第一章-传感器的基础理论
传感器原理及工程应用第5版答案
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传感器原理及工程应用第5版答案
第1章传感与检测技术的理论基础（P26）
1-1：测量的定义？
答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以，测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。
1-2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？
答：绝对误差是测量结果与真值之差
即：绝对误差=测量值一真值
相对误差是绝对误差与被测量真值之比，常用绝对误差与测量值之比，以百分数表示，即：相对误差=绝对误差/测量值×100%
引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示，即：引用误差=绝对误差/量程×100%
1-3用测量范围为一50~150kPa的压力传感器测量140kPa的压力时，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。
已知：真值L=140kPa测量值x=142kPa测量上限=150kPa测量下限=—50kPa
.绝对误差A=x-L=142-140=2（kPa）
实际相对误差6=2=21.43%
Z140标称相对误差6=A2～1.41%
T142。
第一章 传感器 概论
第1章概论一传感器的概念与发展1．1 传感器基本概念传感器（transducer/sensor）的定义是：能感受规定的被测量并按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（sensing element）是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件（transducer element）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以及其它某种可用信号的部分。
传感器狭义地定义为：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
可以预料，当人类跨入光子时代，光信息成为更便于快速、高效地处理与传输的可用信号时，传感器的概念将随之发展成为：能把外界信息转换成光信号输出的器件。
传感器的任务就是感知与测量。
在人类文明史的历次产业革命中，感受、处理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。
在18世纪产业革命以前，传感技术由人的感官实现：人观天象而仕农耕，察火色以冶铜铁。
从18世纪产业革命以来，特别是在20世纪信息革命中，传感技术越来越多地由人造感官，即工程传感器来实现。
目前，工程传感器应用如此广泛，以至可以说任何机械电气系统都离不开它。
现代工业、现代科学探索、特别是现代军事都要依靠传感器技术。
一个大国如果没有自身传感技术的不断进步，必将处处被动。
现代技术的发展，创造了多种多样的工程传感器。
工程传感器可以轻而易举地测量人体所无法感知的量，如紫外线、红外线、超声波、磁场等。
从这个意义上讲，工程传感器超过人的感官能力。
有些量虽然人的感官和工程传感器都能检测，但工程传感器测量得更快、更精确。
例如虽然人眼和光传感器都能检测可见光，进行物体识别与测距，但是人眼的视觉残留约为0．1s，而光晶体管的响应时间可短到纳秒以下；人眼的角分辨率为1ˊ，而光栅测距的精确度可达1"；激光定位的精度在月球距离3×104km范围内可达10cm以下；工程传感器可以把人所不能看到的物体通过数据处理变为视觉图像。
传感器与检测技术期末考试试题与答案
第一章传感器基础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。
如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。
传感器与检测技术基础
转换元件 它是将敏感元件输出的非电信号直接转换为电信号，或直接将被测非电信号转换为电信号(如应变式压力传感器的电阻应变片，它作为转换元件将弹性敏感元件的输出转换为电阻)。 转换电路 它能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、处理和传输的有用信号。
传感器的分类 传感器技术是一门知识密集型技术。
1.2 测量误差与准确度
