
差动输出电容为：
同样当
时，忽略高次项得：
其非线性误差 为：
•考虑问题： • C1、C2如何连接才能满足 该式，即形成差动输出。
电桥初始平衡条件为： 则输出:
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•与书中公式差一符号，对 交流电无影响。
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当Z1有一变化时，电桥失去平衡，其输出为Usc ；将平衡条件代入得下式：
令：
为传感器阻抗相对变化值
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3-3 电容式传感器的误差分析
第一节所讨论的传感器原理均是在理想条件下进行，没有考虑 如温度，电场边缘效应，寄生与分布电容等因素的影响，实际上它 们对精度影响很大，严重时使传感器无法工作，因此在设计时应予 考虑。
一、温度对结构尺寸的影响：
由于组成传感器各材料的温度膨胀系数不同，当环境温度变化 时，传感器各结构尺寸发生变化从而引起电容变化。
• 如果
或而
时，则
，即输出与输入同相
位 ，没有滞后；
• 如果
，
时， ，这时电桥为谐振电桥，但桥臂
元件必须是纯电感和纯电容组成。实际上不可能。
• 由图3-9b可知：对于不同的 值， 角随 变化。当 时
；
时， 趋于最大值 ，并且
。只有 时，
值均为零。因此在一般情况下电桥输出电压 与电源 之间总有
相位差，即 ，只有当桥臂阻抗模相等
变大）。
根据上面讨论，所以在实际应用中多采用差动结构，如下图，
当动片上移 ，则
，
同时C2减小 ，两者初值为C0
则有：
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差动输出电容为：
同样当
时，忽略高次项得：
其非线性误差 为：
•考虑问题： • C1、C2如何连接才能满足 该式，即形成差动输出。
传感器原理及应用第三版第1章
即：
k
2 ~ 3
YF S
100 %
式中 k — 重复性； — 标准偏差；
标准偏差计算见书中第九页所示。
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七、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），即零
点漂移。
零漂 Y0 100 % YFS
式中 Y0 — 最大零点偏差（或相应偏差） YFS — 满量程输出
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拟合基准直线方法一：端基法
以校准曲线的零点输出和满量程输出 值连成的直线为拟合直线。
Y a0 KX
式中 Y—输出量 X—输入量 a0—Y轴上截距 K—直线a0b0的斜率
图1-4 端基线性度拟合直线
拟合基准直线方法二：最小二乘法
用最小二乘法原则拟合直线，可使拟合度 最高。
令直线方程：
利用拉氏变换，由（1－21）式可得到Y（S）和X（S）的方程式
(a0S n an1S n1 a1S a0 )Y (S) (b0S m bn1S m1 b1S b0 ) X (S)（1－23）
只要对（1-21）式的微分方程求解，便可以得到动态响应及动 态性能指标。
绝大多数传感器输出与输入的关系均可用零阶、一阶、或二阶 微分方程来描述。
（3）具有 X偶次阶项的非线性[图1-1(c)]
Y a1X a2 X 2 a4 X 4
（4）具有 X奇、偶次阶项的非线性[图1-1(d)]
Y a1X a2 X 2 a3 X 3 a4 X 4
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奇次项的曲 线在原点附 近较接近直 线
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传感器原理及应用(第三版)
7 6
t
由图可知莫尔条纹的宽度： （暗带与亮带间的距离，即周期）
BH AB BC sin
2
W 2 sin
2
W
W 2
二、莫尔条纹重要特征
1．虽然光栅常数W很小，但只 B 要调整夹角 ，就可得到很宽的莫 尔条纹，起到了放大作用，这样就 把一个微小移动量的测量转变成一 直线光栅的横向莫尔条纹 个较大移动量的测量，提高了测量 精度。同时莫尔条纹的运动方向与光栅的移动方也呈对应关系。 2．因为光电元件接收的并不只是固定一点的条纹，而是在一定长 度范围内所有刻线产生的条纹，这样对于光栅刻线的误差起到了平均 作用。即局部误差和周期误差对测量精度没有直接影响。这就有可能 得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度，这是与变通标尺测量的主 要区别。 3．莫尔条纹的光强沿栅线方向变化近似正弦变化，因此便于将电信 号作进一步细分，即采用“倍频技术”，将计数单位变成比一个周期W 更 小的单位。这样可以提高精度和分辨力，或采用较粗的光栅。
一、光栅传感器的结构原理
在玻璃尺或玻璃圆盘上，类似于刻标尺或分度那样，进行长刻线 的密集刻划，如图示的黑白相间的细小条纹，没有刻划的白处透光 ，刻划的黑处不透光，这 就是光栅。 光栅上的刻线称为栅线， 栅线的宽度为a，缝隙宽度 为b，而W=a+b称栅距（也 称光栅常数或节距），是 光栅的重要参数。
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2
1w
2
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H
a
b
