传感器原理及工程应用概述

传感器原理及工程应用概述（共11篇）

1.传感器原理及工程应用概述 篇一

《传感器原理及应用》作业三

一、填空题

1．当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的之比

2．闭磁路变隙式单线圈电感传感器的3．电涡流式传感器工作时，要求线圈距被测物无关的金属物体至少有一个线圈的距离，否则会使降低和非线性误差加大。

4．电容式传感器中，变介电常数式多用于

5．电位器的种类繁多，按工作特性可分为性两种。

6．差动螺线管式电感传感器主要由两个

7．电涡流传感器的主体是。因而它的性能对整个测量系统的性能产生重要影响。

8．电容式传感器中，变面积式常用于较大的9．光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用替代的结果。通常基极不引出，只有两个电极。

10．光电管由一个光电阴极和一个阳极封装在真空的玻璃壳内组成，其技术性能主要取决于。

11．振弦式传感器是经被拉紧的钢弦作为传感元件，其与弦的张紧力的平方根成正比。

12．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。

13．所谓光栅，从它的功能上看，就是刻线间距很小的14．振弦式传感器的原理结构中，振弦的一端用夹紧块固定在上，另一端用夹紧块固定在上。

15．对某种物体产生有一个的限制，称为红限。

16．光敏二极管的结构与普通二极管相似，其管芯是一个具有PN结。它是在电压下工作的。

17．振筒式传感器中，激励器与拾振器通过加上放大器和反馈网络组成一个振荡系统，所以振筒是由材料制成的。

二、选择题（5题为多选）

1．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

2．光敏三极管工作时（）。

A． 基极开路、集电结反偏、发射结正偏

B． 基极开路、集电结正偏、发射结反偏

C． 基极接电信号、集电结正偏、发射结反偏

3．在光线作用下，半导体电导率增加的现象属于（）。

A．外光电效应B．内光电效应

D． 光电发射

4．振弦式传感器中，把被测量转换成频率的关键部件是（）。

A．激励器B．拾振器

C．永久磁铁D．振弦

5．计量光栅上出现莫尔条纹的条件有（）。

A． 两块栅距相等的光栅叠在一起

B． 两块光栅的刻线之间有较大的夹角

C． 两块光栅的刻线之间有较小的夹角

D． 两块光栅的刻线之间必须平行

2.传感器原理及工程应用概述 篇二

光电子和微电子技术的有效结合, 形成了新的光电传感信息技术, 这一技术的应用, 使精度更高, 响应速度更快, 是具有高可靠性和高精确度的光电传感器, 并且能对表格进行更灵活的测量, 在自动检测技术当中得到了非常广泛的应用。光电传感器的应用可以实现对光学部件的有效检测。

1 光电效应理论基础

光电效应分为外部和内部光电效应光电效应。外部光电效应指的是表面电子的某些对象的光照射发生逃逸的现象, 也称为电光效应以外光电子效应。基于在光电元件上具有光电管, 光电倍增管等光学效应的外部光电效应是指光对下一个对象造成影响时, 原子的内部电子被释放, 但这些电子不会发生表面的逃逸现象, 而是仍保持在所述主体的内部, 从而使所述被摄体的变化的电阻率或产生电动势。主要包括光敏电阻器, 光电二极管, 光电池等光电元件。在光电材料的光, 电子材料吸收能量, 如果电子的表面能吸收足够的, 电子将克服逃逸的束缚到空间, 这是光电效应以外的外表面。

根据爱因斯坦的光电效应, 光子移动粒子流, 能量HV光子 (h是普朗克常数, H=6.63X1030焦耳/HZ, V是光波频率) 是有着不同能量、不同频率的光子, 频率光波较高的更大光子, 如果光子能量可以随着电子的增加而增加, 就可以很好的克服正离子能量所增加的部分约束, 另一部分一般就会被转换成另外一个电子的能量。根据能量守恒定律:1/2mv2=hv-w, 其中m为电子质量, v是电子逃逸的初始速度;w是功函数。

因此, 如果光电子逃逸面中, w不同的材料具有不同的功函数, 入射光具有一定的频率限制, 并且仅当入射光的频率大于该频率的限制, 将已光电子, 否则力度不大, 也不会有光电子, 这个频率所具有的上限我们一般把它称为“红色极限”。而光在电效应当中, 价带与正常情况下的那些半导体材料之间所具有的带隙能量间隔在导带之间, 价带电子不会自发如果通过转换到导带, 使得导电半导体材料少得多的导电, 但是, 以某种方式与价带电子提供能量, 它可以被激发到导带, 形成一个载体, 增加的方式的导电性时, 光对于入射光的能量的激励。例如, 价带电子将吸收这些具有很高能量的光子, 并将其过渡到导带之中, 从而留下一个介质孔当中的价带, 这样也可以形成一对可以用来导电的电子——空穴对。虽然没有相关的逃逸电子或光电子形成, 但是显然有电气效应是由于被光电效应中所产生的光。

用于价带到导带的电子跃迁, 是有一定限度的入射光的能量, 即ey=hv0=eg (v0是低频率) 或频率小时石克事件的光比V比波长大于或更小。同时会发生与入射光的能量之间的电子跃迁是比较小的, 不能使从价带的光子转变为导带, 该带也可以是在子级结构跃迁内的房间。

2 应用

光电传感器可以检测已被广泛应用于光的变化量而引起的检测技术, 工业自动化和智能控制等领域。在这里, 我们来说明这种传感器中的应用生产和生活。

2.1 光隔离器

所谓光隔离器一般是由一个发光的二极管或者光电晶体管在同一封套的组合物进行安装而成的。发光二极管的光敏电阻器, 发光二极管光电晶体管。其中发光二极管的光电晶体管是被最广泛使用的, 经常在隔离一般信号中使用;发光的光敏可控硅电源隔离的驾驶情况下使用二极管;发光二极管或在直接驱动低功率负荷的场合中使用的达林顿复合管。

2.2 文具计量电路

学生在不均匀的光环境中学习时, 很容易使视觉疲劳, 而光电文具计量电路可显示光的强度, 引导学生以保护装文具的表面硅光伏电池的视力, 直接感受到的光的强度, 具有两个发光二极管作为指示灯的光强度时的光小于100V, 由光电池产生的电压是比较小的, 两个LED被点亮;当光线在100-200V时, 其中一个发光二极管点亮, 光线适中;当光大于200V, 由光电池产生的电压是比较高的, 两个发光二极管被点亮时, 光线太强。

2.3 条码扫描笔

当扫描条形码笔尖上移动, 如果遇到黑线, 所述发光二极管的光就会由黑线被吸收, 光电晶体管不接收反射的光, 高阻抗电流干旱, 在横截面中比状态由于当由发光二极管发出的光, 被反射到光电晶体管的基极的颜色空间满足, 光电晶体管导通, 整个条码扫描之后, 条形码到光电晶体管的电脉冲信号, 将信号放大, 脉冲列的形成后成形, 然后通过计算机处理, 以完成的条形码信息的识别。