3)恰为第n位单位数字的0.5，则第n位为偶数或零时就舍去，为奇数时则进1。 (2)参加中间运算的有效数字的处理 1)加法运算：运算结果的有效数字位数应与参与运算的各数中小数点后面的有效位数相同。 2)乘除运算：运算结果的有效数字位数，应与参与运算的各数中有效位数最小的相同。 3)乘方及开方运算：运算结果的有效数字位数比原数据多保留一位。 4)对数运算：取对数前后有效数字位数应相同。 2.测量数据的处理 常用的数据处理方法有列表法、图示法、最小二乘法线性拟合。
列表法 列表法是把被测量的数据列成表格，可以简明地表示有关物理量之间的对应关系，便于随时检查测量结果是否合理，及时发现和分析问题。
01
图示法 图示法是用图形或曲线表示物理量之间的关系，它能更直观地表示物理量之间的变化规律，如递增或递减。
02
最小二乘法线性拟合 图示法虽然能很直观方便地将测量中的各种物理量之间的关系、变化规律用图像表示出来，但是，在图像的绘制上往往会引起一些附加的误差。
1.1 传感器简述
1.1 传感器简述
1)超调量σ：传感器输出超出稳定值而出现的最大偏差，常用相对于最终稳定值的百分比来表示。 2)延滞时间td：阶跃响应达到稳态值的50%所需要的时间。 3)上升时间tr：传感器的输出由稳态值的10%变化到稳态值的90%所需的时间。 4)峰值时间tp：传感器从阶跃输入开始到输出值达到第一个峰值所需的时间。 5)响应时间ts：传感器从阶跃输入开始到输出值进入稳态值所规定的范围内所需的时间。 (2)频率响应法 频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。
《传感器与检测技术》知识点总结
《传感器与检测技术》（传感器部分）知识点总结第一章 概述1.传感器的定义与组成（1）定义：能感受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。
（2）共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量。
（3）功能：检测和转换。
（4）组成：5.开展基础理论研究寻找新原理6.传感器的集成化第二章 传感器的基本特性1.线性度（传感器的静态特性之一）（1）定义：传感器的输入、输出间成线性关系的程度。
（2）非线性特性的线性化处理：Y FSy Y FSy Y FSyo（a ）切线或割线X mxo（b ）过零旋转X mxo（c ）端点平移X mx（3）非线性误差：γL = ± Δ L ma xY FS式中，γL ——非线性误差（线性度）；ΔL m a x ——输出平均值与拟合直线间的最大偏差绝对 值；Y F S ——满量程输出。
2.灵敏度（传感器的静态特性之二）传感器在稳态信号作用下输出量变化对输入量变化的比值。
0 S n ＝ y x xS n = dy dx (a) 线性测量系统(b) 非线性测量系统 0S n y = f x ) dy dx = C x 0 S n y = f ( )dy x 0 S n y = f (x ) dy dx(c) 灵敏度为常数(d) 灵敏度随输入增加而增加 (e) 灵敏度随输入增加而减小3.分辨率/分辨力（传感器的静态特性之三）分辨率是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。
分辨率可以用增量的绝对值 或增量与满量程的百分比来表示。
4.迟滞/回程误差（传感器的静态特性之四）（1）定义：在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正、反行程的输出信 号大小不相等的现象。
开发新材料 采用新工艺 探索新功能具有同样功能的传感器集成化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上 排列起来，形成一维的线性传感器，从而使一个点的测量变成对一个面和空间的测量。
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（1）直接测量与间接测量 Ⅰ.直接测量 用事先分度或标定好的测量仪表， 直接读取被测量测量结果的方法称为直接测量。直接 测量是工程技术中大量采用的方法，其优点是直观、 简便、迅速，但不易达到很高的测量精度。 Ⅱ.间接测量 首先，对和被测量有确定函数关系 的几个量进行测量，然后，再将测量值代入函数关系 式，经过计算得到所需结果。这种测量方法，属于间 接测量。测量结果y和直接测量值xi(i＝1，2，3…)之 间的关系式为: y＝f(x1x2x3…) 。间接测量手续多， 花费时间长，当被测量不便于直接测量或没有相应直 接测量的仪表时才采用。
量程点, 可以得到端基线性度。
4. 迟滞
迟滞特性表明检测系统在正向和反向行程期间，
输入—输出特性曲线不一致的程度。也就是说，对
同样大小的输入量，检测系统在正、反行程中，往
往对应两个大小不同的输出量，如右下图所示。通
过实验，找出输出量的
y
这种最大差值，并以满量程 ymax
