各类液位传感器的检测原理和性能分析

液位控制/水位控制的核心在于液位传感器，它决定了液位控制系统的可靠性、稳定性及使用寿命。液位控制显示仪表做得好坏，可以起到景上添花的作用，可以增加很多功能，但并不是决定液位控制系统寿命的核心。目前大部分液位传感器在清水中使用寿命最长。一般一年多，好一点的两年，一般不超过三年，差的仅几个月。在热水中绝大部分液位传感器不能使用，在污水中液位传感器的使用寿命会大打折扣。所以，现有的液位自动控制系统使用寿命一般就是一两年，这和现代微电子技术的发展形成鲜明对比。现代微电子技术如我们的冰箱彩电等使用寿命至少都在七八年以上。因此我们现在有必要对现有液位传感器技术，如电极式、光电式、GSK/UQK/GKY、压力传感器、超声波传感器等的原理和性能分析一下。

一、电极式液位控制/水位控制原理

电极式是最早的液位控制/水位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合。图1.1为电极式在水中控制原理示意图。但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。如果不及时清理，电极就会失去作用。所以电极式液位传感器在清水中使用也只有几个月的寿命，在污水和热水中均不能使用。电极式液位控制技术，简单便宜，但使用寿命较短。为了弥补电极式液位控制技术的缺陷，人们想办法将电极和水分离出来，于是出现了干簧管，形成了UQK和GSK两种液位控制技术。

二、UQK液位控制/水位控制原理

干簧管将电极触点密封在玻璃管内，接近磁铁，触点就会吸合。所以人们在浮球里放一块磁铁和上、下两个干簧管，通过导线将浮球固定于水池中，如图2.1。这就是UQK的液位控制/水位控制方式。当水池无水的时候，浮球下垂，磁铁在下限干簧管处，故下限干簧管吸合。当水池有水的时候如图2.2，浮球上翻，磁铁在上限干簧管处，故上限干簧管吸合。将干簧管触点串接交流接触器，就可以控制水泵启动，见图2.3。这种方式依靠水的浮力使浮球上下翻转，上限、下限间的距离依据导线的长度来决定。由于要考虑耐流问题，导线不能太细。同时导线使用一段时间后，变得僵化发硬，翻转很不灵活。于是浮子翻转有时高一点，有时低一点，

上下限位置很不准确。于是出现了定位准确的GSK方式。

三、GSK液位控制/水位控制原理

GSK也采用干簧管，它将干簧管固定在管壁内固定的位置。浮子随着浮力沿着管壁上下滑动，见图3.1。浮子内有磁铁，经过干簧管时，触点吸合。干簧管触点也是直接串接交流接触器，可以控制水泵启动，见图3.2。GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（小于30°），否则会影响浮子的上下移动。干簧管使用的环境温度不能过高，管壁和浮子之间仅1mm左右的缝隙，很容易被脏东西卡住。所以GSK也不适用于污水和热水。

以上为传统的液位控制/水位控制方式，可直接接220V或380V交流电，属于强电产品。但是，直接使用强电，电极插在水中很不安全。而干簧管因水位波动，触点频繁吸合，使用寿命大幅降低。于是，出现了直接采用弱电的几种液位控制/水位控制方式。

四、压力传感器

压力式液位传感器利用液体压力来检测液位，它将压力模拟量通过量化转化为数字显示。其间的传输距离不能太远，最好在200米以内，且需要屏蔽线传输。因为存在量化、电流飘移和传输干扰等影响，显示的液位高度和实际的液位高度往往存在较大的误差。如果用在密闭的管道系统中，这种误差对使用者并无大碍。比如显示5MPa,因为误差，实际并不是准确的5MPa。但客户无所谓，如果觉得压力过低，再调高一些就可以了。至于是不是准确的5MPa，没有多大关系。但要是用在敞开的容器，如水箱水池，这种误差就容易产生误动作。比如显示的液位高度为2.4米，实际上可能超过2.8米。所以在水箱或水池中使用这种传感器经常由于不准确而造成自动控制失灵，越小的水箱越容易失控。另外这种传感器不能在污水中使用，因为透水孔径很小，很容易被泥沙堵住。所以投入式压力传感器一般要求安装不能放在水池/水箱底部，因为常有泥沙堵住透水孔，可见其耐污性较差。压力传感器内部有电子元件，不能工作于较高的温度，所以也不适用于热水。

五、超声波液位计

超声波液位计在工业自动化中的应用越来越多。下面，我们分析一下超声波液位计的原理，看看使用超声波液位计时应注意哪些问题。超声波液位计是通过换能器表面震动推动空气产生超声波。超声波发出后换能器会有瞬间的静止，目的是为了接受返回的超声波。发出的超声波遇到水面反射回来再传回到换能器，引起换能器表面震动，这就接收了超声波。这样一发一收，根据其时间差就可以计算出液位的高度了。所以超声波液位计的核心在于返回的波能够引起换能器表面的震动，接收到返回的超声波。我们可以设想一下，如果换能器表面覆盖一层油污，或者一个水滴，换能器还能接收到超声波吗？所以超声波液位计使用时一定要注意防潮、防污，不适用于污水池，或挥发性强的液体中。因为排污池的周围环境一般比较脏，水泵等很多设备的机油排放在周围，换能器表面很容易粘上一层油污。挥发性液体会产生雾气吸收超声波，削弱回波的强度。

