2024年4月16日发(作者：可安国)
绪论
1、什么是检测：指利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检
查与测量的方法赋予定性或定量的过程。
2、什么是自动检测与转换技术：指能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为。。。
一、检测技术在国民经济中的地位和作用
答：1.在机械制造行业中
2.在电力等行业中
3.在交通领域中
4.在国防科研中
5.在导弹、卫星研制中
6.在日常生活中
二、工业检测技术的内容
1.热工量，2.机械量，3.几何量，4.物体的性质和成分量，5.状态量，6.电工量
三、自动检测系统的组成
1.自动检测系统的组成：1.传感器，2.信号调理，3.数据处理装置，4.显示器，5.执行机构
2.传感器：指一个能将被测的非电量变换成电量的器件（确切定义如1-3）
四、检测技术的发展趋势
1.不断提高检测系统的测量准确度，量程范围，延长使用寿命，提高可靠性。
2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。
3.发展集成化、功能化的传感器
4.采用计算机技术，使检测技术智能化。
5.发展网络化传感器及检测系统。
五、学习方法
1.本书配套或
第一章 检测技术的基本概念
测量得到的定量的结果
&1-1测量的基本概念及方法
1.测量：借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程
2.测量方法的分类：1.静态和动态测量 根据被测量是否随时间变化
2.直接和间接测量 间接测量比较复杂（用函数关系计算求得）
3.模拟式和数字式测量
4.接触式和非接触式测量
5.在线和离线测量 生产过程边生产边测量称在线测量。
&&1-2 测量误差及分类
1.真值：指在一定条件下被测量客观存在的实际值。
2.真值分类：1.理论真值：三角形内角和为180度
2.约定真值：银的凝固点为961.78度
3.相对真值：凡准确度高两级的仪表的误差与准确度低的仪表的误差比在1/3以下时，则高两级仪表的测量
值可以认为是相对真值
3.测量误差：指测量值与真值之间的差值
4.测量误差的分类：1.绝对误差和相对误差
2.粗大误差、系统误差和随机误差
3.静态误差和动态误差
一、绝对误差和相对误差
1.绝对误差Δ：测量值Ax与真值A
0
之间的差值：Δ= Ax- A
0
2.相对误差 1.示值（标称）相对误差γ
x
: 指用绝对误差Δ与被测量值Ax的百分数比来表示γ
x
= Δ/ Ax *100%
2. 满度（引用）相对误差γ
m
:测量下限为0的仪表的γ
m=
=Δ/A
m
*100%（A
m
仪表满度值）（A
m
=Amax-
Amin)
3. 满度（引用）相对误差常被用来确定仪表的准确度等级S ：S= Δm/A
m
*100 ( Δm 指最大误差值）
准确度等级也称为精度等级
例1-1（P11)
某压力表准确度为2.5级，量程0-1.5MPa,测量结果显示为0.7MPa，试求：1.可能出现的最大满度相对误差γ
m，
2.可
能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕，3.可能出现的最大示值相对误差γ
x
解：1.可能出现的最大满度相对误差即为准确度等级：γ
m
=2.5%
2.Δm=γ
m
*A
m
=2.5%*1.5=0.0375MPA=37.5KPA
3.γ
x
=Δm/Ax*100%=0.0375/0.7*100%=5.36%
例1-2（P12）
现有0.5级的0-300度的和1.0级的0-100度的两个温度计，要测量80度的温度，试问哪一个好？
解：本题是要确定两个温度计的γ
x，
选小的。 γ
x
= Δ/ Ax *100%
1.Δm1=300*0.5%=1.5度，AX=80度 γx1=1.5/80*100%=1.875%
2.Δm2=100*1%=1度，AX=80度 γx2=1/80*100%=1.25%
故选择1.0级的0-100度的温度计
例1-3（P18）
1.某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%-0.6%，该压力表的准确度等级应定为 C 级，另一家厂需要
购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%应购买 B 级的压力表 A.0.2 B.0.5 C.1.0 D.1.5
例1-4（P18）
2.某人在三家店分别购买100KG大米，10KG苹果，1KG巧克力，发现均缺少0.5kg ,但该员对巧克力店意见最大，产生
此心理作用的主要因素是B A绝对误差 B示值相对误差 C满度相对误差 D准确度等级
例1-5（P18）
3.在选购仪表时，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A 3倍 B10倍 C 1.5倍 D0.75倍
例1-6（P19）
3.有一个温度计，它的测量范围为0-200度，准确度0.5级，求：1.该表可能出现的最大绝对误差。2.当示值分别为20
度，100度时的示值相对误差
解：1.Δm=γ
m
*A
m
=0.5%*200=1度
2.20度时γx1=Δm/AX1*100%=1/20*100%=5%
3.100度时γx2=Δm/AX2*100%=1/100*100%=1%
例1-7（P19）
4.欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：1.若选用量程 为250V、300V、500V电压
表，其准确度应各选哪一级。
解：根据题意，允许仪表的绝对误差Δ=γx*AX=0.6%*240=1.44V
选用250V量程，最低准确度为：1.44/250*100%=0.576%，故选用0.5级
选用300V量程，最低准确度为：1.44/300*100%=0.48%，故选用0.2级
选用500V量程，最低准确度为：1.44/500*100%=0.288%，故选用0.2级
例1-8（P19）
5.已知待测拉力为70N左右，现有两只测力仪表，一只为0.5级，范围0-500N，另一只为1.0级，范围0-100N，问选哪
一只测力仪表好，为什么？
解：已知AX=70，求两个表的γx，小的准确度好
0.5级的Δm=0.5%*500=2.5N, γx=Δm/AX*100%=2.5/70*100%=3.57%
1.0级的Δm=1%*100=1N，γx=Δm/AX*100%=1/70*100%=1.43%
对比可知1.0级的0-100N的表其示值误差较小，故选此表
二、粗大误差、系统误差和随之机误差
1.粗大误差：明显偏离真值的误差（如测错，过大的外界干扰造成的误差，发现粗大误差时应剔除）
2.系统误差：也称装置误差，在形同条件下，多次重复测量同一被测量时，其测量误差的大小和符号保持不变，或在条
件改变时，误差按某一确定的规律变化。
3.随机误差：当多次重复测量同一被测量时，若测量误差的大小和符号均以不可预知的方式变化。
随机误差的测量结果为正态分布曲线，有如下规律：有界性，对称性，集中性
三、静态误差和动态误差
1.静态误差：被测量不随时间变化所产生的误差称为。。。
2.动态误差：当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合。
&1-3传感器及其基本特性
一、传感器的定义及传感器的组成
1.传感器：指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的元件或装置。
2.传感器组成：1.敏感元件：将被测量通过敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量
2.传感元件：将敏感元件输出的非电量转换成电参量
3.测量转换电路：将传感元件输出电参量转换成易于处理的电压、电流、或频率量
二、传感器的分类：1.按被测量分类：力，力矩，转速等
2.按测量原理分类：电阻、电容、电感、光栅等（本书按此分类）
3.按传感器输出信号的性质分类：开关量、模拟量、数字量
三、传感器基本特性
1.传感器特性一般指输入、输出特性，各都有静态、动态之分，本书只讲静态特性
2.基本特性：1.灵敏度K：指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比K=dy/dx=Δy/Δx
2.分辨力Δmin:指传感器能检出被测信号的最小变化量
3.线性度：γl:指传感器实际特性曲线与拟合直线之间最大偏差值与传感器量程范围内的输出之百分比
4.稳定性：1.稳定度 2.环境影响量
5.电磁兼容性：抗电磁干扰能力及发射电磁干扰量
6.可靠性：在规定时间内是否耐用的综合性质量指标1.故障平均间隔时间（MTBF）两次故障间隔时间
2.平均修复时间（MTTR）故障修复时间
3.故障率：1.初期失效期，采老化试验加速此过程
2.偶然失效期
浴盆曲线
3.衰老失效期
例1-9（P18）
4.用万用表交流档电压档（频率上限为5KHZ）测量频率高达500KHZ，10V左右的高频电压，发现示值不到2V，该误差属
于动态误差。用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于系统误差
5.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了A提高精度，B加速其衰老，C测
试其各项性能指标，D提高可靠性
用一台 3 位（俗称 3 位半）、精度为 0.5 级（已包含最后一位的 + 1 误差）的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸
汽的温度，数字面板上显示出如图 所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的： 1 ）分辨力和分辨率2 ）
可能产生的最大满度相对误差和绝对误差。 3 ）被测温度的示值。4 ）示值相对误差。 5 ）被测温度实际值的上下
限。 解：1)该仪器分辨力为0.1℃，分辨率为0.1/199.9×100％≈0.05％；
2)因为精度s=0.5.所以最大满度相对误差rm=0.5％；
绝度误差Δ=±rm·Am=0.5×199.9×100％=±1℃；
3)有图可知，被测温度的示值为＋180.6℃；
4)示值相对误差rx=Δm/Ax×100％=±[（199.9×0.5）/(180.6×100) ]×100％=0.55％
5)最大绝对误差Δm=rm·Am=0.5/100×199.9℃=1℃
6.则实际值上限Ax1=180.6＋1=181.6℃，实际值下限Ax2=180.6－1=179.6℃
计算题统计1004
1207
0704
1.仪表误差及精度
1.仪表误差及精度
同
2.电容传感器
2.电阻应变片
3.电阻应变片
3.电容传感器
4.热电偶测温
4.光电编码器
5.光电编码器
5.热电偶测温
第二章 电阻传感器
&2-1电阻应变传感器
一、工作原理：金属丝的应变效应：导体可半导体在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变
化 公式：ΔR/R=K
ε
x=K(F/AE),试中：灵敏度K为常数一般为2左右，
ε
x称为材料力学中的轴向应变，F为力N，A为
截面积m2,E为弹性模量N/m2.
二、应变片的种类与粘贴
1.分类：1.金属应变片：金属丝式，箔式，薄膜式
2.半导体式
2.应变片的粘贴（无重要内容）
三、测量转换电路
1.金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难、且误差大，故采用不平衡电桥
来测量。
2.例2-1有一金属箔应变片，标称电阻值R0为100欧，灵敏度K=2，粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质圆柱体上，钢的
弹性模量E=2*10
11
N/m2,钢圆柱所受拉力F=0.2T，求受拉后应变片的阻值R
解：轴向应变：
ε
x=F/AE=0.2*1000*9.8/(9.8/1000000*2*10
11
)=0.001m/m=1000μm/m
ΔR=R0*K*
ε
x=100*2*0.001=0.2欧
因受拉，电阻值增加了ΔR，故受拉后电值R=R0+ΔR=100+0.2=100.2欧
3.电桥电路及计算式：
1
2
U0=(Ui*/4)*K/(
ε
1-
ε
2+
ε
3-
ε
4)
3
4
Ui
受拉时ε为正，受压时ε为负
4.双臂半桥或全桥能够实现温度自动补偿功能
四、应变效应的应用
1.应变效应可测：应力，弯矩，扭矩，加速度，位移等
2.电阻应变片的应用分类：1.应变式传感器。将应变片贴在弹性元件上（应变式力传感器，应变式扭矩传感器，应变式加
速度传感器，应变式荷重传感器，压阻式固态压力传感器，
2.应变测量仪。将应变片贴在被测试件上（人体骨盆受力试验）
3.材料越硬，弹性模量就越小，灵敏度就越低，能承受的载荷就越大
4.荷重传感器的输出电压U0正比于荷重F0，最大荷重为Fm，桥路输入电压Ui，其传感器的灵敏度KF,满量程时输出电
压为U0m,则KF=U0m/Ui
U0/U0m=F/Fm
则：U0=F*（KF*Ui）/Fm（由此式可求输出电压U0，或受力的大小F，或Kf，或Ui，要活用）
5.例2-2，已知荷重传感器，最大荷重为10T，KF为2mv/v,桥路电压为12V，测得桥路输出电压为8mV,求被测荷重为多
少吨？
解：F=(U0*Fm)/(Kf*Ui)=8*0.001*10*1000*9.8/(2*0.001*12)=32666N=3.33吨
6.荷重传感器受压时，横向（径向）应变片受拉力，竖向（轴向）受压力
第2-2节 测温热电阻传感器
1.测量温度的传感器：1.热电偶，结（热敏电阻），3.热电阻，4.红外测温
一、热电阻
1.原理：利用电阻随温度升高而增大的特性（铜、铂）
2.金属热电阻分为普通式，铠装式，薄膜式
3.普通式采用双线并绕可制成无电感式电阻
100表示铂金属制造的，在0度时电阻为100欧（热电阻分度表）
二、热敏电阻
1.原理：采用半导体制成。分类：负温度系数1.突变形（抑制浪涌电流），2.负指数形（空调测温元件）
正温度系数1.突变形（自恢复熔断器），2.线性形
2.因热敏电阻的阻值较大，其连接导线电阻可忽略，故可长达几千米。
3.热敏电阻测温电路多采用桥式或调频电路
4.用于动圈式铜线的温度补偿
5.用于电动机温度检测，带动保护继电器动作
6.用于液面测量，在空气中加热，被液体浸入时热被带走，电阻升高（如汽车油箱报警）
第2-3节，气敏电阻传感器
分类：1.还原性气体传感器 2.氧浓度传感器
一、还原性气体传感器
1.还原性气体：指在化学反应中能给出电子、化学价升高的气体，多属可燃性气体（石油蒸气、酒精、甲烷、煤
气、天然气、氢气等）
2.还原性气敏电阻采SnO2,ZnO2,Fe2O3加铂催化剂，激活剂，其它添加剂烧结成的半导体
3.原理：N型半导体表面在高温下遇到还原性气体时，气体分子中的电子向气敏电阻表面转移，使气敏电阻阻值下
降。
4.用途：煤气报警器，酒精检测仪等
二、二氧化钛氧浓度传感器（属N型半导体）
1.氧气增加，电阻增大，反之减小。
第2-4节 湿敏电阻传感器
一、大气湿度与露点
1.绝对湿度：每1立方米的大气所含水气的克数表示
2.水气密度与水气分压强成正比，所以大气绝对湿度可以用大气中水气的分压强来表示
3.微生物的生长，有机物的发霉、人的干湿感觉与大气的相对湿度有关。
4.饱和状态：指一定压力，温度下大气中的水气含量的最大值
5.相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和状态空气绝对温度的比值
