第四章常用传感器基本原理与参数测试.
电阻应变式传感器的工作原理PPT课件
变时非线性比较严重等缺点。
2021
二、电阻应变片的材料 对敏感栅的材料的要求：
①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。 具体材料见P65-66
2021
3）应变片测试原理 在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变
片随着发生相同的变化， 同时应变片电阻值也发生相应
变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时，便可得到被
测对象的应变值， 根据应力与应变的关系，得到应力值
σ为
σ=E·ε
2021
3、横向效应
金属应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅， 测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化， 其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化 (除了ε起作用外)，应变片的这种既受轴向应变影响， 又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效 应。
R R K S L L 2 n 2 ( n l L 1 )r K S ( n 2 1 L )r K Sr
令
Ky (n21L)rKS Kx2n l2 (nL1)rKS
则
RRKxKyr
可见，敏感栅电阻的相对变化分别是ε和εr作用的结
果。
2021
当εr=0时，可得轴向灵敏度系数
Kx
一、 电阻应变片的种类
1.丝式应变片 金属丝式应变片有回线式和短接式二种，如图2.3所示。
但回线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本低，易粘 贴，但其应变横向效应较大。
传感器复习题与答案
传感器复习题与答案传感器原理与应⽤复习题第⼀章传感器概述1．什么是传感器？传感器由哪⼏个部分组成？试述它们的作⽤和相互关系。
（1）传感器定义：⼴义的定义：⼀种能把特定的信息（物理、化学、⽣物）按⼀定的规律转换成某种可⽤信号输出的器件和装置。
⼴义传感器⼀般由信号检出器件和信号处理器件两部分组成；狭义的定义：能把外界⾮电信号转换成电信号输出的器件。
我国国家标准对传感器的定义是：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和装置。
以上定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的⼀种检测装置；能按⼀定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输⼊之间存在确定的关系。
（2）组成部分：传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
（3）他们的作⽤和相互关系：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．传感器的总体发展趋势是什么？现代传感器有哪些特征，现在的传感器多以什么物理量输出？（1）发展趋势：①发展、利⽤新效应；②开发新材料；③提⾼传感器性能和检测范围；④微型化与微功耗；⑤集成化与多功能化；⑥传感器的智能化；⑦传感器的数字化和⽹络化。
（2）特征：由传统的分⽴式朝着集成化。
数字化、多动能化、微型化、智能化、⽹络化和光机电⼀体化的⽅向发展，具有⾼精度、⾼性能、⾼灵敏度、⾼可靠性、⾼稳定性、长寿命、⾼信噪⽐、宽量程和⽆维护等特点。
（3）输出：电量输出。
3．压⼒、加速度、转速等常见物理量可⽤什么传感器测量？各有什么特点？本⾝发热⼩，缺点是输出⾮线性。
4（1）按传感器检测的量分类，有物理量、化学量，⽣物量；（2）按传感器的输出信号性质分裂，有模拟和数字；（3）按传感器的结构分类，有结构性、物性型、复合型；（4）按传感器功能分类，单功能，多功能，智能；（5）按传感器转换原理分类，有机电、光电、热电、磁电、电化学；（6）按传感器能源分类，有有源和⽆源；根据我国的传感器分类体系表，主要分为物理量传感器、化学量传感器、⽣物量传感器三⼤类。
传感器检测原理
传感器检测原理传感器是一种能够感知、测量和转换某种能量或物理量的装置，它在现代科技和工业生产中起着至关重要的作用。
传感器的检测原理是指传感器通过感知外界环境的信息，并将其转换成可用的电信号的过程。
在传感器检测原理中，涉及到许多基本的物理和工程原理，下面将从几个方面来介绍传感器的检测原理。
首先，传感器的检测原理涉及到感知外界环境的能力。
传感器能够感知的物理量包括温度、压力、光线、声音、湿度、电磁场等。
不同类型的传感器对应不同的物理量，因此其检测原理也各有不同。