根据以上的分析，我们把超声波液位计的使用注意事项总结一下：

第一，超声波液位计都存在盲区（一般为400mm），且安装时不能离容器壁太近（最好大于500mm）。比如，排污池一般都很小，里面又有水泵及管道，这些障碍物都会反射波，造成误判。

第二，超声波传感器检测的液面要求比较平稳，不能有太大的波动。而排污泵在排水时搅动水面，或者容器内有搅拌机时都会造成较大的波动，影响检测的准确度。

第三，雾气会吸收超声波，影响检测。有些排污池会排放一些热水，产生一些水蒸气，造成误判断。所以超声波液位计也不适用于挥发性强的液体中，如浓度较高的酸性、碱性液体。

第四，就是我们前面提到的，超声波液位计的换能器表面不能太脏，不能有水滴。

所以超声波液位计也不适用于污水和热水，因为热水有水蒸汽。

四、光电式液位控制/水位控制原理

光电式液位控制/水位控制采用光反射原理：当传感器玻璃反射面有水时，如图4.1，发射光从反射面透射出去，不发生全反射。这时接收端检测不到光，输出很小的电流，说明有水。当传感器反射面无水时，如图4.2，发射的光在玻璃反射面回来，发生全反射。这时接收端可以检测到光，输出毫安级的电流，说明无水。光电式传感器工作于12V直流电，属于弱电。毫安级电流传输损耗少，可以传很远的距离。但光电式液位传感器的反射玻璃面如果变脏或被脏东西挡住时，即使有水，光也会被反射回来，造成判断失误。另外，光电式液位传感器内部的光接收元件也不能工作于高温环境，所以光电式液位传感器不能用于污水和热水。

五、GKY液位控制/水位控制原理

GKY结合传统浮子和光电式液位控制的传输特性。其一，GKY液位传感器利用液体浮力改变传感器方向，如图5.1。这一点类似传统浮子，传感器通过细软线固定在悬索的某一点，这样它可以随水位灵活上下翻转，检测这一点是否有水，检测位置精确。其二，密封在传感器内部的微电路可以在不同方向下产生不同的电流（类似手机自动旋转屏幕），这一点类似光电式液位控制：有水时电流很小，无水时产生毫安级的电流。毫安级的电流传输衰耗少，传输距离可达几十公里。GKY液位传感器工作于12V安全电压，短路电流仅3mA，属于本安型电路。其检测方式和水质无关，所以可以用于清水、污水和70°C以下的热水中。该传感器只需两根普通传输线传输，接线简单，安装方便。

以上这些都是随着液位传感器的变化而产生的不同的液位控制/水位控制方式。液位传感器决定了它们使用的局限性，如电极式只能用于清水，而且使用过程中过一段时间需清理一下电极。如果用于污水很快就会吸附很多杂质而无法使用。GSK也不能用于污水，因为GSK浮子和管壁之间只有1-2mm的缝隙，很容易被脏东西堵住，造成浮子上下滑动不灵活。光电式也不能用于污水，因为玻璃反射面脏了就会出现误判断。压力传感器、超声波等都不能工作于较脏的环境。只有GKY可以在污水和清水中使用，是目前市场上唯一一款敢于承诺三年内包换液位传感器。

六、有关热水的水位控制

以上的液位传感器绝大部分不能用于热水。因为热水有水蒸汽，电极式、光电式、超声波都不能使用。因为环境温度较高，压力传感器、干簧管就不能使用。GKY液位传感器可以在70°C以下的热水中使用。所以热水的液位控制一直是一个难点，尤其是高温热水。目前，热水中水位控制主要采用磁翻板方式。磁翻板是磁性浮球在钢管内，管外加装干簧管和标尺。浮球上下浮动，可以吸合管外的干簧管。但从实际使用效果来看，如果水温在70℃以下时，使用寿命还可以。一旦超过70℃甚至到90℃以上时，使用寿命就大打折扣了。因为磁性材料的磁性会随着温度的升高而衰减，到100℃时会下降到常温的70%。现在，介绍一种新的高温热水控制方式，就是采用传统玻璃管液位计外加光电监控探头来实现。光电监控探头就是在玻璃管外加装一红外发光管，发射红外线。另一方安装一红外接收管，接收红外线。在玻璃管内放一个浮子。当浮子经过红外探头时，遮住光路，就将液位信号发送出去。具体原理图如下：

如果是普通的水，在玻璃管内放一个普通的浮子就可以了。玻璃管外放置红外探头。当浮子经过探头时，遮住光路，转换器就将水位信号发送出去。

如果是热水，玻璃管最好采用石英管，它的硬度、透明度、耐酸性、耐高温性和耐磨性都要远高于玻璃管。液位计两端的拷克阀门也要采用可用于热水的不锈钢阀门。在石英管内放一个耐高温的浮子，热水浮子采用新兴的有机高分子材料制作，可以耐受150℃以上的高温。浮子随水位上下浮动。玻璃管外放置一发光电管，另一端接一根光纤，将光信号引出来。因为光接收管易受温度影响，所以必须用光纤引出光信号。当浮子经过时，遮住光路，转换器就将水位信号发送出去。这种方式光信号由光纤引出，电子元件不接触高温，因而使用寿命长。

综上所述，液位控制/水位控制技术都是围绕液位传感器发展起来的，虽然液位传感器是核心，但液位控制仪表也可以起到延长传感器使用寿命，增加许多辅助性功能的作用。例如可以增加液位显示、报警等基本功能。还增加一些复杂的控制功能，如双台泵交替使用。这个可以均衡负载，避免一台泵长期不使用而锈死的现象。还有RS485通讯接口，可以直接接入网络。还有循环工作控制功能，可以用于多台泵的控制。所以GKY仪表有通用的，还有用于2台泵、3台泵、4台泵等专用仪表，便于制作各种功能的水泵控制箱。

