傳感器與檢測技術串講講義

1、傳感器與檢測技術串講講義課程介紹一、課程的設置、性質及特點傳感器與檢測技術課程，是全國高等教育自學考試機電一體化專業(yè)必考的一門專業(yè)課。本課程的學習目的在于使學生掌握常用傳感器的基本原理及其特性、中間轉換電路及與微機的接口技術、傳感檢測技術、數字顯示技術等，并在此基礎上掌握對動態(tài)測試及其信號的分析與處理。通過本課程的學習為后續(xù)專業(yè)課學習和今后從事檢測技術領域奠定基礎。本課程的性質及特點：1傳感器與檢測技術是一門專業(yè)課，與電氣工程、自動化、電子信息工程、電子信息科學與技術、計算機以及供電技術等專業(yè)密切相關。2本課程首先學習常用傳感器的結構、工作原理及其特性，其次學習由其構成的檢測電路，最后要掌握對

2、傳感器信號的分析與處理方法。二、教材的選用本課程所選用教材是全國高等教育自學考試指定教材，該書由張建民主編，機械工業(yè)出版社出版（2000版）。三、章節(jié)體系第一章 概述 第二章 位移檢測傳感器 第三章 力、扭矩和壓力傳感器 第四章 速度、加速度傳感器 第五章 視覺、觸覺傳感器 第六章 溫度傳感器 第七章 氣敏、濕度、水份傳感器第八章 傳感檢測系統(tǒng)的構成第九章 信號分析及其在測試中的應用第十章 傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用注：其中，第十章的內容，考試大綱未作要求。考情分析一、歷年真題的分布情況（一）知識點分布從知識點分布來看，本課程試題覆蓋了教材九章的全部內容。單項選擇題和填空題覆蓋面最廣，基本

3、上每章都能涉及。問答題主要是考查學生掌握基本概念、基本原理的能力。問答題分布基本上能夠覆蓋6章的內容。計算題其分布在第3、4、6、8、9章，能夠覆蓋5章的內容。應用題知識點的分布基本與計算題不重復，即一章中一般不會同時考計算題和應用題兩種。這樣的話，計算和應用題加起來的分布就很廣。從整體來看，教材9章內容知識點分布不均勻，重點章節(jié)主要是第2章，第3章，第4章，第6章，第7章，第8章，第9章。第1章是知識點考查最少的章節(jié)，并且主要是以選擇題的形式出現。結論：在全面閱讀教材的基礎上，掌握重點章節(jié)內容，著重掌握傳感器的基本概念、基本原理及其特性、掌握構成檢測系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的工作原理及其性能分析、計算方

4、法等。（二）試題難度對于重點知識每年都會重復出現，只是以不同的形式，或者考查不同的內容。這一點大家要特別注意，不要以為以前考過的知識點就不會再考。雖然每年均有偏題出現，一般是屬于課程涉及的較細的內容，但所占比例較低，屬于正常情況。總體而言，試題較難。二、歷年真題結構分析及答題技巧2009年題型 （一）單項選擇題（12題2分=24分）第一章3題：（2009：123）例：2下列指標中，屬于傳感器動態(tài)特性指標的是（）A靈敏度B線性度C過載能力D幅頻特性第二章1題：（2008：6）例：6下列線位移傳感器中，測量范圍大的類型（）A自感式B差動變壓器式 C電渦流式D變極距型電容式 第三、四、五、六章各1題

5、：（2008：: 457. 8）例：5 下列測力傳感器的類型中，屬于發(fā)電型的是（）A電感型B電容型C壓磁型 D應變型第八章3題：（2008: 9. 10 . 11）例：11. 由RC網絡與集成運算放大器組成的帶通濾波器需要的電容元件的個數至少為（ ）A1B2C3 D4 第九章1題：（2008： 12）例：12. 信號的方差小，表示信號的（ ）A波動范圍小B波動范圍大C平均功率小 D平均功率大結論：通過掌握書中的基本概念和教師提醒的易考點，解決此部分考題。（二）填空題（12題1分=12分）涵蓋的是每一章的基本概念、基本原理，只是與上面的選擇題出題形式不同，因此要牢固掌握之。13傳感器的響應特性應

6、在所測頻率范圍內保持 。 15線繞式電位計的階梯特性限制了其分辨力和 。24. 對于非確定性信號，只能用 方法來描述它的規(guī)律。 結論：答題能否正確，關鍵還是對課程內容和基本概念的把握程度。對教材中基本知識點把握，將教師提示的易考點掌握即可解決此類題型。（三）問答題（6題4 = 24分）問答題，更側重于考察每一章所講述的物理效應、基本原理及其特點、技術指標等。26簡述應變式加速度傳感器的工作原理。28. 簡述金屬鉑熱電阻的測溫特點。30. 在設計計算機數據采集系統(tǒng)時，選擇模/數轉換器應考慮的主要技術指標是什么？ 結論：不要止步于聽明白的階段，還要善于理解情況下的歸納。（四）計算題（3題8分=24

