第一篇：傳感器原理與應(yīng)用作業(yè)參考答案

《傳感器原理與應(yīng)用》作業(yè)參考答案

作業(yè)一

1.傳感器有哪些組成部分？在檢測過程中各起什么作用？

答：傳感器通常由敏感元件、傳感元件及測量轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

各部分在檢測過程中所起作用是：敏感元件是在傳感器中直接感受被測量，并輸出與被測量成一定聯(lián)系的另一物理量的元件，如電阻式傳感器中的彈性敏感元件可將力轉(zhuǎn)換為位移。傳感元件是能將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電參量的元件，如應(yīng)變片可將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻量。測量轉(zhuǎn)換電路可將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電量信號。

2.傳感器有哪些分類方法？各有哪些傳感器？

答：按工作原理分有參量傳感器、發(fā)電傳感器、數(shù)字傳感器和特殊傳感器；按被測量性質(zhì)分有機(jī)械量傳感器、熱工量傳感器、成分量傳感器、狀態(tài)量傳感器、探傷傳感器等；按輸出量形類分有模擬式、數(shù)字式和開關(guān)式；按傳感器的結(jié)構(gòu)分有直接式傳感器、差分式傳感器和補(bǔ)償式傳感器。

3.測量誤差是如何分類的？

答：按表示方法分有絕對誤差和相對誤差；按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分有系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差按誤差來源分有工具誤差和方法誤差按被測量隨時間變化的速度分有靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差按使用條件分有基本誤差和附加誤差按誤差與被測量的關(guān)系分有定值誤差和積累誤差。

4.彈性敏感元件在傳感器中起什么作用？

答：彈性敏感元件在傳感器技術(shù)中占有很重要的地位，是檢測系統(tǒng)的基本元件，它能直接感受被測物理量（如力、位移、速度、壓力等）的變化，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為本身的應(yīng)變或位移，然后再由各種不同形式的傳感元件將這些量變換成電量。

5.彈性敏感元件有哪幾種基本形式？各有什么用途和特點？

答：彈性敏感元件形式上基本分成兩大類，即將力變換成應(yīng)變或位移的變換力的彈性敏感元件和將壓力變換成應(yīng)變或位移的變換壓力的彈性敏感元件。

變換力的彈性敏感元件通常有等截面軸、環(huán)狀彈性敏感元件、懸臂梁和扭轉(zhuǎn)軸等。實心等截面軸在力的作用下其位移很小，因此常用它的應(yīng)變作為輸出量。它的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、測量范圍寬、可承受極大的載荷、缺點是靈敏度低?？招膱A柱體的靈敏度相對實心軸要高許多，在同樣的截面積下，軸的直徑可加大數(shù)倍，這樣可提高軸的抗彎能力，但其過載能力相對弱，載荷較大時會產(chǎn)生較明顯的桶形形變，使輸出應(yīng)變復(fù)雜而影響精度。環(huán)狀敏感元件一般為等截面圓環(huán)結(jié)構(gòu)，圓環(huán)受力后容易變形，所以它的靈敏度較高，多用于測量較小的力，缺點是圓環(huán)加工困難，環(huán)的各個部位的應(yīng)變及應(yīng)力都不相等。懸臂梁的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，輸出位移(或應(yīng)變)大，靈敏度高，所以常用于較小力的測量。扭轉(zhuǎn)軸式彈性敏感元件用于測量力矩和轉(zhuǎn)矩。

變換壓力的彈性敏感元件通常有彈簧管、波紋管、等截面薄板、波紋膜片和膜盒、薄壁圓筒和薄壁半球等。彈簧管可以把壓力變換成位移，且彈簧管的自由端的位移量、中心角的變化量與壓力p成正比，其剛度較大，靈敏度較小，但過載能力強(qiáng)，常用于測量較大壓力。波紋管的線性特性易被破壞，因此它主要用于測量較小壓力或壓差測量中。

作業(yè)二

1.何謂電阻式傳感器？它主要分成哪幾種？

答：電阻式傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成電阻值，再經(jīng)相應(yīng)測量電路處理后，在顯示器記錄儀上顯示或記 錄被測量的變化狀態(tài)的一種傳感器。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏電阻、氣敏電阻及濕敏電阻等電阻式傳感器。

2.什么是電阻應(yīng)變效應(yīng)？

答：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）時，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，這種現(xiàn)象即為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

3.試比較金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點。

答：金屬絲式應(yīng)變片的蠕變較大，金屬絲易脫膠，但其價格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的一次性試驗。

半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料作敏感柵而制成的。當(dāng)它受力時，電阻率隨應(yīng)力的變化而變化。它的主要優(yōu)點是靈敏度高（靈敏度比絲式、箔式大幾十倍），橫向效應(yīng)小。主要缺點是靈敏度的熱穩(wěn)定性差、電阻與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重。在使用時，需采用溫度補(bǔ)償及非線性補(bǔ)償?shù)却胧?/p>

