传感器和检测技术同济大学共60页
传感器与检测技术(完整)ppt课件
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电子与信息工程学院控制科学与工程系
3）热敏电阻补偿
➢霍尔元件一般具有正温度系数，即输出随温度升高而下降， 若能使控制电流随温度升高而上升。
➢输入回路串热敏电阻（当温度上升时其阻值下降，使 控制电流上升。） ➢输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下 降被热敏电阻阻值减小所补偿。 ➢在使用时，热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起或 靠近，使它们温度变化一致。
f=npN =n⇒ pn= tN /pt
线性霍尔
n 60 f 22
NS
磁铁
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霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿 过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势， 放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮 的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。
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电子与信息工程学院控制科学与工程系
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（2）不等位电势补偿
当霍尔元件B=0，I≠0，UH=U0≠0。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有:
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上； ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不 均匀；
两电极电不在同一等电位面上
同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系
传感器与检测技术
主讲教师：苏永清
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1
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物理现象观察
霍尔效应
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电子与信息工程学院控制科学与工程系
传感器与测试技术PPT课件
分类:
电感式传感器
自感型
可变磁阻型
互感型
涡流式
第1页/共59页
6.1 自感式电感传感器
1、工作原理——可变磁阻式
原理:电磁感应
L W 20A 2
第2页/共59页
自感L与气隙δ
成反比，而与 气隙导磁截面 积A成正比。
在将被测信号调制，并将它和噪声分离，放大等 处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测 量值的测量信号，这一过程称为解调。
第18页/共59页
1)目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题， 提高被测信号抗干扰能力。
常用的调制方法 ——载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）, 即调幅、调频和调相； ——载波信号为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。
uo
u 2
L L0
输出电压的大小和极性反 映了被测量的性质（如位 移的大小及方向）。
第17页/共59页
交流电桥的调制与解调 被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变
的微弱信号，还往往有各种噪声信号。 为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来，
往往给被测信号赋予一定特征——调制的主要功用。
调制就是用被测信号（称为调制信号）去控制载 波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。
第25页/共59页
幅值调制装置实质上是一个乘法器，在实际应用中经 常采用交流电桥作调制装置，以高频振荡电源供给电 桥作为载波信号，则电桥的输出为调幅波。
被测信号的频率为 0～10Hz
载波的频率为f0 >100 Hz； f0 ＝3000 Hz
放大器的通频带应 为2990～3010 Hz
《传感器及检测技术》PPT课件
11
第二节 差动变压器式传感器
电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈（又称为初 级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈 加全上波交整流流激电磁路电中压，两Ui后个，二将次在线二圈次串线联圈，中总产电生压感等应于电两压个U二O。次在线 圈的电压之和。
＋
请将单相变压 器二次线圈N21、 N22的有关端点按 全波整流电路的要 求正确地连接起来。
（参考中原量仪股份有限公司资料）
滑道
轴承滚子外形
分选仓位
2020/11/29
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电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）
汽缸
直径测微装置
控制键盘
长度测微装置
滑道
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三、电感式不圆度计原理
该圆度计采用旁向式电感测微头
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电感式不圆度测试系统
旁向式电感测微头
2020/11/29
如果在输出电压送到指示仪前，经过一 个能判别相位的检波电路，则不但可以反映 位移的大小（的幅值），还可以反映位移的 方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检 波电路。
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图3-7 相敏检波输出特性曲线
a）非相敏检波 b）相敏检波
2020/11/29 1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
上节回顾:
1.电容传感器
本节主要内容:
1.电感传感器
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1
第4章 电感式传感器
本章学习自感式传感器和差 动变压器的结构、工作原理、测 量电路以及他们的应用，掌握一 次仪表的相关知识。
2020/11/29
2
第一节 自感式传感器
先看一个实验：
同济大学苏永清_传感器与检测技术第3章电容式传感器-C特点及误差分析
电子与信息工程学院控制科学与工程系 （3）集成化
将传感器与测量电路本身或其前置级装在一个壳体内，省去 传感器的电缆引线。这样，寄生电容大为减小而且易固定不变， 使仪器工作稳定。但这种传感器因电子元件的特点而不能在高、 低温或环境差的场合使用。 （4）采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术