7、分） 要求學生能夠運用所學知識點，分析、解決簡單的應用問題，如，簡單計算、繪制簡單波形圖等。 33. 試計算信號和的互相關函數，并畫出其圖形。 結論：熟練掌握教師特別要求的有關測溫度、測位移及相關函數計算等例題，并多做相關練習題。（五）應用題（本大題共2小題，每小題8分，共16分） 要求學生能夠運用所學多個知識點，分析、解決一般應用問題，如，較復雜的計算等。34. 圖示為函數的時域圖，求其頻譜，并繪制其幅值譜圖。A0-/2t/2題34圖 35. 試畫出包括壓電式加速度傳感器和電荷放大器等組成的測振系統(tǒng)原理框圖，并說明采用電荷放大器的特點。 結論：熟練掌握各知識點的綜合應用，將教師提示的基本要點

8、掌握。三、學習方法（一）本課程的學習方法1.必須保證已經全部學習完教材內容。考生要以考試大綱和教材作為學習的依據，掌握教材的知識點，從歷年命題特點看，抓住教材是根本。2.考生手中至少有一本與教材相配套的輔導練習，每學完一章內容后，做輔導書的本章的練習題；學完全部內容后再做模擬題。做題是為了有助于理解和記憶教材的知識點，檢查自己對知識的掌握情況，同時分析出題的思路，所以做完題要注意分析總結，自我評價是否達到了做題的目的。3.將做錯的試題重點劃出來，認真查找錯誤原因所在。4.認真鉆研解題技巧，要認真領會，揣摩并加以熟練掌握。 （二）總復習技巧學完本課程后，進入復習階段，一般說來至少要留出一個月的總

9、復習時間。在總復習期間，考生應注意：1.樹立考試成功的信心，不打 “退堂鼓”；每年都會有一部分考生在聽完輔導或自學完教材后，進入復習階段時感到心中沒底，加之時間緊，就放棄了，很可惜。所以，進入復習階段，考生應多給自己鼓鼓勁，樹立 “我能行” 的信心。2.制定詳細的復習計劃，按部就班地復習，提高效率；在復習時更應注意經常翻閱和回憶教材內容，強化記憶；分析整理知識點、出題點、出題角度、解題方法等；做模擬題和考試真題，熟悉考點以及出題思路，熟練、鞏固和檢驗所學知識，把握教材中的要點。3.注意概括總結，濃縮所學知識；在復習階段，要善于概括總結，提煉要點，以便記憶。（三）考試過程中的注意事項1.排除一切

10、思想雜念，一心一意答題。2.拿到試卷后，迅速瀏覽試卷。同時要快速瀏覽考題和相應的分值，按難易程度確定做題的順序，首先做最熟悉的題目和內容；主觀題中如有得心應手題，應先做，然后再按順序答題，遇到一時難答的題果斷跳過，答后面的題，以防在某道題上耽擱時間，影響后面的答題。3.答完卷后別忘記重新考慮最初沒確定答案的那些題，另外要至少全部檢查一遍看有沒有因疏忽而出錯的地方。4.不要盲目提前交卷，在確保沒有漏題的情況下經過兩遍檢查方可交卷。內容串講第一章 概 述第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)常用傳感器常見考點：1、 傳感器的組成；2、 傳感器的分類；3、 傳感器的特性一、傳感器的組成【知識點】1、 傳感器是能夠感

11、受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。（簡記為：一感、二傳）基本轉換電路2、傳感器的組成轉換元件敏感元件被測量 非電量 電量 電量（便于傳輸、處理） 歷年試題1：（2005.10）1、傳感器的組成部分中，直接感受被測物理量的是（ ）。A轉換元件 B敏感元件 C轉換電路 D放大元件【答案】B【解析】該題考查組成傳感器每一部分的作用。二、傳感器的分類【知識點】1、按被測量對象分類；2、按工作機理分類； （1）物性型：如壓電式、光電式傳感器（2）結構型：如電感式、電容式、光柵式傳感器。3、按被測物理量分類；如：位移傳感器、溫度傳感器；4、按傳感器能量源分類；（1）無源型（又稱能

