传感器与检测技术第四版 第四章
传感器与检测技术 第四章
4.1传感器的工作原理及类型 4.2电容传感器的灵敏度及非线性 4.3电容传感器的特性等效电路 4.4电容传感器的设计要点 4.5电容式传感器的转换电路 4.6电容式传感器的应用举例 本章要点
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4.1 电容式传感器的工作原理及类型
电容式传感器是将被测量(如尺寸、压力等)的变化 转换成电容量变化的--种传感器。 一、工作原理 由物理学可知，两个平行金属极板组成的电容器， 如果不考虑其边缘效应，其电容为 ε S ε rε 0 S C d d 式中 ε -- 两个极板间介质的介电常数； ε r -- 介质的相对介电常数； ε 0 -- 真空介电常数（ε 0 =8.85×10-12F/m）； s -- 两个极板相对有效面积； d -- 两个极板间的距离
4.3.2
电容式传感器的等效电路
图4-4 电容式传感器的等效电路 对高频有：
Ce
C 1 LC
2
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4.4 电容传感器的设计要点
一、保证绝缘材料的绝缘性能 必须从选材、结构、加工工艺等方面来减 小温度等误差和保证绝缘材料具有高的绝缘性 能。 二、消除和减小边缘效应 边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低 而且产生非线性，因此应尽量消除或减小它。
电容式传声器（Microphone）
电容传声器核心是平板电容器，振动膜片是一片表面经 过金属化处理的轻质弹性薄膜，当膜片随着声波的压力的大 小产生振动时，膜片与后极板之间的相对距离发生变化，膜 片与极板所构成电容器的量就发生变化。极板上的电荷随之 变化，电路中的电流也相应变化，负载电阻上也就有相应的 电压输出，从而完成了声音信号与电信号的转换。
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传感器与检测技术课后答案
第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
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物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
传感器与检测技术第四章
测量误差可能来源于测量设备、测量方法、测量环境、测 量人员等多个方面。
测量误差的处理方法
针对不同类型的测量误差，可以采取不同的处理方法，如 校准测量设备、改进测量方法、控制测量环境、提高测量 人员技能等。
信号调理与数据采集系统设计
信号调理的定义
信号调理是指对传感器输出的微弱信号进行放大、滤波、转换等处理，以便于后续的数据采集和 处理。
济性等因素。
06
压电式传感器原理及应用
压电式传感器工作原理及特点
工作原理
高灵敏度
宽频带
结构简单
耐高温高压
压电式传感器是基于压 电效应的传感器。压电 材料在受到外力作用时 ，会在其表面产生电荷 ，从而实现非电量到电 量的转换。
压电式传感器具有高灵 敏度，能够测量微小的 压力或力变化。
压电式传感器的频响范 围宽，适用于动态测量 。
温度传感器
用于测量温度，广泛应用于家 电、汽车、工业等领域。
位移传感器
用于测量物体位置变化，常用 于机械、建筑等领域。
化学传感器
对化学物质敏感，用于环境监 测、医疗诊断等领域。
02
检测技术基础
检测技术概述及发展历程
检测技术的定义
检测技术是研究和应用各种物理、化学、生物等原理和方法，对物 质成分、结构、性质、状态等进行测量、分析和判断的技术。
电阻式传感器性能评价及选用原则
性能评价
评价电阻式传感器的性能主要包括测量精度、稳定性、响应速度、线性度、重复性等方面。其中，测 量精度和稳定性是评价传感器性能的重要指标。
选用原则
在选用电阻式传感器时，应根据实际需求考虑传感器的测量范围、精度等级、稳定性要求、输出信号 类型及接口等因素。同时，还需要注意传感器的安装和使用环境，以确保传感器的正常工作和使用寿 命。
《传感器与检测技术》课后习题：第四章(含答案)
第四章习题答案1．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离)(3.00mm =δ，介质为空气。
问：（1）如果极板间距离变化量)(1m μδ±=∆，电容的变化量C ∆是多少？（2）如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=∆时，读数仪表的变化量为多少？解：（1）根据公式SSSd C d d d d d dεεε∆∆=-=⋅-∆-∆ ，其中S=2r π （2）根据公式112k k δδ∆=∆ ，可得到112k k δδ⋅∆∆==31001100.025-⨯⨯= 2．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。
试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。
解：电容式传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电容）常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。
因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。