6.露点：使大气中原来所含有的未饱和水气变成饱和水气所必须降低温度而达到某一温度值
二、测量湿度的传感器
1.金属氧化物陶瓷湿度传感器
1.1定期给多孔陶瓷加热可去污
1.2陶瓷湿敏传感器吸湿快，脱湿慢，称为湿滞。
2.金属氧化物膜型湿度传感器
2.1该型湿滞小，响应小
3.高分子湿敏电阻传感器
4.湿敏电阻采用交流电源作为激励电源是为了防止产生极化、电解作用
第二章课后练习P42-44及其它网摘练习
1.电子秤所使用的应变片应选择 B 应变片
A.金属丝式 B。金属箔式 C。电阻应变仪 D。固态压
为提高集成度，测量气体压力应选择 D
阻式传感器
一次性、几百个应力试验测点应选择 A 应变片
2.应变测量中，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.单臂半桥 B、双臂半桥 C、四臂全桥
3.测温热敏电阻应选择 A 热敏电阻，电动机保护中热敏电阻应选择 B 热敏电阻
指数型 B、NTC突变型 C、PTC突变型
气敏电阻可测量 C 的浓度，TiO2气敏电阻可测量 D 的浓度
2 B、N2 C、气体打火机车间的有害气体 D锅炉烟道中剩余氧气
5.湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了 B
A.提高灵敏度 B、防止产生极化、电解作用 C、减少交流电桥平衡难度
6.有一额定荷重20*103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF=2mv/m,桥路电压Ui=12V，求：1.在额定荷重时
的输出电压U0m，2.当测得输出电压U0为6mv时，承载为多少牛，3.若在额定荷重时要得到4V的输出电压，放大器放
大倍数应为多少倍
解：1）.由公式U0m=KF*Ui=0.002*12=24mv
2）.由公式F=Uo*Fm/（KF*Ui）=0.006*20000/（0.002*12）=5000N
3）.额定荷重时Uom=24mv,则需要放大倍数：4/0.024=166.7倍
100热电阻的阻值Rt与温t的关系在0-100度范围内可用式Rt=R0（1+at)近示表示求：
1）.查表2-2写出铂金属的温度系数a
2). 计算当温度为50度时的电阻值
解：1)查表得a=0.00385
2)由 Rt=R0（1+at)=100（1+0.00385*50）=119.25欧
第三章 电感传感器
1）电感传感器：利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置
2）电感传感器的特点：分辨率高（1um),分辨率高低与量程成反比，响应慢
3）分类：1.自感式 （通常电感传感器都是指这类）
2.互感式 （利用变压器原理做成差动式，也称为差动变压器传感器）
$3-1自感传感器
1）自感传感器分类：1.变隙式（因输出为非线性，故工作在一段很小区域，用于微小位移测量）
2.变截面式（输出为线性，灵敏度低）
3.螺线管式（大致线性，灵敏度稍低，用于测量稍大一点的位移）
2.差动式电感传感器：为消除以上自感传感器因振动，外界干扰的电源电压，频率，温度的变化产生的误差，采用差动
型式，其线性好，灵敏度高（是非...的2倍）由电压，频率，温度产生的误差可相互抵消，衔铁承受电磁力也较小，从
而减少了测量误差
3.相敏检波电路：输出信号既能反映位移大小，也能反应位移方向
$3-2差动变压器传感器
1）结构：由一次绕组，和2个二次绕组同名端相连，余下的同名端做为输出，当在中心位置上时电压为零。
2）灵敏度达0.5~5V/mm,行程越小灵敏度越高，适当提高励磁电压可提高灵敏度，但不超10V，1-10KHz
3）线性范围在线圈骨架长度的1/10，中间最好。采两头多中间少的绕线方法可得到100mm的线性范围
$3-3电感传感器的应用
自感传感器和差动变压器传感器主要用于位移测量，凡是能转换成位移变化的参数，如力，压力，压差、加速度、振动
及工件尺寸等均可测量
一、位移测量：分辨力最高0.1um,准确度为0.1%，
二、电感式滚柱直径分选装置
三、电感式圆度计
四、压力测量 标准输出信号：电流型4-20mA 或 电压型1-5V 电流型用于远距离传输，在一次仪表中多采用电流型
书后习题
1.欲测量极微小的位移，应选择A 自感传感器。希望线性好，灵敏度高、量程为1mm左右、分辨力为1um左右、应选
择 C 自感传感器 A。变隙式 B。变截面式 C。螺线管式
2.希望线性范围为+/-1mm，应选择线圈骨架长度为 B 左右的螺线管式自感传感器或差动变压器
A、2mm B、20mm C、400mm D、12mm
3.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 B 提高灵灵敏度
，减小温漂 C 降低成本 D 增加线圈对衔铁的吸引力
4.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了 C A提高灵敏度 B将输出的交流信
号转换成直流信号 C使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度
5.滚柱直径分选机来测量直径范围为10mm+-1mm轴的直径误差，应选择线性范围为 B 的电感传感器为宜（注解：测
量值应在量程的1/2~2/3范围内） A10mm B 4mm C1mm D12mm
6.希望远距离传送信号，应选用具有 D 输出变压器 A 0~2V B1-5 C0-10mA D4-20mA
第四章
第四章 电涡流传感器
电涡流传感器最大特点是非接触测量
$4-1 电涡流传感器的工作原理
一、电涡流效应：电涡流传感器的基本工作原理是电涡流效应。法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化磁场中时，导
体表面会有感应电流产生，电流的流线在金属体内自行闭合，此电流称为电涡流，此现象称电涡流效应。
2.激励源频率一般在100KHZ-1MHZ
二、电涡流线圈中电流与频率f,磁导率u, 工件电导率σ，表面因素（粗糙度，沟痕，裂纹），距离X有关，最重要的是
X有关，当X变小时，等效电感减小，等效电阻增大，又因等效电感减小值比等效电阻增大值变化大的多，故总阻抗还
是变小的，故线圈中电流是变大的。（过程很复杂，网上也没找到相关的说法）
$4-2 电涡流传感器的结构及特性
一、电涡流探头结构
1.探头直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差（分辨力1，4，8，10um)
二、补测体材料、形状和大小对灵敏度的影响
1.1对非磁性材料，电导率越高，灵敏度越高
1.2对磁性材料，磁导率将影响电涡流线图的感抗，灵敏度视具体情况定
2.1被测体为圆盘状物体的平面时，其直径大于线圈直径的2倍
2.2被测体为轴状圆柱体的圆弧表面时，其直径为线圈直径的4倍以上
2.3被测体的厚度大于0.2mm
2.4被测环境要避开其它导体。
$4-3 电涡流传感器的测量转换电路
测量转换电路的任务是把探头线圈的等效阻抗及品质因数等这些参数变换为频率、电压或电流。相应的方法有调幅式，
调频式，电桥法等电路。
一、调幅式电路（也称AM电路）是以输出信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属之间的关系，输出与输入不是线性
关系，需要千分尺标定并用计算机线性化才能用数码管显示，同时放大器会温度漂移影响测量准确度，需温补措施。
二、调频式电路（也称 FM电路）以输出不同频率的电信号来反映电涡流探头与被测金属之间的关系。
当电涡流线圈与被测物体距离变小时，电涡流线圈的电感量L也变小，引起LC振荡器输出频率变大
$4-4 电涡流传感器的应用
一、位移测量：汽轮机轴向检测，要求在0.9mm报警，1.2mm停机
二、振动的测量：汽轮机，空压机主轴的径向轴向振动，发电机涡流叶片的振幅
三、转速没量：齿式，或槽式，转速N=60f/z(f为传感器每秒钟测到的脉冲数，Z为齿数，N的单位是转/min）
四、镀层厚度测量：基材是不导电的塑料或电路板，测量表面的导电镀层厚度，越薄电涡流越小
五、通道安全检查门
六、电涡流表面探伤（常用差动式，即两个电涡流线圈组成差动式，可增加敏灵度，消除温漂误差
$4-5接近开关及应用
一、常用接近开关的分类
1.自感式、差动变压器式 只对导磁物体起作用
2.电涡流式（习惯称电感接近开关） 只对导电良好的金属起作用
3.电容式 对接地的金属或地电位的导电物起作用，对非地电位的导电物灵敏度稍差（第五章）
4.磁性干簧开关（干簧管） 只对磁性较强的物体起作用（第十三章）
5.霍尔式 只对磁性物体起作用（第八章）
二、接近开关的特点
1.非接触检测，不影响被测物的运行工况
2.不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长
3.响应快，一般响应时间几ms 或十几ms
4.采用全密封结构，防潮，防尘，可靠性高
5.无触点，无火花，无噪声，适用于防爆场所
6.输出信号大，易于与计算机或可编程序控制器等接口
7.体积小，安装调整方便
8.缺点：触点容量小，负载短路时易烧毁
第四章
三、接近开关的主要性能指标
1.动作距离
2.复位距离
3.动作滞差
4.额定工作距离
5.得复定位准确度
6.动作频率
四、接近开关的规格及接线方式
1.一般为三线制，蓝色为接地（电源负极），棕或红为电源正极（18-35V），黑色为输出（高电平接近电源电压，低
电平为0.3V） 动作滞差，，续流二极管，，输出端与电源短接，有输出时（低电平）会烧坏
五、电涡流式接近开关的应用实例
1.生产工件定位：接近开关不靠近金属时处于RC振荡，当靠近金属时能量被金属吸收（金属表面电涡流），使线圈
Q值降低或停振，振荡器的输出电压低于某一值，属调幅式转换电路
2.生产零部件计数：为防止工件振动造成重复计数误差，在比较器电路中加入正反馈电阻，形成滞差电压比较器，也
叫动作滞差特性
3.成品零件缺位检测 （有零件的地方设检测头，当缺少零件时输出报警）
习题P76：
1.欲测量镀层厚度，电涡流线圈的频率约为 D 而用于测量小位移的螺线管式自感传感器及差动变压器线圈频率约为 B
A、50-100HZ B、1-10KHZ（第三章P53） C、10-50KHZ D、100KHZ-2MHZ（书中P70图4-10为0.1-5MHZ）
2.电涡流接近开关要以利用电涡流原理检测出 C 的靠近程度
A、人体 B、塑料 C、黑色金属零件 D、水
3.电感探头的外壳用 B 制作较为恰当
A、不锈钢 B、塑料 C、黄铜 D、玻璃
4.当电涡流线圈靠近非导磁性（铜）板材后，线圈的等效电感L C ，调频转换电路的输出频率 B
A、 不变 B、增大 C、减小
5.欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为 D 左右的电涡流探头，欲测量油管表面和细小裂纹，应选择直径 B
左右的探头 A、0.1mm B、5mm C、50mm D、500mm (直径越小灵敏度分辩力越高，量程越小，反之...）
6.用图5-12B的方法测量齿数Z=60的齿轮转速，测得 f=400HZ，该齿轮的转速N为 r/min n=60f/z
A、400 B、3600 C、24000 D、60
7
第五章 电容传感器
电容传感器优点：
1.可获得较大相对变化量，相对变化量可达200%
2.能在恶劣的环境下工作 可不用有机材料或磁性材料，故可在高低温强辐射环境下工作
3.发热影响小
4.动态响应快
&5-1电容传感器的工作原理及结构形式
C=εA/d
ε为两极板间介质的介电常数（它=真空介电常数*两极间相对介电常数）
A为面积
d为距离
改变上述三个固定参量，可以制作三种类型的电容传感器
一、变面积式电容传感器
1.结构分类：1.平板形直线位移
2.同心圆筒形上下位移 外筒接地，可屏蔽外界电场干扰，减少周围物质与内筒的分布电容，减小误差
3.半圆形角位移 动板接地，定板屏蔽
二、变极距式电容传感器
1.一般变极距式电容传感器起始电容量在十几PF到几十PF，极距d0=100-1000um,最大位移=1/10~1/4的d0
三、变介电常数式电容传感器（用来测量片状材料的厚度、性质、颗粒物体的含水量、液位等）
&5-2 电容传感器的测量电路
一、桥式电路 （频率在1MZ）
1.四臂电桥电路
2.差动2臂电桥电路
二、调频电路
1.将电容传感器作为LC谐振回路的一路分，振荡频率f=1/(2π√L0C) Lo固定电感 C 振荡电容=Cx+C0+Cc
由频率转换成电压信号
&5-3 电容传感器的应用
一、电容测厚仪
二、电容加速度传感器
三、湿敏电容 利用大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器介质（多孔性氧化铝、高分子吸湿膜）
四、电容式油量表 （电桥，伺服电动机，减速器等）
五、电容接近开关（对金属应选择电感接近开关，只有在测量含水绝缘介质时如谷物才选择电容式接近开关）
&5-4 压力和流量的测量
一、压力的基本概念
1.压力传感器分类1.绝对压力传感器：以真空对基准起点
2.差压传感器：用来测量两个压力之差
3.表压传感器：以大气压为基准起点（平时所提的压力一般都为表压）
二、差动式电容式差压变送器
1.间距0.5mm，位移达0.1mm时电容变化量为100PF，激励频率100KHZ，电压10V 准确度1%
三、利用电容差压变送器测量液体的液位
Δp=p1-p2=密度*9.8（待测液位-安装高度）
四、流量的基本概念 由流速推算出流量的仪器称流速法流量计
五、节流式流量计及电容差压变送器在流量测量中的应用
1.差压式流量计又称节流式流量计，是在被测量管路中加入节流板或文丘里管，使流体流经这里时流速提高，由伯努利
定律可知管道中流体速度越高，压强就越小，将电容差压变送器安装在节流装置前后取压孔就可得到压差，再由内置微
处理器进行计算、修正（压力温度为影响密度），流量与差压的二次方根成正比，在流量较小时准确度将变低。
习题P92
1.在两片间隙为1mm的两块平行极板间隙中插入 C 可获得最大电容量
A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃片
2.电子卡尺的分辨率达0.01mm，行程可达200mm，它内部采用的电容传感器类型为 B
A、变极式 B、变面积式 C、变介电常数式
3.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，测电路中 B
A、电容和电感都是变量 B、电容是变量，电感保持不变 C电容不变，电感为变量 D、电容和电感都不变
4.湿敏电容可测量 B
A、空气的绝对湿度 B、空气相对湿度 C、空所温度 D、纸张含水量
5.电容式接近开关对 D 的灵敏度最高
A、玻璃 B、塑料 C、纸 D、鸡饲料
9、管道中流体流速越快，压力就越 B
A大 B小 C不变
网上计算题
201004 已知某电容传感器的两极板间距离为d
0
=20mm，ε=100／µF／mm，两极板尺寸一样，长度a
0
为60mm，极板宽度b为60mm，极板
厚度为10mm。如果改变极距使电容量减少了6000µF。
(1)试问极距如何变化?(2)计算灵敏度K。
解：C原=（公式要写上）=100*60*60/20=18000uF 电容减小了6000后其电容为C=18000-6000=12000uF
由D=εA/C=100*60*60/12000=30mm故极距变大为30-20=10mm
K=△c/△d=6000/10=600µF／mm
对于一平板电容器，两极板尺寸一样，极板长度a为40mm, 极板宽度b为40 mm，极板厚度为10 mm, 两极板间距离为d
0
=20 mm, 两
极板间介电常数ε=100μf∕mm, 试求:
1)在外力作用下，其动板在原始位置上向外移动了10 mm，试求电容的变化量△c和灵敏度K.