12、量轉換型）；如壓電式、熱電式、光電式傳感器（2）有源型（又稱能量控制型）：如電阻式、電容式、電感式等傳感器5、按輸出信號的性質分類；（1）開關型（二值型 1或 0）：如行程開關、接近開關等（2）模擬型：其輸出為隨時間作連續(xù)變化的電量。（3）數字型：其輸出為一串脈沖信號。 計數型 如：增量式編碼盤 代碼型 如：絕對值式編碼器三、傳感器的特性【知識點】1、 傳感器特性的定義：指輸出與輸入之間的關系；2、傳感器的特性包括：（1）靜態(tài)特性 （2）動態(tài)特性 靜態(tài)特性當傳感器的輸入量為常量或隨時間作緩慢變化時，傳感器的輸出與輸入之間的關系稱為靜態(tài)特性，簡稱靜特性。 表征傳感器靜特性的指標有靈敏度、線性度、

13、重復性等 動態(tài)特性當傳感器的輸出量對于隨時間變化的輸入量的響應特性稱為傳感器的動態(tài)特性，簡稱動特性。 在評定傳感器動特性時，動態(tài)測量輸入信號的形式，通常采用正弦信號和階躍信號。歷年試題3：（2006.10）三、問答題25、什么是傳感器的靜態(tài)特性？試舉出三個表征靜態(tài)特性的指標？【答案】靜態(tài)特性當傳感器的輸入量x為常量或隨時間作緩慢變化時，傳感器的輸出y與輸入x之間的關系y=f(x)稱為靜態(tài)特性，簡稱靜特性。表征傳感器靜特性的指標有靈敏度、線性度、重復性等【解析】該題考查傳感器靜特性的定義及主要靜特性指標。第二節(jié) 傳感器及檢測系統(tǒng)基本特性的評價指標常見考點：傳感器及檢測系統(tǒng)基本特性的評價指標【知識

14、點】要求掌握傳感器各種評價指標的含義。具體如下：1、測量范圍及量程；2、靈敏度；3、線性度；4、重復性；5、穩(wěn)定性；6、動態(tài)特性；7、環(huán)境參數歷年試題4：（2007.10）單選題 傳感器的分辨力越高，表示傳感器（ ）A遲滯越小 B重復性越好 C線性度越好 D能感知的輸入變化量越小【答案】D【解析】該題考查學生對傳感器基本特性的評價指標的具體含義，要深入理解。第二章 位移檢測傳感器第一節(jié) 參量型位移傳感器常見考點：1、 電阻式位移傳感器2、 電容式位移傳感器3、 電感式位移傳感器一、電阻式位移傳感器【知識點】1、 線性電位計的結構及工作原理；2、 線性電位計的優(yōu)缺點。 優(yōu)點：結構簡單、輸出信號大

15、。 缺點：要求輸入能量大，有干摩擦，易磨損，產生噪聲；UiUoR,lRxRLxIabc3、 線性電位計的空載特性 式中 KR 電位計的電阻靈敏度 電位計空載輸出電壓為 式中 電位計的電壓靈敏度。歷年試題5：（2006.10）問答題 對于電位計式位移傳感器，其后接測量儀器的輸入電阻對傳感器的輸出特性有何影響？ 如何減小這個影響？【答案】由于與電位計輸出端并聯的負載電阻要從電位計分出一些電流，所以使傳感器產生負載誤差。 為減少這個影響，應使負載電阻滿足RLR 的條件。R為電位計本身電阻。二、電容式位移傳感器 【知識點】1、 電容式位移傳感器的三種類型，即：變極距型；變面積型和變介質型；2、 變極距

16、型位移傳感器靈敏度的計算，即：當滿足/1時，則其靈敏度K=C=S023、 容柵式位移傳感器的分類及其特點；4、 容柵式位移傳感器的最大電容量的計算，即：Cmax=nab 式中 n可動容柵的柵極數；a、b分別為寬度和長度（m）歷年試題6（2005.10）單選題 若0、分別為變極距型電容式傳感器極板間的初始極距和極距的減小量，在/1的條件下，該電容傳感器的靈敏度近似等于（ ） AS B. S2 C. S0 D. S02 【答案】 D【解析】該題考察變極距型位移傳感器靈敏度的計算：當滿足/1時，則其靈敏度K=C=S02。三、電感式位移傳感器【知識點】 1、 電感式位移傳感器的主要類型及其各自特點；2