4.熱電阻傳感器有哪幾種？各有何特點及用途？

答：熱電阻可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩類。前者稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻。以熱電阻或熱敏電阻為主要器件制成的傳感器稱為熱電阻傳感器或熱敏電阻傳感器。

熱電阻傳感器主要是利用電阻隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度的。其主要優(yōu)點是：測量精度高；有較大的測量范圍，尤其在低溫方面；易于使用在自動測量和遠(yuǎn)距離測量中。熱電阻傳感器之所以有較高的測量精度，主要是一些材料的電阻溫度特性穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好。

熱敏電阻按其對溫度的不同反應(yīng)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）三類，CTR一般也是負(fù)溫度系數(shù)，但與NTC不同的是，在某一溫度范圍內(nèi)，電阻值會發(fā)生急劇變化。這三類熱敏電阻的電阻率ρ與溫度t之間的相互關(guān)系均為非線性。NTC熱敏電阻主要用于溫度測量和補(bǔ)償，測溫范圍一般為-50~350℃，也可用于低溫測量（-130℃~0℃）、中溫測量（150℃~750℃），甚至更高溫度，測量溫度范圍根據(jù)制造時的材料不同而不同。PTC熱敏電阻既可作為溫度敏感元件，又可在電子線路中起限流、保護(hù)作用。CTR熱敏電阻主要用作溫度開關(guān)。

5.簡要說明氣敏、濕敏電阻傳感器的工作原理，并舉例說明其用途。

答：氣敏傳感器，是利用半導(dǎo)體氣敏元件同被測氣體接觸后，造成半導(dǎo)體性質(zhì)的變化，以此來檢測待定氣體的成分或濃度的傳感器的總稱。實際測量時，可用氣敏傳感器把各種氣體的成分或濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻、電壓或電流的變化量，并通過相應(yīng)測量電路在終端儀器上顯示。它的傳感元件是氣敏電阻，這是一種用金屬氧化物（如氧化錫SnO2、氧化鋅ZnO或Fe2O3等）的粉末材料并添加小量催化劑及添加劑，按一定配比燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。氣敏傳感器可測量還原性氣體和測量氧氣濃度的兩大類，例如石油蒸汽、酒精蒸汽、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。

濕敏電阻傳感器是利用材料的電氣性能或機(jī)械性能隨濕度而變化的原理制成的。它能把濕度的變化轉(zhuǎn)化成電阻的變化，它的傳感元件是濕敏電阻。濕敏電阻傳感器的應(yīng)用很廣，例如，大規(guī)模集成電路生產(chǎn)車間，當(dāng)其相對濕度低于30%RH時，容易產(chǎn)生靜電而影響生產(chǎn)；一些粉塵大的車間，當(dāng)濕度小而產(chǎn)生靜電時，容易產(chǎn)生爆炸；許多儲物倉庫(如存放煙草、茶葉和中藥材等)在濕度超過某一程度時，物品易發(fā)生變質(zhì)或霉變現(xiàn)象；居室的濕度希望適中；而紡織廠要求車間的濕度保持在60%RH~75%RH；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室育苗、食用菌培養(yǎng)、水果保鮮等都需要對濕度進(jìn)行檢測和控制。

作業(yè)三

1.電感式傳感器的工作原理是什么？能夠測量哪些物理量？

答：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈的電感（或互感）變化的一 種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。利用電感式傳感器可以把連續(xù)變化的線位移或角位移轉(zhuǎn)換成線圈的自感或互感的連續(xù)變化，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換電路再變成電壓或電流信號以供顯示。它除了可以對直線位移或角位移進(jìn)行直接測量外，還可以通過一定的感受機(jī)構(gòu)對一些能夠轉(zhuǎn)換成位移量的其他非電量，如振動、壓力、應(yīng)變、流量等進(jìn)行檢測。

2.變氣隙式傳感器主要由哪幾部分組成？有什么特點？

答：變氣隙式自感式傳感器由鐵心線圈、銜鐵、測桿及彈簧等組成。變氣隙式傳感器的線性度差、示值范圍窄、自由行程小，但在小位移下靈敏度很高，常用于小位移的測量。

3.概述電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。

答：成塊的金屬物體置于變化著的磁場中，或者在磁場中運(yùn)動時，在金屬導(dǎo)體中會感應(yīng)出一圈圈自相閉合的電流，稱為電渦流。電渦流式傳感器是一個繞在骨架上的導(dǎo)線所構(gòu)成的空心繞組，它與正弦交流電源接通，通過繞組的電流會在繞組周圍空間產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)導(dǎo)電的金屬靠近這個繞組時，金屬導(dǎo)體中便會產(chǎn)生電渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、磁導(dǎo)率、厚度、繞組與金屬導(dǎo)體的距離，以及繞組勵磁電流的角頻率等參數(shù)有關(guān)。如果固定其中某些參數(shù)不變，就能由電渦流的大小測量出另外一些參數(shù)。由電渦流所造成的能量損耗將使繞組電阻有功分量增加，由電渦流產(chǎn)生反磁場的去磁作用將使繞組電感量減小，從而引起繞組等效阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)Q值的變化。所以凡是能引起電渦流變化的非電量，例如金屬的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、繞組與導(dǎo)體的距離等，均可通過測量繞組的等效電阻R、等效電感L、等效阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)Q來測量。這便是電渦流式傳感器的工作原理。電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要是一個繞制在框架上的繞組，目前使用比較普遍的是矩形截面的扁平繞組。