输出YFS的百分数表示，
1
ΔH max
1.2.3 检测技术的发展趋势 检测技术的发展趋势主要有以下两个方面: 第一，新原理、新材料和新工艺将产生更多品质优
良的新型传感器。例如光纤传感器、液晶传感器、以高分 子有机材料为敏感元件的压敏传感器、微生物传感器等。
第二，检测系统或检测装置目前正迅速地由模拟式、 数字式向智能化方向发展。带有微处理机的各种智能化仪 表已经出现，这类仪表选用微处理机做控制单元，利用计 算机可编程的特点，使仪表内的各个环节自动地协调工作， 并且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表， 把检测技术自动化推进到一个新水平。
指示仪
被测量 传感器
测量 电路
记录仪
电源
第一章传感器技术基础知识
时间常数：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小， 频带越宽。
固有频率：二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
传感器的选用原则
与测量条件有关的因素 (1)测量的目的 (2)被测试量的选择 (3)测量范围 (4)输入信号的幅值，频带宽度 (5)精度要求 (6)测量所需要的时间
相应的响应曲线 ：
传感器存在惯性，它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开 始，按指数规律上升，最终达到稳态值。 理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值，但实际上 当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。 τ越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线， 因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。
测量
测量是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或 设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，
并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测
量的定量信息。
xnu或
x——被测量值；
n x u
u——标准量，即测量单位；
n——比值，含有测量误差。
测量过程
传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起 测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得 被测量量值的过程。
线性传感器
S y x
灵敏度是它的静态特性的斜率，即S为常数。
非线性传感器
它的灵敏度S为一变量，用下式表示。
S dy dx
传感器的灵敏度如图1-3所示。
Y
Y
S y - y0
Yo
x
X O
a）线形传感器
Байду номын сангаас
Y dy
dx S dy dx X
传感器培训资料
传感器培训资料第一部分：传感器的基本概念传感器是一种能够感知环境中的各种物理量并将其转化为电信号的装置。
通过测量物理量，传感器可以帮助我们获得环境中各种数据，从而实现自动化控制和监测。
传感器的种类繁多，常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。
在不同的应用场景中，需要选择不同类型的传感器来完成具体的任务。
第二部分：传感器的工作原理传感器的工作原理通常通过物理效应来实现。
例如，温度传感器通常利用热敏电阻或热电偶来测量温度；压力传感器则利用压阻效应或压电效应来转换压力为电信号。
在传感器的内部，通常还会带有信号放大电路、模数转换器等元件，用来将感知到的物理量转化为标准的电信号输出。
第三部分：传感器的应用场景传感器广泛应用于工业控制、汽车领域、医疗设备等各个领域。
例如，温度传感器可以用于控制空调温度、汽车发动机的温度监测等；压力传感器可以用于测量液体或气体的压力、监测管道的泄漏等。
第四部分：传感器的选择和安装在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应时间等指标，以及适用的工作环境，如温度、湿度等。
在安装传感器时，需要注意避免干扰源，保证传感器测量的准确性。
第五部分：传感器的维护和保养传感器作为自动化系统中的重要部件，需要进行定期的维护和保养。
对于一些易受环境影响的传感器，如湿度传感器、光电传感器等，需要保持其表面清洁，防止积灰或水汽影响测量精度。