17、、 自感式位移傳感器的類型及自感系數L的計算。 類型：氣隙式、截面型和螺管型； L=N2Rm Rm=20S03、 互感式位移傳感器零點殘余電壓的概念、產生的原因。4、 何謂渦流效應及其分類。第二節(jié) 大位移傳感器常見考點：1、 磁柵式位移傳感器2、 光柵式位移傳感器3、 感應同步器式位移傳感器一、磁柵式位移傳感器【知識點】 1、 磁柵式位移傳感器的種類及其特點；（長磁柵和圓磁柵）2、 磁頭的種類及其結構特點；（靜態(tài)磁頭和動態(tài)磁頭）3、 磁柵式位移傳感器的工作原理，即磁頭輸出繞組輸出電動勢與被測位移量之間的關系。歷年試題7（2007.10）7、磁柵式位移傳感器測量位移時，其輸出電動勢為E=Emsi

18、nt+2LV，磁尺剩磁信號的波長 =2.0mm，求：若E=10sin100t+0.96V，此時所測得的位移量L。【答案】 由題意知，E=Emsint+2LV，由已知條件可知：E=10sin100t+0.96V 由上兩式比較可得，2L=0.96，所以，L=0.962 = 0.96 (mm)【解析】該題要求熟練掌握磁柵式位移傳感器的工作原理。二、光柵式位移傳感器與感應同步器【知識點】 1、 光柵式位移傳感器的種類及其特點；（長光柵和圓光柵）2、 光柵柵距W與莫爾條紋間距 BH之間的關系，即： BH=W2sin/2 = W 3、感應同步器的結構與種類。（直線式和旋轉式）第三章 力、扭矩和壓力傳感器第

19、一節(jié) 測力傳感器常見考點：1、 電阻應變式測力傳感器2、 壓電式力傳感器3、 壓磁式力傳感器一、電阻應變式測力傳感器參量型測力傳感器【知識點】1、 電阻應變效應 RR=K 式中 k 應變片靈敏度系數 應變2、 應變儀電橋工作方式和輸出電壓工作方式單臂 雙臂四臂應變片所在橋臂R1 R1 R2 R1 R2 R3 R4 輸出電壓 14UiK 12UiK UiK二、壓電式力傳感器發(fā)電型測力傳感器【知識點】1、 壓電效應與逆壓電效應壓電效應當某些晶體沿一定方向受外力作用變形時，在其相應的兩個表面產生極性相反的電荷，當外力去掉后，又恢復到不帶電的狀態(tài)，這種物理現象稱為正壓電效應。逆壓電效應在某些晶體的極化

20、方向施加外電場，晶體本身將產生機械變形，當外電場撤去后，變形也隨之消失，這種物理現象稱為逆壓電效應。2、 壓電元件的連接方式及其各自特點串聯的特點：傳感器本身電容小，輸出電壓大，適合于以電壓作為輸出的場合。并聯的特點：傳感器本身電容大，輸出電荷量大，時間常數大，適用于測量緩慢信號和以電荷作為輸出的場合。3、 前置放大器的種類及其作用（1）種類： 電壓放大器和電荷放大器兩種形式；（2）作用：用于放大壓電元件輸出的微弱信號，并把高阻抗變換為低阻抗輸出。二、壓磁式力傳感器發(fā)電型測力傳感器【知識點】 壓磁效應在機械力的作用下，鐵磁材料內部產生應力變化，是磁導率發(fā)生變化，磁阻相應也發(fā)生變化的現象，稱為壓

21、磁效應。 外力是拉力，在作用力方向鐵磁材料磁導率提高，垂直作用力方向磁導率降低；作用力為壓力時，則反之。歷年試題8（2007.10） 單選題 8 當某些晶體沿一定方向受外力作用變形時，在其相應的兩個表面產生極性相反的電荷，當去掉外力后電荷消失，這種現象稱為（ ） A壓阻效應 B. 壓電效應 C. 應變效應 D. 霍爾效應【答案】 B【解析】熟練掌握應變、壓電等各種效應的含義。第四章 速度、加速度傳感器第一節(jié) 速度傳感器常見考點：1、 測速發(fā)電機測轉速2、 變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器Ui一、測速發(fā)電機【知識點】1、 直流測速發(fā)電機測速原理；空載時：ES=Cen 式中 ES電樞感應電動勢

22、； Ce感應電動勢與轉速的比例系數； n轉速有負載時：VCF=C n式中 VCF測速發(fā)電機輸出電壓； C=Ce1+rs/RL； rs電樞回路總電阻；RL測速發(fā)電機的負載電阻歷年試題9（2008.10） 計算題 9 如圖所示，某他勵直流測速發(fā)電機的電樞回路總電阻rsUiIiEsVCFIsRLinCF+-+- rs=5。當轉速n=500 r/min，負載電阻RL=100時， 測得輸出電壓VCF=5V。試計算：（1） 電樞電流 IS；（2） 輸出電壓與轉速的比例系數 C；（3） 測速發(fā)電機的感應電動勢與轉速的比例系數 Ce?！敬鸢浮?（1） IS=VCFRL=5100=0.05 (A) （2）C=