若考虑电容传感器在高温、高湿及高频激励的条件下工作而不可忽视其附加损耗和电效应影响时，其等效电路如图4-8所示。
图中L 包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；C 0为传感器本身的电容；C p 为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容，克服其影响，是提高电容传感器实用性能的关键之一；R g 为低频损耗并联电阻，它包含极板间漏电和介质损耗；R s 为高湿、高温、高频激励工作时的串联损耗电组，它包含导线、极板间和金属支座等损耗电阻。
此时电容传感器的等效灵敏度为2200220/(1)(1)g e e k C C LC k d d LC ωω∆∆-===∆∆- （4-28）当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由k g 变为k e ，k e 与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随ω变化而变化。
《传感器与检测技术》教学课件 第四章
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
图4-8为变介电常数型电容式传感器的原理图， 此时δ和S为常数，
图4-8 变介电常数型电容传感器原理图
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
当有一厚度为d的相对介电常数为εr的固体电介 质通过极板间的间隙时，电容器的电容可等效为
两个电容串联而成，总电容为
C 0S d dr
容的初始电容C0为：
C0
0A
0ab
•（4-2）
当动极板移动△x后，两板极间的电容变为：
C
0b(a
x)
C0
0b
x
•（4-3）
电容的变化量为：
C
C
C0
0b x
C0
x a
•（4-4）
传感器与检测技术
灵敏度K0为：
K0
C x
0b
第四章 电容式传感器
（4-5）
图4-3是改变极板间遮盖面积的差动电容传感器 的原理图。上、下两个圆筒是固定极板，而中间 的为可动极板，当可动极板向上移动时，与上极 板的遮盖面积增加，而与下极板的遮盖面积减小， 两者变化的数值相等，传感器输出为两电容之差。
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
•学习目标
掌握变面积、变极距、变 介质电容传感器的组成和 工作原理；了解电容传感 器的测量电路；掌握电容 传感器的基本使用方法。
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
第一节电容式传感器的结构、工作原理和特性
•以电容器作为敏感元件，将被测物理量 的变化转换为电容量的传感器称为电容式 传感器。当忽略边缘效应时，平板电容器 的电容量C可以表示为：
L
2 d (1 ( d )2 ) 2 d
传感器与检测技术-教案
传感器与检测技术-教案第一章：传感器概述1.1 教学目标了解传感器的定义、分类和作用理解传感器的基本原理和特性掌握传感器的选用和安装方法1.2 教学内容传感器的定义和分类传感器的基本原理和特性传感器的选用和安装方法1.3 教学方法讲授传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解传感器的工作原理和特性动手实验，演示传感器的选用和安装方法1.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对传感器选用和安装方法的掌握程度第二章：温度传感器2.1 教学目标了解温度传感器的定义、分类和作用理解温度传感器的基本原理和特性掌握温度传感器的选用和安装方法2.2 教学内容温度传感器的定义和分类温度传感器的基本原理和特性温度传感器的选用和安装方法2.3 教学方法讲授温度传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解温度传感器的工作原理和特性动手实验，演示温度传感器的选用和安装方法2.4 教学评估课堂问答，检查学生对温度传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对温度传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对温度传感器选用和安装方法的掌握程度第三章：压力传感器3.1 教学目标了解压力传感器的定义、分类和作用理解压力传感器的基本原理和特性掌握压力传感器的选用和安装方法3.2 教学内容压力传感器的定义和分类压力传感器的基本原理和特性压力传感器的选用和安装方法3.3 教学方法讲授压力传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解压力传感器的工作原理和特性动手实验，演示压力传感器的选用和安装方法3.4 教学评估课堂问答，检查学生对压力传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对压力传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对压力传感器选用和安装方法的掌握程度第四章：流量传感器4.1 教学目标了解流量传感器的定义、分类和作用理解流量传感器的基本原理和特性掌握流量传感器的选用和安装方法4.2 教学内容流量传感器的定义和分类流量传感器的基本原理和特性流量传感器的选用和安装方法4.3 