第六部分：传感器的未来发展随着科技的不断进步，传感器的应用范围将会更加广泛，同时传感器本身的性能也将进一步提升。
例如，新型传感器可能会采用纳米技术制备，具有更高的灵敏度和更小的体积；同时，通过无线传输技术，传感器也有望实现无线监测和控制，大大提高其应用灵活性。
通过本次传感器培训，希望大家能够对传感器有更深入的了解，从而能够更好地应用传感器解决实际问题，提高工作效率和产品质量。
同时也希望大家能够关注传感器领域的最新发展，不断更新自己的知识，为行业的发展做出更大的贡献。
传感器与检测技术的基础理论
第1章传感器与检测技术的 1.1 测量概论1.2 测量数据的估计和处理第1章传感与检测技术的 1.1 测量概论在科学技术高度发达的现代社会中人类已进入瞬息万变的信息时代。
人们在从事工业生产和科学实验等活动中主要依靠对信息资源的开发、获取、传输和处理。
传感器处于研究对象与测控系统的接口位置是感知、获取与检测信息的窗口一切科学实验和生产过程特别是自动检测和自动控制系统要获取的信息都要通过传感器将其转换为容易传输与处理的电信号。
在工程实践和科学实验中提出的检测任务是正确及时地掌握各种信息大多数情况下是要获取被测对象信息的大小即被测量的大小。
这样，信息采集的主要含义就是测量取得测量数据。
“测量系统”这一概念是传感技术发展到一定阶段的产物。
在工程中需要有传感器与多台仪表组合在一起才能完成信号的检测这样便形成了测量系统。
尤其是随着计算机技术及信息处理技术的发展测量系统所涉及的内容也不断得以充实。
为了更好地掌握传感器需要对测量的基本概念测量系统的特性测量误差及数据处理等方面的及工程方法进行学习和研究只有了解和掌握了这些基本才能更有效地完成检测任务。
一、测量测量是以确定量值为目的的一系列操作。
所以测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较确定被测量对标准量的倍数。
它可由下式表示: x nu （1-1）x或n （1-2）u 式中：x——被测量值u——标准量即测量单位n——比值（纯数）含有测量误差。
由测量所获得的被测的量值叫测量结果。
测量结果可用一定的数值表示也可以用一条曲线或某种图形表示。
但无论其表现形式如何测量结果应包括两部分：比值和测量单位。
确切地讲测量结果还应包括误差部分。
被测量值和比值等都是测量过程的信息这些信息依托于物质才能在空间和时间上进行传递。
参数承载了信息而成为信号。
选择其中适当的参数作为测量信号例如热电偶温度传感器的工作参数是热电偶的电势差压流量传感器中的孔板工作参数是差压ΔP。
测量过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息建立起测量信号经过变换、传输、处理从而获得被测量的量值。
传感器技术-第一讲-绪论
y
2．迟滞：传感器在正(输入 量增大)反（输入量减小）行程中
yFS ⊿Hmax
输出输入曲线不重合称为迟滞。
迟滞特性如图所示，它一般是由
实验方法测得。迟滞误差一般以
满量程输出的百分数表示,即
H 1/ 2H max / yFS 100 %
0
x
迟滞特性
式中△Hmax正反行程间输出的最大差值。迟滞误差的另一名称 叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示。检测回程误差时， 可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反
分析传感器动态特性，必须建立数学模型。线性系统的 数学模型为一常系数线性微分方程。对线性系统动态特 性的研究，主要是分析数学模型的输入量x与输出量y之 间的关系，通过对微分方程求解，得出动态性能指标。 动态特性的传递函数在线性或线性化定常系统中是指初 始条件为0时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏 变换之比。
1.7 传感器的选用原则
一、与测量条件有关的因素 测量的目的；被测试量的选择；测量范围；输入信号的幅值， 频带宽度；精度要求；测量所需要的时间。 二、与传感器有关的技术指标 精度；稳定度；响应特性；模拟量与数字量；输出幅值；对 被测物体产生的负载效应；校正周期；超标准过大的输入信号 保护。 三、与使用环境条件有关的因素 安装现场条件及情况；环境条件(湿度、温度、振动等) 信 号传输距离；所需现场提供的功率容量。 四、与购买和维修有关的因素 价格；零配件的储备；服务与维修制度，保修时间；交货日 期。
1.5 传感器的发展趋势
传感技术的发展分为两个方面：提高与改善传感器的技术 性能、寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。