作業(yè)四

1.電容式傳感器有什么主要特點？可用于哪些方面的檢測？（P55）

答：電容式傳感器具有以下特點：功率小，阻抗高，由于電容式傳感器中帶電極板之間的靜電引力很小，因此，在信號檢測過程中，只需要施加較小的作用力，就可以獲得較大的電容變化量及高阻抗的輸出；動態(tài)特性良好，具有較高的固有頻率和良好的動態(tài)響應(yīng)特性；本身的發(fā)熱對傳感器的影響實際上可以不加考慮；可獲取比較大的相對變化量；能在比較惡劣的環(huán)境條件下工作；可進(jìn)行非接觸測量；結(jié)構(gòu)簡單、易于制造；輸出阻抗較高，負(fù)載能力較差；寄生電容影響較大；輸出為非線性。

電容式傳感器可用于直線位移、角位移、尺寸、液體液位、材料厚度的測量。

2.根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為哪幾種類型？各自用途是什么？

答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，電容式傳感器有三種基本類型，即變極距(d)型（又稱變間隙型）、變面積(A)型和變介電常數(shù)(ε)型。變間隙型可測量位移，變面積型可測量直線位移、角位移、尺寸，變介電常數(shù)型可測量液體液位、材料厚度。

作業(yè)五

1.什么叫順壓電效應(yīng)？什么叫逆壓電效應(yīng)？常用壓電材料有那幾種？（P66-67）

答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向上受到外力的作用而變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的現(xiàn)象，稱為“順壓電效應(yīng)”。反之，在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電場或電壓，它會產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場時，電介質(zhì)變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”。應(yīng)用于壓電式傳感器中的壓電材料通常有三類：一類是壓電晶體，它是單晶體，如石英晶體、酒石酸鉀 鈉等；另一類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷，它是人工合成的多晶體，如鈦酸鋇等；第三類是有機(jī)壓電材料，是新型的壓電材料，如聚偏二氟乙烯等。

作業(yè)六

1.試分析霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的原因?；魻栯妱觿莸拇笮?、方向與哪些因素有關(guān)？

答：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流通過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。如將N型半導(dǎo)體薄片,垂直置于磁場中。在薄片左右兩端通以電流，這時半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流相反的方向運(yùn)動。由于外磁場的作用，電子將受到磁場力（洛侖茲力）的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上積累了電子而帶負(fù)電，前端面則因缺少電子而帶正電，從而在前后端面間形成電場。該電場產(chǎn)生的電場力也將作用于半導(dǎo)體中的載流子，電場力方向和磁場力方向正好相反，當(dāng)與大小相等時，電子積累達(dá)到動態(tài)平衡。這時，在半導(dǎo)體前后兩端面之間建立的電動勢就稱為霍爾電動勢。

霍爾電動勢的大小正比于激勵電流I與磁感應(yīng)強(qiáng)度B，且當(dāng)I或B的方向改變時，霍爾電動勢的方向也隨著改變，但當(dāng)I和B的方向同時改變時霍爾電動勢極性不變。

作業(yè)七

1.什么是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)？試說明熱電偶的測溫原理。

答：將兩種不同的導(dǎo)體連成閉合回路，當(dāng)兩個接點處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象為熱電效應(yīng)。

兩種不同材料構(gòu)成的熱電變換元件稱為熱電偶，導(dǎo)體稱為熱電極，通常把兩熱電極的一個端點固定焊接，用于對被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，這一接點稱為測量端或工作端，俗稱熱端；兩熱電極另一接點處通常保持為某一恒定溫度或室溫，稱冷端。熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢由溫差電勢和接觸電勢兩種電勢組成。熱電偶接觸電勢是指兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，在熱電極接點接觸面處產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象；擴(kuò)散的結(jié)果，接觸面上逐漸形成靜電場。該靜電場具有阻礙原擴(kuò)散繼續(xù)進(jìn)行的作用，當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時，在熱電極接點處便產(chǎn)生一個穩(wěn)定電勢差，稱為接觸電勢。其數(shù)值取決于熱電偶兩熱電極的材料和接觸點的溫度，接點溫度越高，接觸電勢越大。

作業(yè)八

1.光電效應(yīng)有哪幾種類型？與之對應(yīng)的光電元件各有哪些？簡述各光電元件的優(yōu)缺點。

答：光電效應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生結(jié)果的不同，通?？煞譃橥夤怆娦?yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種類型。

光電管和光電流倍增管是屬于外光電效應(yīng)的典型光電元件。光電倍增管的優(yōu)點是靈敏度高，比光電管高出幾萬倍以上，輸出線性度好，頻率特性好；缺點是體積大、易破碎，工作電壓高達(dá)上千伏，使用不方便。因此它一般用于微光測量和要求反應(yīng)速度很快的場合。