23、VCFn =5/500=0.01(v/(r/min)(3) Ce=C1+rsRL=0.011+5100=0.0105(v/(r/min)【解析】該題考察直流測速發(fā)電機工作原理。2、交流測速發(fā)電機測速原理永磁式：f=pn60 式中 n轉速 p電機極對數 f感應交變電動勢頻率感應式和脈沖式：f=Zrn60 式中 n轉速; Zr轉子齒數 二、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器【知識點】1、 變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器所測轉速為 n=60fZ2、 變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器所測角速度 =2fz (rad/s)式中 n被測轉速 （r/min） f 傳感器輸出周期信號的頻率 HZZ

24、被測物上標記（齒）數。例題10 霍爾式轉速傳感器輸出信號頻率為f = 30HZ，被測物上的標記齒數為Z=2，求：（1） 所測轉速為多少？（2） 角速度又是多少？ 【答案】 （1）所測轉速為：n=60fZ=60302=900 r/min （2）角速度：=2fz=2302=94.2 rad/s 【解析】考察對轉速、角速度的計算公式是否熟練。第二節(jié) 加速度傳感器常見考點：1、 壓電式加速度傳感器2、 應變式加速度傳感器一、 壓電式加速度傳感器【知識點】1、 壓電式加速度傳感器放大器特點；電壓放大器：（1）輸入阻抗大于1000M，輸出阻抗小于100 （2）連接電壓放大器的電纜發(fā)生變化時，必然引起與傳感

25、器電容并聯的電纜電容發(fā)生變化，從而引起傳感器輸出電壓靈敏度發(fā)生變化。電荷放大器：（1）輸入阻抗高達1012以上； （2）放大器輸出電壓u0與輸入電荷成正比，即 u0=-Q/Cf 式中 Cf 反饋電容 （3）電荷放大器輸出電壓與電纜分布電容無關，電纜長度的變化不影響電荷放大器靈敏度的變化。2、 壓電式加速度傳感器的靈敏度的類型 電壓靈敏度：加速度傳感器輸出電壓與所承受加速度之比。 電荷靈敏度：加速度傳感器輸出電荷與所承受加速度之比。歷年試題11 （2007.10） 問答題 11、簡述電荷放大器的特點及電荷放大器與壓電式傳感器相連時的特點?！敬鸢浮浚?） 電荷放大器的特點是：增益高，輸入阻抗大。（

26、2） 與壓電式傳感器相連時，其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正比；電纜電容影響小。 【解析】主要考察電荷放大器的特點。二、應變式加速度傳感器 【知識點】應變式加速度傳感器的工作原理。第五章 視覺傳感器第一節(jié) 視覺傳感器常見考點：1、 視覺傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的作用；2、 視覺傳感器的組成；3、 光電式攝像機、固體半導體攝像機原理；一、視覺傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的作用及組成【知識點】1、視覺傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的作用：（1） 位置檢測；（2） 圖像識別；（3） 物體形狀、尺寸缺陷的檢測。2、視覺傳感器的組成及各部分的作用：（1）照明部； （2）接收部； （3）光電轉換部； （4）掃描部

27、二、光電式攝像機、固體半導體攝像機原理【知識點】1、 光電式攝像機原理；2、 固體半導體攝像機的組成：他由攝像元件（CCD）、信號處理電路、驅動電路和電源組成。其中，CCD攝像元件是一種MOS型晶體管開關集成電路。 第二節(jié) 人工視覺常見考點：1、 人工視覺系統(tǒng)的硬件構成；2、 人工視覺系統(tǒng)各組成部分的作用；一、 人工視覺系統(tǒng)的硬件構成人工視覺系統(tǒng)的硬件一般由圖像輸入、圖像處理、圖像存儲和圖像輸出四個子系統(tǒng)構成。二、人工視覺系統(tǒng)各組成部分的作用1、圖像輸入： （1）通過視覺傳感器將對象物體變?yōu)槎S或三維圖像； （2）通過光電變換將光信號變?yōu)殡娦盘枺?（3）通過掃描采樣將圖像分解成許多像素； （4