一、改善传感器的性能的技术途径 1．差动技术：差动技术是传感器中普遍采用的技术。它 的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传 感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不 少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。 2．平均技术：在传感器中普遍采用平均技术可产生平均 效应，其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出 则是这些单元输出的平均值。 3．补偿与修正技术：针对传感器本身特性，针对传感器 的工作条件或外界环境补偿与修正，可以利用电子线路（硬件） 来解决，也可以采用微型计算机通过软件来实现。 4．屏蔽、隔离与干扰抑制。
传感器与检测技术基础知识
X Ax A0
测量值：由测量器具读数装置 所指示出来的被测量的数值。
【例1】
约定真值：被测 量用基准器测量
出来的值。 （真值的替身）
某采购员分别在A 、B 、C 三家商店购买 100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，发现均 缺少约0.5kg，但该采购员对C家卖牛肉干的商店
意见最大，是何原因？
（2）相对误差 —— 反映测量值的精度
①实际相对误差
A
X A0
100%
②示值相对误差
x
X Ax
100%
③满度相对误差
m
X Am
100%
仪器 满度值
当ΔX取为ΔXm时，最大满度相对误差就被用来 确定仪表的精度等级S：—— 反映仪表综合误差的 大小
S X m 100 Am
或
S X m 100 Amax Amin
1.传感器的静态特性 —— 被测量的值处于稳定
（1）线性度
状态时的输出-输入关系。
指传感器的输出与输入之间数量关系的线性 程度。
传感器的输出与输入关系：
y a0 a1x1 a2x2 anxn
如果传感器非线性的方次不高，输入量变化 范围较小，则可用一条直线（切线或割线）近似 地代表实际曲线的一段，使传感器的输出-输入特 性线性化，所采用的直线称为拟合直线。
（仪表下限刻 度值不为零时）
S X m 100 Am
若已知仪表的精度等级和量程，则最大绝对误 差为？
Xm S% Am
我国电工仪表等级分为七级，即： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级
【思考题】有一数字温度计，它的测量范围为 - 50℃ ～ + 150℃，精度为0.5级。求当示值分别为 - 20℃和 + 100℃时的绝对误差和示值相对误差。
传感器工作原理(1)
传感器工作原理(1)引言概述：传感器是现代科技中广泛应用的一种设备，它可以将各种物理量转化为电信号，从而实现对环境的监测和控制。
本文将详细介绍传感器的工作原理。
一、传感器的基本原理1.1 物理量与电信号的转换传感器的基本原理是将感知到的物理量转换为电信号。
传感器通过内部的感知元件，如光敏元件、压力传感器或温度传感器，将物理量转化为电信号。
这些电信号可以是电压、电流或电阻等形式。
1.2 传感器的灵敏度传感器的灵敏度是指传感器对物理量变化的敏感程度。
传感器的灵敏度取决于感知元件的特性以及信号转换电路的设计。
灵敏度越高，传感器对物理量变化的响应越迅速和准确。
1.3 传感器的精度和误差传感器的精度是指传感器输出值与实际值之间的差异程度。
误差是指传感器输出值与实际值之间的偏差。
传感器的精度和误差受到多种因素的影响，如传感器的质量、环境条件和使用方式等。
二、传感器的工作原理2.1 光传感器的工作原理光传感器是一种将光信号转换为电信号的传感器。
它通过感知光的强度、波长或频率等特性，将光信号转换为电信号。
光传感器通常由光敏元件和信号转换电路组成。
2.2 压力传感器的工作原理压力传感器是一种将压力信号转换为电信号的传感器。
它通过感知物体的压力变化，将压力信号转换为电信号。
压力传感器通常由弹性元件和信号转换电路组成。
2.3 温度传感器的工作原理温度传感器是一种将温度信号转换为电信号的传感器。
它通过感知物体的温度变化，将温度信号转换为电信号。
温度传感器通常由热敏元件和信号转换电路组成。
三、传感器的应用领域3.1 工业自动化传感器在工业自动化中起着至关重要的作用。
它们可以用于监测生产线上的温度、压力、湿度等参数，实现自动控制和优化生产过程。
3.2 智能家居传感器在智能家居中被广泛应用。
它们可以用于监测室内温度、湿度、光线等参数，实现智能调控和能源管理。
3.3 医疗设备传感器在医疗设备中起着重要的作用。
它们可以用于监测患者的心率、血压、体温等参数，帮助医生进行诊断和治疗。
传感器基础知识PPT课件
精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。 代表传感器测量的最大允许误差，即相对误差。
2020/5/28
.