教学方法讲授流量传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解流量传感器的工作原理和特性动手实验，演示流量传感器的选用和安装方法4.4 教学评估课堂问答，检查学生对流量传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对流量传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对流量传感器选用和安装方法的掌握程度第五章：位移传感器5.1 教学目标了解位移传感器的定义、分类和作用理解位移传感器的基本原理和特性掌握位移传感器的选用和安装方法5.2 教学内容位移传感器的定义和分类位移传感器的基本原理和特性位移传感器的选用和安装方法5.3 教学方法讲授位移传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解位移传感器的工作原理和特性动手实验，演示位移传感器的选用和安装方法5.4 教学评估课堂问答，检查学生对位移传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对位移传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对位移传感器选用和安装方法的掌握程度第六章：光学传感器6.1 教学目标了解光学传感器的定义、分类和作用理解光学传感器的基本原理和特性掌握光学传感器的选用和安装方法6.2 教学内容光学传感器的定义和分类光学传感器的基本原理和特性光学传感器的选用和安装方法6.3 教学方法讲授光学传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解光学传感器的工作原理和特性动手实验，演示光学传感器的选用和安装方法6.4 教学评估课堂问答，检查学生对光学传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对光学传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对光学传感器选用和安装方法的掌握程度第七章：超声波传感器7.1 教学目标了解超声波传感器的定义、分类和作用理解超声波传感器的基本原理和特性掌握超声波传感器的选用和安装方法7.2 教学内容超声波传感器的定义和分类超声波传感器的基本原理和特性超声波传感器的选用和安装方法7.3 教学方法讲授超声波传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解超声波传感器的工作原理和特性动手实验，演示超声波传感器的选用和安装方法7.4 教学评估课堂问答，检查学生对超声波传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对超声波传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对超声波传感器选用和安装方法的掌握程度第八章：无线传感器网络8.1 教学目标了解无线传感器网络的定义、分类和作用理解无线传感器网络的基本原理和特性掌握无线传感器网络的选用和安装方法8.2 教学内容无线传感器网络的定义和分类无线传感器网络的基本原理和特性无线传感器网络的选用和安装方法8.3 教学方法讲授无线传感器网络的基本概念和分类分析实际案例，讲解无线传感器网络的工作原理和特性动手实验，演示无线传感器网络的选用和安装方法8.4 教学评估课堂问答，检查学生对无线传感器网络定义和分类的理解分析案例，评估学生对无线传感器网络工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对无线传感器网络选用和安装方法的掌握程度第九章：传感器信号处理与分析9.1 教学目标了解传感器信号处理与分析的基本概念、方法和作用理解传感器信号处理与分析的基本原理和特性掌握传感器信号处理与分析的方法和技巧9.2 教学内容传感器信号处理与分析的基本概念和方法传感器信号处理与分析的基本原理和特性传感器信号处理与分析的方法和技巧9.3 教学方法讲授传感器信号处理与分析的基本概念和方法分析实际案例，讲解传感器信号处理与分析的基本原理和特性动手实验，演示传感器信号处理与分析的方法和技巧9.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器信号处理与分析的基本概念和方法的理解分析案例，评估学生对传感器信号处理与分析的基本原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对传感器信号处理与分析的方法和技巧的掌握程度第十章：传感器在工程应用中的案例分析10.1 教学目标了解传感器在工程应用中的重要性理解传感器在不同工程领域的应用案例掌握传感器在工程应用中的选型和应用方法10.2 教学内容传感器在工程应用中的重要性传感器在不同工程领域的应用案例传感器在工程应用中的选型和应用方法10.3 教学方法讲授传感器在工程应用中的重要性分析实际案例，讲解传感器在不同工程领域的应用动手实验，演示传感器在工程应用中的选型和应用方法10.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器在工程应用中的重要性的理解分析案例，评估学生对传感器在不同工程领域应用的掌握程度实验报告，评估学生对传感器在工程应用中的选型和应用方法的掌握程度重点和难点解析1. 传感器的基本概念和分类：重点关注传感器定义和分类的理解，以及传感器的功能和作用。