2)在外力作用下，其动板在原始位置上向上移动了10 mm，试求电容的变化量△c和灵敏度K.
解：1.是变面积式，C原=（公式）=100*40*40/20=8000
μf
向外移动时面积变为40*（40-10）=1200，C=（公式）=100*1200/20=6000
故△c=8000-6000=2000
K=△c/△x=εb/d=100*40/20=200μf∕mm
2.是极距式，C原=
（公式）=100*40*40/20=8000
μf
向上移动时极距变大为20+10=30mm，C=（公式）=100*40*40/30=5333μf
故△c=8000-5333=2667
K=△c/△d=2667/10=267μf∕mm
第六章 压电传感器
压电传感器只能测量动态力，动态压力，振动加速度等，不能用于表静态参数测量
&6-1压电传感器工作原理
压电效应：电介质受外力作用变形时，表面产生极化，产生电荷，外力去掉后又回到不带电状态
压电材料的分类及特性1.石英晶体SiO2 压电常数小，用于标准、高准确度、耐高温场合
2.压电陶瓷PZT 压电常数高，成本低，分有铅和无铅。多用于测力和振动传感器
3.高分子压电材料PVDF 压电常数高，成本低，不耐高温，多用于定性测量
&&6-2 压电传感器的测量转换电路
一、压电元件的等效电路
由电荷源与一个电容、漏电阻并联组成的等效电路
二、电荷放大器
因电压放大器输入电压与电缆分布电容、输入电容有关，都是变数，会影响测量结果，故采用电荷放大器
&&6-3 压电传感器的应用
一、高分子压电材料的应用
1.玻璃打碎报警装置
2.压电式周界报警系统
3.交通监测
二、压电陶瓷传感器应用
1.压电式动态力传感器
2.单向动态力传感器
&&6-4 振动测量及频谱分析
一、振动的基本概念：物体围绕平衡位置作住复运动称为振动。
分类：1.机械振动 2.土木结构振动 3.运输工具振动 4.武器爆炸的冲击振动
1.高频振动 2.低频振动 3.超低频振动
1.周期振动 2.非周期振动 3.随机振动
二、测振传感器的分类
1.测振器又称拾振器。分为：接触式：1.磁电式，2.电感式，3.压电式
非接触式：1.电涡流式，2.电容式，3.霍尔式，4.光电式
2.一般要求测振系统的固有振动频率F0大于等于5F
三、压电式振动加速度传感器结构
1.测量范围：几千--几十千HZ
四、压电振动加速度传感器的性能指标
1.灵敏度K，国标单位是pC/(m/S2)皮库仑，一般用重力加速度表示：(10-100)pC/g.
2.频率范围：0.1HZ-10KHZ
3.动态范围：0.1-100g，测量冲击振动时用100-10000g，测微振用：0.001-10g的高灵敏度低频加速度传感器
五、压电加速度传感器安装方式及应用
1.双头螺钉 长期
2.磁铁 短时间低频振动
3.胶水 微弱振动
4.直接式（手持探针） 定期巡检，误差大
六、压电振动加速度传感器在汽车中的应用
1汽缸爆振检测
七、振动的频谱分析
1.时域图形（以时间
2.频域图形
习题P107
1.将超声波转换成电信号是利用压电材料的 C ，蜂鸣器中发出的“嘀，嘀”声是利用压电材料的 D
A。应变效应 B。电涡流 C。压电效应 D。逆压电效应
2.实验室做检验标准用的压电仪表用 D 能制成膜，测量人体脉搏的压电材料应采用 C ，压电加速度传感器中测量振动的压电材
料应采用 B (正温度系数半导体） B。PZT（压电陶瓷） C。PVDF D。SiO2
3.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量 C
A人的体重 B车刀压紧力 C车刀在切削时感受到切削力的变化量 D自来水管中水压
4.动态力传感器中两片压电片多采用 并联接法 以增大输出电荷量。在电子打火机中多片压电片采用 串联 接法，产生高压
5.测量人的脉搏应采用灵敏度K约为 A 的PVDF压电传感器，在家电做跌落试验时，应采用灵敏度K为 C 的压电传感器
A 10V/g B 1V/g C 100mv/g
第七章 超声波传感器
第一节 超声波的物理基础
一、声波的分类
1.声波是一种机械波，分次声波，可闻声波，超声波
二、超声波的传播方式
1.纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致，可在固、液、气体中传播。 如人声，
2.横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直，只能在固体中传播，如固体受到交变剪切应力作用时产生的波
3.表面波：固体的质点在固体表面的平衡位置附近作椭圆轨迹的振动，振动波只在固体表面传播
三、声速、波长、指向性
1.声速C
2.波长λ C=λf(f为频率）
3.指向性：频率越高，发生器直径越大，指向性越好
四、倾斜入射时反射与折射
1.与光波一致
六、在介质中的衰减：晶粒越粗或密度越小、频率越高，衰减越快。因此，在中气中传播的超声波频率选的低，为数十千HZ，而在液
体和固体中则选用较高的MHZ
第二节 超声波换能器及耦合技术
一、以固体为传导介质的超声探头（PZT压电陶瓷）
1.单晶直探头：发收分时工作
2.双晶直探头：一收一发
3.斜探头
4.聚焦探头
5.箔式探头：PVDF制成的
二、以空气为传导介质的超声探头
发收分开设置，工作范围几米到几十米
三、耦合剂：消除探头与被测物之间间隙，消除干扰。同时消除磨损
第三节 超声波传感器的应用
超声波传感器的应用类型：1.透射型：遥控器，防盗报警器，接近开关等
2.反射型：接近开关，测距，测液位料位，金属探伤，测厚等
一、超声波流量计：通过两组超声波探头的时间差、相位差、频率差换算出流体的流量
二、超声波测厚：通过超声波在被测体内传播的时间测量，换算出厚度
三、密度测量：液体密度与传播速度有关系
四、液位、物位测量
五、超声波防盗报警器：采多普勒效应，动的物体时反射波频率会变化
第四节 无损探伤
一、无损探伤的基本概念
1.无损探伤分类：1.磁粉检测 （表面）
2.电涡流 （表面）
3.荧光染色渗透法 （表面）
4.X光（内部）
5.超声探伤（表面，内部）
2.超声探伤分类
1.A型 二维坐标图，横坐标为时间，纵坐标为反射波强度（T波（基波）、F波（缺陷）、B波（底波）
2.B型（B超）以探头的扫描距离为横坐标，探伤深度为纵坐标，以屏幕亮度反映反射波强度
3.C型（CT），在材料的纵、深方向上扫描，得到材料的三维图像。
习题：（P122）
1.人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子 D
A 从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵 B 在原来的平衡位置前后振动而产生横波
C 在原来的平衡位置上下振动而产生横波 D 在原来的平衡位置上前后振动而产生纵波
2.频率为1MHZ的超声波在钢板中传播时，它的波长约为C ，声速约为 E
A.5.9m B.340m C.5.9mm D.1.2mm E.5.9km/s F.340m/s
3.超声波频率越高 A
A.波长越短，指向角越小，方向性越好 B。。。C。。。D。。。。
4.超声波在有机玻璃（2.7）中的声速比在水（1.48）中的声速 A 比在钢（5.9）中声速 B
A.大 B。小 C。相等
5.超声波从水以45度角入射到钢时，折射角 A 入射角
A.大于 B。小于 C。等于
6.单晶直探头发射超声波时是利用压电片的 B 而接收时是利用压电片的 A 发射在 D 接收在 E
A压电效应 B逆压电效应 C 电涡流 D 先 E后 F同时
7.钢板探伤时，超声波的频率多为 C ，在房间利用空气探头进行超声防盗时，超声波频率多为 B
A.20HZ-20KHZ B。35-45KHZ C。0.5-5MHZ D。100-500MHZ
8.大面积钢板探伤时，耦合剂应选用 A 为宜，机床床身探伤时，耦合剂应选 B 为宜 ，给人体做B超时，耦合剂应选 C
A.自来水 B。机油 C。液体石蜡 D。化学浆糊
10.在A型探伤中，F波幅度较高，与T波的距离较接近，说明 A
A缺陷横截面积较大，且较接近探测表面
第八章 霍尔传感器
第一节 霍乐元件的工作原理及特性
一、工作原理：金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，薄片X轴方向两端通以电流I，侧薄片的Y
轴方向上两端产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应，该半导体薄片称为霍尔元件。
第二节 霍尔集成电路
1.线性型（典型：双端差动输出零点漂移）
2.开关型：1.普通开关型
2.锁键型：电路需反向磁场才能翻转
第三节 霍尔传感器的应用
电动势为I、B、角度三个变量的函数
1.I、角度不变，高斯计，转速表，计数器，角编码器，加速度计，微压力计
2.维持I、B、不变，角位移测量仪
3.角度不变，模拟乘法器，功率计
一、角位移测量仪
二、霍尔转速表 n=60f/Z
三、霍尔无刷电动机
四、霍尔式接近开关
五、霍尔电流传感器：对比传统的CT有哪些优点：能测量直流和脉动电流，弱电回路与主电路隔离，可测出与被测电流波形一致的跟
随电压，易与计算机接口及二次仪表对接，准确度高，线性好，响应快，频带宽，不会产生过电压。
第九章 热电偶传感器
热电偶测温的优点：1.属自发电传感器，因此测量时可以不要外加电源
2.结构简单
3.测温范围广（-260度-----1800度）
4.准确度高
第一节 温度测量的基本概念
一、温度的基本概念：表征物体冷热程度的物理量，是以热平衡为基础的。
二、温标：温度的数值表表示方法称为温标，它规定了温度的读数起点及温度单位
1.摄氏温标oC：标准大气压下冰的熔点定为0度，水的沸定定为100度
2.华氏温标oF：标准大气压下冰的熔点为32。F，水的沸点为212。F，两点间分180等分.由摄氏换算成华氏：（9/5）
t+32，西方国家一般采用华氏
3.热力学温标K:规定分子运动停止时的温度为绝对零度，水的三相点温度为273.16K，这两点分273.16格，每格1K
4.国标温标
三、温度测量及传感器分类
1.分类：1.体积、热膨胀2.接触热电动势3.电阻的变化结5.温度颜色6.光辐射、热辐射
第二节 热电偶传感器的工作原理
一、热电效应：两种不同材料组成的闭合回路，当两结点温度不同时回路中产生电动势
2.热电偶：两种不同材料的导体所组成的回路，组成热电偶的导体称为热电极
3.两个电极中分工作电极（工作端或热端）和参考端（自由端或冷端）
二、中间导体定律：
若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总热电势无影响
第三节、 热电偶种类及结构
一、热电极材料及通用热电偶
1.常用的：镍铬-镍硅（K）
2.高温的：铂铑13-铂（R）等
3.高灵敏度：镍铬-铜镍（E）
二、结构形式
1.装配式
2.铠装式（可弯曲式）
3.薄膜式
第四节 热电偶冷端的延长
1.因热电偶长度有限，自由端会受现场温度的影响，造成测量误差，故采用补偿导线来延长冷端，使之远离高温区
2.使用补偿导线的优点：1.将冷端延长到相对稳定区，数值变得稳定
2.补偿导线价格便宜
3.补偿导线直流电阻低比热电极低很多，可减小测量误差
4.补偿导线易弯曲，方便敷设
3.补偿导线注意点：1.两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点必须有相同的温度
2.各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用
3.必须在规定的温度范围内使用
4.极性必须接对（红为正，绿、蓝、橙为负）
第五节 热电偶的冷端温度补偿
一、补偿方法：1.冷端恒温法1.冰浴法
2.置于电热恒温器中
3.置于恒温空调房间中
2.计算修正法：Eab(t,0)=Eab(t,t0)+Eab(t0,0)
3.仪表机械零点调整法：将动圈式调到冷端温度的刻度上。
4.利用半导体集成温度传感器测量冷端温度（温度测出后直接输入计算器或运算电路中，自动计算出被测温度）
第六节 热电偶的应用及配套仪表
习题P148
1.两端密闭的弹簧管，气温升高后会撑直，弹簧管内部压强随温度增大的原因是 A
A.气体分子了无规则运动加剧，撞击容器内壁的能量增大
B.气体分子的直径增大
C.气体分子之间的排斥力增大
2.正常人体温为37度，换成华氏温度为 C 热力学温度为
A32F 100K B99F 236K C99F 310K D37F 310K
3. C 的数值越大，热电偶的输出热电热电势越大
A.热端直径 B。热端和冷端的温度 C。热端和冷端的温差 D。热电极的电导率
4.测量钢水的温度，最好选择 A 热电偶，测量钢退火炉温度，选 D 热电偶，测高压蒸气200度，灵敏度高一些，选 E 热电偶
A。 R B。 B C。 S D。 K E。 E
5.测量CPU散热片的温度应选用 C 型的热电偶，测量锅炉烟道中的温度，应选用 A 型热电偶，测量100米深的岩石钻孔中的温
度，应选用 B 型热电偶
A.装配 B 铠装 C 薄膜 D 热电堆
7.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是 C
A 补偿热电偶冷端热电势的损失 B 起冷端温度补偿作用 C 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D 提高灵敏度
8.(10年4月）用镍铬--镍硅(K)热电偶测量温度，已知部分K分度表列于题51表,
(1)已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度。
(2)已知冷端温度为40℃，用动圈式仪表(机械零点在0℃)指示值为660℃，求热端实际温度。
(1)E(40，0)=1.611 E(t,0)=E(t,40)+E(40，0)
=29.188+1.611=30.799
查表t=740°C
(2)E（40，0）=1.611 E（660，0）=27.445 E（t,0）=27.445+1.611=29.056 t=697°C
9.201207.用镍铬--镍硅(K)热电偶测量温度，如图所示测温回路，热电偶分度号为K，表计的示值应为多少？对应的温度为多少度？
参考电极定律：E
AB
（t，t
0
）＝E
AC
（t，t
0
）－E
BC
（t，t
0
） 参考电极C点
解： 已知E
T1
=E （T
1
，0）－E （T
0
，0），E
T2
=E （T
2
，0）－E （T
0
，0）。由参考电极定律得到在整个回路中：E=E
T1
－E
T2
=[E（T
1
，0）－E（T
0
，0）]－[ E（T
2
，0）－ E（T
0
，0）]
= E（T
1
，0）－ E（T
2
，0）
查表得：E（T
1
，0）= E
400
=16.40mV， E（T
2
，0）=E
300
=12.21mV
所以E=16.40-12.21=4.188Mv 从而查知仪表示值为T =102℃。
热电动势/ mV（参比端温度为
0℃）
工作温度℃
30℃
60℃
100℃
300℃
350℃
400℃
600℃
K
1.203
2.436
4.096
12.209
14.293
16.397
24.905
第十章 光电传感器
光的能量正比于光的频率E=hf.