基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管。光敏電阻具有很高的靈敏度，光譜響應(yīng)的范圍可以從紫外線區(qū)域到紅外線區(qū)域，而且體積小，性能穩(wěn)定，價格較低，所以被廣泛應(yīng)用在自動監(jiān)測系統(tǒng)中。在使用光敏電阻時，光電流并不是隨光強(qiáng)改變而立刻做出相應(yīng)的變化，而是具有一定的滯后，這也是光敏電阻的缺點之一。光敏三極管的靈敏度比二極管高，但頻率特性較差，暗電流較大。光敏晶閘管輸出功率比它們都大，主要用于光控開關(guān)電路及光耦合器中。

基于光生伏特效應(yīng)的光電元件主要是光電池。應(yīng)用最廣泛的是硅光電池，它具有性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，頻率特性好，傳遞效率高、能耐高溫輻射等優(yōu)點。2.光電傳感器有哪幾種類型？

答：因光源對光電元件作用方式不同而確定的光學(xué)裝置是多種多樣的，按其輸出量信號可分為開關(guān)型和模擬型。模擬型光電式傳感器被測物、光源、光電元件三者的關(guān)系，可以分為四種類型。（1）光源本身是被測物，被測物發(fā)出的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光源的某些物理參數(shù)。

（2）恒光源發(fā)射的光通量穿過被測物，部分被吸收后到達(dá)光電元件上，吸收量決定于被測物的某些參數(shù)。

（3）恒光源發(fā)出的光通量投射到被測物上，然后被反射到光電元件上，光電元件的輸出反映了被測物的某些參數(shù)。

（4）恒光源發(fā)出的光通量在到達(dá)光電元件的途中遇到被測物，被遮擋了一部分，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸。開關(guān)型光電式傳感器把被測量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的光電流，而輸出為開關(guān)量或數(shù)字的電信號。這一類型主要用于轉(zhuǎn)速測量、模擬開關(guān)、位置開關(guān)等。

作業(yè)九

1.光柵的莫爾條紋有哪幾個特性？莫爾條紋是怎么產(chǎn)生的？ 答：莫爾條紋具有以下特性：

（1）放大作用，莫爾條紋的間距是放大了的光柵柵距，光柵柵距很小，肉眼看不清楚，而莫爾條紋卻清晰可見。

（2）對應(yīng)關(guān)系，兩塊光柵沿柵線垂直方向作相對移動時，莫爾條紋通過光柵外狹縫板S到固定點（光電元件安裝點）的數(shù)量正好和光柵所移動的柵線數(shù)量相等。光柵作反向移動時，莫爾條紋移動方向也隨之改變。

（3）平均效應(yīng)，通過莫爾條紋所獲得的精度可以比光柵本身刻線的刻劃精度還要高。

把兩塊柵距相同的光柵刻線面相對重合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線之間形成一個很小的夾角，然后將這對光柵放置在光路中，在兩塊光柵的柵線重合處，因有光從縫隙透過形成亮帶，在兩光柵柵線彼此錯開處，由于光線被遮擋而形成暗帶，這種比光柵柵距寬得多的由亮帶和暗帶形成的明、暗相間的條紋稱為莫爾條紋。

2.感應(yīng)同步器有哪幾種？直線感應(yīng)同步器主要由哪幾部分組成？

答：感應(yīng)同步器按其用途不同，可分為測量直線位移的直線感應(yīng)同步器和測量角位移的圓感應(yīng)同步器兩大類。直線感應(yīng)同步器由定尺與滑尺組成。在定尺和滑尺上制作有印刷電路繞組，定尺上是連續(xù)繞組，節(jié)距(周期)W為2mm；滑尺上的繞組分兩組，在空間差90°相角(即1／4節(jié)距)，分別稱正弦和余弦繞組，兩組節(jié)距相等，W1為1.5mm。定尺一般安裝在設(shè)備的固定部件上(如機(jī)床床身)，滑尺則安裝在移動部件上。

作業(yè)十

1.分析超聲波汽車倒車防撞裝置的工作原理。

答：把約40kHz的超聲波脈沖從汽車后面發(fā)射出去，根據(jù)超聲波碰到障礙物后的返回時間換算成距離，便可檢測障礙物的位置，通過指示燈或蜂鳴器告知駕駛員。

作業(yè)十一

1.抑制干擾有哪些基本措施？

答：第一，消除或抑制干擾源。消除干擾源是積極主動的措施，繼電器、接觸器和斷路器等的電觸點，在通斷電時的電火花是較強(qiáng)的干擾源，可以采取觸點消弧電容等。接插件接觸不良，電路接頭松 脫、虛焊等也是造成干擾的原因，對于這類可以消除的干擾源要盡可能消除。對難于消除或不能消除的干擾源，例如，某些自然現(xiàn)象的干擾、鄰近工廠的用電設(shè)備的干擾等，就必須采取防護(hù)措施來抑制干擾源。

