传感器与检测技术第六章
《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
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
44
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
精选课件ppt
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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。
传感器与检测技术教案NO6
传感器与检测技术教案NO6一、教案概述本教案是以传感器与检测技术为主题的教学内容，旨在帮助学生了解传感器的基本概念、分类、原理以及常见的检测技术和应用。
通过理论讲解和实例分析，培养学生对传感器的认知能力和应用能力，为学生今后的学习和工作提供基础。
二、教学目标1. 了解传感器的基本概念、分类和工作原理；2. 掌握常见检测技术的原理和应用；3. 能够应用所学知识解决简单的传感器与检测技术问题；4. 培养学生的实验操作和数据处理能力。
三、教学重点1. 传感器的分类和工作原理；2. 常见检测技术的原理和应用；3. 实验操作和数据处理。
四、教学内容与方法1. 传感器基础知识讲解a. 传感器的定义和作用；b. 传感器的分类和特点；c. 传感器的工作原理和参数。
2. 常见传感器分类与原理a. 接触式传感器和非接触式传感器；b. 模拟传感器和数字传感器；c. 主动传感器和被动传感器；d. 特殊传感器（温度传感器、压力传感器、湿度传感器等）。
3. 常见检测技术原理与应用a. 光电检测技术；b. 电磁感应检测技术；c. 超声波检测技术；d. 激光雷达检测技术；e. 红外线检测技术；f. 微波雷达检测技术。
4. 实验操作和数据处理a. 利用传感器进行温度检测实验；b. 利用传感器进行压力检测实验；c. 利用传感器进行湿度检测实验；d. 实际应用案例分析和讨论。
五、教学步骤与安排1. 引入（5分钟）通过举例引入传感器的作用和应用领域，激发学生的学习兴趣。
2. 传感器基础知识讲解（15分钟）详细讲解传感器的基本概念、分类和工作原理，引导学生理解传感器的本质和功能。
3. 常见传感器分类与原理（30分钟）分别介绍接触式传感器和非接触式传感器的工作原理和应用，让学生了解不同传感器的特点及适用场景。
4. 常见检测技术原理与应用（40分钟）介绍光电检测技术、电磁感应检测技术、超声波检测技术、激光雷达检测技术、红外线检测技术和微波雷达检测技术的原理和应用，加深学生对各种检测技术的理解。
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。
第六章 电感式传感器
0
3
灵敏度：
L2
L0
0
1
0
0
2
0
3
K
L / L0
1 2
0
L
L1
L2
2L0
0
1
0
2
实际上由于线圈内部的磁场是不均匀的，电感量的增 量ΔL与△x存在着一定的非线性。
为提高灵敏度和线性度，螺线管型自感式传感器常 采用差动结构。
6.1 自感式传感器
广西大学电气工程学院
双螺管型差动型
L1
L2
u
x
特性曲线
等效电路
将传感器两线圈接于电桥 的相邻桥臂时，其输出灵 敏度可提高一倍，并改善 了非线性特性，还能减少 干扰影响。
• 对电源采取稳压、稳频、屏蔽、加滤波电容等 措施，可减弱或消除电源的影响。
• 铁芯磁感应强度的工作点一定要选在磁化曲线 的线性段，以免在电源电压波动时，铁芯磁感 应强度进入饱和区而使导磁率发生很大变动。
6.1 自感式传感器
零点残余电压及其补偿
在电桥预平衡时，无法实 现平衡，最后总要存在着 某个输出值ΔU0，这称为 零点残余电压
应在设计制造时采取措施， 保证两电感线圈的对称。
减少电源中的谐波成分 在测量电桥中接入可调电
位器 采用相敏整流电路
广西大学电气工程学院
理想状态
ΔU0
实际状态
uo
理想状态
实际状态
第六章 电感式传感器
广西大学电气工程学院
山东交通学院成人高等教育期末考试传感器与检测技术复习题精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版《传感与测试技术》A复习题7月无纸化考试复习专用一、单选题1.所指测试系统的输出与输入间实际曲线偏离所求直线的程度的描述。
A.灵敏度B.线性度C.重复性参考答案：B知识点：第3章难度：3解析：测试系统的静态特性定义之一。
2. 把被测量转换为感应电动势的常规传感器之一是：。
A. 电容传感器B. 压电传感器C. 变磁阻电感传感器参考答案：C知识点：第4章难度：3解析：传感器的分类方法。
3.测量值与被测量真值之差，称为。
A.测量残差B.测量标准差C.测量误差参考答案：C知识点：第6章难度：3解析：测量误差的定义。
4. 信号的幅值和独立变量均为连续量。
A. 模拟B. 数字C. 离散参考答案：A知识点：第2章难度：3解析：信号分类描述方法。
5. 随机误差的绝对值相等的正误差与负误差出现的次数相等，称为。
A. 单峰型B. 对称性C. 有界性参考答案：B知识点：第6章难度：3解析：第六章第二节关于随机误差的统计意义。
也是以算数平均值代替真值的依据。
6. 传感器将非电量转换为电能量。
A. 电阻B. 无源C. 有源参考答案：B知识点：第4章难度：3解析：传感器分类方法之一。
7.通过测量仪器，将被测量参数与同一物理量的标准量直接比较的测量是。