光具有光的波动-粒子两重性质
第一节 光电效应及光电元件
1.光电传感器的理论基础是光电效应：用光照射一物体，可以看作物体受到一连能量为hf的光子的轰击，组成该物体的
村料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应
2.光电效应分类：1.在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。如光电管，光电倍增管，光电摄像管
2.在光线的作用下能使物体的电阻率改变的现象秒为内光电效应。如光敏电阻、光敏二极管、三极管等
3.在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。如光电池
其中第一类属于玻璃真空管元件，第二、三类属于半导体元件
一、基于外光电效应的光电元件 光电管
二、基于内光电效应的光电元件
（一）光敏电阻
1.工作原理 基于内光电效应（半导体表面产生电子空穴对，使电阻率减小）
2.光敏电阻特性和参数：1.暗电阻
2.光电特性：电极电压固定不变，光照度与电阻/电流之间的关系
3.响应时间0.01-0.001秒，（不能应用于快速响应场合）
3.发光强度、光通量、光照度
1.发光强度：光源对球面的导数光通量除以导数立体角 与光通量与光照度与直接关系
2.光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量
3.光照度：单位面积（1平米）上接收到的光通量
（二）光敏二极管、光敏晶体管
光敏二极管，光电转换效率高，响应频率不高（数十兆HZ），常用于工业测量及光盘读出光敏元件
光敏二极管（雪崩型）工作频率高（几千兆HZ），适用光纤通信
3.光敏晶体管由两个PN结，灵敏度比光敏二极管高许多
（三）光敏二极管与光敏晶体管的基本特性
1.光谱特性：对不同频率的光的灵敏度不同，会有1个最大值的灵敏度。
2.伏安特性
3.光电特性：光照度为X，光电流为Y
4.温度特性
5.响应时间：硅光敏二极管为10-5到10-7 S左右
三、基于光生伏特效应的光电元件
（一）结构工作原理及特性：有电流源、正向二极管，电容三个元件并联组成的等效电路
（二）光电池的基本特性：
1.光谱特性：硅光电池在0.7um波长的可见光处灵敏度最强
2.光电特性：光照度与输出电压
3.伏安特性：输出电压与光电流之间的关系（分不同负载电阻）
4.温度特性：温度越高，电压越低
5.频率特性：面积越小，响应越快
第二节 光电元件的基本应用电路
一、光敏电阻基本应用电路： 光敏电阻 与负载电阻串联
二、光敏二极管应用电路，需反向偏置
三、光敏晶体管应用电路
四、光电池的应用电路：I/U转换电路
第三节 光电传感器的应用
分类：1.被测物是光源 光电高温比色温度计 光照度计 照相机曝光量控制
2.被测物吸收光通量 浊度计
3.被测物是有反射能力的表面 反射式转速计 反射式烟雾报警器 色彩传感器（光生伏特）
4.被测物遮蔽光通量 振动测量，工件尺寸测量，走偏测量与控制
第四节 光电开关及光电断续器
光电开关检测距离可达几米到几十米
光电断续器检测距离只有几毫米到几十毫米
一、光电开关的结构和分类
1.光电开关分类：1.遮断型 检测距离达几十米
2.反射型1.反射镜反射型 几米
2.被测物漫反射型 几百毫米
二、光电断续器 与光电开关的工作原理相同，只是光电发射与接收做在同一体积很小的塑料壳体中
第五节 光导纤维传感器及应用
一、光纤的基本概念
1.光的全反射：当入射角小于临界角时，
2.光纤的结构与分类
基本结构：纤芯，包层，PVC外护套
分类：1.阶跃型 折射率各点分布均匀一致
多模光纤
2.梯度型 折射率随半径的变大而变小
3.单孔型 纤芯只有几微米，光以电磁场的“模”的原理在纤芯中传导，称单模光纤
3.光的损耗：1.吸收损耗 石英玻璃中微量金属对光的吸收
2.散失损耗 光纤材料不均匀发生散射
3.机械弯曲变形损耗 光纤弯曲时，若光的入射角接近临界角时部分光将向包层外折射
4.电光与光电转换器件
电光转换器件分发光二极管，激光二极管（响应快，寿命较短）
光电转换器分为光敏二极管（响应快）和光敏晶体管
二、光纤传感器分类
光可被调制的参数有四个：1.振幅（强度）
2.相位
3.波长
4.偏振方向
1.强度调制型光纤传感器：1.反射式：被测体前后移动引起反射光强发生变化
2.遮光式：被测体（可移动）遮住一部分光使测到的电信号发生变化
3.吸收式：透光的被测体吸收一部分光引起光强发生变化
4.微弯式：光纤弯曲变形后引起光纤损耗变化
5.接收光辐射式：被测体为光源
6.荧光激励式：自发射紫外光射到被测体表面反射回的光测量
2.相位调制型光纤传感器（光的干涉）
三、光纤传感器的应用举例
1.光纤液位传感器（反射光受液体折射，不接触液体时反射多，接触时反射的少，折射回液体的多）
2.光纤式混凝土应变传感器（吸收式）
3.光纤温度传感器（激励式）
4.光纤高温传感器（接收光辐射式）
5.光纤声压传感器（相位调制，当声波对光纤线圈产生压缩时，产生光的干涉）
6.光纤大电流传感器（相位调制，利用电流对光纤线圈产生伸缩，产生光的干涉）
7.光纤高电压传感器（相位调制，利用高压电通过压电陶瓷PZT产生的伸缩使光纤产生伸缩，产生光的干涉）
习题P185
1.晒太阳取暖利用了 C 人造卫星光电池板利用了 A 植物生长利用了 B
A。光电效应 B 光化学效应 C 光热效应 D 感光效应
2.蓝色光的波长比红光 B 相同光子数量的蓝光能量比红光C
A 长 B 短 C大 D小
3.光敏二极管属于 B 光电池属于 C
A外光电效应 B内光电效应 D 光生伏特效应
4.光敏二极管在测光电路中应处于 B 偏置状态，而光电池通常处于C 偏置状态（直接将电池输出接入放大器输入
端）
A 正向 B反向 C 零
5.光纤通信中，与出射光纤耦合的光电元件应选用 C
A 光敏电阻 B PIN光敏二极管 C APD光敏二极管 D 光敏晶体管
6.温度上升，光敏电阻，光敏二极管，光敏晶体管的暗电流 A
A 上升 B 下降 C 不变
7.普通型硅光电池的峰值波长为 C 落在 F 区域 P157
A0.8m B8mm C0.8um D0.8nm E 可见光 F 近红外光 G紫外光 H 远红外光
8.欲精密测量光的照度，光电池应配接 D
A电压放大器 B A/D转换器 C电荷放大器 D I/U转换器
9.欲用光电池给手机冲电，需将数片光电池 B 起来，以提高输出电压，再将几组光电池 A 起来，以提高输出电流
A 并联 B 串联 C 短路 D 开路
10.欲用光电池在灯光200LX下驱动计算器（1.5V），必须将 C 片光电池串联起来才能正常工作
A 2 B 3 C 5 D 20 由光电特性图可知在200LX时输出电压约0.3V（超过2000LX约恒定在0.5V）
第十一章 数字式位置传感器
第一节 位置测量的方式
1.数字式位置测量的特点：1.被测的位置量直接转变为脉冲个数或编码，便于显示和处理
2.测量精度取决于分辩力，和量程基本无关
3.输出脉冲信号的抗干扰能力强
一、直接测量和间接测量
1.直接测量：位置传感器所测量的对象是被测量本身
2.间接测量：位置传感器测出的是中间值，再由此值推算出移动部件的位移
例：丝杠的上螺距为t=6mm,丝杠旋转角度为7290度，侧螺母的直线位移X=多少？
X=7290/360*6=121.5mm
二、增量式和绝对式测量
1.增量式测量的特点是只能获得位移增量，必须有一个零位标志，中途断电后无法得知移动部件的绝对位置
2.分辩力：一个脉冲所代表的基本长度单位
3.绝对式测量的特点是每一被测点都有一个对应编码
第二节 角编码器
一、绝对式编码器
1.接触式编码器：由电刷接触，盘内最内圈为公共极，高位在内，低位在外
分辩的角度（分辩力）：a=360/2
n
分辩率：1/2
n
（n为二进制码盘位数）
2.绝对式光电编码器 （有不锈钢板和玻璃板）
二、增量式编码器 一般为光电码盘，均布一圈透光狭缝，并设一零标志光槽
分辩的角度（分辩力）a=360/n 分辩率=1/2
n
三、角编码器的应用
1.数字测速
1.1 M法测速 若编码器每转产生N个（1K个脉冲=1024个脉冲）脉冲，在ts时间间隔内得到m1个脉冲，则编码器所产
生的脉冲频率为f=m1/ts
则转速n（单位为r/min) n=60*f/N=60*m1/ts*N
1.2 M法测速适合于转速较快的场合，ts的时间取得太长时准确度较高，但不能反应瞬时转速
Ts的时间取得太短准确度降低
2.角编码器在交流伺服电动机中的应用 光电编码器在此处有3个作用：1.提供电动机定转子之间相互位置的数据
2.通过频率/电压转换电路提供速度反馈信号
3.提供传动系统角位移信号，作为位置信号
3.工位编码 刀库选刀控制运用
第三节 光棚传感器
一、光栅的类型和结构 分为1.物理光栅 利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定
2.计量光栅 1.透射式
用于检测，分辩力0.1um,适用动态测量
2.反射式
结构：光源，主副光栅，光敏元件组成
二、计量光栅
1.将主副光栅保持一个很小的夹角，形成的莫尔条纹，随光栅的移动，莫尔条纹的亮带和暗带将顺序自下而上掠过光敏
元件，形成正弦波，再将正弦波转换成脉冲。
2.莫尔条纹的特征：1.光棚可消除光栅刻线不均匀引起的误差
2.光栅的移动方向变化时，莫尔条纹的移动方向也会相应变化，故可测量移动方向
3.莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距L=W/θ（θ为弧度单位）
4.莫尔条纹移过条纹数与光栅移过的刻线数相等
三、辨向及细分：1.在y方向上，相差1/4电位角安装正弦和余弦传感器形成相位差，检测出正弦波是超前于余弦波，还
是落后于余弦波，就可得知移动方向。
2.细分一般分为4倍和16倍。是将上述正、余弦波转换成方波后的上伸和下降沿转换成脉冲数，故分
辨力为栅距/4或16
四、光栅传感器的应用：1.光栅数显表
2.位置控制（重点）
3.轴环式数显表
第四节 磁栅传感器（精度1um)：将磁尺寸利用录音技术录制成节距相等的NS磁信号，磁头在掠过磁尺寸时输出正、余
弦波信号
第五节 容栅传感器：(卡尺分辨力0.01mm，千分尺分辨力0.001mm）
习题P206
1.数字式位置传感器不能用于 C 的测量
A. 机床刀具的位移 B．机械手的旋转角度 Ｃ．人体步行速度 Ｄ．机床的位置控制
2. 不能直接用于直线位移测量的传感器是（ C ）
Ａ．长光栅 Ｂ．长磁栅 Ｃ．角编码器
3.绝对式位置传感器输出的信号是_____D___，增量式位置传感器输出的信号是_____C___。
Ａ．电流信号 Ｂ．电压信号 Ｃ．脉冲信号 Ｄ．二进制格雷码
4.有一只十码道绝对式角编码器，其分辨率为____B______， 能分辨的最小角位移为_____E___。
Ａ．1/10 Ｂ．1/2 Ｃ．1/10 Ｄ．3.6 Ｅ．0.35 F． 0.01
5.有一只1024p/r增量式角编码器，在零位脉冲之后，光敏元件连续输出10241个脉冲。则该编码器的转轴从零位开始
转过了_____C____。
Ａ．10241圈 Ｂ．1/10241圈 Ｃ．10又1/1024圈 Ｄ．11圈
6.有一只2048p/r增量式角编码器，光敏元件在30秒内连续输出了204800个脉冲。则该编码器转轴的转速为__D__。
A．204800r/min B．60204800 r/min C．（100/30）r/min D．200 r/min
7.某直线光栅每毫米刻线数为50线，采用四细分技术，则该光栅的分辨力为_____A____。
A．5m B．50m C．4m D．20m
8.能将直线位移转变成角位移的机械装置是___B____。
A．丝杠-螺母 B．齿轮-齿条 C．蜗轮-蜗杆
9.光栅中采用sin和cos两套光电元件是为了 B 。
102
A．提高信号幅度 B．辩向 C．抗干扰 D．作三角函数运算
10.光栅传感器利用莫尔条纹来达到____A____。
Ａ．提高光栅的分辨力 Ｂ．辩向的目的 Ｃ．使光敏元件能分辨主光栅移动时引起的光强变化 Ｄ．细分的目的
11.当主光栅与指示光栅的夹角为（rad）、主光栅与指示光栅相对移动一个栅距时，莫尔条纹移动____A____。
Ａ．一个莫尔条纹间距L Ｂ． 个L Ｃ．1/个L Ｄ．一个W的间距
12.磁带录音机中应采用_____A____ ；磁栅传感器中应采用_____B___。
Ａ．动态磁头 Ｂ．静态磁头 Ｃ．电涡流探头（动态磁头只有一个线圈，只能测量均速直线运动。静态磁头会再有一
个激励线圈，通入固定的频率，在静止时可得到位置与电压的正弦关系的数值）
13.容栅传感器是根据电容的_____B____工作原理来工作的。
Ａ．变极距式 Ｂ．变面积式 Ｃ．变介质式
14.粉尘较多的场合不宜采用_____A_____；直线位移测量超过1m时，为减少接长误差，不宜采用____C____。
Ａ．光栅 Ｂ．磁栅 Ｃ．容栅
15.测量超过30m的位移量应选用____B____，属于接触式测量的是 A ？ 。
Ａ．光栅 Ｂ．磁栅 Ｃ．容栅 D. 光电式角编码器
16.（201004）
某电机速度为1200r／min。
(1)如果采用光电编码器进行测速，采用M法在0.4s内测得8K个脉冲，试求光电编码器的参数。
(2)采用电涡流传感器(电感转速表)测速，测得输出电动势频率为400Hz，求电涡流传感器测量齿轮的齿数。
解：1.由公式
n=60*f/N=60*m1/ts*N，已知m1=8K=8*1024=8192, ts=0.4S n=1200,
则N=60*m1/n*ts=(60*8192)/(1200*0.4)=1024P/r
故：光电编码器参数为1024个脉冲/转
2.由公式n=60f/Z得Z=60f/n=60*400/1200=20
故：齿轮的齿数为20个
17.（201207）
某光电编码器为1024脉冲∕转，试求：
1）分辨的最小角度；360度/1024=0.352°
10
2）分辨率；1/1024=1/2
3）采用M 法测量电机转速，在0.5S内测得16K个脉冲，试求电机的转速？
M法：n＝60f/N＝60m
1
/N*ts=(60*16*1024)/(1024*0.4)=1920r/min
4）已知标准频率时钟fc=1 MHz ，采用T法测量电机的转速测得编码器输出的两个相邻脉冲的上升沿之间所填充的标准时钟数M
2=1000脉冲，试求电机的转速是多小？
已知：ts=1000/1000000=1/1000S
M1=1
则f=m1/ts=1/(1/1000)=1000
n=60f/N=60*1000/1024=58.6 r∕min
第十二章 检测系统的抗干扰技术
第一节 干扰源及防护
1.干扰：在非电量测量过程中无用的背景信号与被测信号叠加在一起。也可称之为噪声
2.信噪比（S/N）：=10lgPS/PN=20lgUS/UN(功率比值或电压比值）
一、机械干扰
1.机械干扰指机械振动或冲击使电子检测装置中的元器件发生振动，改变了系统的电气参数造成可逆或不可逆的影响
2.对机械干扰的措施有：减振弹簧，橡胶垫脚，吸振海绵。
二、湿度及化学干扰
1.当环境的相对湿度大于65%时，物体表面会形成0.01-0.1um厚的水膜（变配电站要求空气相对湿度：网上资料一般在40%-60%）
三、热干扰
1.热干扰分类有：1.各电子元件具有一定温度系数，温度变化，电参数也会改变，引起误差
2.接触热电势：由不同金属构成的电子元件，如果各点温度不同就会产生热电势，引起误差
3.电子元件长期在高温下将降低使用寿命，降低耐压等级，甚至烧毁。
2.热干扰的防护措施：1.在设计电路时，尽量选低温漂元器件
2.在电路中考虑采取软、硬件温度补偿措施
3.尽量采用低功耗，低发热元器件
4.选用的元器件规格要有一定的余量
5.仪器的前置级应尽量远离发热体
6.加强散热
7.采用热屏蔽
四、固有噪声干扰
1.固有噪声：指电子元件本身产生的，具有随机性、宽频率的噪声
2.固有噪声类形：1.电阻热噪声
2.半导体散粒噪声
3.接触噪声（开关、继电器、触点）
五、电磁噪声干扰（下节讨论）
第二节 检测技术中的电磁兼容原理
一、电磁兼容（EMC）概念
1.电磁兼容指：电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许超过规定的电磁干扰
二、电磁干扰的来源
1.分类：1.自然界干扰源：1.地球外层空间的宇宙射电噪声
2.太阳耀斑辐射噪声
3.大气层的天电噪声
2.人为干扰源：1.有意发射干扰源
2.无意发射干扰源
三、电磁干扰的传播路径
1.电磁干扰的形成必须同时具备三项因素：1.干扰源 2.干扰途径 3.敏感接收电路
2.消除或减弱电磁干扰的方法可针对以上三项因素：1.消除或抑制干扰源
2.破坏干扰途径
3.削弱接受电路对干扰的敏感性