《传感器》第4版—唐文彦—机械工业出版社—课后习题答案要点
第一章 思考题与习题1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？答：输入量为常量或变化很慢情况下，输出与输入两者之间的关系称为传感器的静态特性。
它的性能指标有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳定性和静态误差（静态测量不确定性或精度）。
2、传感器动特性取决于什么因素？答：传感器动特性取决于传感器的组成环节和输入量，对于不同的组成环节（接触环节、模拟环节、数字环节等）和不同形式的输入量（正弦、阶跃、脉冲等）其动特性和性能指标不同。
3、某传感器给定相对误差为2%FS ，满度值输出为50mV ，求可能出现的最大误差δ（以mV 计）。
当传感器使用在满刻度的1/2和1/8时计算可能产生的百分误差。
并由此说明使用传感器选择适当量程的重要性。
解：∵ %100⨯=FS my δγ；∴ mV y FS m 1%100=⨯∙=γδ若: FS FS y y 211= 则: %4%100251%1001=⨯=⨯=FS m y δγ 若: FS FS y y 812=则: %16%10025.61%1002=⨯=⨯=FS m y δγ 由此说明,在测量时一般被测量接近量程(一般为量程的2/3以上),测得的值误差小一些。
4、有一个传感器，其微分方程为x y dt dy 15.03/30=+，其中y 为输出电压（mV ），x 为输入温度（0C ），试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。
已知：x y dt dy 15.03/30=+；求：τ=？，k =?解：将x y dt dy 15.03/30=+化为标准方程式为：x y dt dy 05.0/10=+ 与一阶传感器的标准方程：kx y dtdy =+τ 比较有： ⎩⎨⎧==)/(05.0)(100C mV k s τ 5、已知某二阶系统传感器的自振频率f 0=20k Hz,阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
同济大学考研传感器与检测技术第四章1
r
1
l l
1 l
1 l
r
l l
1 l
1 l
2
r
同理，当总气隙长度增加Δlδ时，自感减小为ΔL2，即
L2
l
L l l l r
l l
1
1 l l r
1
l l
1 l
1 l
r
l l
1 l
1 l
2
r
若忽略高次项，则自电感子变与化信灵息敏工程度学为院控制科学与工程系
KL
L l
L l
根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管型。 优点： ①结构简单、可靠，测量力小 衔铁为0.5～200×10-5N时，磁吸力为(1~10)×10-5N。 ②分辨力高 机械位移：0.1μm，甚至更小；角位移：0.1角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 ③重复性好，线性度优良 在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度较好，且 比较稳定。 不足：存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。
3
电子与信息工程学院控制科学与工程系
⑵ UAB波形图如图3-5(b）所示。由波形图可知
UAB C1 = C2
U AB 0
t
C1 C2, U AB 0 C1 C2, U AB 0 C1 C2, U AB 0
UAB C1 > C2
UAB C1 < C2
U AB 0
t
U AB 0
t
⑶
I1 jC1UP , I2 jC2UP (C3阻抗可忽略， C3 C1, C2 )
，则
U AB (I1 I2 )ZAB
j(C1 C2 )U P
RL RL
1
jc3
《传感器与智能检测技术》 第4章习题答案
第4章压电式传感器一、填空题1.压电元件一般有三类：第一类是石英晶体；第二类是压电陶瓷；第三类是高分子压电材料。
2.压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
3.将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的压电效应；蜂鸣器中发出“嘀…嘀…”声的压电片发声原理是利用压电材料的逆压电效应。
4.在实验室作检验标准用的压电仪表应采用sio2压电材料；能制成薄膜，粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用PVDF。
5.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量动态的力或压力。
6.动态力传感器中，两片压电片多采用并联接法，可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用串联接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。
7.用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了逆压电效应原理。
二、综合题1.简述压电式加速度传感器的结构及原理。
压电式加速度传感器一般由壳体及装在壳体内的弹簧、质量块、压电元件和固定安装的基座组成。