A. 直接测量B. 间接测量C. 感官测量参考答案：A知识点：第7章难度：3解析：测量依靠仪器，且进行直接比较所的结果，称为直接测量。
8.实现模拟量到数字量转换的装置称为 _____。
A. A/DB. D/AC. F/V参考答案：A知识点：第7章难度：3解析：计算机测试系统的核心部件定义。
二、填空题1.按滤波器的通频带分为: 滤波器、滤波器、滤波器和滤波器。
参考答案：低通、高通、带通和带阻知识点：第5章难度：3解析：第五章第三节关于滤波器的基本分类。
2.测量结果通常用、和来表达。
参考答案：数字、图形和经验公式知识点：第7章难度：2解析：第七章第一节关于测试结果的表示方法。
传感器与检测技术实践训练教程
传感器与检测技术实践训练教程第一章：传感器与检测技术概述1.1 什么是传感器1.2 传感器的分类与应用领域1.3 检测技术的发展与应用1.4 传感器与检测技术的重要性第二章：传感器的工作原理2.1 传感器的基本原理2.2 常见传感器的工作原理介绍2.2.1 压力传感器2.2.2 温度传感器2.2.3 光电传感器2.2.4 加速度传感器2.2.5 气体传感器2.2.6 液位传感器2.2.7 气象传感器第三章：传感器的选择与应用3.1 传感器的选择因素3.2 传感器的应用案例分析3.2.1 工业自动化领域的传感器应用3.2.2 环境监测领域的传感器应用3.2.3 医疗器械领域的传感器应用3.2.4 智能家居领域的传感器应用第四章：传感器的实践训练4.1 传感器实验室介绍4.2 传感器实验器材与软件的使用方法4.3 基于Arduino的传感器实验4.4 基于树莓派的传感器实验4.5 传感器数据的采集与处理方法第五章：检测技术的实践训练5.1 检测技术实验室介绍5.2 常见检测技术的实验方法与操作要点5.3 光学检测技术实验5.4 电化学检测技术实验5.5 红外检测技术实验第六章：传感器与检测技术的未来发展6.1 传感器与检测技术的发展趋势6.2 人工智能与传感器技术的结合6.3 新兴传感器与检测技术的研究方向6.4 传感器与检测技术的社会影响与应用前景结语：传感器与检测技术实践训练的重要性与价值通过本教程的学习与实践训练，读者将能够全面了解传感器与检测技术的基本原理、分类与应用，掌握传感器与检测技术的实践操作方法，以及对未来发展趋势有一定的了解。
希望本教程能够帮助读者在相关领域的学习与工作中取得更好的成果。
检测技术第6章部分练习答案
.精品 第六章 压电传感器 思考题与习题 答案1．单项选择题1）将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的___C ___；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___D ___。
A. 应变效应B. 电涡流效应C.压电效应D. 逆压电效应2）在实验室作检验标准用的压电仪表应采用___D ___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___C ___；用在压电加速度传感器中测量振动的压电材料应采用__B____。
A. PTCB. PZT C .PVDF D. SiO 23）使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量___C ___。
A. 人的体重B. 车刀的压紧力C. 车刀在切削时感受到的切削力的变化量D. 自来水管中的水的压力4）动态力传感器中，两片压电片多采用___B ___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___A ___接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。
A. 串联B.并联C. 既串联又并联5）测量人的脉搏应采用灵敏度K 约为___A ___的PVDF 压电传感器；在家用电器（已包装）做跌落试验，以检查是否符合国标准时，应采用灵敏度K 为___B ___的压电传感器。
A. 10V/gB. 100mV/gC. 0.001mV/g6）PZT 是利用____B ____的原理工作的，它是用____H ____材料制作的；上网查阅GMM ，是利用___A ____的原理工作的，它是用____E ____材料制作的。
A.超磁致伸缩效应B.压电效应C. 逆压电效应D.热敏效应E.稀土铁磁合金F. 含镍铁磁合金G. 高分子H. 压电陶瓷2．用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pC/g （g 为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC ，试确定输入3g （平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压o U （平均值，不考虑正负号）为____B ____mV 。
陈杰 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和之有确定对应关系的、便于使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，并输出和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和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）多功能和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和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和引起输出量增量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。