2.4 光电探纬器

光电探测器在纬纱织机用检测器, 以确定是否断裂时在喷射纬纱效果的进步, 红外发射红外光, 经纬线反射的接收到的光电池, 如果没有接收到电池中的光的反射信号, 则纬纱已破裂, 因此光电池的输出信号, 经过随后的电路放大, 脉冲整形, 并控制机器的正常操作是打开还是关闭报警。

因为纬纱非常薄, 并向前摆动, 漫射光的生成, 减弱了反射光的强度, 并伴有背景的杂散光, 因此要求塞具有高的灵敏度和分辨率, 为此, 利用红外线LED高电流小电源脉冲占空比, 它将确保发光管的寿命, 而且在瞬间射的光, 以提高检测灵敏度。

3 结论

一些广泛运用的光电传感器仍等着我们去研究, 去探索, 如在太阳下, 还不能很好看清手机和电脑的显示, 那么我们就可以用它来更改手机的感光器件和屏幕亮度, 同样的, 空调调节, 可以红外线检测自动调整到舒适的温度的身体, 当温度过高或过低时, 打开空调即可调整到人的舒适范围温度, 由此可见, 光电传感器将会使我们的生活更方便。

参考文献

[1]张梦欣.自动检测与传感器应用[M].中国劳动社会保障出版社.

3.传感器原理及工程应用概述 篇三

摘要：本文基于近几年的教学实践，结合实际，打破了传统的教材上分章教学的方法，探讨了理科专业传感器原理及应用课程新的教学尝试。

关键词：理科专业；传感器教学；教学方法

【中图分类号】TP212-4

1.绪论

随着电子计算机、生产自动化、现代信息、交通、环保、遥感等科学技术的发展，社会对传感器的需求量与日俱增，其应用的领域已渗透到国民经济的各个部门以及人们的日常文化生活之中。

《传感器原理及应用》这门课程已作为应用物理学专业、机械类、电气信息类等国内外理工科学生的专业基础课或专业方向课，在教学中占有重要的地位。掌握传感器技术，不仅有助于学生对专业知识技能的提高和动手能力与创新精神的培养，更重要的是能够获得实用的技能，增强就业竞争力。

然而一直以来，理科的学生学习传感器原理及应用这门课程的效果都不太理想，造成教学效果不理想的原因主要有：（1） 对物理学原理的学习本身就是非常枯燥的；（2） 对于大多数的传感器教材[1-4]来说，其章节的划分都是根据传感器的工作原理进行分类的，如应变式、电容式、压电式、磁电式等。章节的划分太过于固定，致使教学缺乏灵活性；（3） 教学手段为单一的课堂教学。

针对学生学习过程中出现的这些问题，作者在传感器原理及应用课程的教学过程中从现实生活中遇到的实际问题出发，打破了教材上的分章教学体系，并采用多种教学手段，进行了一些新的教学尝试。

2.新的教学尝试

（1） 从生活中遇到的实际问题出发。我们学习传感器的目的，就是将学到的基本知识应用到实际生活中去。因此学习的出发点也应源于现实生活中遇到的各种问题，为了解决这些问题，我们应该如何去做？按照这个思路逐渐引出所需要的传感器，进而再去分析该类传感器的原理及实际应用过程。

例如，随着社会经济的不断发展，人均汽车拥有量越来越多，汽车成为了人们的代步工具。这样不仅提高了人们的出行效率，而且缩短了时空距离。因此汽车成了现在人们经常谈论的话题，并且在高校里面，拿到驾照似乎成了必修课，学生逃课去考驾照的现象已屡见不鲜。然而，在汽车使用的过程中也随之出现了各种各样的问题。在汽车这样一个狭小的空间内，空气的质量显得尤为重要。由于汽车内部不通风、车体装修等原因，通常情况下车内空气质量极差，这种车内空气污染对人们的身体健康会带来严重的影响。据统计，我国每年冬、夏两季都会发生多起空调车内一氧化碳中毒死亡的事故，是有车族必须警惕的另类“车祸”。除了一氧化碳，汽车内还存在二氧化碳、苯、甲醛、二甲苯等。如何来有效的检测出这些气体，几乎成了每一个人关注的问题。由此便可引出对红外探测器，各种气敏传感器的原理及使用的了解。爆胎是汽车在行驶过程中、尤其是在高速公路上行驶时遇到的非常危险的情况。怎么样提前预防这些危险呢？可以在车上安装胎压监测系统。而胎压监测系统最主要的部分就是压力传感器，由此便又可引出对各种压力传感器的学习。

（2） 有效使用多种教学手段。为了达到应用为本、学以致用的教学目标，国内外学者对传感器教学在教学体系、教学理念、教学方法、考试方法等方面都在进行研究，并将项目化教学法、仿真教学法、多媒体教学法等先进的教学方法引入到传感器教学当中。基于自身的特点，我们在教学过程中也采用了多种教学手段。

多媒体教学。多媒体“声、图、文、颜色、光彩、视听”并举的特点，使得其在教学的过程中被广泛使用。多媒体的优点很多，如多媒体教学可以激发学生的学习兴趣，多媒体教学可以启发学生的想象力，多媒体教学可以扩大信息容量，满足学生的求知欲等。

注重实验。加强实验教学，有助于培养学生的观察能力、操作能力、独立分析问题解决问题的能力以及实事求是的科学态度和创新意识和创造能力。对照各种实实在在的传感器，使教学更形象、直观。我们在理论教学结合实验的过程中主要注重了：① 把部分演示实验改成学生上台演示形式，给学生提供更多的亲自动手操作机会，这些做法可以让学生亲身体验研究过程，激发兴趣。② 培养学生严肃认真，实事求是的科学态度和独立分析问题、解决问题的能力。③ 提供适当的机会让学生能根据所学的知识自己设计实验，培养创新意识。

考察传感器实际生产过程。现在很多的高校为了提高学生的就业率，也给学生提供实习的机会，都会与一些企业建立联系，一些企业成为了学生的实习基地。如作者所在的学校与格利尔数码科技股份有限公司建立了合作关系。该公司有一个传感器加工车间。借助于合作关系，带学生亲临车间去观看实实在在的传感器生产过程。

考查方式多样。把考查方式由单一的试卷考试转换到多种考查模式。如在教学中，给学生留下这样的一个问题：根据所学的传感器理论知识，解决生活中存在的一个问题。再比如，把考试的时间和空间都扩展到教室外面，我们曾经让学生写出一天之中见到的传感器以及可能和传感器有关的器件等。学生对这些课外考查方式更感兴趣。

（3） 师生互动讨论，发挥学生的主观性。爱因斯坦曾指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要。因为解决问题，也许仅是技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”因此，鼓励让学生去主动提出问题。并且，学生提出的问题才是他们真正关注、感兴趣的问题。

针对以上学生提出的问题，鼓励学生上讲台提出来并给出自己设计的解决方案，然后师生集体讨论优缺点。在相互探讨的过程中需注意：① 让学生成为学习的主人。苏霍姆林斯基曾说过：“人的心灵深处，总有一种把自己当作发现者、研究者、探索者的固有需要。”② 营造良好氛围。在教学中营造宽松、民主的课堂氛围，营造师生间，生生间相互尊重，接纳的学习氛围。③ 给学生空间。给学生质疑的空间，给学生求同存异的空间。

3.结论

本文针对理科学生在学习传感器原理及应用课程中出现的问题，从现实生活中遇到的实际问题出发，打破了教材上的分章教学体系，并采用多种教学手段，结合近几年的教学经验，我们发现，通过这些新的尝试，学生学习的主动性有所提高，学生的学习兴趣也有所增强。更重要的是，培养了学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。

参考文献

[1] 郁有文，常健，程继红编著，传感器原理及工程应用[M]，西安电子科技大学出版社，2003.