在相距1/4的位置上设置两个 光电元件1和2，以得到两个 相位互差90°的正弦信号 。
正向移动时脉冲数累加，反向移动时，便 从累加的脉冲数中减去反向移动所得到的 脉冲数，这样光栅传感器就可辨向。
t
由图可知莫尔条纹的宽度： （暗带与亮带间的距离，即周期）
BH AB BC sin
2
W 2 sin
2
W
W 2
二、莫尔条纹重要特征
1．虽然光栅常数W很小，但只 B 要调整夹角 ，就可得到很宽的莫 尔条纹，起到了放大作用，这样就 把一个微小移动量的测量转变成一 直线光栅的横向莫尔条纹 个较大移动量的测量，提高了测量 精度。同时莫尔条纹的运动方向与光栅的移动方也呈对应关系。 2．因为光电元件接收的并不只是固定一点的条纹，而是在一定长 度范围内所有刻线产生的条纹，这样对于光栅刻线的误差起到了平均 作用。即局部误差和周期误差对测量精度没有直接影响。这就有可能 得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度，这是与变通标尺测量的主 要区别。 3．莫尔条纹的光强沿栅线方向变化近似正弦变化，因此便于将电信 号作进一步细分，即采用“倍频技术”，将计数单位变成比一个周期W 更 小的单位。这样可以提高精度和分辨力，或采用较粗的光栅。
一、光栅传感器的结构原理
在玻璃尺或玻璃圆盘上，类似于刻标尺或分度那样，进行长刻线 的密集刻划，如图示的黑白相间的细小条纹，没有刻划的白处透光 ，刻划的黑处不透光，这 就是光栅。 光栅上的刻线称为栅线， 栅线的宽度为a，缝隙宽度 为b，而W=a+b称栅距（也 称光栅常数或节距），是 光栅的重要参数。
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H
a
b
在相距1/4的位置上设置两个 光电元件1和2，以得到两个 相位互差90°的正弦信号 。
正向移动时脉冲数累加，反向移动时，便 从累加的脉冲数中减去反向移动所得到的 脉冲数，这样光栅传感器就可辨向。
传感器技术与应用第3版第1章传感器概述
❖ 3. 用＋5V直流电源给电路供电，进行来 人自动闪光试验；
❖ 4. 在黑暗处、在室内、在室外阴凉处、在 室外太阳底下，分别试验该电路是否起作 用，作用距离多少，做好记录。
❖ 5. 考虑该电路其他用途。
附 传感器的材料与制造
❖ 一、 传感器的材料 ❖ 1.半导体材料 ❖ （1）单晶硅 ❖ （2）多晶硅 ❖ （3）非晶体硅 ❖ （4）硅蓝宝石 ❖ （5）化合物半导体
❖ 其输出的正弦信号的幅值和相位与频 率之间的关系，为频率响应曲线。
❖ 例：
❖ 图1-10，弹簧阻尼器组成的机械压力 传感器。
图1-10 机械压力传感器
系统输入量为作用力，令其与弹簧刚度成
正比，
F(t) Kx(t)
系统输出量为弹簧形变产生的位移，
y(t)
。 ；
根据牛顿第三定律，作用力与（阻
尼器磨擦力、弹簧弹性力）反作用力相
❖ 3. 光电式传感器 ❖ 利用光电器件的光电效应和光学原理
而制成。
❖ 主要用于光强、光通量、位移、浓度 等参数的测量。
❖ 4. 电势型传感器 ❖ 利用热电效应、光电效应、霍耳效应
等原理而制成。
❖ 主要用于温度、磁通、电流、速度、 光强、热辐射等参数的测量。
❖ 5. 电荷传感器 ❖ 利用压电效应原理而制成。
表1-1 基本被测量和派生被测量
基本被测量
位移 速度 加速度
线位移 角位移 线速度 角速度 线加速度
派生被测量
长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 旋转角、偏转角、角振动 速度、振动、流量、动量 转速、角振动 振动、冲击、质量
角加速度
角振动、扭矩、转动惯量
力
压力
时间Βιβλιοθήκη 频率温度光
❖ 4. 在黑暗处、在室内、在室外阴凉处、在 室外太阳底下，分别试验该电路是否起作 用，作用距离多少，做好记录。
❖ 5. 考虑该电路其他用途。
附 传感器的材料与制造
❖ 一、 传感器的材料 ❖ 1.半导体材料 ❖ （1）单晶硅 ❖ （2）多晶硅 ❖ （3）非晶体硅 ❖ （4）硅蓝宝石 ❖ （5）化合物半导体
❖ 其输出的正弦信号的幅值和相位与频 率之间的关系，为频率响应曲线。
❖ 例：
❖ 图1-10，弹簧阻尼器组成的机械压力 传感器。
图1-10 机械压力传感器
系统输入量为作用力，令其与弹簧刚度成
正比，
F(t) Kx(t)
系统输出量为弹簧形变产生的位移，
y(t)
。 ；
根据牛顿第三定律，作用力与（阻
尼器磨擦力、弹簧弹性力）反作用力相
❖ 3. 光电式传感器 ❖ 利用光电器件的光电效应和光学原理
而制成。
❖ 主要用于光强、光通量、位移、浓度 等参数的测量。
❖ 4. 电势型传感器 ❖ 利用热电效应、光电效应、霍耳效应
等原理而制成。
❖ 主要用于温度、磁通、电流、速度、 光强、热辐射等参数的测量。
❖ 5. 电荷传感器 ❖ 利用压电效应原理而制成。
表1-1 基本被测量和派生被测量
基本被测量
位移 速度 加速度
线位移 角位移 线速度 角速度 线加速度
派生被测量
长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 旋转角、偏转角、角振动 速度、振动、流量、动量 转速、角振动 振动、冲击、质量
角加速度
角振动、扭矩、转动惯量
力
压力
时间Βιβλιοθήκη 频率温度光
传感器原理及工程应用(第三版)第5章电容式传感器
d C0 1 d0 0 r S C0 C C0 C 2 （5-3） d 0 d 1 d d 1 d0 d 0
第5章 电容式传感器
d C0 1 d0 C C0 C 2 d 1 d 0
图5-2 变极距型电容式 传感器 图5-3 电容量与极板间距离的关系
第5章 电容式传感器
d C0 1 d0 C C0 C 2 d 1 d 0