第六章 化学传感器(离子敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器)
化学传感器
化学传感器
二、MOSFET气敏传感器 1.原理与结构
用能溶于氢气(H2)的金属钯(Pd)或铂(Pt)代替Al 作为MOS管的金属栅，即得到催化金属场效应气敏传 感器。 显然，催化金属栅场效应气敏传感器可以检测氢 气、含有氢原子、能与氢发生反应的气体，例如氨气 (NH3)、硫化氢(H2S)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)等。 用的最多的是检测氢气。
COxW
L
/ [(U GS U T )U DS
2 2 U DS COxW U DS ] [(U GS U T )U DS ] 2 L 2
饱和区： CoxW
ID 2L
(U GS U T )
2
CoxW
2L
(U GS U T ) 2
其中，U T 为等效阈值电压
21
化学传感器
氢气敏N沟MOS晶体管的结构如图所示
氢气敏N沟MOS晶体管采用P型单晶硅，S区、D区为重掺杂 N+型扩散区，加热电阻也在N+区，绝缘栅氧化膜用氯化氢 干氧氧化，膜厚为100nm，金属Pd栅的厚度为100nm。 当氢气吸附于Pd栅膜表面时，氢分子在栅膜表面迅速分解 为氢原子，氢原子迅速向栅膜内扩散，其中一部分氢原子 被吸附于Pd栅膜与氧化物(SiO2)界面，并在此界面形成氢 原子层，导致界面金属的电子功函数减小，影响到SiO2 – Si界面的表面态密度，MOSFET的阈值电压UT也会因此变化。
通过对ISFET的漏电流ID的大小的测量，就可以 检测出溶液中离子的浓度。
11
化学传感器
四、离子敏场效应管的特性
具有场效应管的优良特性，如转移特性、输出特性、 击穿特性等。而作为离子敏器件，它还应满足敏感管的一 些基本特性要求，例如响应特性、离子选择性、输出稳定 性等。 1. 线性度：器件在特定的测量范围内的输出电流ID随溶液 中离子浓度的变化而变化的特性。 2. 动态响应： 溶液中的离子活度阶跃变化或周期性变
人教版选修32019-2020学年高中物理第六章传感器检测(B)(含解析)
第六章检测(B)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。
在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术,被认为是纳米技术的第一次真正应用。
在下列有关其他电阻应用的说法错误的是()A.热敏电阻可应用于温度测控装置中B.光敏电阻是一种光电传感器C.电阻丝可应用于电热设备中D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析:温度测控装置是应用热敏电阻的阻值随温度的改变而改变的特性,光电传感器是利用光敏电阻的阻值随光照强度的改变而改变的特性。
电热设备是利用电阻丝通电时发热的特性,所以A、B、C说法都是正确的。
而电阻在电路中既通过直流也能通过交流,所以D项的说法是错误的。
答案:D2.某电容式话筒的原理示意图如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板,对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动。
在P、Q间距增大过程中()A.P、Q构成的电容器的电容增大B.P上电荷量保持不变C.M点的电势比N点的低D.M点的电势比N点的高可知电容器的电容减小,选项A错误;由于电容器两端解析:P、Q间距增大过程中,由C=εrε4επε电压始终等于电源电动势,由Q=CU可以判断电容器两极板所带的电荷量变小,电容器放电,放电电流由M流向N,则M点电势高于N点电势,选项B、C错误,D正确。
答案:D3.如图所示,一种自动跳闸的闸刀开关,O是转动轴,A是绝缘手柄,C是闸刀卡口,M、N接电源线,闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B=1 T的匀强磁场中,C、O间距离为10 cm。
当磁场力为0.2 N时,闸刀开关会自动跳开。
则要使闸刀开关能跳开,CO中通过的电流的大小和方向为()A.电流方向C→OB.电流方向O→CC.电流大小为1 AD.电流大小为0.5 A解析:根据左手定则,电流方向O→C,则B正确,A错误。
传感器及检测技术教案全