压电元件一般由两片压电片组成，并在压电片的两个表面镀银，输出端由银层或两片银层之间所夹的金属块上引出，输出端的另一根引线就直接和传感器的基座相连。
在压电片上放置一个质量块，然后用硬弹簧对质量块预加载荷，然后将整个组件装在一个基座的金属壳体内。
为了隔离基座的应变传递到压电元件上去，避免产生假信号输出，增加传感器的抗干扰能力，基座一般要加厚或者采用刚度较大的材料制造。
使用时，将传感器基座与试件刚性固定在一起，当其感受振动时，由于弹簧的刚度相当大，质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小。
因此可以认为质量块感受到与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力作用，这样，质量块就有一个正比于加速度的作用力作用在压电片上。
通过压电片的压电效应，在压电片的表面上就会产生随振动加速度变化的电压，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器输出的电压与作用力成正比，即与传感器感受到的加速度成正比。
测试技术复习资料传感器第四章 考试重点
测试技术传感器第四章题型小结一、选择题1. 电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。
（ A ）PVFA. 金属导电B. 半导体C. 非金属D.22. 为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B ）。
A. 电压放大器B. 电荷放大器C. 前置放大器D. 电容放大器3. 磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个（B ）。
A. 一阶环节B. 二阶环节C. 比例环节D. 高阶环节4. 磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应（A ）其固有频率。
A. 远高于B. 远低于C. 等于D. 不一定5. 随着电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度将（C ）。
A. 相应减小B. 比例增加C. 保持不变D. 不确定6. 压电式加速度计，其压电片并联时可提高（B ）。
A. 电压灵敏度B. 电荷灵敏度C. 电压和电荷灵敏度D. 保持不变7. 调频式电涡流传感器的解调电路是（C ）。
A. 整流电路B. 相敏检波电路C. 鉴频器D. 包络检波电路8. 压电式加速度传感器的工作频率应该（C ）其固有频率。
A. 远高于B. 等于C. 远低于D. 没有要求9. 下列传感器中哪个是基于压阻效应的？（ B ）A. 金属应变片B. 半导体应变片C. 压敏电阻D. 磁敏电阻10. 压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（B ）成正比。
A. 位移B. 速度C. 加速度D. 频率11. 石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于（B ）的表面上产生电荷量。
A. 机械轴B. 电轴C. 光轴D. 晶体表面12. 石英晶体的压电系数比压电陶瓷的（C ）。
A. 大得多B. 相接近C. 小得多D. 不确定13. 光敏晶体管的工作原理是基于（ B ）效应。
A. 外光电B. 内光电C. 光生电动势D. 光热效应14. 一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围（A ）。
A. 较宽B. 较窄C. 较高D. 不确定15. 金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B ）来决定的。
最新《传感器原理及工程应用》第四版课后答案
第一章传感与检测技术的理论基础1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。
相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。
实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。
引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。
2．什么是测量误差？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。
测量误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。
3．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 kPa实际相对误差标称相对误差引用误差4．什么是随机误差？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。
对于测量列中的某一个测得值来说，随机误差的出现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。
传感器与检测技术第四版
传感器与检测技术第四版在我们的日常生活中，传感器就像无处不在的隐形小助手，真的挺神奇的。
想象一下，你早上醒来，窗帘自动拉开，阳光洒进来，整个房间瞬间明亮。
这个场景的背后，可能就有传感器在默默工作。
哦，对了，传感器不仅仅是科技的产物，还是生活中不可或缺的一部分，真是个好帮手。