3.电磁干扰的传输路径有：1.“路”的干扰：1.泄漏电阻引起的干扰
2.共阻抗耦合引起的干扰
3.由电源配电回路引入的干扰
2.“场”的干扰：1.由电场耦合引起的干扰（实际为电容性耦合）
2.由磁场耦合引起的干扰（通有电流的导线会引起干扰）
第三节 几种电磁兼容控制技术
一、屏蔽技术
1.静电屏蔽
2.低频磁屏蔽（50HZ或固定磁场）
3.高频电磁屏蔽（实际屏蔽的是磁场）
二、接地技术
1.信号地线：仪器设备中的公共参考端
2.信号地线的分类：1.模拟信号地线
2.数字信号地线
3.信号源地线
4.负载地线
3.一点接地原则：1.单级电路的一点接地原则（各元件接地到接地点长度尽量相等）
2.多级电路的一点接地原则（单级接地体采串接（数字电路或放大倍数不大的电路）或并接方式（适用1MHZ以下的
低频电路）
3.检测系统的一点接地原则1.大地电位差
2.检测系统两点接地将产生大地环流
3.检测系统的一点接地方案1（传感器则接地）
4.浮置电路（仪表电路和传感器都末接大地，如干电池的数字仪表）
5.检测系统的一点接地方案2（二次仪表接地，防止静电积累）
三、滤波技术（滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一）
滤波器 ：只对差模干扰起作用，对共模干扰不起作用，同时会阻碍突变信号，使得系统响应速度变慢
2.交流电源滤波器
3.直流电源滤波器
四、光电耦合技术
1.光耦的特点：1.输入输出回路绝缘电阻高，耐压高
2.输入信号不会反馈和影响输入端
3.输入输出回路在电气上是完全隔离的，可解决不同电位，不同逻辑电路之间的隔离和传输的矛盾
习题：
1）测得某检测仪表的输入信号中，有用信号为20mV，干扰电压亦为20mV，则此时的信噪比为___ C___。
A．20dB B．1dB C．0 dB D．40dB
2）附近建筑工地的打桩机一开动，数字仪表的显示值就乱跳，这种干扰属于_E __，应采取____N _____措施。一进入类
似我国南方的黄梅天气，仪表的数值就明显偏大，这属于D
，应采取____M_____措施。盛夏一到，某检测装置中的
计算机就经常死机，这属于C
，应采取____G_____措施。车间里的一台电焊机一工作，计算机就可能死机，这属于
A
，在不影响电焊机工作的条件下，应采取____I_____措施。
A.电磁干扰 B.固有噪声干扰 C.热干扰 D.湿度干扰 E.机械振动干扰
F.改用指针式仪表 G.降温或移入空调房间 H. 重新启动计算机
I.在电源进线上串接电源滤波器 J.立即切断仪器电源 K.不让它在车间里电焊
L. 关上窗户 M. 将机箱密封或保持微热 N. 将机箱用橡胶-弹簧垫脚支撑
3）调频（FM）收音机未收到电台时，喇叭发出烦人的“流水”噪声，这是B
造成的。
A.附近存在电磁场干扰 B．固有噪声干扰
C.机械振动干扰 D．空气中的水蒸气流动干扰
4）减小放大器的输入电阻时，放大器受到的A
。
A．热干扰减小，电磁干扰也减小
B. 热干扰减小，电磁干扰增大
C．热干扰增大，电磁干扰也增大
D．热干扰增大，电磁干扰减小
5）考核计算机的电磁兼容是否达标是指C
。
A．计算机能在规定的电磁干扰环境中正常工作的能力
B．该计算机不产生超出规定数值的电磁干扰
C．两者必须同时具备
6）发现某检测仪表机箱有麻电感，必须采取B
措施。
A．接地保护环 B．将机箱接大地 C．抗电磁干扰
7）发现某检测缓变信号的仪表输入端存在50Hz差模干扰，应采取C
措施。
A．提高前置级的共模抑制比 B．在输入端串接高通滤波器
C．在输入端串接低通滤波器 D．在电源进线侧串接电源滤波器
8）检测仪表附近存在一个漏感很大的50Hz电源变压器（例如电焊机变压器）时，该仪表的机箱和信号线必须采用
B
。
A．静电屏蔽 B．低频磁屏蔽 C．电磁屏蔽 D．机箱接大地
9）飞机上的仪表接地端必须B
。
A．接大地 B．接飞机的金属构架及蒙皮 C．接飞机的天线
10）经常看到数字集成电路的V
DD
端（或V
CC
端）与地线之间并联一个0.01F的独石电容器，这是为了C
。
A.滤除50Hz锯齿波 B．滤除模拟电路对数字电路的干扰信号
C.滤除印制板数字IC电源走线上的的脉冲尖峰电流
11）光耦合器是将
B
*
信号转换为
*
信号再转换为
*
信号的耦合器件。（注：*表示答案相同）
A．光→电压→光 B．电流→光→电流 C．电压→光→电压
第十三章 检测技术的综合应用
第一节 现代检测系统的基本结构：1.智能仪器（也称智能传感器，是将处理器存储器接口芯片与传感器组合在一起的检
测系统）
单片机
2.个人仪器（基于个人计算机基础上配以适当硬件与传感器组合成的检测系统）
3.自动测试系统（以工控机为核心，以标准接口总线为基础，以可程控的多台智能仪
器为下位机组合成的一种现代检测系统。
第二节 带计算机的检测系统简介
一、带计算机的检测系统的特点及功能
1.性价比高
2.设计灵活性高
3.操作方便
4.有强大的运算功能
5.具有记忆功能
6.有自校准功能
7.能自动故障诊断
三、系统中的几种重要部件
1.采样开关：干簧继电器、CMOS采样开关
2.放大器
3.A-D转换器
4.D-A转换器
习题：
1.A-D转换器分为并行和串行，并行分为逐位比较型和双积分型，其中逐位比较型转换速度快。
2024年4月16日发(作者：可安国)
绪论
1、什么是检测：指利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检
查与测量的方法赋予定性或定量的过程。
2、什么是自动检测与转换技术：指能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为。。。
一、检测技术在国民经济中的地位和作用
答：1.在机械制造行业中
2.在电力等行业中
3.在交通领域中
4.在国防科研中
5.在导弹、卫星研制中
6.在日常生活中
二、工业检测技术的内容
1.热工量，2.机械量，3.几何量，4.物体的性质和成分量，5.状态量，6.电工量
三、自动检测系统的组成
1.自动检测系统的组成：1.传感器，2.信号调理，3.数据处理装置，4.显示器，5.执行机构
2.传感器：指一个能将被测的非电量变换成电量的器件（确切定义如1-3）
四、检测技术的发展趋势
1.不断提高检测系统的测量准确度，量程范围，延长使用寿命，提高可靠性。
2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。
3.发展集成化、功能化的传感器
4.采用计算机技术，使检测技术智能化。
5.发展网络化传感器及检测系统。
五、学习方法
1.本书配套或
第一章 检测技术的基本概念
测量得到的定量的结果
&1-1测量的基本概念及方法
1.测量：借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程
2.测量方法的分类：1.静态和动态测量 根据被测量是否随时间变化
2.直接和间接测量 间接测量比较复杂（用函数关系计算求得）
3.模拟式和数字式测量
4.接触式和非接触式测量
5.在线和离线测量 生产过程边生产边测量称在线测量。
&&1-2 测量误差及分类
1.真值：指在一定条件下被测量客观存在的实际值。
2.真值分类：1.理论真值：三角形内角和为180度
2.约定真值：银的凝固点为961.78度
3.相对真值：凡准确度高两级的仪表的误差与准确度低的仪表的误差比在1/3以下时，则高两级仪表的测量
值可以认为是相对真值
3.测量误差：指测量值与真值之间的差值
4.测量误差的分类：1.绝对误差和相对误差
2.粗大误差、系统误差和随机误差
3.静态误差和动态误差
一、绝对误差和相对误差
1.绝对误差Δ：测量值Ax与真值A
0
之间的差值：Δ= Ax- A
0
2.相对误差 1.示值（标称）相对误差γ
x
: 指用绝对误差Δ与被测量值Ax的百分数比来表示γ
x
= Δ/ Ax *100%
2. 满度（引用）相对误差γ
m
:测量下限为0的仪表的γ
m=
=Δ/A
m
*100%（A
m
仪表满度值）（A
m
=Amax-
Amin)
3. 满度（引用）相对误差常被用来确定仪表的准确度等级S ：S= Δm/A
m
*100 ( Δm 指最大误差值）
准确度等级也称为精度等级
例1-1（P11)
某压力表准确度为2.5级，量程0-1.5MPa,测量结果显示为0.7MPa，试求：1.可能出现的最大满度相对误差γ
m，
2.可
能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕，3.可能出现的最大示值相对误差γ
x
解：1.可能出现的最大满度相对误差即为准确度等级：γ
m
=2.5%
2.Δm=γ
m
*A
m
=2.5%*1.5=0.0375MPA=37.5KPA
3.γ
x
=Δm/Ax*100%=0.0375/0.7*100%=5.36%
例1-2（P12）
现有0.5级的0-300度的和1.0级的0-100度的两个温度计，要测量80度的温度，试问哪一个好？
解：本题是要确定两个温度计的γ
x，
选小的。 γ
x
= Δ/ Ax *100%
1.Δm1=300*0.5%=1.5度，AX=80度 γx1=1.5/80*100%=1.875%
2.Δm2=100*1%=1度，AX=80度 γx2=1/80*100%=1.25%
故选择1.0级的0-100度的温度计
例1-3（P18）
1.某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%-0.6%，该压力表的准确度等级应定为 C 级，另一家厂需要
购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%应购买 B 级的压力表 A.0.2 B.0.5 C.1.0 D.1.5
例1-4（P18）
2.某人在三家店分别购买100KG大米，10KG苹果，1KG巧克力，发现均缺少0.5kg ,但该员对巧克力店意见最大，产生
此心理作用的主要因素是B A绝对误差 B示值相对误差 C满度相对误差 D准确度等级
例1-5（P18）
3.在选购仪表时，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A 3倍 B10倍 C 1.5倍 D0.75倍
例1-6（P19）
3.有一个温度计，它的测量范围为0-200度，准确度0.5级，求：1.该表可能出现的最大绝对误差。2.当示值分别为20
度，100度时的示值相对误差
解：1.Δm=γ
m
*A
m
=0.5%*200=1度
2.20度时γx1=Δm/AX1*100%=1/20*100%=5%
3.100度时γx2=Δm/AX2*100%=1/100*100%=1%
例1-7（P19）
4.欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：1.若选用量程 为250V、300V、500V电压
表，其准确度应各选哪一级。
解：根据题意，允许仪表的绝对误差Δ=γx*AX=0.6%*240=1.44V
选用250V量程，最低准确度为：1.44/250*100%=0.576%，故选用0.5级
选用300V量程，最低准确度为：1.44/300*100%=0.48%，故选用0.2级
选用500V量程，最低准确度为：1.44/500*100%=0.288%，故选用0.2级
例1-8（P19）
5.已知待测拉力为70N左右，现有两只测力仪表，一只为0.5级，范围0-500N，另一只为1.0级，范围0-100N，问选哪
一只测力仪表好，为什么？
解：已知AX=70，求两个表的γx，小的准确度好
0.5级的Δm=0.5%*500=2.5N, γx=Δm/AX*100%=2.5/70*100%=3.57%
1.0级的Δm=1%*100=1N，γx=Δm/AX*100%=1/70*100%=1.43%
对比可知1.0级的0-100N的表其示值误差较小，故选此表
二、粗大误差、系统误差和随之机误差
1.粗大误差：明显偏离真值的误差（如测错，过大的外界干扰造成的误差，发现粗大误差时应剔除）
2.系统误差：也称装置误差，在形同条件下，多次重复测量同一被测量时，其测量误差的大小和符号保持不变，或在条
件改变时，误差按某一确定的规律变化。
3.随机误差：当多次重复测量同一被测量时，若测量误差的大小和符号均以不可预知的方式变化。
随机误差的测量结果为正态分布曲线，有如下规律：有界性，对称性，集中性
三、静态误差和动态误差
1.静态误差：被测量不随时间变化所产生的误差称为。。。
2.动态误差：当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合。
&1-3传感器及其基本特性
一、传感器的定义及传感器的组成
1.传感器：指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的元件或装置。
2.传感器组成：1.敏感元件：将被测量通过敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量
2.传感元件：将敏感元件输出的非电量转换成电参量
3.测量转换电路：将传感元件输出电参量转换成易于处理的电压、电流、或频率量
二、传感器的分类：1.按被测量分类：力，力矩，转速等
2.按测量原理分类：电阻、电容、电感、光栅等（本书按此分类）
3.按传感器输出信号的性质分类：开关量、模拟量、数字量
三、传感器基本特性
1.传感器特性一般指输入、输出特性，各都有静态、动态之分，本书只讲静态特性
2.基本特性：1.灵敏度K：指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比K=dy/dx=Δy/Δx
2.分辨力Δmin:指传感器能检出被测信号的最小变化量
3.线性度：γl:指传感器实际特性曲线与拟合直线之间最大偏差值与传感器量程范围内的输出之百分比
4.稳定性：1.稳定度 2.环境影响量
5.电磁兼容性：抗电磁干扰能力及发射电磁干扰量
6.可靠性：在规定时间内是否耐用的综合性质量指标1.故障平均间隔时间（MTBF）两次故障间隔时间
2.平均修复时间（MTTR）故障修复时间
3.故障率：1.初期失效期，采老化试验加速此过程
2.偶然失效期
浴盆曲线
3.衰老失效期
例1-9（P18）
4.用万用表交流档电压档（频率上限为5KHZ）测量频率高达500KHZ，10V左右的高频电压，发现示值不到2V，该误差属
于动态误差。用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于系统误差
5.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了A提高精度，B加速其衰老，C测
试其各项性能指标，D提高可靠性
用一台 3 位（俗称 3 位半）、精度为 0.5 级（已包含最后一位的 + 1 误差）的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸
汽的温度，数字面板上显示出如图 所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的： 1 ）分辨力和分辨率2 ）
可能产生的最大满度相对误差和绝对误差。 3 ）被测温度的示值。4 ）示值相对误差。 5 ）被测温度实际值的上下
限。 解：1)该仪器分辨力为0.1℃，分辨率为0.1/199.9×100％≈0.05％；
2)因为精度s=0.5.所以最大满度相对误差rm=0.5％；
绝度误差Δ=±rm·Am=0.5×199.9×100％=±1℃；
3)有图可知，被测温度的示值为＋180.6℃；
4)示值相对误差rx=Δm/Ax×100％=±[（199.9×0.5）/(180.6×100) ]×100％=0.55％
5)最大绝对误差Δm=rm·Am=0.5/100×199.9℃=1℃
6.则实际值上限Ax1=180.6＋1=181.6℃，实际值下限Ax2=180.6－1=179.6℃
计算题统计1004
1207
0704
1.仪表误差及精度
1.仪表误差及精度
同
2.电容传感器
2.电阻应变片
3.电阻应变片
3.电容传感器
4.热电偶测温
4.光电编码器
5.光电编码器
5.热电偶测温
第二章 电阻传感器
&2-1电阻应变传感器
一、工作原理：金属丝的应变效应：导体可半导体在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变
化 公式：ΔR/R=K
ε
x=K(F/AE),试中：灵敏度K为常数一般为2左右，
ε
x称为材料力学中的轴向应变，F为力N，A为
截面积m2,E为弹性模量N/m2.