[2] 孟立凡，藍金辉主编，传感器原理及应用[M]，电子工业出版社，2011.

[3] 何道清，张禾，谌海云编著，传感器与传感器技术[M]，科学出版社，2014.

4.传感器原理及工程应用概述 篇四

基本原理

化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。

识别系统反待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。

化学传感器在环境与卫生监测中的应用

（一）空气检验

1、湿度传感器 湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。人体最适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。

在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。用于测定相对湿度的涂覆压电石英晶体用传感器,通过光刻和化学蚀刻技术制成小型石英夺电晶体,在AT切割的10MHZ石英晶体上涂有4种物质,对湿度具有较高的质量敏感性.该晶体是振荡电路中的共振器,其频率随质量变化,选择适当涂层,该传感器可用于测定不同气体的相对湿度.该传感器的灵敏度、响应线性、响应时间、选择性、滞后现象和使用寿命等孝怪癖于涂层化学物质的性质。1986年，德国ErbenUwe[提出了一种测定湿度用的传感器，并获得专利。该传感器采用以硅为基体的金属-绝缘体-半导体（MIS）型结构。在MIS型结构中涂有二氧化硅和敏湿层，敏湿层的材料包含有金属氧化物、氧化物以及低极性组分的聚合物。敏湿材料的吸水量与每湿材料的相对介电常数的变化有关，该传感器可用准表态和支态两种方法进行测定，不过前者比后者更为方便省力，在空气调节系统、建筑工地和日常生活环境中都能监测、控制和调节湿度。

我国科技工作者采用最新研制的氧化钽薄膜湿敏电容，推出一种稳定性好，调节十分方便的通用湿度控制器。这种传感器可用于恒湿箱、计算机房、防湿机等许多场合的空气湿度监测，是一种性能价格比很高的通用型湿度传感器，有人利用磷酸盐涂膜的感湿性研制出性能十分可靠的湿度传感器。它的主要电极为不锈钢线材，直径0.4~1.0mm，表层涂有磷酸薄膜，在膜上再旋绕一层镀金丝作为主电极的对置电极，两电极间仅仅相隔一层20~50um厚的涂膜，距离大大小于一般的湿度传感器，响应速度得到提高，改变磷酸盐涂膜，又能制成特性不同的多种感湿元件。传感器工作期间，由于磷酸盐涂膜表面吸附水分而产生的离子在电极间来回运动，致使传导发生变化，从而显示感湿性。若对传感器元件加以交流负荷，则可借检测阻抗的变化测定出空气湿度。该传感器何种小，可封闭在注射器针关内，利用针尖可插入狭窄的被测处，使用方便，检测迅速，还可用于露点测定。

现在日本制造销售湿度传感器及湿度测量控制仪器的公司已超过30家。温度传感器数量大，品种多，使用的感湿材料有电解质陶瓷和有机高分子膜等，范围甚广，大部分检测精度高，结构简单，具有超小型化和集成化的特点。

2、氧化氮传感器 氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮和二氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。在环境分析中，氧化氮一般指一氧化氮二氧化氮。

我国监测氧化氮的标准方法是盐酸萘乙二胺比色法，方法灵敏度为0.25ug/5ml,方法转换系数受吸收液组成、二氧化氮浓度、采气速度、吸收管结构、共存离子及温度等多种因素的影响，目前沿末完全统一。传感器测定是近年发慌起来的新方法。

文献报道，用交指型栅极电极场效应晶体管的微电子集成电路与化学活性电子束蒸镀酞花青铜薄膜相结合，获得了新型气体敏感微传感器，可选择性检测mg/m3级二氧化氮和二惜内基甲基膦酸盐（DIMP）。它利用电压脉冲激发传感器，测量时域和频域响应，测定的峰形与归一化差分傅立叶变换频谱有关，能清晰地区分二氧化氮和DIMP的响应，每个峰面积可以相应地反应出传感器对特定气体浓度的灵敏度，科技人员研究了工作频率600MHZ的高频表面声波（SAW）气敏装置。该装置包括三个分离的SAW延迟线，它们是振荡电路的频率测定元件，在其表面涂了一层有机膜，作为气体吸附剂，该膜为1~15nm厚酞花青铅膜或由可溶酞花青铁衍生物组成的LB(Langmuir-Blodgett)膜。在吸附过程中，薄膜质量增加，引起表面波速的降低，随即引起振荡频率的降低，达到测定二氧化氮浓度的目的。

锡在高于熔点的温度下沉积，而镉在室温下沉积，利用加热蒸镀新方法可制得掺有1%~6%镉的二氧化锡薄膜。在520℃下缓慢氧化该膜，便形成了二氧化锡和氧化镉的多晶体，薄膜表面对低浓度氧化氮和二氧化氮有吸附。在300℃条件下，该膜对10g/m3的一氧化氮和二氧化氮具有最高灵敏度，按电导率相对变化百分比计，其值分别为10000%和400%，相同条件下，对空气中0.01%的一氧化碳、甲烷、丁烷和氢气的灵敏度都在300%以下，这种基于掺镉二氧化锡薄膜组成的传感器，对氧化氮和二氧化氮的测定不仅灵敏度高，而且具有很好的选择性。半导体本花青膜的电导率对电子受体气体具有极佳的灵敏度，这一特点给人们提供了制造廉价、低能耗、体积小的二氧化氮传感器系统的理论基础。但是，这种膜用于传感器也有一缺点，如响应慢，在潮湿条件下，响应呈可逆地降低等。为此，WilsonA等人研制了一种微处理控制传感系统。该系统通过控制取样和传感器操作条件，获得可再现的动力学过程，从而把上述缺点带来的影响降低到了最低点。