传感器的主要参数特性

传感器的主要参数特性 传感器的种类繁多，测量参数、用途各异．共性能参数也各不相同。一般产品给出的性能参数主要是静态特性利动态特性。所谓静态特性，是指被测量不随时间变化或变化缓慢情况下，传感器输出值与输入值之间的犬系．一般用数学表达式、特性曲线或表格来表示。动态特性足反映传感器随时间变化的响应特性。红外碳硫仪动恋特性好的传感器，其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线相近。一般产品只给出响应时间。 传感器的主要特性参数有： (1)测量范围(量程) 量程是指在正常工种：条件下传感器能够测星的被测量的总范同，通常为上限值与F 限位之差。如某温度传感器的测员范围为零下５０度到+３００度之间。则该传感器的量程为350摄氏度。 (2)灵敏度 传感器的灵敏度是指佑感器在稳态时输出量的变化量与输入量的变化量的比值。通常／d久表示。对于线性传感器，传感器的校准且线的斜率就是只敏度，是一个常量。而非线性传感器的灵敏度则随输入星的不同而变化，在实际应用巾．非线性传感器的灵敏度都是指输入量在一定范围内的近似值。传感器的足敏度越高．俏号处理就越简单。 (3)线性度(非线性误差) 在稳态条件下，传感器的实际输入、输出持件曲线勺理想直线之日的不吻合程度，称为线性度或非线性误差，通常用实际特性曲线与邵想直线之司的最大偏关凸h m2与满量程输出仪2M之比的百分数来表示。该系统的线性度X为 (４)不重复性 z；重复性是指在相同条件下。传感器的输人员技同——方向作全量程多次重复测量，输出曲线的不一致程度。通常用红外碳硫仪3次测量输11j的线之间的最大偏差丛m x与满量程输出值ym之比的百分数表示，1、2、3分别表示3次所得到的输出曲线．它是传感器总误差中的——项。 (5)滞后(迟滞误差) 迟滞现象是传感器正向特性曲线(输入量增大)和反向特性曲线(输入量减小)的不重合程度，通常用yH表示。

传感器的种类及特性分析

一、传感器地特性 ()传感器地动态性.动特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性输入信号变化时，输出信号随时间变化而相应地变化，这个过程称为响应.传感器地动态特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性好地传感器，当输入信号是随时间变化地动态信号时，传感器能及时精确地跟踪输入信号，按照输入信号地变化规律输出信号.当传感器输入信号地变化缓慢时，是容易跟踪地，但随着输入信号地变化加快，传感器地及时跟踪性能会逐渐下降.通常要求传感器不仅能精确地显示被测量地大小，而且还能复现被测量随时间变化地规律，这也是传感器地重要特性之一.文档来自于网络搜索()传感器地线性度.通常情况下，传感器地实际静态特性输出是条曲线而非直线.在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度地读数，常用一条拟合直线近似地代表实际地特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度地一个性能指标.拟合直线地选取有多种方法.如将零输入和满量程输出点相连地理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差地平方和为最小地理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线.文档来自于网络搜索()传感器地灵敏度.灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△对输入量变化△地比值.它是输出一输入特性曲线地斜率.如果传感器地输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数.否则，它将随输入量地变化而变化.灵敏度地量纲是输出、输入量地量纲之比.例如，某位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为,则其灵敏度应表示为.当传感器地输出、输入量地量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数.文档来自于网络搜索()传感器地稳定性.稳定性表示传感器在一个较长地时间内保持其性能参数地能力.理想地情况是不论什么时候，传感器地特性参数都不随时间变化.但实际上，随着时间地推移，大多数传感器地特性会发生改变.这是因为敏感器件或构成传感器地部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器地稳定性.文档来自于网络搜索 ()传感器地分辨力.分辨力是指传感器可能感受到地被测量地最小变化地能力.也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化.当输入变化值未超过某一数值时，传感器地输出不会发生变化，即传感器对此输入量地变化是分辨不出来地.只有当输入量地变化超过分辨力时，其输出才会发生变化.通常传感器在满量程范围内各点地分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化地输入量中地最大变化值作为衡量分辨力地指标.上述指标若用满量程地百分比表示，则称为分辨率.文档来自于网络搜索 ()传感器地迟滞性.迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出输入特性曲线不一致地程度，通常用这两条曲线之间地最大差值△与满量程输出·地百分比表示.迟滞可由传感器内部元件存在能量地吸收造成.文档来自于网络搜索()传感器地重复性.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动时所得特性曲线不一致地程度.各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小.如图所示为输出特性曲线地重复特性，正行程地最大重复性偏差为.反行程地最大重复性偏差为.取这两个最大偏差中地较大者为,再以其占满量程输出地百分数表示，就是重复误差，即一士×()重复性是反映传感器精密程度地重要指标.同时，重复性地好坏也与许多随机因素有关，它属于随机误差，要用统计规律来确定.文档来自于网络搜索 二、常见地传感器种类 .电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样地一种器件.主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件.文档来自于网络搜索 .变频功率传感器 变频功率传感器通过对输入地电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光