二、应变片的种类与粘贴
1.分类：1.金属应变片：金属丝式，箔式，薄膜式
2.半导体式
2.应变片的粘贴（无重要内容）
三、测量转换电路
1.金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难、且误差大，故采用不平衡电桥
来测量。
2.例2-1有一金属箔应变片，标称电阻值R0为100欧，灵敏度K=2，粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质圆柱体上，钢的
弹性模量E=2*10
11
N/m2,钢圆柱所受拉力F=0.2T，求受拉后应变片的阻值R
解：轴向应变：
ε
x=F/AE=0.2*1000*9.8/(9.8/1000000*2*10
11
)=0.001m/m=1000μm/m
ΔR=R0*K*
ε
x=100*2*0.001=0.2欧
因受拉，电阻值增加了ΔR，故受拉后电值R=R0+ΔR=100+0.2=100.2欧
3.电桥电路及计算式：
1
2
U0=(Ui*/4)*K/(
ε
1-
ε
2+
ε
3-
ε
4)
3
4
Ui
受拉时ε为正，受压时ε为负
4.双臂半桥或全桥能够实现温度自动补偿功能
四、应变效应的应用
1.应变效应可测：应力，弯矩，扭矩，加速度，位移等
2.电阻应变片的应用分类：1.应变式传感器。将应变片贴在弹性元件上（应变式力传感器，应变式扭矩传感器，应变式加
速度传感器，应变式荷重传感器，压阻式固态压力传感器，
2.应变测量仪。将应变片贴在被测试件上（人体骨盆受力试验）
3.材料越硬，弹性模量就越小，灵敏度就越低，能承受的载荷就越大
4.荷重传感器的输出电压U0正比于荷重F0，最大荷重为Fm，桥路输入电压Ui，其传感器的灵敏度KF,满量程时输出电
压为U0m,则KF=U0m/Ui
U0/U0m=F/Fm
则：U0=F*（KF*Ui）/Fm（由此式可求输出电压U0，或受力的大小F，或Kf，或Ui，要活用）
5.例2-2，已知荷重传感器，最大荷重为10T，KF为2mv/v,桥路电压为12V，测得桥路输出电压为8mV,求被测荷重为多
少吨？
解：F=(U0*Fm)/(Kf*Ui)=8*0.001*10*1000*9.8/(2*0.001*12)=32666N=3.33吨
6.荷重传感器受压时，横向（径向）应变片受拉力，竖向（轴向）受压力
第2-2节 测温热电阻传感器
1.测量温度的传感器：1.热电偶，结（热敏电阻），3.热电阻，4.红外测温
一、热电阻
1.原理：利用电阻随温度升高而增大的特性（铜、铂）
2.金属热电阻分为普通式，铠装式，薄膜式
3.普通式采用双线并绕可制成无电感式电阻
100表示铂金属制造的，在0度时电阻为100欧（热电阻分度表）
二、热敏电阻
1.原理：采用半导体制成。分类：负温度系数1.突变形（抑制浪涌电流），2.负指数形（空调测温元件）
正温度系数1.突变形（自恢复熔断器），2.线性形
2.因热敏电阻的阻值较大，其连接导线电阻可忽略，故可长达几千米。
3.热敏电阻测温电路多采用桥式或调频电路
4.用于动圈式铜线的温度补偿
5.用于电动机温度检测，带动保护继电器动作
6.用于液面测量，在空气中加热，被液体浸入时热被带走，电阻升高（如汽车油箱报警）
第2-3节，气敏电阻传感器
分类：1.还原性气体传感器 2.氧浓度传感器
一、还原性气体传感器
1.还原性气体：指在化学反应中能给出电子、化学价升高的气体，多属可燃性气体（石油蒸气、酒精、甲烷、煤
气、天然气、氢气等）
2.还原性气敏电阻采SnO2,ZnO2,Fe2O3加铂催化剂，激活剂，其它添加剂烧结成的半导体
3.原理：N型半导体表面在高温下遇到还原性气体时，气体分子中的电子向气敏电阻表面转移，使气敏电阻阻值下
降。
4.用途：煤气报警器，酒精检测仪等
二、二氧化钛氧浓度传感器（属N型半导体）
1.氧气增加，电阻增大，反之减小。
第2-4节 湿敏电阻传感器
一、大气湿度与露点
1.绝对湿度：每1立方米的大气所含水气的克数表示
2.水气密度与水气分压强成正比，所以大气绝对湿度可以用大气中水气的分压强来表示
3.微生物的生长，有机物的发霉、人的干湿感觉与大气的相对湿度有关。
4.饱和状态：指一定压力，温度下大气中的水气含量的最大值
5.相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和状态空气绝对温度的比值
6.露点：使大气中原来所含有的未饱和水气变成饱和水气所必须降低温度而达到某一温度值
二、测量湿度的传感器
1.金属氧化物陶瓷湿度传感器
1.1定期给多孔陶瓷加热可去污
1.2陶瓷湿敏传感器吸湿快，脱湿慢，称为湿滞。
2.金属氧化物膜型湿度传感器
2.1该型湿滞小，响应小
3.高分子湿敏电阻传感器
4.湿敏电阻采用交流电源作为激励电源是为了防止产生极化、电解作用
第二章课后练习P42-44及其它网摘练习
1.电子秤所使用的应变片应选择 B 应变片
A.金属丝式 B。金属箔式 C。电阻应变仪 D。固态压
为提高集成度，测量气体压力应选择 D
阻式传感器
一次性、几百个应力试验测点应选择 A 应变片
2.应变测量中，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.单臂半桥 B、双臂半桥 C、四臂全桥
3.测温热敏电阻应选择 A 热敏电阻，电动机保护中热敏电阻应选择 B 热敏电阻
指数型 B、NTC突变型 C、PTC突变型
气敏电阻可测量 C 的浓度，TiO2气敏电阻可测量 D 的浓度
2 B、N2 C、气体打火机车间的有害气体 D锅炉烟道中剩余氧气
5.湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了 B
A.提高灵敏度 B、防止产生极化、电解作用 C、减少交流电桥平衡难度
6.有一额定荷重20*103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF=2mv/m,桥路电压Ui=12V，求：1.在额定荷重时
的输出电压U0m，2.当测得输出电压U0为6mv时，承载为多少牛，3.若在额定荷重时要得到4V的输出电压，放大器放
大倍数应为多少倍
解：1）.由公式U0m=KF*Ui=0.002*12=24mv
2）.由公式F=Uo*Fm/（KF*Ui）=0.006*20000/（0.002*12）=5000N
3）.额定荷重时Uom=24mv,则需要放大倍数：4/0.024=166.7倍
100热电阻的阻值Rt与温t的关系在0-100度范围内可用式Rt=R0（1+at)近示表示求：
1）.查表2-2写出铂金属的温度系数a
2). 计算当温度为50度时的电阻值
解：1)查表得a=0.00385
2)由 Rt=R0（1+at)=100（1+0.00385*50）=119.25欧
第三章 电感传感器
1）电感传感器：利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置
2）电感传感器的特点：分辨率高（1um),分辨率高低与量程成反比，响应慢
3）分类：1.自感式 （通常电感传感器都是指这类）
2.互感式 （利用变压器原理做成差动式，也称为差动变压器传感器）
$3-1自感传感器
1）自感传感器分类：1.变隙式（因输出为非线性，故工作在一段很小区域，用于微小位移测量）
2.变截面式（输出为线性，灵敏度低）
3.螺线管式（大致线性，灵敏度稍低，用于测量稍大一点的位移）
2.差动式电感传感器：为消除以上自感传感器因振动，外界干扰的电源电压，频率，温度的变化产生的误差，采用差动
型式，其线性好，灵敏度高（是非...的2倍）由电压，频率，温度产生的误差可相互抵消，衔铁承受电磁力也较小，从
而减少了测量误差
3.相敏检波电路：输出信号既能反映位移大小，也能反应位移方向
$3-2差动变压器传感器
1）结构：由一次绕组，和2个二次绕组同名端相连，余下的同名端做为输出，当在中心位置上时电压为零。
2）灵敏度达0.5~5V/mm,行程越小灵敏度越高，适当提高励磁电压可提高灵敏度，但不超10V，1-10KHz
3）线性范围在线圈骨架长度的1/10，中间最好。采两头多中间少的绕线方法可得到100mm的线性范围
$3-3电感传感器的应用
自感传感器和差动变压器传感器主要用于位移测量，凡是能转换成位移变化的参数，如力，压力，压差、加速度、振动
及工件尺寸等均可测量
一、位移测量：分辨力最高0.1um,准确度为0.1%，
二、电感式滚柱直径分选装置
三、电感式圆度计
四、压力测量 标准输出信号：电流型4-20mA 或 电压型1-5V 电流型用于远距离传输，在一次仪表中多采用电流型
书后习题
1.欲测量极微小的位移，应选择A 自感传感器。希望线性好，灵敏度高、量程为1mm左右、分辨力为1um左右、应选
择 C 自感传感器 A。变隙式 B。变截面式 C。螺线管式
2.希望线性范围为+/-1mm，应选择线圈骨架长度为 B 左右的螺线管式自感传感器或差动变压器
A、2mm B、20mm C、400mm D、12mm
3.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 B 提高灵灵敏度
，减小温漂 C 降低成本 D 增加线圈对衔铁的吸引力
4.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了 C A提高灵敏度 B将输出的交流信
号转换成直流信号 C使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度
5.滚柱直径分选机来测量直径范围为10mm+-1mm轴的直径误差，应选择线性范围为 B 的电感传感器为宜（注解：测
量值应在量程的1/2~2/3范围内） A10mm B 4mm C1mm D12mm
6.希望远距离传送信号，应选用具有 D 输出变压器 A 0~2V B1-5 C0-10mA D4-20mA
第四章
第四章 电涡流传感器
电涡流传感器最大特点是非接触测量
$4-1 电涡流传感器的工作原理
一、电涡流效应：电涡流传感器的基本工作原理是电涡流效应。法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化磁场中时，导
体表面会有感应电流产生，电流的流线在金属体内自行闭合，此电流称为电涡流，此现象称电涡流效应。
2.激励源频率一般在100KHZ-1MHZ
二、电涡流线圈中电流与频率f,磁导率u, 工件电导率σ，表面因素（粗糙度，沟痕，裂纹），距离X有关，最重要的是
X有关，当X变小时，等效电感减小，等效电阻增大，又因等效电感减小值比等效电阻增大值变化大的多，故总阻抗还
是变小的，故线圈中电流是变大的。（过程很复杂，网上也没找到相关的说法）
$4-2 电涡流传感器的结构及特性
一、电涡流探头结构
1.探头直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差（分辨力1，4，8，10um)
二、补测体材料、形状和大小对灵敏度的影响
1.1对非磁性材料，电导率越高，灵敏度越高
1.2对磁性材料，磁导率将影响电涡流线图的感抗，灵敏度视具体情况定
2.1被测体为圆盘状物体的平面时，其直径大于线圈直径的2倍
2.2被测体为轴状圆柱体的圆弧表面时，其直径为线圈直径的4倍以上
2.3被测体的厚度大于0.2mm
2.4被测环境要避开其它导体。
$4-3 电涡流传感器的测量转换电路