你可能会想，传感器到底是什么？简单来说，就是一种能够感知环境变化的设备，能把这些变化转换成电信号，让机器能“看见”“听见”或“感觉到”周围的世界。
感觉就像魔法一样，对吧？咱们聊聊传感器的种类，真是琳琅满目，眼花缭乱。
有温度传感器，能够感知周围的温度变化，让你在夏天时能享受到清凉的空调，不用担心被热浪包围。
再比如，光传感器，能根据光线的强弱自动调节灯光，这可真是为懒人量身定制的福利。
想想，如果你晚上懒得起床关灯，光传感器就会悄悄把灯关掉，简直是完美！还有压力传感器，用在汽车上可以监测轮胎压力，安全第一，开车就能更安心。
哎呀，真是让人赞不绝口！说到检测技术，真的是另一个神奇的领域。
你有没有听过“聪明的家”？现在的智能家居系统就是通过这些检测技术，让生活更加便捷。
比如说，家里的烟雾探测器，能够在火灾来临之前发出警报，真的是救命稻草。
再说那监控摄像头，利用传感器检测到动静，像个24小时不休息的保安，时刻守护着家里的安全，听起来是不是特别放心？生活中有这么多高科技的玩意儿，真让人感到无比幸福。
传感器和检测技术并不是一成不变的，科技在飞速发展，新的技术不断涌现。
比如，现在有些传感器不仅能感知温度、湿度，还能监测空气质量，真是多才多艺。
想象一下，你在家里，一台设备就能告诉你室内的空气是不是新鲜，呼吸是不是舒心，感觉就像有个小医生在身边，真是太棒了！这些技术的进步还带来了更多的便利，比如在农业上，传感器可以监测土壤湿度，帮助农民合理灌溉，提升产量，这可是老百姓的福音啊。
不过，传感器和检测技术也不是没有挑战的。
就拿隐私问题来说，监控摄像头虽然能保护我们的安全，但也让人觉得有点被窥探的感觉，真是让人又爱又恨。
传感器与检测技术智慧树知到答案章节测试2023年长安大学
第一章测试1.传感器通常由敏感器件和转换器件组合而成。
（）A:对B:错答案:A2.显示器一般可分为指示式、数字式和屏幕式三种。
（）A:错B:对答案:B3.传感器性能的要求有（）。
A:稳定性B:灵敏度C:耐腐蚀性D:准确性答案:ABCD4.敏感元件是指传感器中能直接感受被测量变化的部分。
（）A:对B:错答案:A5.通常传感器由敏感元器件、转换元件、基本转换电路三部分组成，是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。
（）A:错B:对答案:B第二章测试1.变差型系统误差可以通过残差观察法进行确定，此方法使用的前提是系统误差比随机误差大。
（）A:对B:错答案:A2.测量过程中存在着误差，误差的主要表示形式有绝对误差，相对误差，引用误差和最大引用误差。
（）A:对B:错答案:A3.测量过程中存在着误差，误差的主要表示形式有（）。
A:相对误差B:最大引用误差C:引用误差D:绝对误差答案:ABCD4.系统误差主要来源于（）。
A:意外干扰B:受测者本身C:测验过程D:测验本身答案:D5.没有误差的测量是存在的。
（）A:对B:错答案:B第三章测试1.仪表精度等级的数字愈小，仪表的精度愈低。
（）A:对B:错答案:B2.当传感器的输出量和输入量的量纲相同时，灵敏度可以理解为放大倍数。
（）A:对B:错答案:A3.属于传感器静态特性指标的是（）。
A:灵敏度B:重复性C:固有频率D:漂移答案:AB4.传感器的下列指标中全部属于静态特性的是（）。
A:迟滞、重复性、可靠性B:幅频特性、相频特性、稳态误差C:精度、时间常数、重复性D:线性度、灵敏度、阻尼系数答案:A5.能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量称为检测系统的分辨力。
（）A:对B:错答案:A第四章测试1.与高频反射式电涡流传感器相比，低频透射式传感器采用低频激励，贯穿深度大，适用于测量金属材料的厚度。
（）A:错B:对答案:B2.压电式加速度传感器具有以下（）特点。
A:适于测量动态信号B:适于测量直流信号C:适于测量缓变信号D:结构型答案:A3.电容式传感器的分辨力很高，适合微信息的检测。
《传感器与自动检测技术(第4版)》教学教案(模块4)
《单元1 热电偶传感器》教案《单元2 霍尔式传感器》教案课题单元2 霍尔式传感器教学目的1、了解霍尔元件的工作原理及结构、霍尔式传感器的应用类型2、熟悉霍尔式传感器的应用教学重点霍尔元件的工作原理和霍尔式传感器的应用教学难点霍尔传感器工作原理及应用教学资源多媒体教学课件，霍尔元件实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元2 霍尔式传感器现在霍尔元件已广泛应用于非电量检测、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等各个领域中。
【实物演示】霍尔元件实物演示提纲挈领法实物展演法概念分析一、霍尔元件的工作原理及结构1．霍尔效应【动画】霍尔效应动画演示分析可得霍尔电压U H为2．材料及结构特点【图示】霍尔元件示意图；霍尔元件外形图霍尔元件结构很简单，是一种半导体四端薄片，它由霍尔片、引线和壳体组成。
3．基本电路在实际使用时，I或B或两者同时作为信号输入，而输出信号则正比于I或B或两者乘积。
注意：建立霍尔效应的时间短（约10-12s～10-14s之间），所以控制电流为交流时频率可以很高（几千兆赫）。
二、霍尔式传感器的分类和应用类型1．霍尔式传感器的分类霍尔式传感器可分为开关型和线性型两种。
线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。