第二，破壞干擾途徑。

（1）對于以“路”的形式侵入的干擾，可以采取提高絕緣性能的辦法來抑制漏電流干擾；采用隔離變壓器、光電耦合器等切斷地環(huán)路干擾途徑，引用濾波器、扼流圈等技術(shù)，將干擾信號除去；改變接地形式以消除共阻抗耦合干擾等；對于數(shù)字信號可采用整形、限幅等信號處理方法切斷干擾途徑。

（2）對于以“場”的形式侵入的干擾，一般采取各種屏蔽措施。

第三，削弱接收電路對干擾信號的敏感性。從前面分析知，高輸入阻抗電路比低輸入阻抗電路易受干擾；布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的電子裝置更易受外來干擾；模擬電路比數(shù)字電路的抗 干擾能力差。由此可見，電路設(shè)計、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等都與干擾的形成有著密切關(guān)系。因此，系統(tǒng)布局應(yīng)合理，且設(shè)計電路時應(yīng)采用對干擾信號敏感性差的電路。

作業(yè)十二

1.什么叫可靠性?什么叫可靠度？提高可靠性有哪些措施？

答：可靠性是體現(xiàn)產(chǎn)品耐用和可靠程度的一種性能?？煽啃杂酶怕时硎緯r稱為可靠度。它的定義是：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。

提高可靠性的措施有：利用元件本身產(chǎn)生故障的規(guī)律來提高可靠性，采用重復(fù)備用系統(tǒng)來提高可靠性，還可通過采用可靠性更高的元器件代替原系統(tǒng)中故障率較大的元器件，提高工藝質(zhì)量，如加工質(zhì)量、焊點質(zhì)量，提高文明生產(chǎn)水平和清潔度等，來提高可靠性。

2.傳感器的選擇應(yīng)注意哪些問題？一般原則是什么？ 答：選擇傳感器時應(yīng)注意：

（1）與測量條件有關(guān)的因素，與測量條件有關(guān)的因素有測量的目的、被測量的選擇、測量范圍、輸入信號的幅值、頻帶寬度、精度要求以及測量所需要的時間。

（2）與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)有精度、穩(wěn)定度、響應(yīng)特性、模擬量與數(shù)字量、輸出幅值、對被測物體產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)、校正周期以及超標(biāo)準(zhǔn)過大的輸入信號保護(hù)。（3）與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素，與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素有：安裝現(xiàn)場條件及情況、環(huán)境條件(濕度、溫度、振動等)、信號傳輸距離以及所需現(xiàn)場提供的功率容量。

（4）與購買和維修有關(guān)的因素，與購買和維修有關(guān)的因素有：價格、零配件的儲備、服務(wù)與維修制度、保修時間以及交貨日期。

傳感器選擇的一般原則：借助于傳感器分類表按被測量的性質(zhì)，從典型應(yīng)用中可以初步確定幾種可供選用的傳感器類別；借助于幾種常用傳感器比較，按被檢測量的檢測范圍，精度要求，環(huán)境要求等確定傳感器的結(jié)構(gòu)形式和傳感器的最后類別；借助于傳感器的產(chǎn)品目錄選型樣本，最后查出傳感器的規(guī)格型號和性能、尺寸。

第二篇：傳感器原理與應(yīng)用

傳感器原理與應(yīng)用（專業(yè)限選課）

Principle and Application of Sensor

【課程編號】XZ260111

【學(xué)分?jǐn)?shù)】2

【學(xué)時數(shù)】24+6+9（實驗課時）【課程類別】專業(yè)限選 【編寫日期】2010.3.30 【先修課程】電路分析、模電、數(shù)電

【適用專業(yè)】電子信息工程類

一、教學(xué)目的、任務(wù)

《傳感器原理和應(yīng)用》是電子及自動化專業(yè)的一門專業(yè)課。它有較強(qiáng)的實際應(yīng)用價值。通過學(xué)習(xí)本課程使學(xué)生掌握各類傳感器的基本原理、主要性能及其結(jié)構(gòu)特點；能合理地選擇和使用傳感器； 掌握常用傳感器的工程設(shè)計方法和實驗研究方法；了解傳感器的發(fā)展動向。

二、課程教學(xué)的基本要求

現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱是傳感器技術(shù)﹑通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。在機(jī)械工程中,傳感器對于機(jī)械電子、測量、控制、計量等領(lǐng)域都是必不可少的獲取信息的關(guān)鍵部件。

鑒于上述認(rèn)識并考慮學(xué)科特色,在本課程有限學(xué)時內(nèi),要求學(xué)生重點掌握下列幾方面的知識：⑴傳感器的基本概念﹑術(shù)語和特性；⑵常用傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；⑶傳感器測量電路；⑷傳感器的典型應(yīng)用。

三、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配

第1章 傳感與檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)自學(xué)