测量转换电路的任务是把探头线圈的等效阻抗及品质因数等这些参数变换为频率、电压或电流。相应的方法有调幅式，
调频式，电桥法等电路。
一、调幅式电路（也称AM电路）是以输出信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属之间的关系，输出与输入不是线性
关系，需要千分尺标定并用计算机线性化才能用数码管显示，同时放大器会温度漂移影响测量准确度，需温补措施。
二、调频式电路（也称 FM电路）以输出不同频率的电信号来反映电涡流探头与被测金属之间的关系。
当电涡流线圈与被测物体距离变小时，电涡流线圈的电感量L也变小，引起LC振荡器输出频率变大
$4-4 电涡流传感器的应用
一、位移测量：汽轮机轴向检测，要求在0.9mm报警，1.2mm停机
二、振动的测量：汽轮机，空压机主轴的径向轴向振动，发电机涡流叶片的振幅
三、转速没量：齿式，或槽式，转速N=60f/z(f为传感器每秒钟测到的脉冲数，Z为齿数，N的单位是转/min）
四、镀层厚度测量：基材是不导电的塑料或电路板，测量表面的导电镀层厚度，越薄电涡流越小
五、通道安全检查门
六、电涡流表面探伤（常用差动式，即两个电涡流线圈组成差动式，可增加敏灵度，消除温漂误差
$4-5接近开关及应用
一、常用接近开关的分类
1.自感式、差动变压器式 只对导磁物体起作用
2.电涡流式（习惯称电感接近开关） 只对导电良好的金属起作用
3.电容式 对接地的金属或地电位的导电物起作用，对非地电位的导电物灵敏度稍差（第五章）
4.磁性干簧开关（干簧管） 只对磁性较强的物体起作用（第十三章）
5.霍尔式 只对磁性物体起作用（第八章）
二、接近开关的特点
1.非接触检测，不影响被测物的运行工况
2.不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长
3.响应快，一般响应时间几ms 或十几ms
4.采用全密封结构，防潮，防尘，可靠性高
5.无触点，无火花，无噪声，适用于防爆场所
6.输出信号大，易于与计算机或可编程序控制器等接口
7.体积小，安装调整方便
8.缺点：触点容量小，负载短路时易烧毁
第四章
三、接近开关的主要性能指标
1.动作距离
2.复位距离
3.动作滞差
4.额定工作距离
5.得复定位准确度
6.动作频率
四、接近开关的规格及接线方式
1.一般为三线制，蓝色为接地（电源负极），棕或红为电源正极（18-35V），黑色为输出（高电平接近电源电压，低
电平为0.3V） 动作滞差，，续流二极管，，输出端与电源短接，有输出时（低电平）会烧坏
五、电涡流式接近开关的应用实例
1.生产工件定位：接近开关不靠近金属时处于RC振荡，当靠近金属时能量被金属吸收（金属表面电涡流），使线圈
Q值降低或停振，振荡器的输出电压低于某一值，属调幅式转换电路
2.生产零部件计数：为防止工件振动造成重复计数误差，在比较器电路中加入正反馈电阻，形成滞差电压比较器，也
叫动作滞差特性
3.成品零件缺位检测 （有零件的地方设检测头，当缺少零件时输出报警）
习题P76：
1.欲测量镀层厚度，电涡流线圈的频率约为 D 而用于测量小位移的螺线管式自感传感器及差动变压器线圈频率约为 B
A、50-100HZ B、1-10KHZ（第三章P53） C、10-50KHZ D、100KHZ-2MHZ（书中P70图4-10为0.1-5MHZ）
2.电涡流接近开关要以利用电涡流原理检测出 C 的靠近程度
A、人体 B、塑料 C、黑色金属零件 D、水
3.电感探头的外壳用 B 制作较为恰当
A、不锈钢 B、塑料 C、黄铜 D、玻璃
4.当电涡流线圈靠近非导磁性（铜）板材后，线圈的等效电感L C ，调频转换电路的输出频率 B
A、 不变 B、增大 C、减小
5.欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为 D 左右的电涡流探头，欲测量油管表面和细小裂纹，应选择直径 B
左右的探头 A、0.1mm B、5mm C、50mm D、500mm (直径越小灵敏度分辩力越高，量程越小，反之...）
6.用图5-12B的方法测量齿数Z=60的齿轮转速，测得 f=400HZ，该齿轮的转速N为 r/min n=60f/z
A、400 B、3600 C、24000 D、60
7
第五章 电容传感器
电容传感器优点：
1.可获得较大相对变化量，相对变化量可达200%
2.能在恶劣的环境下工作 可不用有机材料或磁性材料，故可在高低温强辐射环境下工作
3.发热影响小
4.动态响应快
&5-1电容传感器的工作原理及结构形式
C=εA/d
ε为两极板间介质的介电常数（它=真空介电常数*两极间相对介电常数）
A为面积
d为距离
改变上述三个固定参量，可以制作三种类型的电容传感器
一、变面积式电容传感器
1.结构分类：1.平板形直线位移
2.同心圆筒形上下位移 外筒接地，可屏蔽外界电场干扰，减少周围物质与内筒的分布电容，减小误差
3.半圆形角位移 动板接地，定板屏蔽
二、变极距式电容传感器
1.一般变极距式电容传感器起始电容量在十几PF到几十PF，极距d0=100-1000um,最大位移=1/10~1/4的d0
三、变介电常数式电容传感器（用来测量片状材料的厚度、性质、颗粒物体的含水量、液位等）
&5-2 电容传感器的测量电路
一、桥式电路 （频率在1MZ）
1.四臂电桥电路
2.差动2臂电桥电路
二、调频电路
1.将电容传感器作为LC谐振回路的一路分，振荡频率f=1/(2π√L0C) Lo固定电感 C 振荡电容=Cx+C0+Cc
由频率转换成电压信号
&5-3 电容传感器的应用
一、电容测厚仪
二、电容加速度传感器
三、湿敏电容 利用大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器介质（多孔性氧化铝、高分子吸湿膜）
四、电容式油量表 （电桥，伺服电动机，减速器等）
五、电容接近开关（对金属应选择电感接近开关，只有在测量含水绝缘介质时如谷物才选择电容式接近开关）
&5-4 压力和流量的测量
一、压力的基本概念
1.压力传感器分类1.绝对压力传感器：以真空对基准起点
2.差压传感器：用来测量两个压力之差
3.表压传感器：以大气压为基准起点（平时所提的压力一般都为表压）
二、差动式电容式差压变送器
1.间距0.5mm，位移达0.1mm时电容变化量为100PF，激励频率100KHZ，电压10V 准确度1%
三、利用电容差压变送器测量液体的液位
Δp=p1-p2=密度*9.8（待测液位-安装高度）
四、流量的基本概念 由流速推算出流量的仪器称流速法流量计
五、节流式流量计及电容差压变送器在流量测量中的应用
1.差压式流量计又称节流式流量计，是在被测量管路中加入节流板或文丘里管，使流体流经这里时流速提高，由伯努利
定律可知管道中流体速度越高，压强就越小，将电容差压变送器安装在节流装置前后取压孔就可得到压差，再由内置微
处理器进行计算、修正（压力温度为影响密度），流量与差压的二次方根成正比，在流量较小时准确度将变低。
习题P92
1.在两片间隙为1mm的两块平行极板间隙中插入 C 可获得最大电容量
A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃片
2.电子卡尺的分辨率达0.01mm，行程可达200mm，它内部采用的电容传感器类型为 B
A、变极式 B、变面积式 C、变介电常数式
3.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，测电路中 B
A、电容和电感都是变量 B、电容是变量，电感保持不变 C电容不变，电感为变量 D、电容和电感都不变
4.湿敏电容可测量 B
A、空气的绝对湿度 B、空气相对湿度 C、空所温度 D、纸张含水量
5.电容式接近开关对 D 的灵敏度最高
A、玻璃 B、塑料 C、纸 D、鸡饲料
9、管道中流体流速越快，压力就越 B
A大 B小 C不变
网上计算题
201004 已知某电容传感器的两极板间距离为d
0
=20mm，ε=100／µF／mm，两极板尺寸一样，长度a
0
为60mm，极板宽度b为60mm，极板
厚度为10mm。如果改变极距使电容量减少了6000µF。
(1)试问极距如何变化?(2)计算灵敏度K。
解：C原=（公式要写上）=100*60*60/20=18000uF 电容减小了6000后其电容为C=18000-6000=12000uF
由D=εA/C=100*60*60/12000=30mm故极距变大为30-20=10mm
K=△c/△d=6000/10=600µF／mm
对于一平板电容器，两极板尺寸一样，极板长度a为40mm, 极板宽度b为40 mm，极板厚度为10 mm, 两极板间距离为d
0
=20 mm, 两
极板间介电常数ε=100μf∕mm, 试求:
1)在外力作用下，其动板在原始位置上向外移动了10 mm，试求电容的变化量△c和灵敏度K.
2)在外力作用下，其动板在原始位置上向上移动了10 mm，试求电容的变化量△c和灵敏度K.
解：1.是变面积式，C原=（公式）=100*40*40/20=8000
μf
向外移动时面积变为40*（40-10）=1200，C=（公式）=100*1200/20=6000
故△c=8000-6000=2000
K=△c/△x=εb/d=100*40/20=200μf∕mm
2.是极距式，C原=
（公式）=100*40*40/20=8000
μf
向上移动时极距变大为20+10=30mm，C=（公式）=100*40*40/30=5333μf
故△c=8000-5333=2667
K=△c/△d=2667/10=267μf∕mm
第六章 压电传感器
压电传感器只能测量动态力，动态压力，振动加速度等，不能用于表静态参数测量
&6-1压电传感器工作原理
压电效应：电介质受外力作用变形时，表面产生极化，产生电荷，外力去掉后又回到不带电状态
压电材料的分类及特性1.石英晶体SiO2 压电常数小，用于标准、高准确度、耐高温场合
2.压电陶瓷PZT 压电常数高，成本低，分有铅和无铅。多用于测力和振动传感器
3.高分子压电材料PVDF 压电常数高，成本低，不耐高温，多用于定性测量
&&6-2 压电传感器的测量转换电路
一、压电元件的等效电路
由电荷源与一个电容、漏电阻并联组成的等效电路
二、电荷放大器
因电压放大器输入电压与电缆分布电容、输入电容有关，都是变数，会影响测量结果，故采用电荷放大器
&&6-3 压电传感器的应用
一、高分子压电材料的应用
1.玻璃打碎报警装置
2.压电式周界报警系统
3.交通监测
二、压电陶瓷传感器应用
1.压电式动态力传感器
2.单向动态力传感器
&&6-4 振动测量及频谱分析
一、振动的基本概念：物体围绕平衡位置作住复运动称为振动。
分类：1.机械振动 2.土木结构振动 3.运输工具振动 4.武器爆炸的冲击振动
1.高频振动 2.低频振动 3.超低频振动
1.周期振动 2.非周期振动 3.随机振动
二、测振传感器的分类
1.测振器又称拾振器。分为：接触式：1.磁电式，2.电感式，3.压电式
非接触式：1.电涡流式，2.电容式，3.霍尔式，4.光电式
2.一般要求测振系统的固有振动频率F0大于等于5F
三、压电式振动加速度传感器结构
1.测量范围：几千--几十千HZ
四、压电振动加速度传感器的性能指标
1.灵敏度K，国标单位是pC/(m/S2)皮库仑，一般用重力加速度表示：(10-100)pC/g.