北京理工大学珠海学院信息学院教案课程名称：传感器与检测技术课程性质：专业必修主讲教师：安玉磊联系电话：E-MAIL：课时分配表第1课一．章节名称绪论，，，二．教学目的1、掌握内容：传感器的静态特性，动态特性；2、了解内容：传感器的定义，组成，自动检测技术的发展和应用；三．安排课时： 2学时四．教学内容（知识点）1．自动检测系统的组成；2．传感器的定义，组成，传感器的分类；3. 传感器的静态特性；4. 传感器的动态特性；5. 传感器的标定和校准五．教学重点、难点1．传感器的静态特性和动态特性；2．传感器的标定和校准；六．选讲例题1．活塞压力计标定；2．压力传感器的动态标定；七．作业要求7什么是传感的静态特性有那些指标如何用公式表示8什么是传感器的动态特性有那些分析方法八．环境及教具要求多媒体教室、PowerPoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军；2．《传感器原理与应用》，程德福；第2课一．章节名称测量误差和数据处理；二．教学目的1、掌握内容：测量误差的表示方法，数据处理的基本方法；2、了解内容：误差的概念和分类，精度；三．安排课时：2学时四．教学内容（知识点）1．测量误差的概念和分类；2. 精度3. 误差的表示方法；4. 随机误差的处理方法；5. 系统误差的处理；6，粗大误差的处理；7．数据处理的基本方法五．教学重点、难点1．误差的处理方法；2．数据处理的基本方法；六．选讲例题1．补偿法测量高频小电容；2．对照法消除系统误差；七．作业要求2正态分布的随机误差有什么特点3、什么是系统的引用相对误差它有什么意义八．环境及教具要求多媒体教室、PowerPoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军第3课一．章节名称应变式传感器；二．教学目的1、掌握内容：金属应变片的工作特性；2、了解内容：金属应变片的工作原理；三．安排课时：（2学时）四．教学内容（知识点）1．金属的应变效益；2．应变片的结构与种类；3. 应变片的灵敏系数；4. 横向效应；5. 温度误差及其补偿五．教学重点、难点1．横向效益；2．温度误差及其补偿；六．选讲例题1．热敏电阻补偿法；2．双金属丝补偿法；七．作业要求1、什么是应变效应，用金属的应变效应解释电阻应变片的工作原理。
传感器与检测技术课件全文
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
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。
(4) 分贝误差 在电子学和声学等计量中，常用对数形式来表示相对误差， 称为分贝误差，它实质上是相对误差的另一种表示方式。
2、按性质分类
(1)系统误差(systematic error) 定义：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得 结果的平均值与被测量的真值之差。 特征：在相同条件下，多次测量同一量值时，此此的绝对值和 符号保持不变，或者在条件改变时，按某一确定规律变化。 分类（变化规律不同）：恒定系统误差包括恒正系统误差和恒 负系统误差，可变系统误差包括线性系统误差、周期性系统误 差和复杂规律系统误差等。
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
Lmax YFS
100 %
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）。
在仪表准确度等级及其测量标称范围或量程选择方面应注意 如下原则： ①不应单纯追求测量仪表准确度越高越好，而应根据被测量 的大小，兼顾仪表的级别和标称范围或量程上限全理进行选 择。 ②选择被测量的值应大于均匀刻度测量仪表量程上限的三分 之 二 ， 即 x>(2xm/3) ， 此 时 测 量 的 最 大 相 对 误 差 不 超 过 rx=±[xm/(2xm/3)]×s%=±1.5s%，即测量误差不会超过测量 仪表等级的1.5倍。
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。
高二物理人教版选修3-2第六章 1 传感器及其工作原理
三、热敏电阻和金属热电阻 1.热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成,其电阻随温度的变化明显,温度升 高电阻减小,如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性 曲线。
2.金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的电阻也可以制作 温度传感器,称为热电阻,如图乙所示为某金属导线电阻的温度特 性曲线。
探究一
探究二
探究三
探究四
典例剖析
【例题1】 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是 确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一,为模仿汽车油表原理, 某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图乙所
示,其中电源电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆
的一端。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过
3.霍尔电压:UH=kIdB 。 (1)其中d为薄片的厚度,k为霍尔系数,其大小与薄片的材料有关。 (2)一个霍尔元件的d、k为定值,再保持电流I恒定,则UH的变化就 与磁感应强度B成正比。 4.作用:把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
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B.θ'<θ C.θ'>θ
D.不能确定
解析:光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,用手掌挡住部
分光线,阻值变大,指针自左向右偏转角度变小,故B正确。
答案:B
探究一