传感器简答

1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？ 如何用公式表征这些性能指标？ 2、什么是传感器的动态特性？ 其分析方法有哪几种？ 3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？ 4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。(要求每种特性至少列出2种常用指标) 1、 答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。 传感器的静态特性的性能指标主要有： ① 线性度：非线性误差 max L FS L 100%Y γ?=± ? ② 灵敏度：y n x d S = d ③ 迟滞：max H FS H 100%Y γ?=? ④ 重复性：max R FS R 100%Y γ ?=±? ⑤ 漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。 知识点：传感器的动态特性 3、答：传感器的静态特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 知识点：传感器的静态特性 4、答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。 传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标 有：线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。 1、什么叫应变效应？ 利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因，并说明有哪几种补偿方法。 1、 答：材料的电阻变化由尺寸变化引起的，称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、答： 温度误差产生原因包括两方面： 温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。 温度补偿方法，基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 3、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？ 4、为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？该电桥为什么又都采用半桥和全桥两种方式？ 5、应用应变片进行测量为什么要进行温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？ 6、应变式传感器的基本工作原理是什么？ 3、答：桥臂的供电电源是直流电的称为直流电桥。 按桥臂工作方式不同，可分为单臂直流电桥、半桥差动直流电桥、全桥差动直流电桥。 单臂直流电桥输出电压为： 半桥差动直流电桥输出电压为： 全桥差动直流电桥输出电压为： 4、答：由于应变电桥的输出电压很小，一般要加放大器，但直流放大器易产生零漂， 所以应变电桥多采用交流电桥。又由于交流电桥的供电电源是交流，为了消除应变片引线寄生电容的影响，同时也为了满足交流电桥的平衡条件，常采用不平衡电桥测量电路。 交流不平衡电桥采用半桥和全桥的方式是为了消除非线性误差和提高系统灵敏度。 5、答：由于电阻温度系数的影响以及试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响，会给电阻应变片的测量带来误差，因此需要进行温度补偿。 常采用的温度补偿法有电桥补偿法和应变片自补偿法。 6、答：应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、变隙式电感传感器的输出特性与哪些因素有关？ 3、怎样改善变隙式电感传感器非线性？怎样提高其灵敏度？ 4、差动变压器式传感器有几种结构形式？ 各有什么特点？ 5、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？ 2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙有关。 3、答：为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。 如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性； 另外，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。 知识点：变隙式电感传感器 4、答：差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。 差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。 螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的大小和方向。 5、答：零点残余电压的产生原因：传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）。 为了减小和消除零点残余电压，可采用差动整流电路。 6、保证相敏检波电路可靠工作的条件是什么？ 6、答：保证相敏检波电路可靠工作的条件是检波器的参考信号u o 的幅 值远大于变压器的输出信号u 的幅值，以便控制四个二极管的导通状态，且u o 和差动变压器式传感器的激励电压共用同一电源。 1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？ 2、如何改善单极式变极距电容传感器的非线性？ 3、电容式传感器有哪几种类型？ 4、差动结构的电容传感器有什么优点？ 5、电容式传感器主要有哪几种类型的信号调节电路？各有些什么特点？ 6、简述电容式传感器的工作原理与分类。 1、 答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过介质的改变来实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。 2、答：单极式变极距电容传感器的灵敏度和非线性对极板初始间隙的要求是相反的，要改善其非线性，要求应增大初始间隙，但这样会造成灵敏度的下降，因此通常采用差动结构来改善非线性。 3、答：电容式传感器其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 4、答：差动结构的电容传感器的优点是灵敏度得到提高，非线性误差大大降低。 5、答：电容式传感器的电容值及电容变化值都十分微小，因此必须借助于信号调节电路才能将其微小的电容值转换成与其成正比的电压、电流或频率，从而实现显示、记录和传输。相应的转换电路有调频电路、运算放大器、二极管双T 型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。 调频电路的特点：灵敏度高，可测量0.01μm 级位移变化量；抗干扰能力强；特性稳定；能取得高电平的直流信号（伏特级），易于用数字仪器测量和与计算机通讯。 运算放大器的特点：能够克服变极距型电容式传感器的非线性，使其输出电压与输入位移间存在线性关系。 二极管双T 型交流电桥的特点：线路简单，不须附加相敏整流电路，便可直接得到较高的直流输出电压（因为电源频率f 很高）。 脉冲宽度调制电路的特点：适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性。 6、答：电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。 当被测参数变化引起A 、εr 或d 变化时，将导致电容量C 随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过策略电路转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为3种：变极板间距离的变极距型、变极板覆盖面积大变面积型和变介质介电常数的变介质型。 8、提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？ 8.答：要提高灵敏度，应减小初始间隙d 0，但这使得非线性误差增大，即灵敏度和非线性误差对d 0的要求是矛盾的。在实际应用中，为了既提高灵敏度，又减小非线性误差，通常采用岔洞结构。 1、什么叫正压电效应？ 2、什么是逆压电效应？ 3、什么叫纵向压电效应？ E R R n n U o 11 2)1(?+= 1 12R R E U o ?=11R R E U o ?=

传感器原理与检测技术复习题(DOC)