例如，温度传感器的检测原理是基于物体温度与电阻值的关系，通过测量电阻值的变化来确定温度的变化；光敏传感器则是利用光敏材料的光电特性来感知光线强度的变化。
其次，传感器的检测原理还涉及到信号的转换和处理。
传感器感知到的外界信息需要转换成电信号，然后再经过信号处理才能得到最终的测量结果。
这个过程包括信号的放大、滤波、模数转换等步骤，不同类型的传感器需要的信号处理方式也各有不同。
例如，压力传感器感知到的压力信息需要经过放大和模数转换才能得到数字化的压力数值。
此外，传感器的检测原理还涉及到传感器的工作原理和结构。
不同类型的传感器有不同的工作原理和结构，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、半导体传感器等。
这些传感器根据不同的工作原理来实现对外界物理量的检测，因此其检测原理也有所不同。
总的来说，传感器的检测原理是一个涉及多个学科和领域知识的复杂过程，它涉及到物理学、电子学、材料学等多个学科的知识。
通过不断的研究和发展，传感器的检测原理也在不断地得到完善和提高，使得传感器在各个领域的应用更加广泛和精准。
传感器的检测原理的深入理解对于传感器的设计、制造和应用具有重要的意义，也为传感器技术的发展提供了坚实的理论基础。
(完整版)传感器原理试题及答案
一、是非题１．动向特点好的传感器应拥有很短的瞬态响应时间和很窄的频率响应特点。
（× ）２．幅频特点是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
（√ ）３．一阶系统的时间常数越小越好。
（√ ）４．二阶系统固有频率ωn 越小越好。
（×）５．二阶系数的固有频率ωn 越大，可测量的信号频率范围就越宽。
（√ ）６．信号经过一阶系统后的幅值减小，相位滞后。
（√）７．传感器的相频特点φ(j ω)表示了信号各频率重量的初相位和频率间的函数关系。
（× ）８．能完成参量感觉和变换的装置称之为传感器。
（√）９．传感器的矫捷度与量程呈反比。
（√）１０．为提高测试精度，传感器的矫捷度越高越好。
（× ）１１．传感器的线性范围越宽，表示其工作量程越大。
（√）１２．测量小应变时，应采用矫捷度高的金属丝应变片，测量大应变时，应采用矫捷度低的半导体应变片。
（× ）１３．依照压电效应，在压电资料的任何一个表面施加力，均会在相应的表面产生电荷。
（×）１４．压电式加速度传感器由于产生的是静电荷，且自己内阻很大，故不能够用一般电表测量。
（√）１５．用差动变压器式电感传感器作位移测量时，依照其输出就能鉴识被测位移的方向的正负极性。
（√ ）１６．变缝隙式电容或电感传感器，只要满足△ d<<d 0的条件，则矫捷度均可视为常数。
（√）１７．由同一资料组成的热电偶，即使两端点温度不等，也不会形成热电势。
（√）１８．用热电偶测温时，冷端温度的改变对测量结果是有影响的。
（√）１９．直流电桥的平衡条件是R1R3 ＝ R2R4。
其电桥矫捷度是供桥电源的函数。
（√ ）２０．交流电桥达到平衡时条件必定满足z1 z2 z3 z4， 1 2 34。
（×）２１．交流电桥可测静态应变，也可测动向应变。
（√）２２．调频波是频率不变，幅值也不变的已调波。
（× ）２３．电压放大器的连接电缆长度发生变化时，仪器的矫捷度不发生变化。
04第四章 电涡流传感器
第四节 电涡流传感器的应用
一、位移测量
电涡流位移传感器是一种输出为 模拟电压 的电子器 件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面） 将产生一个 交变磁场 。当金属物体 接近此感应面时，金 属表面将 吸取 电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器 的输出幅度线性地 衰减，根据衰减量的变化，可地计算 出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属 于非接触测量 ，工作时不受灰尘等非金属因素的影响， 寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。
当电涡流线圈与 金属板的距离 x 减小 时，电涡流线圈的等 效电感L 减小，等效 电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变化大 得多，流过电涡流线 圈的 电流 i1增大 。
电涡流式传感器原理图
上图为电涡流式传感器的原理图，该图由传感器线
圈和被测导体组成线圈 —导体系统。当传感器线圈通以
交变电流
1、位移测量仪
位移测量：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、 冲击、偏心率、冲程、宽度等。来自不同应用领域的许多量都可 归结为位移或间隙变化。
电流 型电 涡流 位移 传感 器
V系列齐 平式传感 器安装时 可以不高 出安装面， 不易被损 害。
V系列电涡流位移传感器性能一览表