2．应用类型霍尔式传感器主要有三个方面的应用类型（1）霍尔电势正比于磁感强度（2）霍尔电势正比于激励电流（3）霍尔电势正比于激励电流与磁感应强度乘积动画演示法结果展示法图示讲演法概念讲演法概念讲演法IBKnedIBUHH＝《单元3压电式传感器》教案【提问】压电式传感器能用于静态测量吗？2．测量转换电路压电式传感器的输出为电荷信号或电压信号，与之匹配的转换电路也有电荷放大器和电压放大器两种。
由于电压放大器中的输出电压与电缆电容有关，故采用电荷放大器。
【图示】电荷放大器等效电路；电荷放大器外形图电荷放大器输出电压U O与压电元件电荷Q 的关系式为：结论探究法 图示讲演法 公式讲演法 应用介绍三、压电式传感器的结构和应用 1．压电元件常用的结构形式 压电片有串联和并联两种接法。
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要求各个码道刻划精确，彼此对准，给码盘制作造成很大困难 有—个码道提前或延后改变，就可能造成输出的粗大误差
消除粗大误差方法： (1) 双读数头法，循环码代替二进制码
六位循环码码盘
特点：
(1) n位循环码码盘具有2n种不同编码；
(2) 循环码码盘具有轴对称性， 其最高位相反，其余各位相同
二进制码转换为循环码的电路
循环码转变为二进制码的电路
循环码是无权码，直接译码有困难， 一般先转换为二进制码再译码
单盘与多盘编码器：
单盘编码器： 全部码道在一个圆盘上，结构简单，使用方便
多盘编码器： 几个码盘通过机械传动装置连成一起，可大大提高分辨率
4.2.4 光电码盘的应用
光学码盘测角仪
脉冲当量变换
(3) 循环码为无权码 (4) 循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，
不会产生粗误差
4.2.3 二进制码与循环码的转换
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7
二进制码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
循环码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
阻挡层光电效应(光生伏特效应)： 在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象。 如光电池、光敏晶体管
4.1.1 光电管
4.1.2 光电倍增管
特点：放大光电流。 结构：光电阴极+若干倍增极+阳极 工作原理： 二次电子发射系数 σ =二次发射电子数／入射电子数 若倍增极有n，则倍增率为σn
4.1.3 光敏电阻
4.1.6 光电式传感器的应用
1. 模拟式光电传感器的应用 原理： 光电器件的光电流随光通量而变化，是光通量的函数。 光通量随被测非电量而变化，这样光电流就是被测非电量的函数 光电比色高温计
2. 脉冲式光电传感器 光电器件的输出仅有两个稳定状态，即“通”与“断”的开关状态 光电式数字转速表
C ZTN 60
4.3 电荷耦合器件
4.3.1 电荷耦合器件的结构和工作原理
平带条件： 当MOS电容的极板上无外加电压时，在理想情况下，半导体从 体内到表面处是电中性的，因而能带(代表电子的能量)从表面 到内部是平的
加上正电压MOS电容的能带
有信号电荷的势阱
势阱：深耗尽条件下的表面势 势阱填满：电子在半导体表面堆积后使平面势下降
a+b=W称为光栅的栅距(或光栅常数) ，一般 a=b=W/2 光电元件 包括有光电池和光敏三极管等部分
4.5.2 莫尔条纹形成的原理
横向莫尔条纹的斜率
1. 数值孔径(NA)
NA sini n12 n22
反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能
大的数值孔径：有利于耦合效率的提高 数值孔径太大，光信号畸变也越严重
2. 光纤模式 定义：光波沿光导纤维传播的途径和方式 阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量表示
1
V d(n12 n22 )2 / 0
k )
n1 n0
cos k
n1 n0
1 sin2 k
s in i
பைடு நூலகம்
n1 n0
1 ( n2 n1
sinr )2
1 n0
n12 n22 sin2 r
n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故 n0≈1
sini n12 n22 sin2 r
当 r 90 的临界状态时， sini0 n12 n22
这种相位变化而得到被测对象的信息 优点：灵敏度很高 缺点：特殊光纤及高精度检测系统，成本高
4.4.5 光纤传感器的特点
(1) 电绝缘 (2) 抗电磁干扰 (3) 非侵入性 (4) 高灵敏度 (5) 容易实现对被测信号的远距离监控
4.4.6 光纤传感器的应用
强度调制型
光
基于弹性元件受压变形，将压力信号转换成位移信号
sini0 ： “数值孔径”NA
sini0 n1 2
(n1 n2 ) / n1 相对折射率差
arcsinNA是一个临界角
i arcsin NA ：光线进入光纤后都不能传播而在包层消失 i arcsin NA ：光线才可以进入光纤被全反射传播
4.4.2 光导纤维的主要参数
十进制数 8 9 10 11 12 13 14 15
二进制码 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
循环码 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
Cn Rn Ci Ci1 Ri Ri Ci1 Ci
二进制码盘特点：
(1) n位(n个码道)的二进制码盘具有2n种不同编码，容量为2n，