10
4. 灵敏度：灵敏度是指传感器输出的
变化 量与引起该变化量的输入变化 量之比，如下图所示。
s y x
2020/5/28
.
11
灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
.
35
1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号
1.传感器的命名
传感器的全称应由“主题词+四级修饰语”组成，即 主题词 —— 传感器 一级修饰语 —— 被测量，包括修饰被测量的定语。 二级修饰语 —— 转换原理，一般可后缀以“式”字。 三级修饰语 —— 特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特
和快速地测得非电量的技术。
(2)非电量电测量技术优点：
测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测 量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算 机联结进行数据处理、可采用微处理器做成智能
仪表、能实现自动检测与转换等。
.
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酒精测试仪
呼气管
.
44
电子湿度计模块
封装后的外 形
.
45
1.2.2 测量方法
2020/5/28
.
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1.2. 3 检测系统
检测系统又分：开环检测系统与闭环检测系统
开环检测系统：
2020/5/28
.
48
1.2. 3 检测系统
闭环检测系统 ：
2020/5/28
.
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1.2. 4 测量误差及数据处理
《传感器原理及应用》课后答案
《传感器原理及应用》课后答案第1章传感器基础理论思考题与习题答案1.1什么是传感器？（传感器定义）解：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或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。
1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？解决方案：传感器的特性是指传感器的输入和输出之间的对应关系，因此它在检测系统中起着非常重要的作用。
一般来说，传感器的特性分为两类：静态特性和动态特性。
静态特性是指输入不随时间变化的特性。
当测量值处于稳定状态时，它表示传感器输入和输出之间的关系。
动态特性是指输入随时间变化的特性，代表传感器对随时间变化的输入的响应特性。
1.3传感器的部件是什么？解释每个部分的作用。
解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。
其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，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电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。
1.4传感器的性能参数与传感器之间的关系是什么？静态参数是什么？各种参数意味着什么义？动态参数有那些？应如何选择？解决方案：在生产过程和科学实验中，为了检测和控制各种参数，传感器需要感知被测非电量的变化，并将其无失真地转换为相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出-输入特性。
测量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、滞后和重复性。
意思被省略了（见这本书）。
动态参数包括最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。
1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mv，求其灵敏度。
u300？10? 3.60溶液：其灵敏度K？？3.x5？101.6测量系统由传感器、放大器和记录仪组成。
每个环节的灵敏度为S1=0.2mv/℃1S2=2.0v/mv，S3=5.0mm/v，计算系统的总灵敏度。
1.7某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5v减至2.5v，求该仪器的灵敏度。
第一章传感器原理与检测技术ppt课件
第1章 传感与检测技术的理念基础
测量概论
一、测量 测量是以确定被测量的值或获取测量结果
为目的的一系列操作。
由测量所获得的被测的量值叫测量结果。 测量结果可用一定的数值表示, 也可以用一条 曲线或某种图形表示。但无论其表现形式如何, 测量结果应包括两部分：比值和测量单位。 确 切地讲, 测量结果还应包括误差部分。
测量概论 二、测量方法
2、偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 电位差计式测量：
UX：传感器信号 （未知量）
UK：标准量信号 （已知量）
D： 检零计 （电压表）
平衡：UK=UX
测量概论 二、测量方法
2、偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的
传感器世界
中国传感器
第1章 传感与检测技术的理念基础 测量概论.