3、硫化氢气体传感器 硫化氢是一种无色、具有特殊腐蛋臭味的可燃气体，具有刺激性和窒息性，对人体有较大危害。目前大多用比色法和气相色谱法测定空气中硫化氢。

对含量常常低至mg/m3级的空气污染物进行测定是气体传感器的一项主要应用，但在短时期内半导体气体传感器还不能满足监测某些污染气体灵敏度和选择性要求。他提出利用掺银薄膜传感器监测实验室和城市空气中的硫化氢。该传感器阵列由四个传感器构成，通过基于库化滴定的通用分析装置和半导体气体传感器阵列的信号，同时记录二氧化硫和硫化氢浓度，实践表明，在150℃下以恒温方式盍的掺银薄膜传感器用于监测城市空气中的硫化氢含量，效果良好。Yomogoe N对半导体气体传感器进行了改进和研究，克服了它检测硫化氢等气体的不足之处。他通过控制能影响接收和转换功能的基本因素，改进了二氧化锡半导体气体传感器的传感性能。他发现，转换功能与元件的微观结构密切相关，如与二氧化锡的粒度大小（D）和表面空间电荷层的厚度（L）相关。当D≤2L时，传感器的灵敏度大幅度提高。在二氧化锡表面引入其它受体，极大地改善了传感器的受体功能，特别是用银和钯作助催化剂，在空气中形成的氧化物与二所化锡表面相互作用，产生缺电子实质问题电荷，大大提高了检测气体的灵敏度。用CaO-SnO2元件能十分灵敏地检测空气中的硫化氢。

4、二氧化硫传感器 二氧化硫是污染空气的主要物质之一，检测空气中二氧化硫尝试是空气检验的一项经常性工作。应用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检出限，都显示出极大的优越性。

5.传感器原理与应用复习 篇五

例2：某压力表精度为1.5级，量程为0～2.0MPa，测量结果显示为1.2MPa，求1）最大引用误差δnm；2）可能出现的最大绝对误差Δm；3）示值相对误差δx＝？

例3：一差动变压器式位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化1200mv，问位移传感器的灵敏度是多少？

例4：机械式指针位移传感器，当输入信号有0.01mm的位移变化量式，指针位移10mm，求位移传感器的灵敏度？

例5：进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/Mpa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？

例6：有一只变极距电容传感元件，两极板重叠有效面积为，两极板间的距离为1mm，已知空气的相对介电常数是1，真空中介电常数为8.85×10-12F/m,试计算该传感器的位移灵敏度。

例7：粘贴在钢件上的康铜电阻丝应变片，其灵敏度为2，电阻温度系数为20×10-6/oC，敏感栅材料的线膨胀系数为15×10-6/oC，钢件的线线膨胀系数为11×10-6/oC，弹性模量E为2×1011N/m2,求：（1）当环境温度变化为10oC时，应变热输出为多少？相当于试件产生多大应力？

（2）当=1000uε时，由于热输出产生的温度误差γt是多少？

6.传感器原理及工程应用概述 篇六

1.传感器原理

常用传感器工作原理：包括电容、电感、电涡流、电阻、热电偶、压电、光电及数字式传感器。

传感器测量电路原理

2.测试技术

信号分析基础：包括模拟信号与数字信号、频谱图，周期与非周期信号频谱，随机信号数值特征

测试系统特性：包括静态特性、动态特性及其指标，频率响应，阶跃响应，测试系统不失真条件

工程测试技术：包括位移测试、振动测试、温度测试方法，传感器及测试仪器的选用

二、参考书目

1. 冯凯P，《工程测试技术》，西北工业大学出版社，

7.传感器原理及工程应用概述 篇七

《传感器原理及应用》是测控技术与仪器专业一门重要的专业主干课, 内容涵盖各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路, 以及在各个领域中的应用。该课程是一门学科交叉、内容综合的课程, 涉及的知识面广、内容多、跨度大、需要理论结合实际, 仅采用传统课堂教学模式已经不能满足当前教育发展的需求。随着计算机技术的发展和互联网时代的到来, 基于WEB的网络教学得到了越来越广泛地应用, 使用教学网站能够跨越时间和空间的限制, 是对课堂教学的有效补充。网站可以充分利用网络的实时性、普及性和便利性, 提供一种有效的手段, 来引导学生进行自主学习, 利用文本、动画、声音等多种多媒体的有效组合, 帮助学生更好地理解该课程的重点与难点, 激发学生自主学习的积极性, 培养学生的想象力, 提高学习的效率和效果, 同时还能够实现优质教学资源的网络共享。

我校目前已经建立起集开放性、共享性、交互性为一体的《传感器原理及应用》课程网站, 并在全国多媒体大赛中获奖, 受到了老师和学生的广泛好评。

二、网站建设的开发工具及运行环境

本网站的开发工具为Dreamweaver、ASP和ACCESS数据库。Dreamweaver是一款著名的网页编辑器, 它提供的网站管理、所见所得、CSS设计工具、设计模板等为网站开发人员带来了许多便利。ASP (Active Server Page) 意为“动态服务器页面”, 它是微软公司开发的代替CGI脚本程序的一种应用, 它可以与数据库和其他程序进行交互, 是一种简单、方便的编程工具。采用ASP开发的网站具有开发效率高、运行速度快、扩展性好等优点。网站结构采用的是B/S (Browser/Server) 浏览器/服务器结构, 以IIS为系统运行服务器。

三、网站结构总体设计

网站主要包括两大部分:一是前台系统, 即访问者能看到的页面, 另一部分是后台管理系统, 用于管理员对整个网站的管理维护。

1. 网站前台。

该网站的首页如图1所示。首页有课程简介和相关链接, 通过课程公告发布最新的课程信息。网站主要内容以菜单方式展示, 操作简便, 包括课程概况、教学纲要、理论教学、实践教学、素材资源、师生互动等模块。

课程概况模块由课程介绍、课程特色和师资队伍三部分组成。

教学纲要模块提供了教学大纲和电子教材。在教学大纲中介绍了该课程的教学目标, 阐述了各章节的知识点、突出重点和难点。

理论教学模块是整个网站的主体, 分为教学视频、教学课件和题库三部分。教学视频栏目中提供了课程上课录像。教学课件既支持在线观看, 也可下载到本地。每一章都按照学习目标、课程内容、典型习题和课后作业四部分组织内容, 规整清晰, 能够在教学过程中营造和谐、生动的教学情境, 激发学生乐学的心理需求, 具有较好的互动性。课件中引入了大量的动画和图片, 将抽象、复杂的课程内容用生动的多媒体图像、动画表现出来, 使学生可以更直观地理解教学内容, 有效提高学生的专业知识和实际工程水平。教学课件使用了i Spring软件, 这是一款Power Point转Flash工具, 可以轻松地将PPT演示文档转换为对Web友好的Flash影片格式, 转换的同时将会保留原有的可视化与动画效果。Flash格式的最大特点是体积小巧、易于分发, 兼容所有的操作系统和浏览器等。题库部分分为分章习题、课程试卷、在线测试, 以便学生对学习效果进行自我评价。