主要內(nèi)容：

1.1測量概論

1.2測量數(shù)據(jù)的估計和處理

教學(xué)要求：

了解測量的基本概念，測量系統(tǒng)的特性，測量誤差及數(shù)據(jù)處理的各種方法。

第2章 傳感器概述2學(xué)時

2.1傳感器的組成與分類

2.2傳感器的基本特性

教學(xué)要求：

熟悉傳感器的輸出--輸入特性與內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的外部特性，掌握其靜態(tài)特性，動態(tài)特性的分析方法。

第3章 應(yīng)變式傳感器4學(xué)時

主要內(nèi)容：

3.1 工作原理

3.2 應(yīng)變片的種類、材料及粘貼

3.3 電阻應(yīng)變片的特性

3.4 電阻應(yīng)變片的測量電路

3.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

熟悉應(yīng)變片傳感器的工作原理及外部特性，了解其應(yīng)用范圍，掌握測量電路的分析方法。其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實驗一應(yīng)變片性能測試實驗3學(xué)時

實驗性質(zhì)：驗證性實驗

實驗內(nèi)容：金屬箔式應(yīng)變片性能——單臂電橋、半橋和全橋。

實驗?zāi)康呐c要求：掌握使用金屬箔式應(yīng)變片組成單臂電橋、半橋和全橋的方法，了解在不同電路

形式時電路的輸出特性。

注意要點：確保接線正確，電源電壓不能用錯。

第4章 電感式傳感器3 學(xué)時

主要內(nèi)容：

4.1自感式電感傳感器

4.2差動變壓器式傳感器

4.3電渦流式傳感器

教學(xué)要求：

了解電感式傳感器的應(yīng)用范圍，工作特點，掌握其組成的各種測量電路的分析方法及組成特點。其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實驗二電渦流式傳感器的靜態(tài)位移性能3學(xué)時

實驗性質(zhì)：設(shè)計性實驗

實驗內(nèi)容：電渦流式傳感器的工作原理和工作情況，動手自制一個渦流探頭，利用實驗室放大器

及振蕩器對不同被測材料（即混料）進(jìn)行分選。

實驗?zāi)康呐c要求：研究電渦流傳感器特性，被測材料（物質(zhì)）對傳感器的特性的影響以及電渦流

傳感器的應(yīng)用。

注意要點：確保接線正確，激勵、響應(yīng)線圈不能用錯。

第5章電容式傳感器3 學(xué)時

主要內(nèi)容：

5.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)

5.2電容式傳感器的靈敏度及非線性

5.3電容式傳感器的等效電路

5.4電容式傳感器的測量電路

5.5電容式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

熟悉電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)，掌握其在非電量測量與自動檢測中的應(yīng)用。

其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實驗三 變面積式電容傳感器的性能1學(xué)時

實驗性質(zhì)：驗證性實驗

實驗內(nèi)容：變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況。

實驗?zāi)康呐c要求：熟悉變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況；研究差動式電容傳感器特性。注意要點：確保接線正確，電源電壓不能用錯。

第6章 壓電式傳感器3 學(xué)時

主要內(nèi)容：

6.1壓電效應(yīng)及壓電材料

6.2 壓電式傳感器測量電路

6.3 壓電式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解壓電式傳感器具有的特點及其應(yīng)用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應(yīng)用。

第7章 磁電式傳感器4學(xué)時

主要內(nèi)容：

7.1磁電感應(yīng)式傳感器

7.2 霍爾式傳感器

教學(xué)要求：

掌握磁電式傳感器的各種不同類型及應(yīng)用范圍。

其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實驗四 霍爾傳感器特性研究及應(yīng)用2學(xué)時

實驗性質(zhì)：驗證性實驗

實驗內(nèi)容：霍爾傳感器在交、直流信號激勵下的特性。

實驗?zāi)康呐c要求：了解霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理；實驗研究霍爾傳感器在交、直流信號激勵

下的特性；掌握霍爾傳感器測量振幅和稱重應(yīng)用的實驗方法。

注意要點：確保接線正確，電源電壓不能超出規(guī)定值。

第8章 光電式傳感器3 學(xué)時

主要內(nèi)容：

8.1光電器件

8.2光纖傳感器

教學(xué)要求：

熟悉典型的光電器件的特性和應(yīng)用，了解光纖傳感器及其技術(shù)發(fā)展方向，掌握紅外傳感器的應(yīng)用。

第9章 半導(dǎo)體傳感器2學(xué)時

主要內(nèi)容：

9.1半導(dǎo)體氣敏傳感器

9.2濕敏傳感器

9.3色敏傳感器

9.4半導(dǎo)體式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解以半導(dǎo)體材料組成的各種傳感器及其它們的工作原理，掌握氣敏、濕敏、色敏傳感器在測量電路中的應(yīng)用及其電路分析。

第10章 超聲波傳感器2學(xué)時

主要內(nèi)容：

10.1超聲波及其物理性質(zhì)

10.2超聲波傳感器

10.3超聲波傳感器應(yīng)用用

教學(xué)要求：

熟悉超聲波傳感器的工作原理及其物理性質(zhì)，掌握超聲波傳感器的應(yīng)用。

第11章 微波傳感器1學(xué)時

主要內(nèi)容：

11.1微波概述

11.2微波傳感器的原理和組成11．3微波傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解壓電式傳感器具有的特點及其應(yīng)用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應(yīng)用。