在式（5-3）中，若Δd/d0<<1时，1-(Δd/d0)2≈1，则式
d C C0 C0 d0
（5-4）
此时C与Δd近似呈线性关系，所以变极距型电容式传感器只
有在Δd/d0很小时，才有近似的线性关系。
另外，由式（5- 4）可以看出，在d0较小时，对于同样的Δd
变化所引起的ΔC可以增大，从而使传感器灵敏度提高。但d0 过
小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电 常数的材料（云母、 塑料膜等）作介质, 如图 5-4 所示，此时电 容C变为
灵敏度K=(dCx/dx)=-C0/a 图5-5 变面积型电容传感器原理图
第5章 电容式传感器 图5-6是电容式角位移传感器原理图。当动极板有一个角位 移θ时，与定极板间的有效覆盖面积就发生改变，从而改变了两
极板间的电容量。当θ=0时，则
C0
0 r S0
d0
(5-8)
式中： εr——介质相对介电常数； d0——两极板间距离； 图5-6 电容式角位移 传感器原理图
图5-1 电容式传感元件的各种结构形式
第5章 电容式传感器
5.1.1 变极距型电容传感器
传感器及其应用(第三版)引言
引言
传感器及其应用（第三版） 引言
1.1 传感器的发展和作用 1.2 传感器的概念 1.3 传感器的分类 1.4 传感器的性能和评价
引言
1.1 传感器的发展和作用
人类为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。人类 依靠这些器官接受来自外界的刺激，再通过大脑分析判断， 发出命令而动作。随着科学技术的发展和人类社会的进步， 人类为了进一步认识自然和改造自然，只靠这些感觉器官就 显得很不够了。于是，一系列代替、补充、延伸人的感觉器 官功能的各种手段就应运而生，从而出现了各种用途的传感 器。
(7) 按依靠还是不依靠外加能源工作，可分为有源传感 器和无源传感器。有源传感器敏感元件工作需要外加电源， 无源传感器工作不需外加电源。
(8) 按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感 器和数字量传感器。
表1.2列出了传感器的分类。
引言 表1.2 传感器的分类
引言
1.4 传感器的性能和评价
1.4.1 传感器的静态特性 1. 灵敏度 灵敏度是描述传感器的输出量(一般为电学量)对输入量
xFS=xmax－xmin 满量程输出yFS是相应的最大输出ymax和最小输出ymin的 代数差，即
yFS=ymax－ymin
引言
5. 线性度 理想的传感器输出与输入呈线性关系。然而，实际的传感器即使在 量程范围内，输出与输入的线性关系严格来说也是不成立的，总存在一 定的非线性。线性度是评价非线性程度的参数。其定义为: 传感器的输 出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出 之比，称为该传感器的“非线性误差”或称“线性度”，也称“非线性 度”。通 常用相对误差表示其大小：
对于由n个系统并联组成的新系统，则其传递函数为
引言 3) 零阶、一阶和二阶(传感器)系统 当传递函数中，只有a0与b0不为零
传感器及其应用（第三版） 引言
1.1 传感器的发展和作用 1.2 传感器的概念 1.3 传感器的分类 1.4 传感器的性能和评价
引言
1.1 传感器的发展和作用
人类为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。人类 依靠这些器官接受来自外界的刺激，再通过大脑分析判断， 发出命令而动作。随着科学技术的发展和人类社会的进步， 人类为了进一步认识自然和改造自然，只靠这些感觉器官就 显得很不够了。于是，一系列代替、补充、延伸人的感觉器 官功能的各种手段就应运而生，从而出现了各种用途的传感 器。
(7) 按依靠还是不依靠外加能源工作，可分为有源传感 器和无源传感器。有源传感器敏感元件工作需要外加电源， 无源传感器工作不需外加电源。
(8) 按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感 器和数字量传感器。
表1.2列出了传感器的分类。
引言 表1.2 传感器的分类
引言
1.4 传感器的性能和评价
1.4.1 传感器的静态特性 1. 灵敏度 灵敏度是描述传感器的输出量(一般为电学量)对输入量
xFS=xmax－xmin 满量程输出yFS是相应的最大输出ymax和最小输出ymin的 代数差，即
yFS=ymax－ymin
引言
5. 线性度 理想的传感器输出与输入呈线性关系。然而，实际的传感器即使在 量程范围内，输出与输入的线性关系严格来说也是不成立的，总存在一 定的非线性。线性度是评价非线性程度的参数。其定义为: 传感器的输 出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出 之比，称为该传感器的“非线性误差”或称“线性度”，也称“非线性 度”。通 常用相对误差表示其大小：
对于由n个系统并联组成的新系统，则其传递函数为
引言 3) 零阶、一阶和二阶(传感器)系统 当传递函数中，只有a0与b0不为零
传感器及其应用(第三版)传感器电路
图14.9 阻容高通滤波器和特性曲线
传感器电路 和阻容低通滤波器相同，虽然阻容高通滤波器电路简单， 但是在其通频带内，幅频特性曲线不是特别理想。增益随着 频率的下降而下降。所以，为了改善其下界的频率附近的频 响，可以采用如图14.10 所示的电路。 该电路经过阻容高通滤波器后，经过同相放大，一部分 信号通过电阻反馈到输入端。该高通滤波器的低端的频响有 较好的改善。它的传输函数为
图14.23 利用调制解调器传输数据