《传感器原理及检测技术》复习题 一、选择题 1、传感器中直接感受被测量的部分是（B） A.转换元件 B.敏感元件 C.转换电路 D.调理电路 2、属于传感器静态特性指标的是（D） A.幅频特性 B.阻尼比 C.相频特性 D.灵敏度 3、属于传感器时域动态特性指标的是（A） A.阶跃响应 B.固有频率 C.临界频率 D.阻尼比 4、属于传感器动态特性指标的是（C） A.量程 B.灵敏度 C.阻尼比 D.重复性 5、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D） A.线性度越好 B.迟滞越小 C.重复性越好 D.分辨力越高 6、衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标是（A） A.重复性 B.稳定性 C.线性度 D.灵敏度 7、一般以室温条件下经过一定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时输出的差异来表示传感器的（C） A.灵敏度 B.线性度 C.稳定性 D.重复性 8、传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A） A.工作量程愈大 B.工作量程愈小 C.精确度愈高 D.精确度愈低 9、表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力的量为（B） A.线性度 B.灵敏度 C.重复性 D.稳定性 10、在明确传感器输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量输入，确定其输出电量与输入量之间关系的过程，称为（C） A.校准 B.测量 C.标定 D.审核 11、按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量转换型的是（D） A.压电式传感器 B.热电式传感器 C.光电式传感器 D.压阻式传感器 12、某温度计测量范围是－20℃～+200℃，其量程为（B） A. 200℃ B. 220℃ C. 180℃ D. 240℃ 13、某温度测量仪的输入—输出特性为线性，被测温度为20℃时，输出电压为10mV，被测温度为25℃时，输出电压为15mV，则该传感器的灵敏度为（D） A. 5mv/℃ B. 10mv/℃ C. 2mv/℃ D. 1mv//℃ 14、热电偶的T端称为（C） A.参考端 B.自由端 C.工作端 D.冷端 15、随着温度的升高，NTC型热敏电阻的电阻率会（B） A.迅速增加 B.迅速减小 C.缓慢增加 D.缓慢减小 16、有一温度计，测量范围为0~200o C，精度为0.5级，该表可能出现的最大绝对误差为（A） A.1 o C B.0.5 o C C.10 o C D.200 o C 17、热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B） A.压电效应 B.热电效应 C.应变效应 D.光电效应

传感器与检测技术第3章 传感器基本特性参考答案

第3章传感器基本特性 一、单项选择题 1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。 A. 时域响应 B. 线性度 C. 零点漂移 D. 灵敏度 3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（） A．线性度、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性、稳态误差 C．迟滞、重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（） A．迟滞、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性 C．重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 7、不属于传感器静态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（） A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统 B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数 C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好 D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移

10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（） A. 0° B.90° C.180° D. 在0°和90°之间反复变化的值 11、传感器的精度表征了给出值与( )相符合的程度。 A.估计值 B.被测值 C.相对值 D.理论值 12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( )变化时，其输出-输入的特性。 A.时间 B.被测量 C.环境 D.地理位置 13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( )关系的一种度量。 A.相等 B.相似 C.理想比例 D.近似比例 14、回程误差表明的是在( )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 A.多次测量 B.同次测量 C.正反行程 D.不同测量 =秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输15、已知某温度传感器为时间常数τ3 出指示温差的三分之一所需的时间为（）秒 A．3 B．1 C． 1.2 D．1/3 二、多项选择题 1．阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？（） A.上升时间 B.响应时间 C.超调量 D.重复性 2．动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应的方法是：（） A.精度测试法 B.频率响应函数 C.传递函数 D.脉冲响应函数 3. 传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（）。 A．迟滞 B.重复性 C.线性度 D.灵敏度 4. 传感器静态特性指标表征的重要指标有：（） A.灵敏度 B.非线性度 C.回程误差 D.重复性 5．一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于线性化方法的有:（） A.端点线性 B.独立线性 C.自然样条插值 D.最小二乘线性 三、填空题 1、灵敏度是传感器在稳态下对的比值。 2、系统灵敏度越，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越。 3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 4、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为，相频特性应为。

传感器性能指标

一、测量仪表的基本性能 1、精确度 （1）精密度δ 它表明仪表指示值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个仪表，在相当短的时间内，连续重复测量多次，其测量结果（指示值）的分散程度。δ愈小，说明测量愈精密。 例如，某温度仪表的精密度δ=0.5℃，即表示多次测量结果的分散程度不大于0.5℃。精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。 但是必须注意，精密度与准确度是两个概念，精密度高不一定准确。 （2）准确度ε 它表明仪表指示值与真值的偏离程度。 例如，某流量表的准确度ε=0.3m3/s,表示该仪表的指示值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高，意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精密。（3）精确度τ 它是精密度与准确度的综合反映，精确度高，表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和，即τ=δ+ε。精确度常以测量误差的相对值表示。 2、稳定性 （1）稳定度 指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由于仪表自身随机性变动、周期性变动、漂移等引起指示值的变化。一般以仪表精密度数值和时间长短一起表示。 例如，某仪表电压指示值每小时变化1.3V，则稳定性可表示为1.3mV/h。 （2）影响量 测量仪表由外界环境变化引起指示值变化的量，称为影响量。它是由温度、湿度、气压、振动、电源电压及电源频率等一些外界环境影响所引起的。说明影响量时，必须将影响因素与指示值偏差同时表示。 例如，某仪表由于电源电压发生变化10%而引起其指示值变化0.02mA，则应写成 0.02mA/U±10%。 二、传感器的分类和性能指标 1、传感器的分类