探究二
探究三
探究四
热敏电阻和金属热电阻
问题探究
如图所示,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支
表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高,电阻减小)的两端相连, 这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精,表针将 如何偏转?若用吹风机将热风吹向热敏电阻,表针将如何偏转?
检测与转换技术最新课件第六章(电容式传感器)
--测量电路
根据一阶电路时域分析，可直接得到传感器电容C2的电流
i2 ：
i2
U
R
R
RL RL RRL
U
R RL
exp
t
R
RRL R RL
C2
在［R＋（RRL）/（R＋RL）］C2<<T/2时，电流i2的平均值 I2可以写成下式：
I2
1 T
T 2 0
i2dt
1 T
0 i2dt
一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在 20~100pF之间。 ➢式中的dg/ε0εg项是恒定值， 它能使传感器的输出特性的 线性度得到改善。
极板间距离在25~200μm 的范围内。最大位移应小于间 距的1/10， 故在微位移测量中应用最广。
--工作原理和结构 变面积型电容式传感器
1、测量线位移的变面积式电容传感器 被测量通过动极板移动引起两极板有效覆盖面积A改
（1）只有在Δd/d0很小时，才有C与Δd 近似的线性关系， 所以，这种类型的传感器一般用来测量微小变化量。
（2）灵敏度Kc与初始极距δ0的成反比，故可用减少δ0的办 法来提高灵敏度。
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。
此时电容C变为
C0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值
C1为液体有效高度h形成的电容， C0 和C1等效为并联。
C
2 1h
1n D
21 (H h)
1n D
2 H
1n D
2h(1 )
1n D
C0
2h(1 )
1n D
d
d
d
d
d
此变换器的电容增量正比于被测液位高度h。
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光栅副：指示光栅＋主光栅
a+b=W称为光栅的栅距（或 Nhomakorabea栅常数） 通常情况下，a=b=W/2
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光电元件
包括有光电池和光敏三极管等部分。 在采用固态光源时，需要选用敏感波长与光源相 接近的光敏元件，以获得高的转换效率。 在光敏元件的输出端，常接有放大器，通过放大
辨向光路设置
在相距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
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辨向电路
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。
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辨 向 电 路 各 点 波 形 图
单个光电元件接收一固定点的莫尔条纹信号，只 能判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方 向，因而就不能判别运动零件的运动方向，以致 不能正确测量位移。 如果能够在物体正向移动时，将得到的脉冲数累 加，而物体反向移动时可从已累加的脉冲数中减 去反向移动的脉冲数，这样就能得到正确的测量 结果。
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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
1
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数字式传感器
1 工作原理
码盘式传感器
2 码盘和码制 3 二进制码与循环码的转换 4应 用
1 光栅传感器的结构
2 莫尔条纹形成的原理
光栅式传感器
3 莫尔条纹技术的特点
4 光栅的光路
5 辨向原理
循环码转变为二进制码的电路
(a) 并行变换电路
(b)串行变换电路
循环码是无权码，直接译码有困难，一般先转换为二进制码后再译码
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应用
光学码盘测角仪的原理图 1－光源 2－大孔径非球面聚光镜 3－码盘 4－狭缝 5－光电元件
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光栅传感器的结构
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工作原理
用光电方法把被测角位移转换成以数字代码形式表示 的电信号的转换部件。
1－光源 2－柱面镜 3－码盘 4－狭缝 5－元件
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码盘和码制
6 位 二 进 制 码 盘
根据码盘的起始和终止位置就可确定转角，与转动的中间过程无关
