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1.绪论1.1.知识要点与重难点说明1.1.1.本章知识要点：传感器的定义；传感器的共性；传感器的基本组成和典型组成；传感器的两个基本功能；传感器的分类（特别要注意掌握按传感器的输入量、输出量、工作原理的分类方法）；传感器技术的发展趋势。1.1.2.本章重点：传感器的定义与组成、传感器的分类。1.1.3.本章难点：传感器的分类、传感器技术的发展趋势。1.1.4.能力拓展：生活中的传感器。通过观察身边的各类传感器的应用实例，结合生产生活实际，了解传感器的广泛应用，建立起对传感器的初步的感性认识。1.2.练习题一、填空题1.传感器是能感受被测量并按照转换成可用输出信号的器件或装置，通常由直接响应于被测量的、产生可用信号输出的以及相应的组成。2.传感器技术的共性，就是利用物理定律和物质的，将转换成。3.是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性了解和定量掌握所采取的一系列技术措施。二、选择题1.下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（）。A.应变式传感器；B.化学型传感器；C.压电式传感器；D.热电式传感器；2.随着人们对各项产品技术含量要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展。其中，典型的传感器智能化结构模式是（）。A.传感器+通信技术；B.传感器+微处理器；C.传感器+多媒体技术；D.传感器+计算机；3.传感器主要完成两方面的功能：检测和（）。A.测量；B.感知；C.信号调节；D.转换；4.传感技术的作用主要体现在：（）。A.传感技术是产品检验和质量控制的重要手段；B.传感技术在系统安全经济运行监测中得到了广泛应用；C.传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分；D.传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步；5.传感技术的研究内容主要包括：（）A.信息获取；B.信息转换；C.信息处理；D.信息传输；三、问答题1.什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两大部分？这两大部分各自起什么作用？2.请谈谈你对传感技术发展趋势的看法。2.传感器的基本特性2.1.知识要点与重难点说明2.1.1.本章知识要点：传感器基本特性的含义；传感器所测物理量的两种基本形式；传感器的静态特性和动态特性的定义；衡量传感器静态特性的主要指标及其各自的含义；产生迟滞和重复性问题的原因。传感器动态特性的分析方法；线性时不变系统的叠加性和频率保持特性。一、二阶传感器的频率特性分析；传感器标定和校准的含义；传感器的标定方法。2.1.2.本章重点：传感器的静态特性和动态特性。2.1.3.本章难点：传感器动态特性中的传递函数、频率响应函数分析。2.1.4.能力拓展：实现不失真测量的条件。一个理想的传感器就是要确保被测信号（或能量）的无失真转换，使检测结果尽量反映被测量的原始特征，用数学语言描述就是其输出y（t）和输入x（t）满足下列关系：)()(0ttAxty（2.1）式中A和t0都是常数，表明该系统输出的波形和输入的波形精确一致，只是幅值放大了A倍及时间上延迟了t0，在此条件下的传感器被认为具有不失真测量的特性。通过推导实现不失真测量的幅频特性和相频特性条件，可以进一步掌握一、二阶传感器的动态特性要求。2.2.练习题一、填空题1.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。2.某位移传感器，当输入量变化5mm时，输出电压变化300mV，其灵敏度为。3.某传感器为一阶系统，当受阶跃信号作用时，在t=0时，输出为tmV;10时，输出为100mV；在t=5s时，输出为50mV。则该传感器的时间常数为。二、选择题1.一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；2.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；3.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；4.已知某温度传感器为时间常数T=3s的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输出指示温差的三分之一所需的时间为（）s。A.3；B.1；C.1.2；D.1/3；三、问答题1.什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）四、计算题1.用某一阶环节的传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在土5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？2.2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz处，并得到最大幅值比为1.4：1，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。3.试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（一组测试数据见表2-1）表2·1压力传感器测量鼓据行程输入压力/（105Pa）输出电压/mV正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.03.电阻式传感器3.1.知识要点与重难点说明3.1.1.本章知识要点：概念：应变、弹性应变、弹性元件、应变式传感器、灵敏系数。应变式传感器的基本工作原理；常用电阻应变片的种类；产生电阻应变片温度误差的主要原因及其补偿方法（特别是电桥补偿法）；减小或消除非线性误差的方法；差动电桥对非线性误差和电压灵敏度的改善分析；采用交流电桥的原因、交流电桥的平衡条件、交流差动电桥的输出电压与电阻应变片阻值间的线性关系。3.1.2.本章重点：应变式传感器的基本概念及其工作原理；电阻应变片的温度误差及其补偿方法；电阻应变片的测量电路；非线性误差及其补偿方法。3.1.3.本章难点：非线性误差及其补偿方法。3.1.4.能力拓展：电阻式加速度传感器的原理分析。