基于等截面矩形悬臂梁光纤光栅传感器性能分析与研究

基于等截面矩形悬臂梁光纤光柵传感器性能分析与研究 光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)传感技术由于可以实现长距离、多参量、大范围组网以及实时监测,因而广泛应用于军事、工业、农业等领域中。为应对现代社会高新技术的快速发展需求,需要不断地设计出新的传感器结构, 开发新的传感方式,提升传感器性能并拓展应用领域。在大多数实际应用中FBG 长度范围内的应变是非均匀分布的,严重影响了传感器的性能甚至使传感器失效,限制了 FBG传感器的应用。因此研究基于非均匀应变分布下的FBG传感特性、 传感结构和传感方式是有意义的。 在深入研究学习了 FBG传感技术研究现状与传感原理的基础上,本文开展 了基于等截面矩形悬臂梁FBG传感器的传感性能分析与研究工作。首先得到了表面式FBG传感器的应变传递率表达式,模拟仿真详细地分析了各个物理参量与应变传递率的变化关系。进一步仿真分析了中间层尺寸对平均传递率的影响,指出了封装中应尽量增大长度和宽度以减小厚度的影响,以提高封装结果的重复性和一致性。为封装工艺的改进指明方向,并为应变传递误差的修正提供了理论基础。 然后利用激光切割技术结合等截面矩形悬臂梁构建了非均匀应变分布,测试分析了均匀FBG和切趾FBG在非均匀应变分布中的传感特性与不足。提出了基于双均匀FBG光谱带宽传感的位移传感器,解决了单个均匀FBG反射光谱带宽在任意非均匀应变分布下传感线性度较差和灵敏度较低的问题。设计并实现了三种敷设位置不同的FBG位移传感器,实验测量证明了双均匀FBG光谱带宽传感的方式在多种非均匀应变分布场中的有效性,改善了传感线性度,提高了传感灵敏度。接着提出了基于不同非均匀应变分布的切趾FBG中心波长编码方式的位移传感器,分析了不同应变放大结构对传感器灵敏度的影响。 研究了切趾FBG长度范围内非均匀应变分布的变化规律,利用平均应变的变化关系计算了传感器的灵敏度和灵敏度增强因子。通过测量得到了与理论预测较为一致的增强因子,提高了基于等截面矩形悬臂梁FBG传感器的灵敏度。最后对模拟退火算法进行了改进,提出了基于模拟退火算法的应变分布重构技术,通过 仿真实验证明了 FBG应变分布重构算法的可行性与有效性,算法仿真实现了线 性非均匀应变分布重构。

传感器原理及检测技术部分课后作业答案

部分课后作业答案 2-8． 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。设试件的截面积 S=1×10-5m 2，弹性模量E=2×1011 N ／m 2，若由1．0×104N 的拉力作用，使应变计的电阻相对变化为1％，试求此应变计的灵敏度系数。 解：∵灵敏度系数ε R R K /?= ，又已知 %1=?R R ，F=1.0×104 N ，S=1×10-5m 2， ∴ )/(101101100.129254m N m N S F ?=??==-σ 由εσ?=E ，可得3 2 1129105) /(102)/(101-?=??==m N m N E σ ε 所以，灵敏度系数2105% 1/3 =?= ?= -ε R R K 2-9． 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如题2.9图所示。设应变片的灵敏度系数K=2，作用力F=1 000kg 。圆柱形横截面半径r=1cm ，弹性元件的杨氏模量E=2×107N ／cm 2，泊松比μ＝0.285。求： (1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图； (2)各应变片的应变ε； (3)若测量电路采用电桥电路，设供电桥电压E ＝6V ，桥路输出电压U o 为多少? (4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。 解：⑴将R 1～R 4四片应变片按图2－9（a ）所示粘贴，其中R 1、R 3沿轴向粘贴，测量轴向应变，R 2、R 4沿径向粘贴，测量径向应变。 测量电桥为全桥测量电路， R 1与R 3置于电桥的一对角线上，R 2与R 4置于电桥的另一对角线上，如右图2－9（b ）所示。 题2.9 图 ⑵∵ ) (1500105.1) /(102)01.0(14.3/8.9100032 722 μεπσ ε=?=???=== = -cm N m N E r F E A F E

传感器原理与检测技术

河南工程学院 2017年秋《传感器原理与检测技术》试卷 批次专业：2016年春季-电气工程及其自动化(专升本)课程：传感器原理与检测技术(专升本)总时长：180分钟 1. ( 单选题 ) 仪表的精度等级是用仪表的( )来表示的。(本题分) A、相对误差 B、绝对误差 C、引用误差 D、使用误差 学生答案： 标准答案：C 解析： 得分：0 2. ( 单选题 ) 下列不是电感式传感器的是( )。(本题分) A、变磁阻式自感传感器 B、电涡流式传感器 C、差动变压器式互感传感器 D、霍尔元件式传感器 学生答案： 标准答案：D 解析： 得分：0 3. ( 单选题 ) 常用于制作超声波探头的材料是( )(本题分)

A、应变片 B、热电偶 C、压电晶体 D、霍尔元件 学生答案： 标准答案：C 解析： 得分：0 4. ( 单选题 ) 下列不可以直接测量温度的传感器是( )。(本题分) A、金属应变片式传感器 B、红外线传感器 C、光纤传感器 D、热电偶传感器 学生答案： 标准答案：A 解析： 得分：0 5. ( 单选题 ) 压电式传感器目前多用于测量( )。(本题分) A、静态的力或压力 B、动态的力或压力 C、速度 D、加速度 学生答案： 标准答案：D 解析： 得分：0

6. ( 单选题 ) 变气隙式自感传感器,当街铁移动靠近铁芯时,铁芯上的线圈电感量( )。(本题分) A、增加 B、减小 C、不变 D、不能判断 学生答案： 标准答案：A 解析： 得分：0 7. ( 单选题 ) 在车间用带微机的数字式测温仪表测量炉膛的温度时,应采用( ) 较为妥当。(本题分) A、计算修正法 B、仪表机械零点调整法 C、冰浴法 D、冷端补偿器法(电桥补偿法) 学生答案： 标准答案：D 解析： 得分：0 8. ( 单选题 ) 下列几种误差中,属于随机误差的有( )。(本题分) A、仪表未校零所引起的误差 B、测频时的量化误差 C、测频时的标准频率误差 D、读数错误