28、）把表示各個像素信息的數據輸入計算機進行圖像處理。2、圖像處理： 是在研究圖像時，對獲得的圖像信息進行預處理（前處理），以濾去干擾、噪聲、并作幾何、色彩方面校正，以提高信噪比。3、圖像存儲： 是把表示圖像各個像素的信息送到存儲器存儲，以備調用。4、圖像輸出： （1）軟拷貝：只要求瞬時知道處理結果，通常以顯示終端輸出； （2）硬拷貝：長時間保存結果。如，打印機、繪圖儀等輸出設備。第六章 溫度傳感器第一節(jié) 熱電偶式溫度傳感器常見考點：1、 熱電偶的基本原理；2、 熱電偶的分類及其特點；一、熱電偶的基本原理abTT0EabmV【知識點】1、 熱電效應 由熱電效應可知，熱電動勢由接觸電動勢和溫差電動勢

29、兩部分組成。接觸電動勢是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢，其值僅與材料性質和溫度有關。溫差電動勢是在同一根導體中由于兩端溫度不同而產生的電動勢，其值與金屬的湯姆遜系數a有關。（溫差電動勢的大小與接觸電動勢相比可忽略不計。）因此，熱電偶總熱電動勢Eab(T,T0) EabT,T0 = EabT-Eab(T0)式中 EabT熱端（）接觸電動勢abTEabmVT0T0c Eab(T0)冷端（T0）接觸電動勢2、 中間導體定律及其意義導體a、b組成的熱電偶，當引入第三個導體時，只要保持其兩端溫度相同，則對總熱電動勢無影響。利用此定律，可將毫伏表接入熱電偶回路中，只要保證兩個結點

30、溫度一致，就能正確測出熱電動勢而不影響熱電偶的輸出。3、熱電偶的冷端溫度補償 為了是輸出電動勢能正確反映被測溫度的真實值，要求參考端溫度T0恒為0，但實際熱電偶使用的環(huán)境不能保證T0恒為0，因此必須對參考端溫度進行補償。常用的方法有：恒溫法、溫度修正法、電橋補償法、冷端補償法、電位補償法等。其中，溫度修正法如下： EabT,T0 = EabT,Tc+Eab(Tc,T0)式中 熱端溫度 T0冷端溫度 Tc 為中間溫度歷年試題12 （2004.10） 計算題 12. 已知鉑銠鉑熱電偶在冷端為0時的熱電動勢如下表，寫出該熱電偶在冷端為20時的熱電動勢表（自40至100）。T（）20406080100

31、ET,0 mV0.1130.2350.3640.5000.643【答案】根據EabT,T0 = EabT,Tc+Eab(Tc,T0)，有EabT,20 = EabT,0-Eab(20,0) 故得冷端為20時的熱電動勢表T（）406080100ET,20 mV0.1220.2510.3870.530二、熱電偶的分類及其特點 熱電偶按結構可分為5種，即：普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶、并聯熱電偶、串聯熱電偶。這里重點說一下并聯熱電偶、串聯熱電偶的特點。1、并聯熱電偶：是把同一型號的熱電偶并聯在一起，各熱電偶測量結處于不同溫度下，測量平均溫度。2、串聯熱電偶：是把同一型號的熱電偶串聯在一起，各熱

32、電偶測量結處于同一溫度下，則輸出電動勢是每個電動勢之和。第二節(jié) 電阻式及半導體式溫度傳感器常見考點：1、 金屬熱電阻式溫度傳感器；2、 熱敏電阻式溫度傳感器；3、 半導體式溫度傳感器的工作機理。一、金屬熱電阻式溫度傳感器【知識點】1、 金屬熱電阻式溫度傳感器的測溫機理在金屬導體兩端加電壓后，使其內部雜亂無章運動的自由電子形成有規(guī)律的定向運動，而使導體導電。當溫度升高時，由于自由電子獲得較多能量，能從定向運動中掙脫出來，從而定向運動被削弱，導電率降低，電阻率增大。2、 鉑、銅金屬熱電阻的測溫特點鉑金屬熱電阻的特點：物理化學性能穩(wěn)定、抗氧化能力強、測溫精度高、測溫范圍寬，價格高。銅金屬熱電阻的特點

33、：物理化學性能穩(wěn)定、在空氣中易被氧化，阻溫特性近似線性，價格低。歷年試題12：（2008.10） 問答題 簡述金屬鉑熱電阻的測溫特點。 【答案】物理化學性能穩(wěn)定、抗氧化能力強、測溫精度高、測溫范圍寬，價格高。 【解析】考察學生對金屬熱電阻測溫特點的理解能力。二、熱敏電阻式溫度傳感器【知識點】1、 熱敏電阻的測溫機理：在低溫下，陶瓷半導體的電子-空穴濃度很低，故電阻率很大。隨著溫度的升高，電子-空穴濃度按指數規(guī)律增加，電阻率迅速減小。其阻溫特性為： RT=R0eB1T-1T0 式中 RT溫度為T時的電阻值（） R0溫度為20時的電阻值（） T熱力學溫度（K） B熱敏電阻常數2、熱敏電阻的種類 按

