传感器技术及应用总结[1]

传感器与检测技术 第一章 测量技术概述 一、 测量的一般知识 1、 测量是指人们用实验的方法，借助于一定的食品或设备，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。 2、 测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。 3、 一切测量过程都包括比较、示差、平衡和读数等四个步骤，测量过程的核心是比 较。 4、 按照测量过程的特点可以将测量方法分为直接测量和间接测量；按照获得测量值 的方式可以将测量方法分为偏差式测量、零位式测量和微差式测量。 5、 电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值是属于 C 测量，而用水银温度 计测量水温的微小变化是属于 A 测量。 A偏差式 零位式 C微差式 二、 测量误差及其分类 1、 真值是指在一定条件下被测量客观存在的实际值，测量所得的值与客观真值之间 都会存在一定的差别，这个差值称为测量误差。 2、 测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等。 3、 测量误差按照表示方法可以分为绝对误差和相对误差；按照误差出现的规律可以 分为系统误差、随机误差和粗大误差；按照被测量与时间的关系可以分为静态 误差和动态误差等。 4、 在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程，这时必须考虑到 应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 C 左右为宜。 A3 倍 10 倍 C1.5 倍 D0.75 倍 5、 用万用表交流电压挡测量 100kHz，10V 左右的高频电压，发现示值不到 2V，该 误差属于 B 。用该表直流电压挡测量 5 号干电池电压，发现每次示值均为 1.8V，该误差属于 A 。 A系统误差 粗大误差 C随机误差 D动态误差 6、有一只电压表，其测量范围为 0500V，精度等级为 0.5 级，现用它测量 400V 的 电压，求仪表的最大绝对误差和示值相对误差。 7、某电压表精度为 0.5 级量程为 0250V 和 1.0 级量程为 0100V 的两个电压表，要 测量 80V 的电压，问：采用哪个电压表好？ 8、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 1.5 倍左右为 宜。 三、 传感器概述 1、 传感器是一种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。 2、 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。 3、 根据被测量对象的不同，传感器可分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传 感器三大类；按转换原理，传感器可分为结构型、物性型和复合型三大类；按输 出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式； 按输入、输出特性， 传感器可分为线性和非线性两类；按转换元件的能量转换方式，传感器可分为有 源型和无源型两类。 4、 传感器的作用可包括信息的收集、信息数据的交换及控制信息的采集。 5、 传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。传感器的性能由传感器的静态特 性和动态特性来评价。传感器的静态我的主要技术指标包括灵敏度、分辨力、线 性度和迟滞。 第二章 参量传感器 一、电阻应变式传感器 1、电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转化成电阻值的变化，再通过转换电 路以电压形式输出。 2、电阻应变式传感器是利用电阻应变片受力后发生应变致使电阻值发生变化的原理 来测量被测物理量的大小。 3、电阻应变式传感器主要由弹性元件、粘贴在弹性元件上的应变片和壳体所组成。 4、电阻应变传感器测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择 C 测量转换电路。 A单臂电桥 双臂电桥 C四臂电桥 5、如图 1 所示为一直流电桥，供电电源电动势 E=3V，R 3=R4=100，R1 和 R2 为同型 号的电阻应变片，其电阻均为 50，灵敏度系数 K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强 度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为 5000，试求此时电桥 输出端电压 UO。 （12 分） R 1 R 2 R 3 R 4 E U O R 2 R 1 F 二、热电阻传感器 1、热电阻传感器是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高、 性能稳定。 2、热敏电阻传感器是半导体测温元件，按温度系数可分为负温度系数热敏电阻 （NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。 3、热电阻传感器主要用于测量温度以及与温度有关的参量。 4、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 D 。 A提高测量灵敏度 减小非线性误差 C提高电磁兼容性 D减小引线电阻的影响 5、铜热电阻的阻值 Rt 与温度 t 的关系在 0150范围内可用 RtR0(1+t)表示，已知： 0时铜热电阻的 R0 为 50 ，温度系数 约为 4.2810-3。求：当温度为 100时的电阻 值。 三、气敏、湿敏电阻传感器 1、气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。 2、气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率 发生变化这一机理来进行检测的。 3、为了得到更大的电导变化率，气敏元件在使用时需要进行加热。 4、气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种，其中旁热式性能稳定，消 耗功率小，应用面较广。 5、湿敏电阻传感器是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这 一原理而制成的。 6、湿敏电阻必须工作于交流回路中，且对频率也有要求，对离子导电型湿敏元件， 电源频率一般以 1000Hz 为宜，对电子导电型湿敏元件，电源频率应低于 50Hz。 7、MQ-N5 型气敏元件可测量 A 的浓度。 A可燃性气体 有机液体蒸汽 C氧气 D氮气 8、在使用测谎器时，被测人由于说谎、紧张而手心出汗，可用 D 传感器来检测。 A应变片 热敏电阻 C气敏电阻 D湿敏电阻 四、自感式传感器 1、电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量测量的一种装置。 2、自感式传感器主要由线圈、铁芯、衔铁等组成。 3、欲测量极微小的位移，应选择 A 电感传感器。 A变极距式 变面积式 C螺管式 4、螺线管式自感传感器采用差动结构是为了 B 。 A加长线圈的长度从而增加线性范围 提高灵敏度，减小温漂 C降低成本 五、差动变压器式传感器 1、差动变压器是互感式传感器，它是将被测物理量转换为传感器线圈的互感系数变 化量。 2、螺管型差动变压器传感器的基本结构包括衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架 等。 3、新的国家标准规定传感器电流输出为 420mA，电压输出为 15V。 六、电涡流式传感器 1、电涡流式传感器是基于电涡流效应原理制成的传感器。 2、成块的金属物体置于变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，在金属导体中会感 应出一圈圈自相闭合的电流，称为电涡流。 3、用电涡流式传感器测量齿数为 60 的齿轮的转速，测得频率为 400Hz，则该齿轮的 转速 n 为 A r/min。