带你认识基本的传感器特性参数

带你认识基本的传感器特性参数 复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽，本文将对这些参数进行一一介绍。 量程 每个传感器都有自身的测量范围，被测量处在这个范围内时，传感器的输出信号才是有一定的准确性的。 传感器的量程X FS、满量程输出值Y FS、测量上限X max、测量下限X min的关系见下图。 灵敏度 传感器的灵敏度是指其输出变化量ΔY与输入变化量ΔX的比值，可以用k表示。对于一个线性度非常高的传感器来说，也可认为等于其满量程输出值Y FS与量程X FS的比值。灵敏度高通常意味着传感器的信噪比高，这将会方便信号的传递、调理及计算。 k=ΔY ΔX

线性度 传感器的线性度又称非线性误差，是指传感器的输出与输入之间的线性程度。理想的传感器输入-输出关系应该是程线性的，这样使用起来才最为方便。但实际中的传感器都不具备这种特性，只是不同程度的接近这种线性关系。 实际中有些传感器的输入-输出关系非常接近线性，在其量程范围内可以直接用一条直线来拟合其输入-输出关系。有些传感器则有很大的偏离，但通过进行非线性补偿、差动使用等方式，也可以在工作点附近一定的范围内用直线来拟合其输入-输出关系。 选取拟合直线的方法很多，上图表示的是用最小二乘法求得的拟合直线，这是拟合精度最高的一种方法。实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称之为传感器的非线性误差δ,其最大值与满量程输出值Y FS的比值即为线性度γL。 γL=± δ Y FS ×100% 迟滞

当输入量从小变大或从大变小时，所得到的传感器输出曲线通常是不重合的。也就是说，对于同样大小的输入信号，当传感器处于正行程或反行程时，其输出值是不一样大的，会有一个差值ΔH，这种现象称为传感器的迟滞。 产生迟滞现象的主要原因包括传感器敏感元件的材料特性、机械结构特性等，例如运动部件的摩擦、传动机构间隙、磁性敏感元件的磁滞等等。迟滞误差γH的具体数值一般由实验方法得到，用正反行程最大输出差值ΔH max的一半对其满量程输出值Y FS的比值来表示。 γH=±?H max FS ×100% 重复性 一个传感器即便是在工作条件不变的情况下，若其输入量连续多次地按同一方向（从小到大或从大到小）做满量程变化，所得到的输出曲线也是会有不同的，可以用重复性误差γR 来表示。 重复性误差是一种随机误差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔY max的一半对其满量程输出值Y FS的比值来表示。

传感器与检测技术试题及答案

《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积 增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关 系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈 的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是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，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件

温度传感器的温度特性研究与应用

温度传感器的基本特性与应用研究 班级：机械一班 姓名：汪浩奇；钟嘉怡 学号： 06180118 ；06180102 指导老师：汪亮 摘要： 通过图2的简单电路，来测量LM35的温度特性，了解LM35一定范围内温度和电压之间的关系。通过图3的电路，制作一个用LM35集成电路电压型传感器组装的温度控制仪表，从而验证电压与温度的线性关系。 关键词： LM35电压型集成温度传感器；温度控制仪表；数显温度计； 1. 概述 温度是表征物体冷热程度的物理量，它和我们的生活环境密切相关，也是工农业生产过程中一个很重要的测量参数，温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的应用十分广泛。 2. 实验原理 温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。常用的温度传感器有热电阻、热电偶、集成电路温度传感器等。本实验将通过测量几种常用的温度传感器的特定物理量随温度的变化，来了解这些温度传感器的工作原理。 1、 电压型集成电路温度传感器（LM35） LM35温度传感器，其准确度一般为0.5C ±?，由于其输出为电压，且线性极好，故只要配上电压源，数字式电压表就可以构成一个精密数字控温系统。内部的激光校准保证了极高的准确度及一致性，且无须校准。LM35温度传感器的温度系数V K 约为10.0/mV C ?，利用下式可计算出被测温度t ： 0/V t U K = LM35温度传感器的电路符号如图1所示，0U 为电压输出端。 图1 LM35电路符号 实验测量时只要直接测量其输出电压0U ，即可知待测量的温度。 2、 用LM35电压型温度传感器组成温度控制装置 温度控制：若设置控制温度为()t C ?，根据LM35传感器温度特性测试中的线性、拟合结果进行计算，得出此温度对应的LM35传感器输出电压值，调节可调电阻1RX ，将控温

传感器原理与测试技术大作业

2015春机械智能专业传感器原理与应用试题试卷号7550 1．测量是借助专用的技术和设备，通过和，取得被测对象的某个量的大小和符号。 2．电阻应变片的初始电阻R0是指应变片未粘贴时，在室温下测得的电阻。 3．工业和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是热电阻和 热电阻。 4．闭磁路变隙式单线圈电感传感器与灵敏度及线性度式相矛盾的。 5．所谓光栅，从它的功能上看，就是刻线间距很小的。 6．螺线管式差动变压器传感器中，零点残余电压是评定差动变压器性能的主要指标之一。它的存在造成传感器在附近灵敏度降低、测量大等。 7．电涡流式传感器的测量系统由和两部分组成，利用两者之间的耦合来完成测量任务。 8．电容式传感器中，变面积式常用于较大的测量。 9．振筒式传感器用薄壁圆筒将被测气体或密度的变化转换成频率的变化。10．光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用代替的结果。通常基极不引出，只有两个电极。 11．热电偶中，接触电势是由互相接触的两种金属导体内造成的；温差电势是由金属两端温度不同引起造成的。 12．硅光电池的结构是在N型硅片上渗入P型杂质形成一个大面积而成。13．对某种物体产生有一个的限制，称为红限。 14．电位器是一种将机械转换成电阻或电压的机电传感元件。