表征物质特性或其运动形式的参数很多，总的 可分为电量和非电量两大类，电量一般是物理 学中的电学量（电压、电流等）。非电量是指 电量之外的一些参数（压力、流量等）。
法测量; 根据被测量变化快慢可分为静态测量与 动态测量等。
测量概论 二、测量方法
1、直接测量、间接测量与组合测量
直接测量：
在使用仪表或传感器进行测量时, 对仪表读 数不需要经过任何运算就能直接表示测量 所需要的结果的测量方法称为直接测量。
例如,用磁电式电流表测量电路的某一支路 电流, 用弹簧管压力表测量压力等, 都属于 直接测量。直接测量的优点是测量过程简 单而又迅速, 缺点是测量精度不高
《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 142 140 2kPa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。
1.2传感器分类性能指标概述
第1章 传感器理论基础
2．传感器的分类 按工作原理分类：可分为电参数式 (电阻式传感器、电 感式传感器、电阻式传感器、压电式传感器、光电式传 感器、热电式传感器等、霍尔式传感器等。 优点：对传感器的工作原理表达的比较清楚，有利于专 业人员对传感器进行深入的研究。 缺点：另对传感器不够了解的人感到迷惑，使用不便。
第二课 传感器的性能指标
第1章 传感器理论基础
传感器标准定义：国家标准GB7665-2005 《传 感器通用术语》中，对传感器下的定义是：“能感 受（或响应）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。 传感器的作用：测量 有一定关系的电量。 非电学量，并转化成与其
第1章 传感器理论基础
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标
误差与准确度等级
1.绝对误差Δx； 相对误差：2.实际相对误差γA；
3.示值相对误差γx； 4.满度相对误差γm；
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标 误差于准确度等级
1.绝对误差Δx 绝对误差指测量值x与真实值A0之间的 差值，用公式表示为： Δx= x- A0
第1章 传感器理论基础
4) 灵敏度 灵敏度是指传感器输出增量 与输入增量比值，即
y k x
传感器的灵敏度
第1章 传感器理论基础
5) 分辨力和阈值
分辨力 传感器能检测到输入量最小变化量Δxmin的能力。
除以慢量程输入值后 以 百分数表示就变成了
当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。 阈值 是指能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输 入量值，即零点附近的分辨力。
8) 漂移 指：由于传感器内部因素或 外界的干扰，传感器输出量发 生与输入量无关的变化。 漂移包括：零点漂移和灵敏 度漂移等。 传感器的漂移
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第一节 传感器基础理论
一、传感器概述
生物传感器与机器传感器的性能对应关系
定性
生物通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感 受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。
定量
机械传感器相当于人的感官，称“电五官”，外界 信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号， 微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器， 执行器对外界对象进行控制。
装有温湿度探头的粮仓示意图
探 头
通 风 口
通 风 口
通 风 口
例2：感温、 感烟火灾报警器
其监控系统组成框图如图2:
探头11
探头12
集 控 器
1
中 央 监 控
探头1N
图1 监控系统组成框图
可在每一房间安放一对感温、感烟探头（智能传感 器），它们输出温度、浓度信号通过串行通讯线送 入由微机组成的检测系统（集控器）；
实际上传感器的静态特性要包括非线性和随机性等因素， 如果把这些因素都引入微分方程．将使问题复杂化。为 避免这种情况，总是把静态特性和动态特性分开考虑。
传感器除了描述输出输入关系的特性之外，还有与使用 条件、使用环境、使用要求等有关的特性。
传感器的输出与输入具有确定的对应关系最好呈线性关 系。但一般情况下，输出输入不会符合所要求的线性关 系，同时由于存在迟滞、蠕变、摩擦、间隙和松动等各 种因素以及外界条件的影响，使输出输入对应关系的唯 一确定性也不能实现。考虑了这些情况之后，传感器的 输出输入作用图大致如图所示。
集控器负责信号汇总，汇总各房间的温度和浓度信 号，并监控各房间温度、烟浓度是否异常，如异常， 声光报警并打开喷淋设备灭火，一层一台。
各层集控器通过CAN总线、M-BUS总线等现场总线 将温度、浓度等信号送入中央监控计算机。值班人 员在电脑屏幕上直观监视各房间情况（温度、烟雾 浓度）。房间、楼道装配摄像头，还可通过电视屏 幕查看房间、楼道情况。可看出没有感温、感烟传 感器，就像人缺少感官，系统无法工作。