当电容式传感器的电容值很小，而因某些原因 ( 如环境温度 较高 ) ，测量电路只能与传感器分开时，可采用“驱动电缆”技 术。传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏 蔽层与信号传输线 ( 即电缆芯线 ) 通过 1:1 放大器成为等电位，从 而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。由于屏蔽线上有随传感器 输出信号变化而变化的电压，因此称为“驱动电缆”。采用这种 技术可使电缆线长达10m之远也不影响仪器的性能，如图。
边缘效应引起的非线性与变极距 型电容式传感器原理上的非线性 恰好相反，在一定程度上起了补 偿作用。
边 缘 电 场
1 带有等位环的平板电容 传感器结构原理图 13 13
电子与信息工程学院控制科学与工程系
3．消除和减小寄生电容的影响
寄生电容与传感器电容相并联，影响传感器灵敏度，而它的 变化则为虚假信号影响仪器的精度，必须消除和减小它。可采用 方法：
⑶
I1 jC1U P , I 2 jC2U P
t
U AB 0
t
(C3阻抗可忽略， C3 C1, C2 )
，则
U AB ( I1 I 2 )Z AB
1 RL j c3 （C1 C2 ) C1 C2 j (C1 C2 )U P j U P UP 1 jC3 C3 RL jC3
同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系
传感器与检测技术ppt课件第一章
2024/2/29
16
1.2检测技术理论基础
1.2.2 测量方法
1) 直接测量、间接测量和组合测量 (又称联立 测量)。经过求解联立方程组，才能得到被测物理量的最后
结果，则称这样的测量为组合测量。
2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量
3) 等精度测量与非等精度测量
4) 静态测量与动态测量
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3
1.1.3 传感器基本特性
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其 输入输出关系特性称为静态特性。
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测 量）x(t)之间的关系，传感器系统示意图如下图所 示。
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4
1.1.3 传感器基本特性
2．传感器的分类
（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。
（2）按照其被测量对象，传感器可分为力、位移、速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
（3）按照其结构，传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性型传感器是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。结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。
敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件。
测量电路(measuring circuit)： 将转换
元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如 放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特 性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。
《传感器与检测技术》课后习题答案（大学期末复习资料）
绪论1检测一个圆柱体的直径，请想出尽可能多的检测方法，并分析这些方法中的误差影响因素和大小。
答:a、使用游标卡尺测量，误差主要为人手安放直径相对位置的准确性；b、使用软绳沿直径轴向缠绕，多绕几圈求平均值，利用周长与直径的关系计算，误差主要是缠绕绳与轴线的垂直情况，与游标尺相比，减少了单个测量的误差；c，采用标准件，使用磁力表架进行测量，此种测量精度较高，一般在0.02mm。
2请举例说明动态特性和静态特性的区别。
答：动态特性的函数与时间相关，即时间不同，特征值不尽相同；而静态特性与时间无关。
如，温度传感器的线性度是通过一定时间稳定后才测量温度，而温度变化引起的温度传感器发生变化的滞后则属于动态特性。
3说明传感器与检测技术的发展趋势。
答：a、不断拓展检测范围，努力提高检测精度和可靠性；b、传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展；c、重视非接触式检测技术研究；d、检测系统智能化。
4说明频率域分析能解决的问题。
答: 频域描述反映信号的频率组成及幅值、相位关系。
为了解决不同的问题，往往需要掌握信号的不同方面的特征，因而可采用不同的信号描述方式。
例如，评定机器振动烈度，需要振动速度的均方根值作为判据，而在寻找振动源头时则需要掌握振动信号的频率分量，需要采用频域描述。
项目一1设想一个方案使用光电接近开关检测转速。
答：在转轴上粘接一个小面积的反光板，试验光电接近开关的敏感距离，安放光电接近开关，这样，转轴每转一圈，光电开关输出一个脉冲，利用计数器表头，或者人工计数，计量转动圈数的时间，利用转速公式获得转速。
2使用数显表配合接近开关，设计一个方案，检测传送带上的输运物料的个数。
答：在传送带边上设计一个接近开关，并测试其对物料的敏感距离，然后将其信号线按照实训任务中的方法连接，即可在数显表上显示来料个数。
3上网查找一个接近开关的生产厂家，并介绍其生产接近开关的型号和应用场合。
答：/products.asp?id=65，上海巨马。
传感器与检测技术完整ppt课件
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 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。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
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1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq
同济大学土木工程2传感器
2020/2/12
土木工程
§2-7 其它传感器
2 光电式传感器 主要形式
2020/2/12
土木工程
§2-7 其它传感器
3 气敏传感器
基本原理 半导体气敏元件同气体 接触后，造成半导体性 质发生变化，
测量特定气体的成分或者 浓度 将成分和浓度转变为电信 号，进行监测和报警。
4 压力传感器的标定
（3）接触式压力传感器
2020/2/12
土木工程
The end... Thanks !
2020/2/12
土木工程
可变导磁面积型
土木工程
§2-3 电感式传感器
1 自感型：
（2）涡流式 金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板种产生感应电流
高频反射式涡流传感器
低频透射式涡流传感器
2020/2/12
土木工程
§2-3 电感式传感器 2 互感型--差动变压器
工作原理:互感现象.