实践教学模块是本网站的特色之一, 结合社会需求精选了电子秤、玻璃破碎报警器、自动水龙头等10个案例, 选题贴近学生的实际生活, 符合教学目标与需要, 富有代表性。通过项目化案例教学模式, 引导学生积极思考, 培养学生解决实际问题的能力。虚拟实验室为开设虚拟实验课程提供了全新的教学环境, 充分应用多媒体丰富直观的表达形式, 可以通过“向导”方式起到示范作用, 学生也可以在虚拟实验台上动手操作, 便于学生对实验的充分理解和掌握, 同时具有利用率高、易维护等诸多优点。此外, 实践教学模块还包括实验指导书、实验室介绍等内容。素材资源模块中包括动画资源、视频资源、拓展知识和生产厂商介绍四部分, 力求提供大量与本课程相关的课外文字、图片、音视频等资源, 供给学生课外学习。师生互动模块是一个BBS论坛, 由学习资料、疑难解答、在线讨论和灌水区四个板块组成。

2. 网站后台。

为了提高网站后期维护的便利性, 我们制作了后台管理系统, 主要包括用户管理和内容管理。用户管理即对后台管理用户进行添加、删除和编辑。内容管理即对网站中所有的文章进行修改、增加和删除。图2为管理员登陆后的网站管理系统界面。

四、该网站在教学中的应用

《传感器原理及应用》教学网站目前已经投入运行, 取得了较好的教学效果, 主要体现在以下三方面。一是实现了优秀资源的共享。网站提供了教学视频、教学课件、例题、试题、动画、拓展知识等大量的内容, 是对课堂教学内容的有效补充, 全面提升了课堂学习的效率。二是体现了“主导—主体相结合”的教育思想。网站中既有针对教师的功能完备的“授课模块”, 同时也对学生的“自主学习模块”给予了较多的关注。学生可以在课余时间进行自主学习, 有利于调动学生的积极性, 变被动学习为主动学习。教师从知识的灌输者变为学生的帮助者和学习伙伴。三是为师生提供了交流互动的平台。通过该网站教师和教师可以对教学中遇到的问题进行探讨, 学生和学生之前可以互相交流学习的心得体会, 老师可以为学生进行答疑和进行课程交流。

五、结束语

通过《传感器原理及应用》课程教学网站的设计和实现, 有效地拓展了课程的教学时空, 提高了课程的教学质量和效果, 有利于学生学习积极性的提高和综合能力的培养。

参考文献

[1]王月娥, 邱治金, 何远虑.基于测控专业特色的《传感器》网络课程建设[J].科技创新与应用, 2012, 2:243.

[2]张芳《.大学英语》精品课程教学网站建设与实现探究[J].鸡西大学学报, 2010, 10 (4) :68-70.

8.传感器原理及工程应用概述 篇八

许多原子由于它们特有的电子结构而具有像针那样有南北极的磁矩。当固体受到机械应力时，通常导致一定的变形能量储存在物体中。然而材料也会产生其他效应，而形成电场。元件受压时改变了磁畴的磁矩，其结果是沿着机械力作用的方向改变磁畴特性。这称为磁弹性效应，是传感器的基础。

当施加垂直力时，由于磁弹效应将产生磁各向异性现象，磁长随时间的变化将在线圈中感应出电压，因此，感应电压取决于次但特性，因为也就取决于所加的力。

１．振弦式传感器

目前振弦式传感器主要用语实验室的电子称和其他小称。在工业上曾用于台秤和皮带称。用质量对两根阵线预加负荷，当未知负荷通过角度的弦线施加负荷连接点时，左弦将受到增强的弦力作用，从而增大了该弦的固有频率。左右弦的频率之差正在与所施加的负荷，传感器的输出与将频率差变成脉冲计数对该脉冲串采样，即可直接读出重量值。绝大多数电子称重选用电阻应变式称重传感器。

应变计基本上是一个电阻，它由平行导线或金属箱作成一定的形状，并嵌入电环氧树脂材料作成的绝缘基底中。电阻变化正比于在弹性提上所施加的力，并被精确地测量出来。

热耗散是限制应变计允许通过电流的因素。其结果也就限制了称重传感器的不平衡电压输出。在传感器弹性体中进行有效的热耗散以获得稳定的测量结果是很必要的。

在电阻应变式称重传感器中，弹性提可以采用不同的形状。如圆环、柱式或弯曲梁筹。

2.电阻应变式称重传感器误差来源分析

电阻体积改变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度是误差的两个主要来源。其他的误差为：非线形，滞后，蠕度和不重复性。

在相同的外界条件下，重复测量同一负荷下称重传感器输出的最大差值。不重复度在任何传感器测量系统中都是一个即简单而又十分重要的因素。由于它是随即的因而无法补偿，多仪不能在测量系统中加以校准。因此不重复度是校准过程中的不利因素，也就限制了综合测量准确度的提高。

在称重系统中使用一个以上的传感器时，通常由于传感器之间负荷分配不匀，不可避免地引起称重误差。这成为“四角效应”。如果称重传感器具有相同的特性就可避免这种称重误差。

3.称重传感器的安装

正确的安装称量传感器显然是很重要的。如果传感器安装不正确，哪怕是质量最好的传感器和电子装置，也得不到正确的结果。

没有横向力作用于传感器是极其重要的，尤其对柱式传感器横向力将产生弯曲力矩，使贴在圆柱体表面的应变计感受应变。比应变量比所测量的垂直力产生的应变大得多。

目前一般常用以下三种方法来保护传感器免受横向力的作用：

（1）采用导向承压板，允许传感器在枢轴上转动。

（2）采用自动定位滚珠支座允许支承点横向位移。

（3）采用没有限往的自动定位支承安装系统。

4.静态称重系统中传感器的安装

静态称重包括在台架和平台上的称重，料斗和料槽的称重，以及吊车和运输车辆上的称重。

在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：

（1）称台或平台的位移。

（2）称重传感器的负荷分配。

（3）作用于称台或平台的外部水平力。

5.误差来源分析

电阻应变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度的温度效应是误差的两个主要来源。然而，在许多承重传感器中这些效应可以被补偿，因而剩下的效应可减少到初始值的10%左右。

6.对基础和承载器的要求

一个稳定的称重系统的先决条件是具有一个刚性支撑结构与（或）基础。同样，承载器（料箱，料斗，平台）上的连接法兰，拖架等必须具有相同的刚度。这样在满负荷时角位移保持最小。

如果放在同一结构上的容器数量超过一个，该结构必须设计成足够的刚度以防止由于大的饶曲引起互相干扰误差。

通常在称重传感器下面放一快厚基板以保证负荷均匀地传递到支撑结构，这一点对混凝土基础尤为重要，通常在基础上配置一快厚钢板，以便把称重传感器安装在上面。

对于具有4个或更多称重传感器的静态系统，传感器组合安装通常用垫片，以保证传感器均匀受载。

7.称台和平台

在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：

（1）称台或平台的位移。

（2）称重传感器的负荷配置。

（3）作用于称台或平台的外部水平力。

所有称台受载时将产生一定的位移。位移量采取称台是自由浮动的还是用限位元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源。有可能降低系统的准确度。