第12章 輻射式傳感器1 學(xué)時

主要內(nèi)容：

12.1紅外傳感器

12.2核輻射傳感器

教學(xué)要求：

了解輻射式傳感器的特性及應(yīng)用。

第13章 數(shù)字式傳感器自學(xué)

主要內(nèi)容：

13.1光柵傳感器

13.2編碼器

13.3感應(yīng)同步器

教學(xué)要求：

了解數(shù)字式傳感器的特點及應(yīng)用。

第14章 智能式傳感器自學(xué)

主要內(nèi)容：

14.1概述

14.2傳感器的智能化

14.3集成智能傳感器

教學(xué)要求：

了解集成智能感器的特性及應(yīng)用。

第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用4學(xué)時

主要內(nèi)容：

15.1溫度測量

15.2壓力測量

15.3流量測量

15.4物位測量

教學(xué)要求：

了解熱電偶的結(jié)構(gòu)和原理、熱電效應(yīng)的構(gòu)成成份。掌握熱電偶的基本定律、冷端補(bǔ)償方法、測量計算方法。了解熱電阻的工作原理、結(jié)構(gòu)，掌握應(yīng)用方法。了解傳感器在工程檢測中的作用及其應(yīng)用。

四、教學(xué)重點、難點及教學(xué)方法

重點：各種常見的、應(yīng)用廣泛的傳感器的基本原理、基本特性、轉(zhuǎn)換電路以及工程應(yīng)用，及分析、設(shè)計方法。以課堂講授為主，通過實驗加深對所學(xué)各類傳感器的性能及工作原理理解。

難點：各種傳感器的特性分析。

五、考核方式及成績評定方式：

考核方式：考查，六、教材及參考書目

推薦教材：

《傳感器原理及工程應(yīng)用》（第三版），郁有文等編著，西安科技大學(xué)出版社，2008年參考書：

1．王化祥，《傳感器原理與應(yīng)用》，天津大學(xué)出版社，第七版，2003

3．劉君華，《智能傳感器系統(tǒng)》，西安電子科技大學(xué)出版社，第一版，1999

4．單成祥，《傳感器的理論與設(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，1999

4．趙負(fù)圖，《現(xiàn)代傳感器集成電路》，人民郵電出版社，2000

修（制）訂人：審核人：

2010年 3 月30日

第三篇：《傳感器原理及應(yīng)用》作業(yè)3

《傳感器原理及應(yīng)用》作業(yè)三

一、填空題

1．當(dāng)應(yīng)變片主軸線與試件軸線方向一致且受一維應(yīng)力時，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K是應(yīng)變片的之比

2．閉磁路變隙式單線圈電感傳感器的3．電渦流式傳感器工作時，要求線圈距被測物無關(guān)的金屬物體至少有一個線圈的距離，否則會使降低和非線性誤差加大。

4．電容式傳感器中，變介電常數(shù)式多用于

5．電位器的種類繁多，按工作特性可分為性兩種。

6．差動螺線管式電感傳感器主要由兩個

7．電渦流傳感器的主體是。因而它的性能對整個測量系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重要影響。

8．電容式傳感器中，變面積式常用于較大的9．光敏三極管可以看成普通三極管的集電結(jié)用替代的結(jié)果。通?；鶚O不引出，只有兩個電極。

10．光電管由一個光電陰極和一個陽極封裝在真空的玻璃殼內(nèi)組成，其技術(shù)性能主要取決于。

11．振弦式傳感器是經(jīng)被拉緊的鋼弦作為傳感元件，其與弦的張緊力的平方根成正比。

12．振筒式傳感器用薄壁圓筒將被測氣體或密度的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化。

13．所謂光柵，從它的功能上看，就是刻線間距很小的14．振弦式傳感器的原理結(jié)構(gòu)中，振弦的一端用夾緊塊固定在上，另一端用夾緊塊固定在上。

15．對某種物體產(chǎn)生有一個的限制，稱為紅限。

16．光敏二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，其管芯是一個具有PN結(jié)。它是在電壓下工作的。

17．振筒式傳感器中，激勵器與拾振器通過加上放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成一個振蕩系統(tǒng)，所以振筒是由材料制成的。

二、選擇題（5題為多選）

1．當(dāng)一定波長入射光照射物體時，反映該物體光電靈敏度的物理量是（）。

A．紅限B．量子效率

C．逸出功D．普朗克常數(shù)

2．光敏三極管工作時（）。

A． 基極開路、集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)正偏

B． 基極開路、集電結(jié)正偏、發(fā)射結(jié)反偏

C． 基極接電信號、集電結(jié)正偏、發(fā)射結(jié)反偏

3．在光線作用下，半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象屬于（）。

A．外光電效應(yīng)B．內(nèi)光電效應(yīng)