V系列电涡流位移传感器机械图
并联谐振回路的谐振频率:
设电涡流线圈的电感量 L=0.8mH ，微调电容 C0=200pF，求振荡器的频率 f 。
鉴频器特性
使用鉴频器可以将 ? f 转换为电压 ? Uo
鉴输出电压与输入频率成正比
设电路参数如上图，计算电涡流线圈未接近金属时的 鉴频器输出电压 Uo；若电涡流线圈靠近金属后，电涡流 探头的输出频率 f上升为500kHz ，? f为多少？输出电压 Uo又为多少？
《测试技术基础》5.常用传感器(完整版)
b. 线圈在磁场中作旋转运动
e kWBA
其中，k－与结构有关的系数 （＜１），A－线圈的截面积， ω－角速度。
2020-11-9
7
②变磁阻式工作原理：一般通过改变传感器到被测对象间的气隙厚 度等方法来改变磁路磁阻。
热电偶是一种发电型传感器，其输出信号可直接接入记录仪 器。利用热电偶还可测量两点温差及温度场中多点的平均温度， 在实际使用时，还可利用不同被测对象构成热电偶，如测磨削温 度；可用车刀与零件构成一对热电偶，有关方面知识还可参考其 它专著。
2020-11-9
25
5.2.4 半导体光电效应式传感器
① 光电导效应――光的照射使半导体载流子（电子－空穴）浓度加 大，电导率增加，根据光电导效应可以制成光敏电阻。
R2
u
j (L1
2M 2 R22 ( L2 )2
L2 )
Z1 (R1 kR2 ) j(L1 kL2)
k
2M 2 R22 (L2 )2
由上式可看出：原线圈阻抗 Z0=R1+j ω L1 由于电涡流的影响, Z1变成 Z1=(R1+kR2)+j ω(L1-kL2) 式中：kR2:涡流反射电阻，
2020-11-9
22
③ 中间温度定理
EAB (t1, t2 ) EAB (t1, t3 ) EAB (t3, t2 )
一般热电偶的分度表（输出特性）是在冷端为0℃时给出的，若 测量时冷端不为0℃，则可据此修正。
2020-11-9
23
④热电偶相配定理
EAB (t1, t2 ) EAC (t1, t2 ) ECB (t, t2 )
各类传感器原理及说明
各类传感器原理及说明传感器是一种用于感知环境变化并将变化转化成可测量的信号输出的设备。
它是现代智能系统中不可或缺的部分，广泛应用于各个领域，如工业控制、交通运输、医疗设备等。
本文将介绍一些常见的传感器，包括光电传感器、压力传感器、温度传感器、声音传感器和加速度传感器，并对它们的原理和应用进行说明。
1.光电传感器：光电传感器是一种利用光敏元件感知光的存在和强度的装置。
它通常由光源、接收器和信号处理电路组成。
光源发射光束，射向目标物体，当光束被反射或吸收时，接收器接收光信号并将其转化为电信号。
光电传感器可以用于检测物体的存在、位置和颜色等信息，广泛应用于自动化控制、测距仪等领域。
2.压力传感器：压力传感器是一种测量压力的装置。
它通常由传感器芯片、密封部件和信号处理电路组成。
传感器芯片可根据受力大小产生相应的电信号，信号处理电路通过放大和滤波等处理，将输出与压力成正比的电压或电流信号。
压力传感器可以用于测量气体和液体的压力情况，广泛应用于环境监测、工业控制等领域。
3.温度传感器：温度传感器是一种测量温度的装置。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻等。
热电偶通过两种不同金属的连接产生温差效应，将温差转化为电信号输出；热敏电阻则是利用电阻值随温度变化的特性来测量温度。
温度传感器广泛应用于气象、医疗设备、热水器等领域。
4.声音传感器：声音传感器是一种测量声音的装置。
常见的声音传感器有麦克风和声压传感器等。
麦克风通过接收声音引起的振动，并将振动信号转化为电信号输出；声压传感器则通过测量声音引起的压力差，将压力差转化为电信号输出。
声音传感器广泛应用于通信、声音识别等领域。
5.加速度传感器：加速度传感器是一种测量物体加速度的装置。
它通常由质量块和压电传感器等组成。
当物体受到加速度作用时，质量块受力产生位移，压电传感器将位移转化为电信号输出。
加速度传感器广泛应用于汽车、航空航天、运动感应等领域。
总之，传感器是现代智能系统中必不可少的重要组成部分。
传感器测试实验报告
传感器测试实验报告实验一直流激励时霍尔传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势UH＝KHIB，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为UHk_，式中k—位移传感器的灵敏度。
这样它就可以用来测量位移。
霍尔电动势的极性表示了元件的方向。
磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。
三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、15V直流电源、测微头、数显单元。