在自由浮动称台中，称台本身的位移不会引起任何称重误差，但在称重时作用于称台的水平力使秤台碰状到自由浮动秤台四周的缓冲器，摩擦引起力的旁路，从而减少了称重传感器上的负荷。这种随即误差可能相当大，在称重过程中必须防止这种现象的出现。

所有称台受载时将产生一定的位移，位移量取决于称台是自由浮动的还是用限往元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源，有可能降低系统的准确度。

9.传感器原理与应用试题答案1 篇九

中北大学传感器课程考试试题

传感器原理与应用试题答案

（一）一填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立 5 分）

1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。

2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成 的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路 中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。

4．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。

5．影响金属导电材料应变灵敏系数 K。的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。评分标准：每填一个空，2.5 分，意思相近2 分。

二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题 4 分）

1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（A.B.D）A．差动电桥补偿法 B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C．补偿线圈补偿法 D．恒流源温度补偿电路法

2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。A． 60Ω B．120Ω

C．200Ω D．350Ω）。

3．通常用应变式传感器测量（BCD）。A．温度 B．速度 C．加速度 D．压力

4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离 d 增加时，将引起传感器的（B,D）。

A．灵敏度增加 C．非统性误差增加 B．灵敏度减小 D．非线性误差减小

5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。A．外光电效应 C．光电发射 B．内光电效应 D．光导效应

评分标准： 345 题回答对一个 2 分，题 A.B.D）1（回答对一个 2 分，两个 3 分，2 题（B）不对没有得分。

三、回答下列问题（每题 5 分，答出原理 3 分，说明 2 分）

1．什么 1/2 桥能提高灵敏度，减小非线性；利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻 变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，并使它们一个受拉，另一个受压，如图所示，称为半桥差动电桥，半桥差动电桥电路的输出电压为 评分标准： 说明出划线部分的重点意思得 1.5 分，回答完整 2 分

写出平衡条件：1 分

设平衡时 R1=R2=R3=R4=R，又ΔR1=ΔR2 =ΔR 则

得证结论：2 分

可知半桥差动电路不仅没有非线 性误差，而且电压灵敏度也比单一 应变片工作时提高了一倍。谓压阻效应：.固体受到力的作用 后，其电阻率（或电阻）就要发生 变化，这种现象称为压阻效应。

评分标准： 说明 2 分 表达式 3 分

3间 导 体 定 律． 由导体 A、B 组成的热电偶，当插入第三种导体 时，只要该导体两端的温度相同，插入导体 C 后对回路总的热电势无影响。

评分标准： 说明 3 分 表达式 2 分

4.周边固支；压力均布；小挠度。

评分标准：回答三条满分，一条 2 分，两条 4 分，三条 5 分

5．电压放大器：适合高频量测量，更换导线灵敏度要重新标定。电荷放大器：适合高低频量测量，灵敏度与导线长度无关，只与反馈电容有关。

评分标准：（说明：意思相近4 分。若答电压放大器放大电压，电荷放大器放大 电荷不得分。）

四、作图并说明以下问题（每题 6 分 作图 3 分，说明 3 分）作图并说明以下问题1 通常沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效 应称为“横向压电效应”，评分标准： 说明 3 分 作图 3 分 注意图与说明一致

2． ．当衔铁处于中间位置时，δ1=δ2，初级线圈中产生交变磁 通Φ1 和Φ2，在次级线圈中便产生交流感应电势。由于两边气隙相 等，磁阻相等，所以Φ1=Φ2，次级线圈中感应出的电势 e21= e22，由于次级是按电势反相连接的，结果输出电压 Usc=0。当衔铁偏离 中间位置时，两边气隙不等（即δ1≠δ2），次级线圈中感应的电势 不再相等（即 e21≠e22），便有电压 Usc 输出。Usc 的大小及相位取 决于衔铁的位移大小和方向

评分标准： 说明 3 分 作图 3 分

3． 霍尔电势:

评分标准： 表达式 3 分，作图 3 分，看磁场的 在磁通量 B↑的表示符号与否，个别符号没有表示的适当减 1 分，在，磁通量 B↑的表示符号不在的，不得分。

4.当线圈通入交变电流 I 时，在线圈的周围 产生一交变磁场 H1，处于该磁场中的金属体上产 生感应电动势，并形成涡流。金属体上流动的电 涡流也将产生相应的磁场 H2，2 与 H1 方向相反，H 对线圈磁场 H1 起抵消作用，从而引起线圈等效阻抗 Z 或等效电感 L 或品质因数相应变化。金属体上的电涡流越大，这些参数的变化亦越大。根据其等效电路，列出电路方程

评分标准： 回路方程写出 3 分 作图 3 分光纤位移传感器的工作原理

1、光纤位移传感器的结构及工作原理

评分标准：满分 6 分： 1 结构原理图（2 分）； 2 反射光接收原理示意图 2 分）3 位移与输出电压曲线（2 分）

10.传感器原理及课后答案答案 篇十

1－2：答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；

（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数

对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

1－3：答：传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即 A＝ΔA/YFS＊100％

1－4；答：（1）：传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二5乘法。

1－5：答：由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)),从而确定ω，进而求出f=ω/(2π).1－6：答：若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+…….让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋……，则Δy=y1－y2=2(a1x+a3x3+ a5x5……),这种方法称为差动测量法。其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。

2－1：答：（1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

（2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。2－2：答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半21/2

导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

2－3：答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。

2－4：答：因为（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；

（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。

2－5：答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。（2）受温度影响，会产生零点温度漂移（主要是由个桥臂电阻及其温度系数不一致引起）和灵敏度温度漂移（主要灵敏度系数随温度漂移引起）。

（3）对零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）；

对灵敏度漂移的补偿主要是在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回路的桥路电压从而改变灵敏度的。

2－6：答；（1）直流电桥根据桥臂电阻的不同分成：等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥（2）等臂电桥在R＞＞ΔR的情况下，桥路输出电压与应变成线性关系；第一对称电桥（邻臂电阻相等）的输出电压等同于等臂电桥；第二对称电桥（对臂电阻相等）的输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂电阻的比值，当k小于1时，输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。

3-1 电容式传感器有哪些优点和缺点？

答：优点：①测量范围大。金属应变丝由于应变极限的限制，ΔR/R一般低于1％。而半导体应变片可达20％，电容传感器电容的相对变化量可大于100％；

②灵敏度高。如用比率变压器电桥可测出电容，其相对变化量可以大致107。－

③动态响应时间短。由于电容式传感器可动部分质量很小，因此其固有频率很高，适用于动态信号的测量。④机械损失小。电容式传感器电极间吸引力十分微小，又无摩擦存在，其自然热效应甚微，从而保证传感器具有较高的精度。⑤结构简单，适应性强。电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支承，因此电容式传感器能承受很大的温度变化和各种形式的强辐射作用，适合于恶劣环境中工作。电容式传感器有如下不足：①寄生电容影响较大。寄生电容主要指连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄漏电容。寄生电容的存在不但降低了测量灵敏度，而且引起非线性输出，甚至使传感器处于不稳定的工作状态。②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。