D． 光電發(fā)射

4．振弦式傳感器中，把被測量轉(zhuǎn)換成頻率的關(guān)鍵部件是（）。

A．激勵器B．拾振器

C．永久磁鐵D．振弦

5．計量光柵上出現(xiàn)莫爾條紋的條件有（）。

A． 兩塊柵距相等的光柵疊在一起

B． 兩塊光柵的刻線之間有較大的夾角

C． 兩塊光柵的刻線之間有較小的夾角

D． 兩塊光柵的刻線之間必須平行

第四篇：《傳感器原理與應(yīng)用》第三章作業(yè)參考答案

《

第3章P59

1.解：根據(jù)電容器參數(shù)變化的特性，電容式傳感器可分為變極距型或稱變間隙型、變面積型和變介質(zhì)型或稱變介電常數(shù)型三種。

電容式傳感器的電極形狀又有平板形、圓柱形和球面形三種。

變極距型電容傳感器有一個極板固定不動，另一個極板為可動電極，即動片。當(dāng)動片隨被測量變化而移動時，兩極板間距隨之發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化。當(dāng)采用差動結(jié)構(gòu)時，有兩個固定極板，在其中間是一個動極板，從而構(gòu)成上下兩個電容。當(dāng)動極板向上（或向下）移動后，上下兩個電容成差動變化，即其中一個電容量增加，另一個電容量減小。

變面積型電容傳感器又分為角位移式電容傳感器和平板直線位移式電容傳感器。對于角位移式電容傳感器，當(dāng)被測量變化使動片有一角位移?時，就改變了兩極板間的遮蓋面積S，電容量C也就隨之變化。對于平板直線位移式電容傳感器，當(dāng)其中一個電極板發(fā)生x位移后，改變了兩極板間的遮蓋面積S，電容量C同樣隨之變化。

變介質(zhì)型電容傳感器大多用來測量電介質(zhì)的厚度、位移、液位、液量，基本原理都是根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量的改變而變化的規(guī)律來進(jìn)行測量的。

2.解：P44～P45

5.解：P51～P52

9.解：變極距型電容傳感器的電容量計算公式為c??r?0s ?

式中，?0=8.85?10-12F/m為真空介電常數(shù)；?r為空氣相對介電常數(shù)；s為兩極板相互重疊的面積。所以，其位移靈敏度為??sdc??r

20。d??

由此可見，其靈敏度不是常數(shù)，極距?越小，靈敏度越高。把已知數(shù)據(jù)代入上式，得 1

dc8.85?10?12?1.006?8?10?4位移靈敏度為????7.08?10?9?F/m? 2d??1?10?3?

式中負(fù)號表示極距增大時電容量減小。

8.854?10????4?10??s??10.解：?1??c?c0 ??0r·0.3?10?3?0?0?0???12?32??1?10?6?15??4.94?10·?F? ?30.3?10

??4.94?10?3PF??0.005PF。

（2）讀數(shù)儀表的變化：N??cs1s2?4.94?10?3?100?5≈2.5（格）。

第五篇：傳感器原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)

例1：量程為150V的0.5級電壓表和量程為30V的1.5級電壓表，分別測量20V電壓，問哪個測量精度高？

例2：某壓力表精度為1.5級，量程為0～2.0MPa，測量結(jié)果顯示為1.2MPa，求1）最大引用誤差δnm；2）可能出現(xiàn)的最大絕對誤差Δm；3）示值相對誤差δx＝？

例3：一差動變壓器式位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化1200mv，問位移傳感器的靈敏度是多少？

例4：機(jī)械式指針位移傳感器，當(dāng)輸入信號有0.01mm的位移變化量式，指針位移10mm，求位移傳感器的靈敏度？

例5：進(jìn)行某動態(tài)壓力測量時，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/Mpa，將它與增益為0.005V/nC的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺筆式記錄儀上，記錄儀的靈敏度為20mm/V。試計算這個測量系統(tǒng)的總靈敏度。當(dāng)壓力變化為3.5MPa時，記錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？

例6：有一只變極距電容傳感元件，兩極板重疊有效面積為，兩極板間的距離為1mm，已知空氣的相對介電常數(shù)是1，真空中介電常數(shù)為8.85×10-12F/m,試計算該傳感器的位移靈敏度。

例7：粘貼在鋼件上的康銅電阻絲應(yīng)變片，其靈敏度為2，電阻溫度系數(shù)為20×10-6/oC，敏感柵材料的線膨脹系數(shù)為15×10-6/oC，鋼件的線線膨脹系數(shù)為11×10-6/oC，彈性模量E為2×1011N/m2,求：（1）當(dāng)環(huán)境溫度變化為10oC時，應(yīng)變熱輸出為多少？相當(dāng)于試件產(chǎn)生多大應(yīng)力？

（2）當(dāng)=1000uε時，由于熱輸出產(chǎn)生的溫度誤差γt是多少？

例8：半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度為120，電阻為120歐姆，金屬電阻應(yīng)變片的靈敏度為2，電阻為120歐姆，單臂非線性誤差不大于0.1，求：它們可測的最大應(yīng)變?yōu)槎嗌伲?/p>