四、实验步骤：1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。
1、3为电源5V，2、4为输出。
2、开启电源，调节测微头使霍XX大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。
图9-1直流激励时霍尔传感器位移实验接线图3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。
表9－1作出V-_曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
五、实验注意事项：1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。
2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成15V，否则将可能烧毁霍尔元件。
六、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化七、实验报告要求：1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。
2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
实验二集成温度传感器的特性一、实验目的：了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。
二、基本原理：集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于－50℃－＋150℃之间测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极—发射极电压与温度成线性关系。
传感器检测原理
传感器检测原理
传感器检测原理是通过对特定物理量或环境参数进行感知和测量，将其转化为可用的电信号或其他类型信号的过程。
不同类型的传感器根据其测量的物理量可以分为压力传感器、温度传感器、湿度传感器、光传感器、加速度传感器等。
以温度传感器为例，其检测原理一般是基于温度对物质的影响，利用温度与物质性质之间的相关关系进行测量。
常见的温度传感器包括热电偶、热敏电阻和红外温度传感器等。
热电偶温度传感器利用热电效应，当两种不同金属组成的导线焊接在一起时，在两个焊点处将产生一个电动势，该电动势的大小与焊点温度之差成正比。
通过测量电动势的变化，可以推断出环境温度的变化情况。
热敏电阻温度传感器是利用电阻随温度变化的原理，将热敏电阻材料与电路相连接。
随着温度的升高，热敏电阻的电阻值会相应变化，通过测量电阻值的变化，可以得知环境温度的变化情况。
红外温度传感器则利用物体在红外辐射范围内自身的辐射能量与温度之间的关系，通过测量物体辐射出的红外能量，可以推断出物体的温度。
以上只是温度传感器的几种常见检测原理，其他类型的传感器的检测原理也各不相同，但都是基于相应的物理原理进行检测
和测量。
这些传感器广泛应用于各个领域，如工业生产、环境监测、医疗设备等，为我们提供了大量有用的信息和数据。
传感器的概述
第一章 传感器的概述1.传感器的定义能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叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+ 所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
汽车测试基础题库
题库：如果该课程中自己有题库系统，如大学英语、大学数学等课程，请提供该题库的基本信息（出版单位、出版时间、简介）与题库链接地址。
试题库第一章绪论（略）第二章信号及其分类1 试判断下述结论的正误。
（ 1 ）凡频谱是离散的信号必然是周期信号。
（ 2 ）任何周期信号都由频率不同，但成整倍数比的离散的谐波叠加而成。
（ 3 ）周期信号的频谱是离散的，非周期信号的频谱也是离散的。
（ 4 ）周期单位脉冲序列的频谱仍为周期单位脉冲序列。
（ 5 ）非周期性变化的信号就是随机信号。
（ 6 ）非周期信号的幅值谱表示的是其幅值谱密度与时间的函数关系。
（ 7 ）信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。
（ 8 ）各态历经随机过程是平稳随机过程。
（ 9 ）平稳随机过程的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计持征。
（ 10 ）两个周期比不等于有理数的周期信号之和是周期信号。
（ 11 ）所有随机信号都是非周期信号。
（ 12 ）所有周期信号都是功率信号。
（ 13 ）所有非周期信号都是能量信号。
（ 14 ）模拟信号的幅值一定是连续的。
（ 15 ）离散信号即就是数字信号。
2 对下述问题，选择正确答案填空。