34、照不同的物理特性，熱敏電阻可分為： （1）正溫度系數熱敏電阻；（2）臨界溫度系數熱敏電阻（3）負溫度系數熱敏電阻三、半導體式溫度傳感器的工作機理 【知識點】半導體式溫度傳感器的工作機理 半導體式溫度傳感器以半導體P-N結的溫度特性為理論基礎。當P-N結的正向壓降或反向壓降保持不變時，正向電流和反向電流都隨著溫度的變化而近似于線性變化。因此，利用P-N結的這一特性，可以對溫度進行測量。第七章 氣敏、濕度、水份傳感器第一節(jié) 氣敏傳感器常見考點：1、 氣敏傳感器的工作機理；2、 氣敏傳感器的特點；一、氣敏傳感器的工作機理【知識點】1、 什么是氣敏傳感器？氣敏傳感器是一種將檢測到的氣體成分和濃度轉換為

35、電信號的傳感器。2、 氣敏元件工作機理吸附效應半導瓷N型氣敏電阻經過預熱達到穩(wěn)定狀態(tài)后，當其表面有還原性氣體吸附時，將使載流子增多，材料電阻率下降；而當其表面有氧化性氣體吸附時，可使其載流子減少，從而使材料的電阻率增大。根據這一特性，可以從阻值變化的情況得到吸附氣體的種類和濃度。二、氣敏傳感器的特點 【知識點】 氣敏傳感器都附有加熱器，一般加熱到200400，加熱器的作用：1、 加熱器能使附著在探測部分的霧、塵埃等燒掉；2、加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應速度。第二節(jié) 濕敏傳感器常見考點：1、 熱敏電阻式濕敏元件；2、 高分子膜濕敏元件；一、熱敏電阻式濕敏元件【知識點】1、 濕度的定

36、義及其常用的兩種表示方法；濕度是指大氣中所含的水蒸氣量。最常用的兩種表示方法，即：絕對濕度和相對濕度2、 濕敏元件多種多樣，如氯化鋰濕敏元件、半導體陶瓷濕敏元件、熱敏電阻濕敏元件、高分子膜濕敏元件等。其中，熱敏電阻式濕敏元件是絕對濕度傳感器，其他為相對濕度傳感器。3、 熱敏電阻式濕敏元件的工作原理。給兩個珠型熱敏電阻通以電流，自身加熱到200左右，一個封入干燥空氣中（封閉式），另一個作為濕敏元件（開啟式），共同組成濕度傳感器，其電橋電路構成原理如圖所示。 R1R3R4R5RmABER2先在干燥空氣中調整電橋元件，使電橋輸出為零。當暴露在濕空氣中時，由于相應空氣中含有水蒸氣，使傳感元件的電阻R1

37、發(fā)生變化，從而電橋的平衡被破壞，此不平衡電壓為絕度濕度的函數。二、高分子膜濕敏元件 【知識點】1、 高分子膜濕敏元件的特點；高分子膜濕度傳感器是以隨高分子膜吸收或放出水份而引起電導率或電容變化測量環(huán)境相對濕度的裝置。2、 電容式濕度傳感器的特點 設高分子膜的厚度為d，介電系數為，電極面積為S，則電容器的容量值C為 C=Sd 其中，隨氣體介質和相對濕度的變化而變化，測出C，就能測得相對濕度。第八章 傳感檢測系統(tǒng)的構成第一節(jié) 電橋常見考點：1、 直流電橋的工作原理；2、 電橋調零；一、直流電橋的工作原理【知識點】 在檢測技術中，電橋是經常配合傳感器而使用的一種電路，其原理如圖所示 R1R3R4ES

38、R2UO+-圖中R1、R2、R3、R4組成電橋的四個橋臂，ES為輸入電源，輸出信號為UO，則電橋的輸出電壓為： UO=R2R3-R1R4(R1+R2)(R3+R4)ES當R2R3=R1R4時，輸出電壓UO為零，稱電橋的這種狀態(tài)為平衡狀態(tài)。歷年試題13：（2004.10） 計算題 如右圖所示給出了一種測溫范圍為0100的測溫電路，其中Rt=10(1+0.005t)K為感溫熱電阻；R0=10K，工作電壓E=10V；M、N兩點的電位差為輸出電壓。計算該測溫電路的平均靈敏度。【答案】根據題中所給條件，該電路的輸出特性方程為：ER0RtR0UONMR0 UMN=UM-UN=ERt(Rt+R0)-R0(R