人与机器的机能对应关系图
感官
人脑
肢体
外
界
对
象
传感器
微机
执行器
例1 粮仓温度、湿度检测
无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮 食都是分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为 此，需在各层安放温湿度传感器进行检测。装有 温湿度探头的粮仓示意图如下。
将各层探头输出接至温湿度巡检仪上，通过 巡检仪监视器监视各点温湿度情况。通过通风口 保持温湿度在要求范围内。
磁、气、力 敏传感器
传感器的作用
美国军用机械狗
课程主要内容
电感传感器 应变传感器
电容传感器
压电传感器 其他传感器
光电传感器
多传感器融合
温度传感器 磁敏传感器
概述
理论基础 定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性
检测电路 现代检测系统
传感器原理 具体应用
参考网站及相关书籍
[1]传感器课程 [2]仪表技术与传感器 [3]传感器世界 [4]中国传感器 [5]传感器技术 [6]《传感器原理与传感器技术》
传感器原理及传感器技术
Sensor Principle & Sensor Technology
兰州交通大学
引言
认识传感器
电阻 式远 传压 力表
感应式 流量表
称重 传感器
CCD 传感 器
质子旋进式 磁敏传感器
压阻式液位 传感器
温度传感器
光敏传感器
风力参数 传感器
地震检波器
反射式光 敏传感器
超声 传感器
温度传感器 压力传感器 位移传感器等
2、按工作原理分类
应变式传感器 电容传感器 压电式传感 器等
本课程按传感器的工作原理对传感器进
行介绍的。
3、根据输入物理量（用途）分类
同一被测物理量可用不同种传感器测量。这样分 类目的是使读者（工程技术人员）有针对性地查 阅所需的传感器。一般工程书籍及参考书、手册 按此类方法分类。
静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示被 测量各个值处于稳定状态下的输入与输出的关系。
动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感 器对随时间变化的输入量的响应特性。
传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上， 将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得 到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态特性 的一个特例。
4、按输出信号的性质分类
模拟式传感器、数字式传感器。
发展趋势
1、努力实现传感器新特性 2、确保传感器的可靠性，延长其使用寿命 3、提高传感器集成化及智能化的程度 4、传感器微型化 5、新型功能材料开发 6、发展仿生物传感器 7、多传感器信息融合
二、传感器基本特性
传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
传感器应用场合（领域）不同，又被称为敏感元 件、检测器、转换器等。
电子技术领域：敏感元件。
过程控制领域：变送器。（标准化的传感器）
射线检测领域：发送器、接收器、探头。
2、组成
被测量
敏 感 元件
转 换 元件
信 号 调理 转 换 电路
辅 助 电源
传感器组成框图P来自膜盒S 差动电感 L 电桥电路 U0
气体压力传感器组成框图
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测 量的部分。 转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或者 响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号 的部分。
A
T
B
热电偶
hf
mV T0
I G
光电池
f Q+ + + + +
–––––
压电传感器
R
R
U0
RT
R0
Ui 热敏电阻传感器
（二）传感器分类及发展趋势
分类 1、按被测参数分类
1、定义 （Sensor） 能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用 输出信号的器件或装置。（GB7665—87） 它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。 输入量是物理量、化学量和生物量。 输出量主要是电量。（电量最便于传输、转换、 处理及显示）
结论
传感器作为整个检测系统的前哨，它提取信息 的准确与否直接决定着整个检测系统的精度。
一个国家的现代化水平是用其自动化水平来衡 量的。而自动化水平是用自动化设备的先进程度来 衡量的。信息化技术包括传感器技术、通讯技术和 计算机技术。传感器技术列为信息技术之首，由此 可见一斑。
（一）传感器的定义及组成
例3：热轧带钢表面温度检测
用辐射温度计测量热轧带钢表面温度的方法巳被广 泛采用。从加热炉出来的钢坯最后到卷取机之前的整 个轧制线上，如加热炉出口、粗轧机的入口和出口、 精轧机的入口和出口以及在卷取机之前都设有辐射温 度计，用以测量各阶段带钢的表面温度。并用此温度 信号来控制轧制速度、轧辊压下力和冷却水流量等。