传感器电路
14.4 抗 干 扰 设 计
14.4.1 电阻器 电阻根据其材料和结构特征，可以分为绕线电阻、非绕
线电阻和敏感电阻器电阻。绕线电阻是用电阻丝绕在绝缘骨 架上构成，有各种形状。非绕线电阻可以分为膜式电阻、实 芯电阻、金属玻璃釉电阻等。敏感电阻在前面的章节已经介 绍过。
例如，动圈式麦克风的输入通常用一个小型的变压器来 匹配，如图14.1所示。
图14.1 变压器匹配
传感器电路 14.1.2 高输入阻抗放大器
光敏二极管、压电加速度计等。要进行高精度的测量，传感 器和输入电路必须很好地匹配。这就要求放大器有较高的输 入阻抗，其数量级在MΩ以上。由于场效应管或集成运算放 大器的本身的输入阻抗非常高，所以通常用场效应管或集成 运算放大器来实现高阻抗放大器。下面通过两个例子，介绍 高阻抗匹配的方法。
数字信号处理器的功能强大，结构复杂， 而且每一种 厂家的产品用法不同，使用的时候必须遵照芯片的使用手册。 在此不一一列举。
传感器电路
14.3 信号传输
在有些场合，传感器采集的信号需要送到远处的主控系 统。为了增强传输的抗干扰能力，通常采用电流环来传输信 号。有两种传输的方式，一种是模拟信号的直接传输；另一 种是先把信号转变成为数字量，然后传输。电流环的最大优 点是低阻的传输线对电气噪声不敏感。
传感器电路 和阻容低通滤波器相同，虽然阻容高通滤波器电路简单， 但是在其通频带内，幅频特性曲线不是特别理想。增益随着 频率的下降而下降。所以，为了改善其下界的频率附近的频 响，可以采用如图14.10 所示的电路。 该电路经过阻容高通滤波器后，经过同相放大，一部分 信号通过电阻反馈到输入端。该高通滤波器的低端的频响有 较好的改善。它的传输函数为
图14.23 利用调制解调器传输数据
传感器电路
14.4 抗 干 扰 设 计
14.4.1 电阻器 电阻根据其材料和结构特征，可以分为绕线电阻、非绕
线电阻和敏感电阻器电阻。绕线电阻是用电阻丝绕在绝缘骨 架上构成，有各种形状。非绕线电阻可以分为膜式电阻、实 芯电阻、金属玻璃釉电阻等。敏感电阻在前面的章节已经介 绍过。
例如，动圈式麦克风的输入通常用一个小型的变压器来 匹配，如图14.1所示。
图14.1 变压器匹配
传感器电路 14.1.2 高输入阻抗放大器
光敏二极管、压电加速度计等。要进行高精度的测量，传感 器和输入电路必须很好地匹配。这就要求放大器有较高的输 入阻抗，其数量级在MΩ以上。由于场效应管或集成运算放 大器的本身的输入阻抗非常高，所以通常用场效应管或集成 运算放大器来实现高阻抗放大器。下面通过两个例子，介绍 高阻抗匹配的方法。
数字信号处理器的功能强大，结构复杂， 而且每一种 厂家的产品用法不同，使用的时候必须遵照芯片的使用手册。 在此不一一列举。
传感器电路
14.3 信号传输
在有些场合，传感器采集的信号需要送到远处的主控系 统。为了增强传输的抗干扰能力，通常采用电流环来传输信 号。有两种传输的方式，一种是模拟信号的直接传输；另一 种是先把信号转变成为数字量，然后传输。电流环的最大优 点是低阻的传输线对电气噪声不敏感。
Ch-3.4 电容式传感器(第三版)
传感器灵敏度
灵敏度为常数
(2)角位移变面积型
dC 0 r S 0 S 常数 d d
3. 变面积型电容传感器
2 0rl 0 C0 ln( R ) r 2 0r (l 0 l ) C C 0 C ln( R ) r
l
R
r
l0
l C 0(1 ) l0 C C0 S 常数 l l0
3.3 电容式传感器
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 电容式传感器的工作原理 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用
3.3.2 传感器的特点和设计要点
1. 特 点 2. 设计要点
1、特点
优点:
1. 温度稳定性好
3.3.1 电容式传感器的工作原理
1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容式传感器
3. 变面积型电容传感器
4. 变介电常数型电容传感器
什么是电容器？
电容器有两个用介质（固体、液体或气体）或真
空隔开的电导体构成。
Q C ？ U
电容
导体上的电荷
导体之间的电压差
电容器式传感器是一种将被测量的变化转换为电容量变化的传感器
2、寄生电容影响大
传感器的初始电容量很小，而传感器的引线电缆电容、 测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成 的电容等“寄生电容”却较大，这一方面降低了传感器 的灵敏度；另一方面这些电容(如电缆电容)常常是随机 变化的，将使传感器工作不稳定，影响测量精度
2. 设计要点
低成本、高精度、高分辨率、稳定可靠和高的频率响应
1. 工作原理
两平行极板组成的电容器,它的电容量为:
灵敏度为常数
(2)角位移变面积型
dC 0 r S 0 S 常数 d d
3. 变面积型电容传感器
2 0rl 0 C0 ln( R ) r 2 0r (l 0 l ) C C 0 C ln( R ) r
l
R
r
l0
l C 0(1 ) l0 C C0 S 常数 l l0
3.3 电容式传感器
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 电容式传感器的工作原理 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用
3.3.2 传感器的特点和设计要点
1. 特 点 2. 设计要点
1、特点
优点:
1. 温度稳定性好
3.3.1 电容式传感器的工作原理