39、0+R0) =1010(1+0.005t)101+0.005t+10-12 = 0.05t22+0.005t(v)當測溫溫度為0時，所對應的輸出電壓為： UMNt=0=0.05022+0.0050=0(v)當測溫溫度為100時，所對應的輸出電壓為： UMNt=100=0.0510022+0.005100=1(v)因此，該測溫電路的測溫平均靈敏度是 S= UMNt=100- UMNt=0100-0 = 1-0100=0.01 (V/)二、電橋調零【知識點】 電橋調零通常采用兩種方法：1、 串聯調零：微調電位器串聯在橋路中，多用于橋臂參數R值較大的場合；2、 并聯調零：微調電位器并聯在電橋輸出端，

40、多用于橋臂參數R值較小的場合。第二節(jié) 調制解調與濾波器常見考點：1、 調制、解調；2、 無源濾波器；3、 有源濾波器一、 調制、解調【知識點】調制、解調的概念：1、 調制：將直流信號變換成交流信號的過程稱為 調制。2、 解調：當直流信號被調制成交流信號后，若再將該交流信號還原成直流信號，稱為解調。二、無源濾波器 【知識點】RCUiUo1、 一階RC低通濾波器,如右圖所示 其截至角頻率0=1RC當0時，T()明顯下降；因此，該電路具有低頻信號容易通過并抑制高頻信號的作用，故稱為低通濾波器。UiUoRC2、 一階RC高通濾波器，如右圖所示其截至角頻率0=1RC當0時，T()接近于1；當2fH式中

41、fS采樣頻率； fH采樣信號頻譜中的最高頻率分量 如不滿足以上關系式，將會出現信息丟失或信號失真。 歷年試題15：（2005.10） 單選題 15. 通常在采樣保持器的輸出級采用緩沖器，其作用是（ ） A. 提高放大倍數 B. 增加信號的輸出阻抗 C. 減少負載的輸入阻抗 D. 增加負載的輸入阻抗 【答案】D 【解析】考察采樣保持器各組成的作用。二、傳感檢測信號的細分、辨向原理【知識點】1、 四倍細分原理（以光柵傳感器為例）（1）無細分時，當主光柵與指示光柵相對移動一個柵距W時，則莫爾條紋也相應移動一個間距BH。即 BH=W/2sin(2)W/，光電接收元件上得到一個脈沖信號，利用一個光電元件

42、記錄下指示光柵上移動的莫爾條紋數，也就是脈沖個數。即可知道主光柵與指示光柵相對移動的距離。其分辨率為光柵柵距的大小。（2）四倍細分，即利用四個光電元件接收莫爾條紋信號，當主光柵與指示光柵相對移動一個柵距W時，可依次得到四個計數脈沖信號。這就是四倍細分。如：柵線為50線/mm，則分辨率為0.02mm/脈沖，四細分后，其分辨率為0.02/4mm=0.005mm。2、 辨向原理為了辨別移動的方向，并根據不同的移動方向，計數器進行加或減運算，需要兩路有一定相位差的測量信號，只要辨別出這兩路信號哪一路超前，就可以知道運動的方向，其相位差多取為90。歷年試題16：（2005.10） 計算題 16. 已知光

43、柵式位移傳感器的柵距為0.01mm，標尺光柵和指示光柵的柵線夾角為0.3，求 （1）光柵莫爾條紋的間距及莫爾條紋的放大系數。 （2）測量時，若光電元件接收到莫爾條紋10個周期的光強信號，求所測得的位移量是多少？ （3）若想得到0.0025mm的分辨力，應采用多少倍的細分電路？ 【答案】 （1） 莫爾條紋的間距 BH=W/2sin(2)=0.01/2sin(0.32)1.91mm 放大系數為 K=BH/W=1.91/0.01=191（2） 測得的位移量是x=10W=100.01=0.1mm（3） W/0.0025=0.01/0.0025=4采用四倍細分電路。 【解析】考察細分原理 第五節(jié) 傳感檢測系統(tǒng)中的抗干擾問題常見考點：1、 干擾與噪聲；2、 干擾抑制的方法；3、 典型噪聲干擾的抑制。一、 干擾與噪聲【知識點】 1、噪聲及干擾的定義噪聲：任何不希望有的信號干擾：在一有用頻帶內的任何不希望有的信號。2、信噪比的概念 信噪比是指信號通路中，有用信號功率PS與噪聲功率PN之比，通常用S/N表示，即：S/N=10lnPSPN二、干擾抑制的方法【知識點】 1、 接地：測量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地、信號源地、數字信號