通过对电阻式加速度传感器工作原理的分析，可以了解电阻应变敏感元件在加速度测量中的应用方法和测量系统的组成，进一步了解电阻应变片的工作原理。3.2.练习题一、填空题1.单位应变引起的称为电阻丝的灵敏系数。2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称效应。3.应变式传感器是利用电阻应变片将转换为变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴元件构成，弹性元件用来元件用来4.要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用或。5.减小或消除非线性误差的方法有和采用差动电桥。其中差动电桥可分为和两种方式。二、选择题1.影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（）。A.导电材料电阻率的变化；B.导电材料几何尺寸的变化；C.导电材料物理性质的变化；D.导电材料化学性质的变化；2.电阻应变片的线路温度补偿方法有（）。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；3.当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致，且试件轴线上受一维应力作用时，应变片灵敏系数K的定义是（）。A.应变片电阻变化率与试件主应力之比；B.应变片电阻与试件主应力方向的应变之比；C.应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比；D.应变片电阻变化率与试件作用力之比；4.由（）、应变片以及一些附件（补偿元件、保护罩等）组成的装置称为应变式传感器。A.弹性元件；B.调理电路；C.信号采集电路；D.敏感元件；5.电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量各种参数的电阻应变式传感器，这些参数包括（）。A.位移；B.加速度；C.力；D.力矩；三、问答题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.试简要说明使电阻应变式传感器产生温度误差的原因，并说明有哪几种补偿方法。3.在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？四、计算题1.如果将100的应变片贴在弹性试件上，若试件截面积24105.0mS，弹性模量211/102mNE，若由N4105拉力引起的应变片电阻变化为1，试求该应变片的灵敏系数？2.一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm，在其表面粘贴8个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量为PaE11101.2，要求：（1）绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；（2）计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；（3）求桥路的供电电压为10V时，传感器的输出电压。3.图2-1中，设负载电阻为无穷大（开路），图中E=4V，1004321RRRR。（I）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量0.11R时，试求电桥的输出电压Ｕo；（2）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo；（3）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为0.121RR，但极性相反，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo。4.图2-2为等强度梁测力系统，R１为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2.05，未产生应变时，1201R。当试件受力F时，应变片承受平均应变mm/800，求：(1).应变片电阻变化量1R和电阻相对变化量11/RR；(2).将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥的输出电压及电桥非线性误差；(3).若要减小非线性误差，应采取何种措施？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小。五、综合分析设计题1.采用四个性能完全相同的电阻应变片（灵敏系数为K），将其贴在薄壁圆筒式压力传感元件外表圆周方向，弹性元件圆周方向应变pEdD)(22。式中，p为待测压力，µ为泊松比，E为杨氏模量，d为筒内径，D为筒外径。现采用直流电桥电路，供电电源为U。要求满足如下条件：①该压力传感器有温度补偿作用；②桥路输出电压灵敏度最高。试画出应变片粘贴位置和相应桥路原理图并写出桥路输出电压表达式。2.图2-3为一悬臂梁式测力传感器结构示意图，在其中部的上、下两面各贴两片电阻应变片。已知弹性元件各参数分别为l=25cm；t=3cm；x=0.5l；W=6cm；PaE51070；电阻应变片灵敏系数K=2.1，且初始电阻阻值（在外力F=０时）均为1200R。(1).设计适当的测量电路，画出相应电路图；(2).分析说明该传感器测力的工作原理（配合所设计的测量电路）；(3).当悬臂梁一端受一向下的外力F=0.5N作用时，试求四个应变片的电阻值（提示：FWEtxl2)(6）；(4).若桥路供电电压为直流10V时，计算传感器的输出电压及其非线性误差。4.电感式传感器4.1.知识要点与重难点说明4.1.1.本章知识要点：电感式传感器建立在电磁感应基础上，它可以把输入的物理量（如位移、振动、压力、流量、比重）转换为线圈的自感系数L或互感系数M的变化，并通过测量电路转换为电压或电流的变化，从而实现对非电量的测量。电感式传感器可分为变磁阻式（自感式）、变压器式和涡流式（互感式）等。变磁阻式传感器的工作原理；它是如何通过测量电感的变化确定衔铁位移量的大小和方向的；变磁阻式电感传感器的输出特性和灵敏度；差动变隙式电感传感器的输出特性和灵敏度；单线圈和差动两种气隙式电感传感器的特性比较；电感式传感器的交流电桥、变压器式交流电桥和谐振式测量电路三种测量电路。互感式传感器、差动变压器式传感器、螺线管式差动变