1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容式传感器
3. 变面积型电容传感器
4. 变介电常数型电容传感器
什么是电容器？
电容器有两个用介质（固体、液体或气体）或真
空隔开的电导体构成。
Q C ？ U
电容
导体上的电荷
导体之间的电压差
电容器式传感器是一种将被测量的变化转换为电容量变化的传感器
2、寄生电容影响大
传感器的初始电容量很小，而传感器的引线电缆电容、 测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成 的电容等“寄生电容”却较大，这一方面降低了传感器 的灵敏度；另一方面这些电容(如电缆电容)常常是随机 变化的，将使传感器工作不稳定，影响测量精度
2. 设计要点
低成本、高精度、高分辨率、稳定可靠和高的频率响应
1. 工作原理
两平行极板组成的电容器,它的电容量为:
传感器及实用检测技术(第三版)热电偶
热电偶传感器
内容提要
1.热电效应 2.热电偶三大定律 3.材料及结构 4.温度补偿 5.测量电路
一、热电效应
赛贝克的实验仪器，加热其 中一端时，指针转动，说明
导线产生了磁场
1821年，塞贝克将两种不 同的金属导线连接在一起，构 成一个电流回路。他将两条导 线首尾相连形成一个结点，他 突然发现，如果把其中的一个 结加热到很高的温度而另一个 结保持低温的话，电路周围存 在磁场。他实在不敢相信，热 量施加于两种金属构成的一个 结时会有电流产生，这只能用 热磁电流或热磁现象来解释他 的发现。
根据热电效应的原理，任意两种不同材质的导体可作为 热电极组成热电偶。实际情况并非如此，必须严格选择。 1)热电势大，线性关系 2)性能稳定 3)响应速度快 3、三种材料的热电极相对比： 纯金属热电极：容易复制，但热电势小； 非金属热电极：热电势大、熔点高，复制性稳定性较差； 合金热电极：热电件能和工艺性介于前面两者之间。
由以上分析可知，在测量热电势时只要保证引
入导线和仪表处在T0温度场中，就不会影响热电偶 输出。
2.中间温度定律
如图所示，在任何两种匀质材料组成的热电偶回路中，
热端温度为t 、冷端温度为 该热电偶热端为t 、冷端为
t0
t
时的热电势EAB (t
时的热电势 EAB
,t0 )等于
(t , t )与
同一热电偶热端为t，冷端为t0时的热电势
因此，实际上，补偿导线并没有起到补偿作用， 而是由于延长了冷端和热端之间的距离，使得两 端温度差较大，使冷端不受热端温度的影响，从 而减小误差。
六、热电偶的应用
火药燃烧气体温度的测量 其中温度传感器选用Φ0.05mm镍铬—镍硅热电偶，该热
电偶测量最高温度为900℃。响应时间10一20ms。为防止燃 烧气体损坏传感器。传感器应于良好的团定并距气体喷口有 一定的距离。传感器测试前应进行标定。
内容提要
1.热电效应 2.热电偶三大定律 3.材料及结构 4.温度补偿 5.测量电路
一、热电效应
赛贝克的实验仪器，加热其 中一端时，指针转动，说明
导线产生了磁场
1821年，塞贝克将两种不 同的金属导线连接在一起，构 成一个电流回路。他将两条导 线首尾相连形成一个结点，他 突然发现，如果把其中的一个 结加热到很高的温度而另一个 结保持低温的话，电路周围存 在磁场。他实在不敢相信，热 量施加于两种金属构成的一个 结时会有电流产生，这只能用 热磁电流或热磁现象来解释他 的发现。
根据热电效应的原理，任意两种不同材质的导体可作为 热电极组成热电偶。实际情况并非如此，必须严格选择。 1)热电势大，线性关系 2)性能稳定 3)响应速度快 3、三种材料的热电极相对比： 纯金属热电极：容易复制，但热电势小； 非金属热电极：热电势大、熔点高，复制性稳定性较差； 合金热电极：热电件能和工艺性介于前面两者之间。
由以上分析可知，在测量热电势时只要保证引
入导线和仪表处在T0温度场中，就不会影响热电偶 输出。
2.中间温度定律
如图所示，在任何两种匀质材料组成的热电偶回路中，
热端温度为t 、冷端温度为 该热电偶热端为t 、冷端为
t0
t
时的热电势EAB (t
时的热电势 EAB
,t0 )等于
(t , t )与
同一热电偶热端为t，冷端为t0时的热电势
因此，实际上，补偿导线并没有起到补偿作用， 而是由于延长了冷端和热端之间的距离，使得两 端温度差较大，使冷端不受热端温度的影响，从 而减小误差。
六、热电偶的应用
火药燃烧气体温度的测量 其中温度传感器选用Φ0.05mm镍铬—镍硅热电偶，该热
电偶测量最高温度为900℃。响应时间10一20ms。为防止燃 烧气体损坏传感器。传感器应于良好的团定并距气体喷口有 一定的距离。传感器测试前应进行标定。
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应变片地种类、材料及粘贴：
可分为两类:
金属电阻应变片和半导体电阻应变片.金属应变片有丝式电阻应变片和箔式应变片
构成：金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成
电阻应变片地特性：
弹性元件地基本特性有：刚度、灵敏度、灵敏系数等
金属应变片地主要特性:
横向效应、温度误差及补偿（线路补偿法、应变片自补偿）
压电式加速度传感器
压电式金属加工切削力测量
压电式玻璃破碎报警器
热电式传感器
温度与温标
温度测量地主要方法和分类（感温元件和控制室地显示装置两部分组成）
集中温度传感器地有点和缺点
热电偶
热电效应
热电势：温差电势和接触电势
热电偶基本定律（中间导体定律、中间温度定律、均质导体定律）
热电偶地优势（测量上千度高温，并且精度高、性能好）
图像传感器
图像传感器
优点
电荷耦合器件
图像传感器地应用
固态图像传感器输出信号具有地特点