3-2 分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。

答：改变传感器总的电容量，甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化；使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。

可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。

3-3 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？

答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。

3－4：答：驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1放大器实现等电位，由于屏蔽电缆线上有随

传感器输出信号变化而变化的信号电压，所以称之为“电缆驱动技术”。3-7 为什么高频工作时的电容式传感器其连接电缆不能任意变化？

答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。

4－1：答：差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压器式传感器则是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的互感系数来检测相关物理量的。

5－1答:（1）某些电介质，当沿着一定方向对其施加力而使它形迹时，内部产生极低化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态，这种现象称为压电效应。（2）不能，因为构成压电材料的电介质，尽管电阻很大，但总有一定的电阻，外界测量电路的输入电阻也不可能无穷大，它们都将将压电材料产生的电荷泄漏掉，所以正压电式不能测量静止电荷。

5-3:答：（1）压电式传感器前置放大器的作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗输出，二是放大压电式传感器的输出弱信号。

(2)压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。

而电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。

因为电压放大器的灵敏度Ce的大小有关，见（5－20式）。

6-3．光栅式传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的?特点？

当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫尔条纹产生亮暗交替的变化，利用光电接收原件将莫尔条纹亮暗变化的光信号转换成电脉冲信号，并用数字显示，从而测出标尺光栅的移动距离（2）1.虽然光栅常数w很小，但只要调整角度seta，即可得到很大的莫尔条纹宽度Bh，起到了放大作用2.莫尔条纹的光强度变化近似于正弦变化便于将电信号进一步细分3.光电元件接收的并不只是固定一点的条纹，而是一定范围内的所有刻线产生的条纹4.莫尔条纹技术还可用径向光栅进行角度测量

6-4光栅传感器有高精度的原因

1.调整角度seta获得很大的莫尔条纹宽度起到放大作用，提高了测量精度

2.通过细分技术提高测量精度

3.光电元件接受一定长度范围内的所有刻线产生的条纹，对光栅刻线的误差起到了平均作用，可能得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度

8－1：答：（1）在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差，这种现象称为霍尔效应。

（2）应该选用半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。

（3）应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择元件的尺寸。

8－2：答：（1）不等位电势的重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上，可以通过机械修磨或用化学腐蚀的方法或用网络补偿法校正。

8－7答：（1）分为外光电效应和内光电效应两类；

（2）：外光电效应，利用物质吸收光的能量大于物质的逸出功，使电子跑出物体表面，向外界发射的外光电效应。如光电管与光电倍增管。

内光电效应：利用物质吸收光的能量大于物质的禁带宽度，使物质中的电子从健合态过度到自由状态，而使物质的电阻率减小的光电效应。如光敏电阻。

8－8答：（1）光电池的开路电压是指外电路开路时光电池的电动势；短路电流是指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的情况下，光电池的输出电流。

11.传感器原理及工程应用概述 篇十一

关键词 电子汽车衡 称重传感器 工作原理 技术故障 解决方法

一、前言

电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备。而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能，并承载着台面所受负载的合力。目前普遍采用电阻应变式称重传感器。

二、称重传感器的工作原理

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

1.电阻应变片。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。它的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：

当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

用式（2-1）去除式（2-2）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L - ΔS/S （2-3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr×Δr，所以

从材料力学我们知道：

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。

把式（2-4）（2-5）代入（2-3），有

式（2-6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7-3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

在材料力学中，ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2-6）常写作：

2.弹性体。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。

其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：μ-泊松系数；B、b、H、h-为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

3.检测电路。检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

三、称重传感器常见技术故障及解决方法

l.由于称重不当使传感器受损。（1）被称车辆（ 或物体） 严重超载。（2）在称重过程中产生撞击，此时物体自身重量加上因重力下坠而产生的动能使物体在接触称重平台时产生的撞击力大大超过传感器的额定载荷， 导致传感器受损。

解决的方法：（1）必须严禁超负荷称量。（2）为称重平台安装减震或防撞击保护装置。（3）增加称重传感器的额定载荷， 电子汽车衡器使用中时有出现丢车、测量不准的现象，多数是由于称重传感器发生的故障引起的。确认是传感器故障后，可通过更换传感器使动态衡 恢复正常工作。

2.由于选用传感器密封方式不当，使传感器受损。电子汽车衡器经常在恶劣环境下使用，如果使用了密封性能较差的传感器，由于工业粉尘、各类腐蚀性介质等因素的影响， 极易使电阻应变片的阻值发生改变， 使得称量结果产生误差。 此时可用数字万用表对传感器的输入、输出阻抗进行测量。当测量值与产品提供的技术参数或合格证书所标示值的偏差较大时，即可认定该传感器已损坏，此时应更换密封性能优良的传感器（ 如选用硅胶密封方式甚至焊接密封方式的称重传感器） 。

3.由于受潮使称量时产生偏差。当传感器受潮后，显示仪表经常出现无法自动回零，数字来回变动等现象。用手动进行复零后，仍会出现数字跳动现象，在空称状态下跳动的数字在某区间范围内无规律波动。当用万用表对其输入、输出阻抗进行测量时，测量值却并不超差， 此时可按下述方法进行判断处理：

（1） 拆下所有称重传感器，将其逐一单独进入测量电路，空秤状态下，未受潮的传感器会立即自动回零且显示值稳定。而受潮后的传感器就可能出现数字跳动，无法回零等现象。手动回零后，上述现象又会重复出现。

（2）若上述方法仍无法判断时，可采用标准计量法进行分辨，方法是用标准砝码（ 或标准比对物） 对所有传感器逐一进行载荷标定。未受潮的传感器所显示的测量值即为逐渐加载的标准砝码值，而受潮后的传感器显示的测量值会与标准砝码（ 或比对物） 值产生较大的偏差（ 汽车衡或轨道衡出现显示偏差般≤5 t ） 。故在易受潮的场所除选用合适的密封方式外， 在安装之前先用黄油涂抹整个传感器，当所有传感器安装完毕，有必要对传感器与安装基座接触处、接线口、接线盒缝等易受潮处涂抹黄油进行彻底密封。

4.其他因素的影响。由于客观环境 的制约，许多电子衡器 （ 特别是大型电子轨道衡） 的电源线、信号线、屏蔽线、接地线等通过穿线管与传感器与显示器进行连接，有时穿线管道必须埋设在地下，而雨水的作用易使导线短路、断路及接地现象。各线路间的绝缘性能降低，也会对称重测量产生一定的误差。