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二进制码盘的粗大误差及消除
要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘 制作造成很大困难。由于微小的制作误差，只 要有—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：
双读数头法，循环码代替二进制码 双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。 当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有 困难。
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(a) 四位二进制码盘展开图 (b) 采用双读数头消除粗大误差的示意图
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六 位 的 循 环 码 码 盘
(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； (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。
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二进制码与循环码的转换
4位二进制码与循环码的对照表
C n Rn Ci Ci 1 Ri Ri Ci 1 Ci
不同为1 相同为0
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二进制码转换为循环码的电路
(a) 并行变换电路
(b)串行变换电路
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器得到足够的信号输出以防干扰的影响。
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莫尔条纹形成的原理
横向莫尔条纹的斜率
tan tan
2
莫尔条纹间距
BH AB BC sin
2
W 2 sin
2
W
莫尔条纹的宽度BH由 光栅常数与光栅夹角决定
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莫尔条纹技术的特点
光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光栅和 指示光栅）和光电接收元件组成。
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光栅传感器光源：
钨丝灯泡：
输出功率较大，工作范围较宽（-40℃到+130℃） 与光电元件相组合的转换效率低。在机械振动和冲击 条件下工作时，使用寿命将降低。
半导体发光器件: 转换效率高，响应特征快速。 如砷化镓发光二极管，与硅光敏三极管相结合，转换 效率最高可达30%左右。砷化镓发光二极管的脉冲响 应速度约为几十ns，可以使光源工作在触发状态，从 而减小功耗和热耗散。
此光路适合于粗栅距的黑白透射光栅。 特点：结构简单，位置紧凑，调整使用方便，应用广泛。
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（2）反射式光路
1反射主光栅 2-指示光栅 3-场镜 4-反射镜 5-聚光镜 6-光源 7-物镜 8-光电电池。
该光路适用于黑白反射光栅。
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辨向原理
（1）调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了 放大作用，又提高了测量精度。 （2）莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信 号作进一步细分，即采用“倍频技术”。这样可以提 高测量精度或可以采用较粗的光栅。 （3）光电元件对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻 线的局部误差和周期误差对于精度没有直接的影响。 因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。
二进制码盘主要特点：
（1） n位(n个码道 )的二进制码盘具有 2n种不同编码，称其 容量为 2n ， 其最小分辨力 θ1 ＝ 3600 ／ 2n ，它的最外圈角 节距为2θ1； （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
C 2
i 1 i
i 1
1
（3）码盘转动中，CK变化时，所有Cj(j<K)应同时变化。
这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。
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径向光栅进行角度测量
当标尺光栅相对于指示光栅转动时，条纹即沿径向移动， 测出条纹移动数目，即可得到标尺光栅相对指示光栅转动的角度。
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（1）透射式光路
1-光源 2-准直透镜 3-主光栅 4-指示光栅 5-光电元件