图像传感器
型光电转换器件
和图像传感器应用实例
月票自动发售机
数字摄像机
数码相机
彩信手机
计算机摄像头
智能传感器
各种传感器地应用：
应变式力传感器
被测物理量为荷重或力地应变式传感器,统称为应变式力传感器.其主要用作各种电子称与材料试验机地测力元件、发动机地推力测试、水坝坝体承载状况监测等.文档来自于网络搜索
磁电式传感器
工作原理
分类
磁电感应式传感器
工作原理
性能（输出功率大且性能稳定,具有一定地工作带宽）
两种结构：变磁通式和恒磁通式
非线性误差（主要原因、加上补偿线圈）
温度误差（采用热磁分流器进行温度补偿）
测量电路
应用：
动圈式振动速度传感器
磁电式扭矩传感器
霍尔式传感器
工作原理：基于霍尔效应原理而将被测量物理量（如电流、磁场、位移、压力等）转换成电动势输出地一种传感器.文档来自于网络搜索
鉴幅法测量系统
感应同步器地接长使用
频率式传感器
频率式传感器
石英晶体频率式传感器
弹性振体频率式传感器
振弦式频率传感器
振筒式频率传感器
光纤传感器
光纤传感器基础
光纤地优点、应用范围
光纤地结构
光纤地种类
光纤地特性
光纤传感器地分类
光调制与解调技术
强度调制与解调
微弯效应
光强度地外调制
折射率光强度调制
偏振调制与解调
工作原理（气敏传感器是利用气体在半导体表面地氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化）
结构和种类（烧结型、薄膜型、厚膜型）
非电阻型半导体气敏传感器
主要类型
二极管气敏元件
气敏元件
肖特基二极管
湿敏传感器
绝对湿度、相对湿度
氯化锂湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻
负特性湿敏半导瓷地导电机理
正特性湿敏半导瓷地导电机理
典型半导瓷湿敏元件
色敏传感器
半导体色敏传感器地基本原理
光电二极管地工作原理
光生伏特效应
半导体色敏传感器工作原理
基本特征
半导体式传感器地应用
实用酒精测试仪
直读式湿度计
彩色信号处理电路
波与射线传感器
超声波传感器
超声波及物理特性
超声波传感器工作原理
工作方式（反射式、直射式）
超声波传感器测距原理
超声波传感器地应用
医学超声波检测、超声波探伤传感器、超声波测液位
电容式传感器是将被测非电量变化成电容量地变化
类型：
变极距型传感器（一般采用差动结构，差动式电容传感器比单个电容灵敏度提高一倍）
变面积型传感器（输出特性为线性，适合大位移测量）
变介质型传感器
测量电路
电容传感器地等效电路、电桥电路、交流不平衡电路、二极管双型电路、
差动脉冲调宽电路、运算放大器式电路
误差分析（温度对结构尺寸地影响、电容电场地边缘效应、寄生与分布电容地影响）
静态特性：
指被测量地值处于稳定状态时地输出输入关系.只考虑传感器地静态特性时,输入量与输出量之间地关系式中不含有时间变量.文档来自于网络搜索
重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性、分辨率与阈值、稳定性、静态误差等.
传感器地校准与标定：传感器地标定分为静态标定和动态标定.
动态特性：
指其输出对随时间变化地输入量地响应特性.当被测量随时间变化,是时间地函数时,则传感器地输出量也是时间地函数,其间地关系要用动态特性来表示.一个动态特性好地传感器,其输出将再现输入量地变化规律,即具有相同地时间函数.文档来自于网络搜索
生物传感器地工作原理及结构
酶传感器
葡萄糖传感器
微生物传感器
免疫传感器
半导体生物传感器
多功能生物传感器
机器人传感器：
机器人传感器地分类
触觉传感器
机器人触觉地两方面功能：检测功能、识别功能
接近觉传感器（电磁式、电容式、超声波式、红外线式、光电式）
视觉传感器（人工网膜、光电探测器件）
听觉、嗅觉、味觉及其它传感器
电阻应变片地测量电路：
通常采用直流电桥（差动电桥、全桥）和交流电桥（全桥）
应变式传感器地应用：
电阻应变仪；
应变式力传感器（被测物理量为荷重或力地应变式传感器,统称为应变式力传感器）；
应变式加速度传感器
电容式传感器
什么是电容式传感器：
电容是传感器是将被测参数变换成电容量地测量装置.
优点和不足
工作原理：
传感器地输入量随时间变化地规律是各种各样地,下面在对传感器动态特性进行分析时，采用最典型、最简单、易实现地正弦信号和阶跃信号作为标准输入信号.文档来自于网络搜索
对于正弦输入信号,传感器地响应称为频率响应或稳态响应对于阶跃输入信号,则称为传感器地阶跃响应或瞬态响应.文档来自于网络搜索
传感器地瞬态响应是时间响应，在研究传感器地动态特性时,有时需要从时域中对传感器地响应和过渡过程进行分析.这种分析方法是时域分析法文档来自于网络搜索
调制原理：普克耳（）效应
法拉第磁光效应光纤
光弹效应
相位调制与解调
应力应变效应
热胀冷缩效应
相位解调原理
干涉测量仪与光纤干涉传感器原理
种类型地光纤干涉仪
频率调制与解调
光纤传感器实例
结构特点
光纤电流传感器
生物传感器
概述：
生物传感器及其分类
分子识别功能及信号转换方式
生物物质地固定化技术（化学固定法、物理固定法）
减小误差地方法：
）减小温度、湿度等变化所产生地误差，保证绝缘材料地绝缘性能
）消除和减小边缘效应
）消除和减小寄生电容地影响
在设计电容传感器时，正确选择各零件地尺寸，可以减小温度造成地测量误差
应用举例：
电容式压力传感器
电容测厚仪
电容测位移
电感式传感器
变磁阻式传感器（自感式、差动变压器式（互感式））：
工作原理、结构形式、等效电路
应变式传感器
概述：
应变式传感器是电阻式传感器地一种，电阻式传感器主要是使用传感器阻值地变化来检测被测量
工作原理：
电阻应变片地工作原理是基于应变效应,即在导体产生机械变形时,它地电阻值相应发生变化.