（ 1 ）描述周期信号的数学工具是( ) 。
A. 相关函数B. 傅氏级数C. 拉氏变换D. 傅氏变换（ 2 ）描述非周期信号的数学工具是( ) 。
A. 三角函数B. 拉氏变换C. 傅氏变换D. 傅氏级数（ 3 ）时域信号持续时间压缩，则频域中低频成分( ) 。
A. 不变B. 增加C. 减少D. 变化不定（ 4 ）将时域信号进行时移，则频域信号将会( ) 。
A. 扩展B. 压缩C. 不变D. 仅有相移（ 5 ）概率密度函数在( )域、相关函数是在( )域、功率谱密度函数是在( )域上来描述的随机信号A. 时间B. 空间C. 幅值D. 频率3 指出题图 3 所示的信号时域波形时刻与时刻频谱（幅值谱）有无变化，并说明原因。
题 3 图题 6 图4 判断下列序列是否是周期函数。
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。
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。
chap4 应变式传感器
机械应变以相同于声波速度的应变波形 式在材料中传播。
应变波在构件材料中传播速度：
v E
弹性模量 构件材料密度
应变波从基底和粘接剂传到敏感栅：
所需时间为10-8s量级，可以忽略。
33
第 4 章 应 变 式 传 感 器
应变波在应变片敏感栅长度内传播：
应变片测量的为栅长内线应变的平均值。
t 0
31
第 4 章 应 变 式 传 感 器
6. 应变片的阻值和允许电流
标准化的阻值： 60 Ω 、120 Ω 、350 Ω 、600 Ω 、 1000Ω等 允许电流：
静态测量时：典型取值25mA；
动态测量时：比静态电流大一些。
32
第 4 章 应 变 式 传 感 器
§4.4 电阻应变片的动态响应特性
二、应变片可测频率的估算
1、正弦应变波：
0
x1 x2
34
L
＝0 sin
2x
x
第 4 章 应 变 式 传 感 器
设某测试点的应变振动方程：
t 0 sin(2ft )
距离、速度、波长、频率的关系：
x v t v f v x f t 代入振动方程，得到波动方程：
39
第 4 章 应 变 式 传 感 器
§4.5 应变测量电桥电路
一、电阻电桥原理:
1、单臂电桥
B
R1
I1
U sr I1 R1 R2 A I2 U sr R3 R4
讨论3：在应变片实际使用过程中，
利用标称灵敏系数计算应变，存在
哪些原理误差？
1）材料不同引起的误差: 不同的材料，其不同。即使应力状态 相同，应变场可能不同;
传感器及检测技术(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结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。
传感器原理及应用智慧树知到答案章节测试2023年菏泽学院
第一章测试1.下列传感器不属于按基本效应分类的是（）。
A:物理传感器B:磁电式传感器C:半导体传感器D:真空传感器答案:D2.传感器的输出量通常为（）。
A:位移信号B:电量信号C:光信号D:非电量信号答案:B3.传感器一般包括（）。
A:感应器B:基本电路C:转换元件D:敏感元件答案:BCD4.敏感元件，是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。
（）A:错B:对答案:B5.传感器是与人感觉器官相对应的原件。
（）A:对B:错答案:A第二章测试1.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（）。
A:线性度越好B:迟滞越小C:重复性越好D:分辨力越高答案:D2.按照依据的基准线不同，下面哪种线性度是最常用的（）。
A:理论线性度B:独立线性度C:最小二乘法线性度D:端基线性度答案:C3.下列为传感器动态特性指标的是（）。
A:灵敏度B:重复性C:固有频率D:线性度答案:C4.用一阶系统描述的传感器，其动态响应特性的优劣主要取决于时间常数，越大越好。
（）A:错B:对答案:A5.传递函数表示系统本身的传输、转换特性，与激励及系统的初始状态无关。
（）A:错B:对答案:B第三章测试1.电阻应变计的电阻相对变化与应变之间在很大范围内是线性的，则为（）。
A:B:C:D:答案:A2.下列哪种温度补偿方法是常用和效果较好的补偿方法（）。
A:热敏电阻补偿法B:电桥补偿法C:计算机补偿法D:应变计自补偿法答案:B3.电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（）的输出。
A:电压B:电阻C:电荷D:电容答案:A4.对应变式传感器来说，敏感栅愈窄，基长愈长的应变计，其横向效应引起的误差越大。
（）A:对B:错答案:B5.等臂电桥当电源电压及电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