最小分辨力1
360 2n
最外圈角节距为 21
(2) 二进制码为有权码，编码Cn，Cn-1，…，C1对应于 由零位算起的转角为： n
Ci 2i11
i 1
(3)码盘转动中，Ci变化时，所有Cj(j < i)应同时变化
灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。 而且体积小、重量轻、性能稳定
2. 光敏电阻的主要参数 (1) 暗电阻和暗电流 (2) 亮电阻和亮电流 (3) 光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流
3. 光敏电阻的基本特性 (1) 伏安特性
(2) 光照特性
(3) 光谱特性 (4) 响应时间和频率特性
P
光源不稳定或长期使用后膜片的反射率有所下降，精度受到影响
差动式膜片反射型光纤压力传感器
两束输出光的光强之比 I2 1 AP I1 1 AP
输出光强比I2/I1与膜片的反射率、光源强度等因素均无关
满足(AP)2≤1，则 ln I 2 P I1 2A
2. 光弹性式光纤压力传感器 光弹性效应：晶体受压后折射率发生变化，从而呈现双折射现象
4.2 光电码盘
数字式传感器：把输入量转换成数字量输出 优点：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能避免
在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理
编码器：角度数字编码器(码盘)、直线位移编码器(码尺)
分类：电触式、电容式、感应式和光电式等
4.2.1 工作原理
4.2.2 码盘和码制
根据码盘的起始和终止位置可确 定转角，与转动的中间过程无关
2. 基本特性 (1) 光谱特性
(2) 伏安特性
(3) 光照特性 (4) 温度特性
(5) 频率响应
4.1.5 光电池
1. 工作原理 2. 基本特性 (1) 光谱特性
(2) 光照特性
光电池的短路电流
(3) 频率响应
(4) 温度特性 (5) 稳定性
影响性能和寿命因素： 光电池的材料及制造工艺 使用环境条件
纤 来检测，故常用于位移的光纤检测技术
压
力 传
相位调制型
感 器
利用光纤本身作为敏感元件
偏振调制型 主要是利用晶体的光弹性效应
1. 采用弹性元件的光纤压力传感器
膜片的中心挠度
3(1 2 )R4
y 16Et 3
P 与所加的压力呈线性关系
传感器的固有频率可表示为
fr
2.56t
R 2
gE
3 (1 2 )
(1) 光纤在传感器中的作用
光接收器
光接收器
光接收器
功能型 非功能型 拾光型
(a) 功能型(全光纤型)光纤传感器 特点：光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，
光在光纤内受被测量调制 优点：结构紧凑、灵敏度高
缺点：须用特殊光纤，成本高
典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等
(b) 非功能型(或称传光型)光纤传感器 特点：光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上
信号电荷转移—CCD的基本功能是存储与转移信息电荷 1. 使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS电容的势阱
相互沟通，即相互耦合
2. 控制相邻MOS电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷 由势阱浅的地方流向势阱深处
3. 在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向
定向转移的实现 1. 在CCD的MOS阵列上划分成以几个相邻MOS电荷为一单元的
第4章 光电式传感器原理与应用 4.1 光电效应和光电器件 4.2 光电码盘 4.3 电荷耦合器件 4.4 光纤传感器 4.5 光栅传感器
4.1 光电效应和光电器件
外光电效应： 在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。 如光电管、光电倍增管
内光电效应： 在光线作用下使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻
1. 光敏电阻的工作原理及结构
当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加
注意： 光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密 封装在带有玻璃的壳体中
半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。 光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。
(5) 温度特性
温度系数:
R2 R1 100%C 1
(T2 T1 )R2
温度对光谱特性影响
降温措施可提高光敏电阻 对长波光的响应
4.1.4 光敏二极管和光敏三极管
1. 工作原理
注：光敏二极管在电路中处于反向工作状态
光敏晶体管
特点： 把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大
(b) 临界状态： (c) 全反射
i0 arcsin(n2 / n1 ) i i0
光纤导光
n0 sini n1 sin j
n1 sink n2 sinr
s in i