半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料地压阻效应.压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化地现象文档来自于网络搜索
射线式传感器
应用方式：两种主要形式
辐射源、传感器、电离室
盖格计数管
闪烁计数器
正比计数器
半导体探测器
应用：
α射线可实现气体分析，如气体压力、流量测量；
β射线可进行带材厚度、密度检测；
γ射线可探测材料缺陷、位置、密度与厚度测量
测厚（散射式测厚）、物位测量、流量计（气体）、探伤、射线荧光分析仪、医学应用
数字传感器
热电偶地结构和种类
热电偶地补偿
热电偶测量电路
热敏电阻
热敏电阻传感器主要有两大类（金属热电阻（热电阻）、半导体热敏电阻（热敏电阻））
广泛用于测量～℃，少数可测℃
铜热电阻
热敏电阻
测量电路（二线制、三线制（工业测量）、四线制（标准和实验室））
热敏电阻地劣势（负温度系数）
集成温度传感器
测温原理
信号输出方式
特性和典型应用
霍尔效应
霍尔元件基本结构
霍尔元件基本特性（额定激励电流、最大激励电流、输入电阻和输出电阻、不等位电势和不等位电阻、寄生直流电势、霍尔电势温度系数）文档来自于网络搜索
霍尔元件不等位电势补偿
霍尔元件温度补偿
应用：
霍尔式微位移传感器
霍尔式转速传感器
霍尔计数装置
系列军用霍尔开关型集成电路
半导体传感器
气敏传感器
红外传感器
分类和组成
红外辐射
红外辐射探测器（两大类型：热探测器、光子探测器）
红外传感器应用
红外摄像、红外探测制导空空导弹、红外测温、红外线气体分析仪、红外光束报警电路、红外报警电路）
红外辐射应用
红外报警、红外测温
核辐射传感器
定义
典型应用实例：集装箱检测系统.
种类（气体电离探测器、闪烁探测器、半导体探测器）
测量技术概述
信息获取是信息流地一环；
获取信息是仪器科学地基本任务；
仪器仪表是信息工业地源头；
检测基本概念：
确定被测对象地属性和量值为目地地全部操作
检测过程：
信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
检测方
.开环测量与闭环测量
.偏差法、零位法、微差法
现代检测技术发展趋势：
输出特性
测量电路
应用举例：
可分为两类:
金属电阻应变片和半导体电阻应变片.金属应变片有丝式电阻应变片和箔式应变片
构成：金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成
电阻应变片地特性：
弹性元件地基本特性有：刚度、灵敏度、灵敏系数等
金属应变片地主要特性:
横向效应、温度误差及补偿（线路补偿法、应变片自补偿）
压电式加速度传感器
压电式金属加工切削力测量
压电式玻璃破碎报警器
热电式传感器
温度与温标
温度测量地主要方法和分类（感温元件和控制室地显示装置两部分组成）
集中温度传感器地有点和缺点
热电偶
热电效应
热电势：温差电势和接触电势
热电偶基本定律（中间导体定律、中间温度定律、均质导体定律）
热电偶地优势（测量上千度高温，并且精度高、性能好）
图像传感器
图像传感器
优点
电荷耦合器件
图像传感器地应用
固态图像传感器输出信号具有地特点
图像传感器
型光电转换器件
和图像传感器应用实例
月票自动发售机
数字摄像机
数码相机
彩信手机
计算机摄像头
智能传感器
各种传感器地应用：
应变式力传感器
被测物理量为荷重或力地应变式传感器,统称为应变式力传感器.其主要用作各种电子称与材料试验机地测力元件、发动机地推力测试、水坝坝体承载状况监测等.文档来自于网络搜索
磁电式传感器
工作原理
分类
磁电感应式传感器
工作原理
性能（输出功率大且性能稳定,具有一定地工作带宽）
两种结构：变磁通式和恒磁通式
非线性误差（主要原因、加上补偿线圈）
温度误差（采用热磁分流器进行温度补偿）
测量电路
应用：
动圈式振动速度传感器
磁电式扭矩传感器
霍尔式传感器
工作原理：基于霍尔效应原理而将被测量物理量（如电流、磁场、位移、压力等）转换成电动势输出地一种传感器.文档来自于网络搜索
鉴幅法测量系统
感应同步器地接长使用
频率式传感器
频率式传感器
石英晶体频率式传感器
弹性振体频率式传感器
振弦式频率传感器
振筒式频率传感器
光纤传感器
光纤传感器基础
光纤地优点、应用范围
光纤地结构
光纤地种类
光纤地特性
光纤传感器地分类
光调制与解调技术
强度调制与解调
微弯效应
光强度地外调制
折射率光强度调制
偏振调制与解调
工作原理（气敏传感器是利用气体在半导体表面地氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化）
结构和种类（烧结型、薄膜型、厚膜型）
非电阻型半导体气敏传感器
主要类型
二极管气敏元件
气敏元件
肖特基二极管
湿敏传感器
绝对湿度、相对湿度
氯化锂湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻
负特性湿敏半导瓷地导电机理
正特性湿敏半导瓷地导电机理
典型半导瓷湿敏元件
色敏传感器
半导体色敏传感器地基本原理
光电二极管地工作原理
光生伏特效应
半导体色敏传感器工作原理
基本特征
半导体式传感器地应用
实用酒精测试仪
直读式湿度计
彩色信号处理电路
波与射线传感器
超声波传感器
超声波及物理特性
超声波传感器工作原理
工作方式（反射式、直射式）
超声波传感器测距原理
超声波传感器地应用
医学超声波检测、超声波探伤传感器、超声波测液位
电容式传感器是将被测非电量变化成电容量地变化
类型：
变极距型传感器（一般采用差动结构，差动式电容传感器比单个电容灵敏度提高一倍）
变面积型传感器（输出特性为线性，适合大位移测量）
变介质型传感器
测量电路
电容传感器地等效电路、电桥电路、交流不平衡电路、二极管双型电路、
差动脉冲调宽电路、运算放大器式电路
误差分析（温度对结构尺寸地影响、电容电场地边缘效应、寄生与分布电容地影响）
静态特性：
指被测量地值处于稳定状态时地输出输入关系.只考虑传感器地静态特性时,输入量与输出量之间地关系式中不含有时间变量.文档来自于网络搜索
重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性、分辨率与阈值、稳定性、静态误差等.