（）A:对B:错答案:A第四章测试1.变介电常数型电容式传感器无法测量的物理量是（）。
A:光信号B:位移C:湿度D:温度答案:A2.电容式传感器常用的转换电路包括（）。
第四章 位移传感器
第一节 电容式传感器 （capacitive sensors) 特点：结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触 测量、具有平均效应，能在高温、辐射等恶劣条件工作。 应用：可用来检测位移 、压力等参量。 一、工作原理 从结构上来分有：平板式、园柱式电容器。以平板式电容 器为例：平板电容器的容量
C r 0
螺管式 L=KX 几十毫米 线性灵敏度小
二、互感式传感器(差动变压器) （LVDT） 1.原理： 衔铁位移x变化=>互感（M1，M2）变化,如图所示。
I 1 + U 1 L1
x
R1
M1 L21 + U - 21 + U o L22 M2 + U 22 -
说明： （1）与变压器的区别：变压器：闭合磁路，M 为常数； M f ( x) 。 差动变压器：开磁路， （2）输出端采用“反向串联”：其输出为电压，和差动电 桥方式相比，后者灵敏度低一倍： 反向串联与交流电桥的比较如图所示。
（2）相敏检波电路 交流电桥输出的相量可反映被测量的大小和方向，但用一般 的指示仪表却丢失了方向信号。 当衔铁居中时，Z1=Z2。当Z1↑，Z2↓时：
正半周 Ua正，Ub负 VD1、VD4导通 Ua负，Ub正 VD2、VD3导通
AECB支路： Uc↓ AFDB支路： Ud↑ BCFA支路： ↓ BDEA支路： ↑
E Z1 A +
Z2 U
u0 负 u0
u0 负
负半周
负
同理，当Z1↓，Z2↑时， UO 为正。故UO不仅反映线 圈阻抗变化大小，还能反映 变化方向。
VD1 VD2
C Z3 + B U o Z4 D -
A VD3 F VD4
传感器、执行器原理及检测
⑤氧传感器OX：监控废气中的氧的含量， 以便反馈调节空燃比的大小。 ⑥水温传感器CTS：监测发动机水温的 高低，以产生修正信号。 ⑦进气温度传感器ATS：监测进气温度 的高低，以产生修正信号。
⑧车速传感器VSS：提供车速信号，多 安装在变速器输出轴后端。 ⑨爆震传感器KNK：监测爆震信号，调 节点火时间。
（2）喷油器电阻检查 低阻为2～3Ω，高阻为13～16Ω。
（3）喷油器滴漏检查 用专用设备检查，在1min内喷油器 应无滴油现象。 （4）喷油量检查 用专用设备检查，检查15s内的喷油故障诊断 （2）喷油器检测方法 B、离车检测 用万用表检测喷油器的电阻值； 用诊断仪读取喷油脉宽的数据流。 喷油脉宽数据流是ECU根据进气量、发 动机转速、冷却液温度、节气门位置信号、 氧传感器信号向喷油器控制电路发出控制信 号。
空气供给系统
燃油喷射式发动机供气系统的结构 （a） 旁通空气式供气系统；（b） 直供空气式供气系统 1－空气滤清器；2－空气流量传感器；3－怠速转速控制阀； 4－进气歧管；5－动力腔；6－节气门体
电控系统的基本组成： 3）控制系统 a、控制系统组成：包括电脑ECU、 主继电器、传感器和执行元件。
⑦点火器：接收ECU的点火信号。 ⑧碳罐电磁阀：使碳罐及时地在中等负 荷工况投入工作，对油箱中的燃油蒸 气充分利用和回收。
⑦风扇继电器：使电动风扇根据水温的 高低，及时运转，控制发动机正常温 度。 ⑧仪表显示器：使仪表盘中的各种仪表 显示，供驾驶员对汽车的各系统及时 监控。如果打开点火开关，仪表不显 示，发动机就难以着火运转。
b、其关系如下： 喷油压力＝P PX F 时回油。 喷油压力＝P PX F 时停回,熄火后储压。 喷油压力＝ P Px F 时阀门维持一定开度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0
( x / 0) 1 Cx C 0(1 x ) 0 1 1 容抗 xc C S ，容抗与 成正比
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
电容式传感器的特点：
• • • • • （1）需要的动作能量或力极小。在移动过程中，没有摩擦和几乎没有反 作用力，特别适宜用来解决输入能量低的条件下的测量问题。 （2）有良好的动态响应特性。作用能量极小，有较小的可动质量，有较 高的固有频率。能在几兆赫的频率下工作，有良好的动态响应能力。 (3)灵敏度高，分辨力强。能感受或分辨0.01微米甚至更小的位移。 (4)零点漂移很小。本身几乎不存在发热问题，不存在由本身发热而引 起的零点漂移。 (5)能实现无接触测量。
应变式电阻传感器： • 是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。 电阻应变片的工作原理基于金属的应变效应。 • 金属应变效应是指金属导体的电阻随着它所受机械变形(伸长或缩 短)的大小而发生变化的现象。
R l s
R
R R R l l l S l 2 S l S S S S
第四章 常用传感器原理与参数测试