Eout Ew
W1 W W2
Es
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土木工程
-x
x
§2-4 钢弦式传感器
1 工作原理
传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦。 钢弦内应力的变化转变为钢弦振动频率的变化。
f 1 2L
基本原理
发出脉冲信号输入压力盒的电 磁线路，激励钢弦产生振动， 钢弦的振动在电磁线路内产生 交变电动势，输入频率仪放大 器后，示波，得到频率。
土木工程
§2-2 电阻式传感器
2 电位计：精度0.05～0.025mm
电位计的使用－变阻器与分压器
Rx x
Ux x
传感器与检测技术ppt课件
控制系统的自动化水平高低。
传感器的选用主要取决于建模参数和被测 量、测量精度和灵敏度要求以及测量系统的 成本等因素。
(4) 传感器的品质参数 灵敏度 分辨率 准确度 精密度
重复性
线性度
灵敏度
灵敏度反映传感器对被测量变化的 响应能力。
O S I
输出变化量
输入变化量
分辨率
如果已知总体精度上限，要计算各部件的 误差，则假定各部件误差对总精度的影响 是均等的。
f N xi xi n
N xi f n xi
[实例]已知角速度与作用力的关系式 试求转速的不确定性。 [解]
F 5 0 0 3 1 6 . 2 3 m r 0 . 20 . 0 2 5
霍尔传感器的应用—— 测量焊接电流
在标准的园环铁芯开一 小缺口，将霍尔元件放在 缺口处，被测电流的导线 穿过铁心时就产生磁场B， 则霍尔传感器有输出。当 测出的小于 规定的焊接电流时，可 控硅的导通角增大，焊接 电流变大，测出的电压大 于规定的焊接电流时，可 控硅的导通角减，焊接电 流变小，控制焊接回路的 电流。
性；
没有机械电位器特有的滑片，彻底解决了滑 片接触不良的问题；体积小，节省空间，易于装 配；寿命长，可靠性高。
数字电位器与机械式电位器的区别
类 特 型 性 机 无 械 源 式 数 有 字 源 式 电阻变 调节 位置 自动 化规律 方法 记忆 复位 连续 变化 阶梯 变化 手动 有 没有 使用 体 寿命 积 短 大
为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿, 电路补偿的方法较多,可采用以下方法。
• 串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；
• 并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；
《传感器与检测技术》习题答案[1]
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第1章传感器与检测技术基础思考题答案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。
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；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。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
传感器与检测技术完整版本
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1、线性度 也称为非线性误差，是指在全量程范围内实际
特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值 之
比。反映了实际特性曲线与拟合直线的不吻合度或偏离程
度。
L
Lmax10% 0 YFS
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2.迟滞。传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程） 变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。即，对于同一大小的 输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值或最大的迟滞差值的一半与满量程输 出值之比称为迟滞误差，又称为回差或变差（最大滞环率）。
xmin 100% YFS
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 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。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.1.2传感器的组成
1、敏感元件 敏感元件是指传感器中能灵敏地直接感受或响应被测量（非电量，如位移、 应变）器件或元件。 2．转换元件 转换元件也称传感元件，是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量 (非电量)转换成适于传输或测量的电量(电信号)的器件或元件。它通常不 直接感受被测量。 3.转换电路 作用是，将转换元件的输出量进行处理，如信号放大、运算调制等，使输 出量成为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号或电量，如电压、电 流或频率等。 4．辅助电路 辅助电路就是指辅助电源，即交、直流. 供电系统。
《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
传感器和检测技术课后习题答案公开课获奖课件
②传感器：能感受规定被测量并按照一定规 律转换成可用输出信号器件或装置,一般由敏感 元件和转换元件构成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转 换 装置。
④变送器：能输出原则信号传感器。
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第2页 图库
第1章
1.1
解：
k
U X
300 103 5 103
60
1.2
解：
S S1 S2 S3 0.2 2.0 5.0 2mm / C
10
4
0.016 0.015
0.003
10
4
0.045 0.010
0.003
1.256
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第29页图库
第3章
3.5
R0
2 l0
0S0
2
4
0.002 107 30 15
7.07
①空气气隙为零时：
L W 2 2002 3.2104 H
R 1.256
②空气气隙为2mm时：
L W 2 2002 4.8 103 H
第0章
0.1 答：传感器处在研究对象与测试系统接口位置，
即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测 信息窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获 取信息都要通过传感器获取并通过它转换成轻易 传播与处理电信号，其作用与地位尤其重要。
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第1页 图库
第0章
0.2 答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量部
当 yt R 时 t 3ln 2 1.22
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