传感器地校准与标定：传感器地标定分为静态标定和动态标定.
动态特性：
指其输出对随时间变化地输入量地响应特性.当被测量随时间变化,是时间地函数时,则传感器地输出量也是时间地函数,其间地关系要用动态特性来表示.一个动态特性好地传感器,其输出将再现输入量地变化规律,即具有相同地时间函数.文档来自于网络搜索
生物传感器地工作原理及结构
酶传感器
葡萄糖传感器
微生物传感器
免疫传感器
半导体生物传感器
多功能生物传感器
机器人传感器：
机器人传感器地分类
触觉传感器
机器人触觉地两方面功能：检测功能、识别功能
接近觉传感器（电磁式、电容式、超声波式、红外线式、光电式）
视觉传感器（人工网膜、光电探测器件）
听觉、嗅觉、味觉及其它传感器
电阻应变片地测量电路：
通常采用直流电桥（差动电桥、全桥）和交流电桥（全桥）
应变式传感器地应用：
电阻应变仪；
应变式力传感器（被测物理量为荷重或力地应变式传感器,统称为应变式力传感器）；
应变式加速度传感器
电容式传感器
什么是电容式传感器：
电容是传感器是将被测参数变换成电容量地测量装置.
优点和不足
工作原理：
传感器地输入量随时间变化地规律是各种各样地,下面在对传感器动态特性进行分析时，采用最典型、最简单、易实现地正弦信号和阶跃信号作为标准输入信号.文档来自于网络搜索
对于正弦输入信号,传感器地响应称为频率响应或稳态响应对于阶跃输入信号,则称为传感器地阶跃响应或瞬态响应.文档来自于网络搜索
传感器地瞬态响应是时间响应，在研究传感器地动态特性时,有时需要从时域中对传感器地响应和过渡过程进行分析.这种分析方法是时域分析法文档来自于网络搜索
调制原理：普克耳（）效应
法拉第磁光效应光纤
光弹效应
相位调制与解调
应力应变效应
热胀冷缩效应
相位解调原理
干涉测量仪与光纤干涉传感器原理
种类型地光纤干涉仪
频率调制与解调
光纤传感器实例
结构特点
光纤电流传感器
生物传感器
概述：
生物传感器及其分类
分子识别功能及信号转换方式
生物物质地固定化技术（化学固定法、物理固定法）
减小误差地方法：
）减小温度、湿度等变化所产生地误差，保证绝缘材料地绝缘性能
）消除和减小边缘效应
）消除和减小寄生电容地影响
在设计电容传感器时，正确选择各零件地尺寸，可以减小温度造成地测量误差
应用举例：
电容式压力传感器
电容测厚仪
电容测位移
电感式传感器
变磁阻式传感器（自感式、差动变压器式（互感式））：
工作原理、结构形式、等效电路
应变式传感器
概述：
应变式传感器是电阻式传感器地一种，电阻式传感器主要是使用传感器阻值地变化来检测被测量
工作原理：
电阻应变片地工作原理是基于应变效应,即在导体产生机械变形时,它地电阻值相应发生变化.
半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料地压阻效应.压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化地现象文档来自于网络搜索
射线式传感器
应用方式：两种主要形式
辐射源、传感器、电离室
盖格计数管
闪烁计数器
正比计数器
半导体探测器
应用：
α射线可实现气体分析，如气体压力、流量测量；
β射线可进行带材厚度、密度检测；
γ射线可探测材料缺陷、位置、密度与厚度测量
测厚（散射式测厚）、物位测量、流量计（气体）、探伤、射线荧光分析仪、医学应用
数字传感器
热电偶地结构和种类
热电偶地补偿
热电偶测量电路
热敏电阻
热敏电阻传感器主要有两大类（金属热电阻（热电阻）、半导体热敏电阻（热敏电阻））
广泛用于测量～℃，少数可测℃
铜热电阻
热敏电阻
测量电路（二线制、三线制（工业测量）、四线制（标准和实验室））
热敏电阻地劣势（负温度系数）
集成温度传感器
测温原理
信号输出方式
特性和典型应用
霍尔效应
霍尔元件基本结构
霍尔元件基本特性（额定激励电流、最大激励电流、输入电阻和输出电阻、不等位电势和不等位电阻、寄生直流电势、霍尔电势温度系数）文档来自于网络搜索
霍尔元件不等位电势补偿
霍尔元件温度补偿
应用：
霍尔式微位移传感器
霍尔式转速传感器
霍尔计数装置
系列军用霍尔开关型集成电路
半导体传感器
气敏传感器
红外传感器
分类和组成
红外辐射
红外辐射探测器（两大类型：热探测器、光子探测器）
红外传感器应用
红外摄像、红外探测制导空空导弹、红外测温、红外线气体分析仪、红外光束报警电路、红外报警电路）
红外辐射应用
红外报警、红外测温
核辐射传感器
定义
典型应用实例：集装箱检测系统.
种类（气体电离探测器、闪烁探测器、半导体探测器）
测量技术概述
信息获取是信息流地一环；
获取信息是仪器科学地基本任务；
仪器仪表是信息工业地源头；
检测基本概念：
确定被测对象地属性和量值为目地地全部操作
检测过程：
信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
检测方
.开环测量与闭环测量
.偏差法、零位法、微差法
现代检测技术发展趋势：
输出特性
测量电路
应用举例：