• • • • • • 1 概述 2 电阻式传感器 3 电容式传感器 4 热电式传感器 5 光电式传感器 6 半导体磁效应传感器霍尔传感器
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
1 概述
传感器定义：传感器是一种能将特定的被测信息（物理量、化学量、 生物量等），按一定规律转换成某种可用输出信号的器件。 智能传感器：传感器与微处理器相结合所形成的不仅具有信号检测 功能，而且具有信息处理功能的传感器系统 分类： 按输入量：温度、压力、流量、位移等 按输出量：电压、电流、电荷、电阻、电感、电容等 考虑传感器的输入-输出对应关系： • 静态特性：静态输入信号 • 动态特性：动态输入信号
E ABC (T , T0 ) eAB (T0 ) eBC (T ) eCA (T0 ) A dT B (T,T0 ) BdT
T0 T T T0
T2 kT0 N C N (ln ln B ) eAB (T ) ( A - B )dT T1 e NA NC T2 kT0 N B ln eAB (T ) ( A - B )dT T1 e NA T2
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
• 变磁阻式传感器
N2 L Rm
Rm RF R
RF R
R
2 0 S
N 2 N 2 0 S L R 2
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
• 磁电式传感器
d E N dt
E NBS d dt
A (T,T0 ) T A dT
0
T
B (T,T0 ) T B dT
• 在和两个导体组成的热电偶回路中，总的热电势为
0
T
EAB (T1 , T2 ) eAB (T1 ) eAB (T2 ) B (T1 , T2 ) A (T1 , T2 ) k NA T2 (T1 T2 )ln ( B - A )dT e NB T1
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
接触电势产生的原理：不同的导体具有不同的自由，结果在界面附近一方失去电子，带 正电；另一方得到电子带负电，在两导体的接触面上形成 电位差。达到动平衡时形成接触电势。
eAB
kT N A ln e NB
et
max 100% YFS
(5)稳定性 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保 持其性能参数的能力。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
传感器的动态特性
放大器
电磁阀 高压液压源
T1 负载 T2 记录仪
放大器
研究传感器动态特性的方法是： 当输入信号是阶跃函数时，用瞬态响应法，即用时域范围内，响 应曲线的上升时间、响应时间、过调量等参数作为评定指标； 当输入信号是正弦函数时，用频率响应法，其重要指标是频带宽 度（带宽）。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
最小二乘法原理： 设拟和的直线为 y = kx +b ，第j个测量点的输出 y j 与拟和直线 上的相应值的偏差为L j kxj +b yj ，最小二乘法拟和直线的原则 2 就是使N个点的均方差 1 N 1 N 2
N
L
j1
j
N
kx +b y
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
压电式传感器
• 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且 内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态， 这种现象称为压电效应。
压力变送器
而产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要 测量回路具有无限大的输入阻抗。但在实际线路中，电 荷将会逐渐泄漏。因此，压电传感器不能用于静态测量。 故压电传感器应在动态测量中使用。
S／N小，信号与噪声就难以分清。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
（2）线性度
• 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，也称“非线性误差”、 “非线性度”。通常用相对误 差表示其大小：
ef
max 100% YFS
非线性误差大小是以一拟合直线或理 想直线作为基准直线计算出来的，基 准直线不同，所得出的线性度就不一 样 ，最常用的是最小二乘法线性度
j1 j j
为最小值，即一阶偏导等于零 f
b
b
= 0,
N
f 可得到b和k的值。 =0 k
N j1
x y