摘 要 电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备，而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能。

关键词 电子汽车衡 称重传感器 工作原理 技术故障 解决方法

一、前言

电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备。而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能，并承载着台面所受负载的合力。目前普遍采用电阻应变式称重传感器。

二、称重传感器的工作原理

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

1.电阻应变片。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。它的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：

当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

用式（2-1）去除式（2-2）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L - ΔS/S （2-3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr×Δr，所以

从材料力学我们知道：

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。

把式（2-4）（2-5）代入（2-3），有

式（2-6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7-3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

在材料力学中，ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2-6）常写作：

2.弹性体。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。

其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：μ-泊松系数；B、b、H、h-为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

3.检测电路。检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

三、称重传感器常见技术故障及解决方法

l.由于称重不当使传感器受损。（1）被称车辆（ 或物体） 严重超载。（2）在称重过程中产生撞击，此时物体自身重量加上因重力下坠而产生的动能使物体在接触称重平台时产生的撞击力大大超过传感器的额定载荷， 导致传感器受损。

解决的方法：（1）必须严禁超负荷称量。（2）为称重平台安装减震或防撞击保护装置。（3）增加称重传感器的额定载荷， 电子汽车衡器使用中时有出现丢车、测量不准的现象，多数是由于称重传感器发生的故障引起的。确认是传感器故障后，可通过更换传感器使动态衡 恢复正常工作。

2.由于选用传感器密封方式不当，使传感器受损。电子汽车衡器经常在恶劣环境下使用，如果使用了密封性能较差的传感器，由于工业粉尘、各类腐蚀性介质等因素的影响， 极易使电阻应变片的阻值发生改变， 使得称量结果产生误差。 此时可用数字万用表对传感器的输入、输出阻抗进行测量。当测量值与产品提供的技术参数或合格证书所标示值的偏差较大时，即可认定该传感器已损坏，此时应更换密封性能优良的传感器（ 如选用硅胶密封方式甚至焊接密封方式的称重传感器） 。

3.由于受潮使称量时产生偏差。当传感器受潮后，显示仪表经常出现无法自动回零，数字来回变动等现象。用手动进行复零后，仍会出现数字跳动现象，在空称状态下跳动的数字在某区间范围内无规律波动。当用万用表对其输入、输出阻抗进行测量时，测量值却并不超差， 此时可按下述方法进行判断处理：

（1） 拆下所有称重传感器，将其逐一单独进入测量电路，空秤状态下，未受潮的传感器会立即自动回零且显示值稳定。而受潮后的传感器就可能出现数字跳动，无法回零等现象。手动回零后，上述现象又会重复出现。

（2）若上述方法仍无法判断时，可采用标准计量法进行分辨，方法是用标准砝码（ 或标准比对物） 对所有传感器逐一进行载荷标定。未受潮的传感器所显示的测量值即为逐渐加载的标准砝码值，而受潮后的传感器显示的测量值会与标准砝码（ 或比对物） 值产生较大的偏差（ 汽车衡或轨道衡出现显示偏差般≤5 t ） 。故在易受潮的场所除选用合适的密封方式外， 在安装之前先用黄油涂抹整个传感器，当所有传感器安装完毕，有必要对传感器与安装基座接触处、接线口、接线盒缝等易受潮处涂抹黄油进行彻底密封。

4.其他因素的影响。由于客观环境 的制约，许多电子衡器 （ 特别是大型电子轨道衡） 的电源线、信号线、屏蔽线、接地线等通过穿线管与传感器与显示器进行连接，有时穿线管道必须埋设在地下，而雨水的作用易使导线短路、断路及接地现象。各线路间的绝缘性能降低，也会对称重测量产生一定的误差。

摘 要 电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备，而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能。

关键词 电子汽车衡 称重传感器 工作原理 技术故障 解决方法

一、前言

电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备。而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能，并承载着台面所受负载的合力。目前普遍采用电阻应变式称重传感器。

二、称重传感器的工作原理

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

1.电阻应变片。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。它的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：

当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

用式（2-1）去除式（2-2）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L - ΔS/S （2-3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr×Δr，所以

从材料力学我们知道：

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。

把式（2-4）（2-5）代入（2-3），有

式（2-6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7-3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

在材料力学中，ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2-6）常写作：

2.弹性体。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。

其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：μ-泊松系数；B、b、H、h-为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

3.检测电路。检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

三、称重传感器常见技术故障及解决方法

l.由于称重不当使传感器受损。（1）被称车辆（ 或物体） 严重超载。（2）在称重过程中产生撞击，此时物体自身重量加上因重力下坠而产生的动能使物体在接触称重平台时产生的撞击力大大超过传感器的额定载荷， 导致传感器受损。

解决的方法：（1）必须严禁超负荷称量。（2）为称重平台安装减震或防撞击保护装置。（3）增加称重传感器的额定载荷， 电子汽车衡器使用中时有出现丢车、测量不准的现象，多数是由于称重传感器发生的故障引起的。确认是传感器故障后，可通过更换传感器使动态衡 恢复正常工作。

2.由于选用传感器密封方式不当，使传感器受损。电子汽车衡器经常在恶劣环境下使用，如果使用了密封性能较差的传感器，由于工业粉尘、各类腐蚀性介质等因素的影响， 极易使电阻应变片的阻值发生改变， 使得称量结果产生误差。 此时可用数字万用表对传感器的输入、输出阻抗进行测量。当测量值与产品提供的技术参数或合格证书所标示值的偏差较大时，即可认定该传感器已损坏，此时应更换密封性能优良的传感器（ 如选用硅胶密封方式甚至焊接密封方式的称重传感器） 。

3.由于受潮使称量时产生偏差。当传感器受潮后，显示仪表经常出现无法自动回零，数字来回变动等现象。用手动进行复零后，仍会出现数字跳动现象，在空称状态下跳动的数字在某区间范围内无规律波动。当用万用表对其输入、输出阻抗进行测量时，测量值却并不超差， 此时可按下述方法进行判断处理：

（1） 拆下所有称重传感器，将其逐一单独进入测量电路，空秤状态下，未受潮的传感器会立即自动回零且显示值稳定。而受潮后的传感器就可能出现数字跳动，无法回零等现象。手动回零后，上述现象又会重复出现。

（2）若上述方法仍无法判断时，可采用标准计量法进行分辨，方法是用标准砝码（ 或标准比对物） 对所有传感器逐一进行载荷标定。未受潮的传感器所显示的测量值即为逐渐加载的标准砝码值，而受潮后的传感器显示的测量值会与标准砝码（ 或比对物） 值产生较大的偏差（ 汽车衡或轨道衡出现显示偏差般≤5 t ） 。故在易受潮的场所除选用合适的密封方式外， 在安装之前先用黄油涂抹整个传感器，当所有传感器安装完毕，有必要对传感器与安装基座接触处、接线口、接线盒缝等易受潮处涂抹黄油进行彻底密封。