1．单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（）。 A．大量程角位移 B．小量程角位移 C．大量程直线位移 D．小量程直线位移 2．用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。 A.接线方便 B.减小引线电阻变化产生的测量误差 C.减小桥路中其它电阻对热电阻的影响 D.减小桥路中电源对热电阻的影响 3. 压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。 A.晶体厚度成反比 B.晶体面积成正比 C.作用在晶片上的压力成正比 D.剩余极化强度成正比 4.当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的物理量是（）。 A. 红限 B. 量子效率 C. 逸出功 D. 普朗克常数 5. 通常用振弦式传感器测量（）。 A. 压力 B. 扭矩

气体传感器的性能分析

气体传感器的性能分析 摘要气体传感器是现代检测手段之一,具有广泛的应用和发展潜力。阐述气体传感器的选择原则,并分析各类气体传感器的性能。 关键词气体传感器;选择;性能分析 1气体传感器的选择 1.1根据测量对象、环境确定传感器的类型 要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。 1.2灵敏度的选择 通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。 1.3响应特性(反应时间) 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,选择适当的气体传感器。 1.4线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,

传感器原理与应用复习题及答案

中南大学现代远程教育课程考试（专科）复习题及参考答案 传感器原理与应用 一、名词解释 1．传感器 2．传感器的线性度 3．传感器的灵敏度 4．传感器的迟滞 5．绝对误差 6．系统误差 7．弹性滞后 8．弹性后效 9．应变效应 10．压电效应 11．霍尔效应 12．热电效应 13．光电效应 14．莫尔条纹 15．细分 二、填空题 1．传感器通常由、、三部分组成。 2．按工作原理可以分为、、、。 3．按输出量形类可分为、、。 4．误差按出现的规律分、、。 5．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 6．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。 7．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 8．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs= 。 9．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。 10．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。 11．电容式压力传感器是变型的。 12．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL 为Pa-1。 13．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 14．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。 15．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 16．目前应用于压电式传感器中的压电材料通常有、、。 17．根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有、、 三种基本类型 18．热敏电阻按其对温度的不同反应可分为三类、、。 19．光电效应根据产生结果的不同，通常可分为、、三种类型。

温度传感器特性研究

温度传感器特性研究 【实验目的】 1．了解几种常用的接触式温度传感器的原理及其应用范围； 2．测量这些温度传感器的特征物理量随温度的变化曲线． 【实验原理】 1．铂电阻 导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其电阻值推算出被测环境的温度，利用此原理构成的传感器就是热电阻温度传感器．能够用于制作热电阻的金属材料必须具备以下特性：（1）电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；（2）电阻率高，热容量小，反应速度快；（3）材料的复现性和工艺性好，价格低；（4）在测量范围内物理和化学性质稳定.目前，在工业中应用最广的材料是铂和铜。 铂电阻与温度之间的关系，在0～630.74 oC范围内可用下式表示 (1) 在－200～0 o C的温度范围内为 (2) 式中，R0和R T分别为在0 0C和温度T时铂电阻的电阻值，A、B、C为温度系数，由实验确定： A = 3.90802×10－３0C－１， B = －5.80195×10－７0C－2， C = －4.27350×10－２0C－4．由式（1）和式（2）可见，要确定电阻RT 与温度T的关系，首先要确定R0的数值，R0值不同时，RT 与T的关系不同．目前国内统一设计的一般工业用标准铂电阻R0值有100Ω和500Ω两种，并将电阻值RT 与温度T的相应关系统一列成表格，称其为铂电阻的分度表，分度号分别用Pt100和Pt500表示。 铂电阻在常用的热电阻中准确度最高，国际温标ITS－90中还规定，将具有特殊构造的铂电阻作为13.5033 K～961.78 0C 标准温度计来使用．铂电阻广泛用于－200～8500C范围内的温度测量，工业中通常在6000C以下。 2.半导体热敏电阻 热敏电阻是其电阻值随温度显著变化的一种热敏元件．热敏电阻按其电阻随温度变化的典型特性可分为三类，即负温度系数（NTC）热敏电阻，正温度系数（PTC）热敏电阻和临界温度电阻器（CTR）．PTC和CTR型热敏电阻在某些温度 范围内，其电阻值会产生急剧变化，适用于某些狭窄温度范围内一些特殊应 用，而NTC热敏电阻可用于较宽温度范围的测量．热敏电阻的电阻－温度 特性曲线如图1所示。 NTC半导体热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍、铜等 过渡金属的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同 的封装形式制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各种形状．与金属导体热电阻 比较，半导体热敏电阻具有以下特点：（1）有很大的负电阻温度系数，因 此其温度测量的灵敏度也比较高；（2）体积小，目前最小的珠状热敏电阻 的尺寸可达φ0.2 mm，故热容量很小，可作为点温或表面温度以及快速变化 温度的测量；（3）具有很大的电阻值（102～105 Ω），因此可以忽略线路