2 j1 j j1 N j1 N
N
N
j 2
xj xj y j ( x j ) 2
j1 N N j1 N
N xj
k
N xj y j xj y j
R (1 2 ) R
l 为电阻丝轴向相对伸长，即轴向应变；而 l
r r
金属线材的电阻相对变化与轴向应变成正比
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
应变式电阻传感器的种类及选用 （1）电阻丝式应变片：增大阻值制成栅状 （2）箔式应变片：光刻、腐蚀等工艺制成，很薄 厚度0.003-0.01mm之间。面积大、散热好允许通过 较大电流。应力与实际接近。 （3）半导体式应变片：单晶硅施加一定载荷其电阻 率变化。灵敏度高（金属式的50倍）温度系数大， 灵敏系数非线性严重。 电阻应变片主要参数： （1）电阻值：未安装、不受外力、室温时测的电阻值 标准化，60、120、350、600、1000。 （2）绝缘电阻：敏感栅与基地间的电阻值。 （3）灵敏系数k：轴线方向施加应力，阻值相对变化与应变之比。关键参数， 尽量大且稳定。 （4）允许工作电流：不影响测量准确度的最大工作电流。25mA。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
热电式传感器
工作原理：基于热电效应 将两种材料不同的导体的两个端点焊接在一起，构成一 个闭合回路。如果两连接点1和2温度不同，回路中就 会有一个电动势，并在闭合回路中产生电流。这个电 势和电流与两种导体的性质和两个接点间的温度差有 关。这种现象就称为热电效应或塞贝克效应。 T1>T2，接点1称热端或称工作端，接点2称冷端，热电 势是由接触电势(又称珀尔帖电势)和单一导 体的温差电势(又称汤姆逊电势)组成。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
电容式传感器：
• 工作原理：将被测量的变化转化为电容量变化
S C
• • • • • 变间隙式：测量微小的线性位移 变面积式：—般用来测角位移(一度至几十度)或较大的线位移； 变介电常数式：常用于固体或液体的物位测量，也用于测定各种介质的 温度、密度等状态参数。 后两者呈正比，第一个是非线性关系。 S S 1 x x Cx ( ) C 0[1 ( )2 ...] 0 x 0 1 x 0 0
j1
N xj
j1
N
2
( x j ) 2
j1
j1 N
j1
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
（3）灵敏度界限(阈值) • 输入变小，输出也变小。但一般来说，输入小到某种程度，输出就不再 变化了，这时的输入叫做灵敏度界限。 （4）迟滞差 • 输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相 等，叫迟滞现象。迟滞差表示这种不相等的程度。其值以满量程的输出 的百分数表示。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
传感器静态特性
（1）灵敏度与信噪比 灵敏度：传感器输出量的变化值与相应被测量(输入量)的变化值之比
k ( x) y 输出量的变化值 ＝ 输入量的变化值 x
描述传感器的输出量(一般为电学量)对输入量(一般为非电学量)敏 感程度 传感器校准曲线的斜率即为灵敏度。对线性传感器来说，灵敏度 是一个常数；非线性传感器的灵敏度则随输入量变化 灵敏度高的传感器不一定是最好的传感器。这是因为它易受噪声 的影响。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
• 温差电势：同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。由 于两端温度不同，导体内自由电子的运动速度不同，高温端的电子 运动速度比低温端的电子运动速度要大。因此，电子将从速度大的 区域向速度小的区域扩散，结果高端失去电子而带正电，低端得到 电子而带负电，从而在导体的两端形成温差电势。
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
•
•
• • • • • • • •
（5）应变极限：一定温度时指示应变与实际应变值之差不超过允许值 （如10%）时的最大真实应变数值。 （6）机械滞后：温度一定，增加和减小机械应变过程中同一应变量指示 应变最大差值。 （7）零点漂移：温度一定，无应变时，指示应变随时间的变化。 （8）蠕变：温度一定，承受一定的应变时指示应变随时间的变化。 选择和使用应变片的注意事项： （1）应变片适合阻值变化较小的场合。灵敏度高。阻值较大时刻选用电 位器式电阻传感器。 （2）尽量选用灵敏度大的应变片，且k尽量为常数。 （3）温度系数小。 （4）黏合剂的选择和粘贴技术：处理表面（打磨、酒精擦洗）、502、 焊接引线、检查绝缘、704保护 （5）温度补偿