2.频率范围：0.1HZ-10KHZ
3.动态范围：0.1-100g，测量冲击振动时用100-10000g，测微振用：0.001-10g的高灵敏度低频加速度传感器
五、压电加速度传感器安装方式及应用
1.双头螺钉 长期
2.磁铁 短时间低频振动
3.胶水 微弱振动
4.直接式（手持探针） 定期巡检，误差大
六、压电振动加速度传感器在汽车中的应用
1汽缸爆振检测
七、振动的频谱分析
1.时域图形（以时间
2.频域图形
习题P107
1.将超声波转换成电信号是利用压电材料的 C ，蜂鸣器中发出的“嘀，嘀”声是利用压电材料的 D
A。应变效应 B。电涡流 C。压电效应 D。逆压电效应
2.实验室做检验标准用的压电仪表用 D 能制成膜，测量人体脉搏的压电材料应采用 C ，压电加速度传感器中测量振动的压电材
料应采用 B (正温度系数半导体） B。PZT（压电陶瓷） C。PVDF D。SiO2
3.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量 C
A人的体重 B车刀压紧力 C车刀在切削时感受到切削力的变化量 D自来水管中水压
4.动态力传感器中两片压电片多采用 并联接法 以增大输出电荷量。在电子打火机中多片压电片采用 串联 接法，产生高压
5.测量人的脉搏应采用灵敏度K约为 A 的PVDF压电传感器，在家电做跌落试验时，应采用灵敏度K为 C 的压电传感器
A 10V/g B 1V/g C 100mv/g
第七章 超声波传感器
第一节 超声波的物理基础
一、声波的分类
1.声波是一种机械波，分次声波，可闻声波，超声波
二、超声波的传播方式
1.纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致，可在固、液、气体中传播。 如人声，
2.横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直，只能在固体中传播，如固体受到交变剪切应力作用时产生的波
3.表面波：固体的质点在固体表面的平衡位置附近作椭圆轨迹的振动，振动波只在固体表面传播
三、声速、波长、指向性
1.声速C
2.波长λ C=λf(f为频率）
3.指向性：频率越高，发生器直径越大，指向性越好
四、倾斜入射时反射与折射
1.与光波一致
六、在介质中的衰减：晶粒越粗或密度越小、频率越高，衰减越快。因此，在中气中传播的超声波频率选的低，为数十千HZ，而在液
体和固体中则选用较高的MHZ
第二节 超声波换能器及耦合技术
一、以固体为传导介质的超声探头（PZT压电陶瓷）
1.单晶直探头：发收分时工作
2.双晶直探头：一收一发
3.斜探头
4.聚焦探头
5.箔式探头：PVDF制成的
二、以空气为传导介质的超声探头
发收分开设置，工作范围几米到几十米
三、耦合剂：消除探头与被测物之间间隙，消除干扰。同时消除磨损
第三节 超声波传感器的应用
超声波传感器的应用类型：1.透射型：遥控器，防盗报警器，接近开关等
2.反射型：接近开关，测距，测液位料位，金属探伤，测厚等
一、超声波流量计：通过两组超声波探头的时间差、相位差、频率差换算出流体的流量
二、超声波测厚：通过超声波在被测体内传播的时间测量，换算出厚度
三、密度测量：液体密度与传播速度有关系
四、液位、物位测量
五、超声波防盗报警器：采多普勒效应，动的物体时反射波频率会变化
第四节 无损探伤
一、无损探伤的基本概念
1.无损探伤分类：1.磁粉检测 （表面）
2.电涡流 （表面）
3.荧光染色渗透法 （表面）
4.X光（内部）
5.超声探伤（表面，内部）
2.超声探伤分类
1.A型 二维坐标图，横坐标为时间，纵坐标为反射波强度（T波（基波）、F波（缺陷）、B波（底波）
2.B型（B超）以探头的扫描距离为横坐标，探伤深度为纵坐标，以屏幕亮度反映反射波强度
3.C型（CT），在材料的纵、深方向上扫描，得到材料的三维图像。
习题：（P122）
1.人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子 D
A 从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵 B 在原来的平衡位置前后振动而产生横波
C 在原来的平衡位置上下振动而产生横波 D 在原来的平衡位置上前后振动而产生纵波
2.频率为1MHZ的超声波在钢板中传播时，它的波长约为C ，声速约为 E
A.5.9m B.340m C.5.9mm D.1.2mm E.5.9km/s F.340m/s
3.超声波频率越高 A
A.波长越短，指向角越小，方向性越好 B。。。C。。。D。。。。
4.超声波在有机玻璃（2.7）中的声速比在水（1.48）中的声速 A 比在钢（5.9）中声速 B
A.大 B。小 C。相等
5.超声波从水以45度角入射到钢时，折射角 A 入射角
A.大于 B。小于 C。等于
6.单晶直探头发射超声波时是利用压电片的 B 而接收时是利用压电片的 A 发射在 D 接收在 E
A压电效应 B逆压电效应 C 电涡流 D 先 E后 F同时
7.钢板探伤时，超声波的频率多为 C ，在房间利用空气探头进行超声防盗时，超声波频率多为 B
A.20HZ-20KHZ B。35-45KHZ C。0.5-5MHZ D。100-500MHZ
8.大面积钢板探伤时，耦合剂应选用 A 为宜，机床床身探伤时，耦合剂应选 B 为宜 ，给人体做B超时，耦合剂应选 C
A.自来水 B。机油 C。液体石蜡 D。化学浆糊
10.在A型探伤中，F波幅度较高，与T波的距离较接近，说明 A
A缺陷横截面积较大，且较接近探测表面
第八章 霍尔传感器
第一节 霍乐元件的工作原理及特性
一、工作原理：金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，薄片X轴方向两端通以电流I，侧薄片的Y
轴方向上两端产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应，该半导体薄片称为霍尔元件。
第二节 霍尔集成电路
1.线性型（典型：双端差动输出零点漂移）
2.开关型：1.普通开关型
2.锁键型：电路需反向磁场才能翻转
第三节 霍尔传感器的应用
电动势为I、B、角度三个变量的函数
1.I、角度不变，高斯计，转速表，计数器，角编码器，加速度计，微压力计
2.维持I、B、不变，角位移测量仪
3.角度不变，模拟乘法器，功率计
一、角位移测量仪
二、霍尔转速表 n=60f/Z
三、霍尔无刷电动机
四、霍尔式接近开关
五、霍尔电流传感器：对比传统的CT有哪些优点：能测量直流和脉动电流，弱电回路与主电路隔离，可测出与被测电流波形一致的跟
随电压，易与计算机接口及二次仪表对接，准确度高，线性好，响应快，频带宽，不会产生过电压。
第九章 热电偶传感器
热电偶测温的优点：1.属自发电传感器，因此测量时可以不要外加电源
2.结构简单
3.测温范围广（-260度-----1800度）
4.准确度高
第一节 温度测量的基本概念
一、温度的基本概念：表征物体冷热程度的物理量，是以热平衡为基础的。
二、温标：温度的数值表表示方法称为温标，它规定了温度的读数起点及温度单位
1.摄氏温标oC：标准大气压下冰的熔点定为0度，水的沸定定为100度
2.华氏温标oF：标准大气压下冰的熔点为32。F，水的沸点为212。F，两点间分180等分.由摄氏换算成华氏：（9/5）
t+32，西方国家一般采用华氏
3.热力学温标K:规定分子运动停止时的温度为绝对零度，水的三相点温度为273.16K，这两点分273.16格，每格1K
4.国标温标
三、温度测量及传感器分类
1.分类：1.体积、热膨胀2.接触热电动势3.电阻的变化结5.温度颜色6.光辐射、热辐射
第二节 热电偶传感器的工作原理
一、热电效应：两种不同材料组成的闭合回路，当两结点温度不同时回路中产生电动势
2.热电偶：两种不同材料的导体所组成的回路，组成热电偶的导体称为热电极
3.两个电极中分工作电极（工作端或热端）和参考端（自由端或冷端）
二、中间导体定律：
若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总热电势无影响
第三节、 热电偶种类及结构
一、热电极材料及通用热电偶
1.常用的：镍铬-镍硅（K）
2.高温的：铂铑13-铂（R）等
3.高灵敏度：镍铬-铜镍（E）
二、结构形式
1.装配式
2.铠装式（可弯曲式）
3.薄膜式
第四节 热电偶冷端的延长
1.因热电偶长度有限，自由端会受现场温度的影响，造成测量误差，故采用补偿导线来延长冷端，使之远离高温区
2.使用补偿导线的优点：1.将冷端延长到相对稳定区，数值变得稳定
2.补偿导线价格便宜
3.补偿导线直流电阻低比热电极低很多，可减小测量误差
4.补偿导线易弯曲，方便敷设
3.补偿导线注意点：1.两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点必须有相同的温度
2.各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用
3.必须在规定的温度范围内使用
4.极性必须接对（红为正，绿、蓝、橙为负）
第五节 热电偶的冷端温度补偿
一、补偿方法：1.冷端恒温法1.冰浴法
2.置于电热恒温器中
3.置于恒温空调房间中
2.计算修正法：Eab(t,0)=Eab(t,t0)+Eab(t0,0)
3.仪表机械零点调整法：将动圈式调到冷端温度的刻度上。
4.利用半导体集成温度传感器测量冷端温度（温度测出后直接输入计算器或运算电路中，自动计算出被测温度）
第六节 热电偶的应用及配套仪表
习题P148
1.两端密闭的弹簧管，气温升高后会撑直，弹簧管内部压强随温度增大的原因是 A
A.气体分子了无规则运动加剧，撞击容器内壁的能量增大
B.气体分子的直径增大
C.气体分子之间的排斥力增大
2.正常人体温为37度，换成华氏温度为 C 热力学温度为
A32F 100K B99F 236K C99F 310K D37F 310K
3. C 的数值越大，热电偶的输出热电热电势越大
A.热端直径 B。热端和冷端的温度 C。热端和冷端的温差 D。热电极的电导率
4.测量钢水的温度，最好选择 A 热电偶，测量钢退火炉温度，选 D 热电偶，测高压蒸气200度，灵敏度高一些，选 E 热电偶
A。 R B。 B C。 S D。 K E。 E
5.测量CPU散热片的温度应选用 C 型的热电偶，测量锅炉烟道中的温度，应选用 A 型热电偶，测量100米深的岩石钻孔中的温
度，应选用 B 型热电偶
A.装配 B 铠装 C 薄膜 D 热电堆
7.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是 C
A 补偿热电偶冷端热电势的损失 B 起冷端温度补偿作用 C 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D 提高灵敏度
8.(10年4月）用镍铬--镍硅(K)热电偶测量温度，已知部分K分度表列于题51表,
(1)已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度。
(2)已知冷端温度为40℃，用动圈式仪表(机械零点在0℃)指示值为660℃，求热端实际温度。
(1)E(40，0)=1.611 E(t,0)=E(t,40)+E(40，0)
=29.188+1.611=30.799
查表t=740°C
(2)E（40，0）=1.611 E（660，0）=27.445 E（t,0）=27.445+1.611=29.056 t=697°C
9.201207.用镍铬--镍硅(K)热电偶测量温度，如图所示测温回路，热电偶分度号为K，表计的示值应为多少？对应的温度为多少度？
参考电极定律：E
AB
（t，t
0
）＝E
AC
（t，t
0
）－E
BC
（t，t
0
） 参考电极C点
解： 已知E
T1
=E （T
1
，0）－E （T
0
，0），E
T2
=E （T
2
，0）－E （T
0
，0）。由参考电极定律得到在整个回路中：E=E
T1
－E
T2
=[E（T
1
，0）－E（T
0
，0）]－[ E（T
2
，0）－ E（T
0
，0）]
= E（T
1
，0）－ E（T
2
，0）
查表得：E（T
1
，0）= E
400
=16.40mV， E（T
2
，0）=E
300
=12.21mV
所以E=16.40-12.21=4.188Mv 从而查知仪表示值为T =102℃。
热电动势/ mV（参比端温度为
0℃）
工作温度℃
30℃
60℃
100℃
300℃
350℃
400℃
600℃
K
1.203
2.436
4.096
12.209
14.293
16.397
24.905
第十章 光电传感器
光的能量正比于光的频率E=hf.
光具有光的波动-粒子两重性质
第一节 光电效应及光电元件
1.光电传感器的理论基础是光电效应：用光照射一物体，可以看作物体受到一连能量为hf的光子的轰击，组成该物体的
村料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应
2.光电效应分类：1.在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。如光电管，光电倍增管，光电摄像管
2.在光线的作用下能使物体的电阻率改变的现象秒为内光电效应。如光敏电阻、光敏二极管、三极管等
3.在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。如光电池
其中第一类属于玻璃真空管元件，第二、三类属于半导体元件
一、基于外光电效应的光电元件 光电管
二、基于内光电效应的光电元件
（一）光敏电阻
1.工作原理 基于内光电效应（半导体表面产生电子空穴对，使电阻率减小）
2.光敏电阻特性和参数：1.暗电阻
2.光电特性：电极电压固定不变，光照度与电阻/电流之间的关系
3.响应时间0.01-0.001秒，（不能应用于快速响应场合）
3.发光强度、光通量、光照度
1.发光强度：光源对球面的导数光通量除以导数立体角 与光通量与光照度与直接关系
2.光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量
3.光照度：单位面积（1平米）上接收到的光通量
（二）光敏二极管、光敏晶体管
光敏二极管，光电转换效率高，响应频率不高（数十兆HZ），常用于工业测量及光盘读出光敏元件
光敏二极管（雪崩型）工作频率高（几千兆HZ），适用光纤通信
3.光敏晶体管由两个PN结，灵敏度比光敏二极管高许多
（三）光敏二极管与光敏晶体管的基本特性
1.光谱特性：对不同频率的光的灵敏度不同，会有1个最大值的灵敏度。
2.伏安特性
3.光电特性：光照度为X，光电流为Y
4.温度特性
5.响应时间：硅光敏二极管为10-5到10-7 S左右
三、基于光生伏特效应的光电元件
（一）结构工作原理及特性：有电流源、正向二极管，电容三个元件并联组成的等效电路
（二）光电池的基本特性：
1.光谱特性：硅光电池在0.7um波长的可见光处灵敏度最强
2.光电特性：光照度与输出电压
3.伏安特性：输出电压与光电流之间的关系（分不同负载电阻）
4.温度特性：温度越高，电压越低
5.频率特性：面积越小，响应越快
第二节 光电元件的基本应用电路
一、光敏电阻基本应用电路： 光敏电阻 与负载电阻串联
二、光敏二极管应用电路，需反向偏置
三、光敏晶体管应用电路
四、光电池的应用电路：I/U转换电路
第三节 光电传感器的应用
分类：1.被测物是光源 光电高温比色温度计 光照度计 照相机曝光量控制
2.被测物吸收光通量 浊度计
3.被测物是有反射能力的表面 反射式转速计 反射式烟雾报警器 色彩传感器（光生伏特）
4.被测物遮蔽光通量 振动测量，工件尺寸测量，走偏测量与控制
第四节 光电开关及光电断续器
光电开关检测距离可达几米到几十米
光电断续器检测距离只有几毫米到几十毫米
一、光电开关的结构和分类
1.光电开关分类：1.遮断型 检测距离达几十米
2.反射型1.反射镜反射型 几米
2.被测物漫反射型 几百毫米
二、光电断续器 与光电开关的工作原理相同，只是光电发射与接收做在同一体积很小的塑料壳体中
第五节 光导纤维传感器及应用
一、光纤的基本概念
1.光的全反射：当入射角小于临界角时，
2.光纤的结构与分类
基本结构：纤芯，包层，PVC外护套
分类：1.阶跃型 折射率各点分布均匀一致
多模光纤
2.梯度型 折射率随半径的变大而变小
3.单孔型 纤芯只有几微米，光以电磁场的“模”的原理在纤芯中传导，称单模光纤
3.光的损耗：1.吸收损耗 石英玻璃中微量金属对光的吸收
2.散失损耗 光纤材料不均匀发生散射
3.机械弯曲变形损耗 光纤弯曲时，若光的入射角接近临界角时部分光将向包层外折射
4.电光与光电转换器件
电光转换器件分发光二极管，激光二极管（响应快，寿命较短）
光电转换器分为光敏二极管（响应快）和光敏晶体管
二、光纤传感器分类
光可被调制的参数有四个：1.振幅（强度）
2.相位
3.波长
4.偏振方向
1.强度调制型光纤传感器：1.反射式：被测体前后移动引起反射光强发生变化
2.遮光式：被测体（可移动）遮住一部分光使测到的电信号发生变化
3.吸收式：透光的被测体吸收一部分光引起光强发生变化
4.微弯式：光纤弯曲变形后引起光纤损耗变化
5.接收光辐射式：被测体为光源
6.荧光激励式：自发射紫外光射到被测体表面反射回的光测量
2.相位调制型光纤传感器（光的干涉）
三、光纤传感器的应用举例
1.光纤液位传感器（反射光受液体折射，不接触液体时反射多，接触时反射的少，折射回液体的多）
2.光纤式混凝土应变传感器（吸收式）
3.光纤温度传感器（激励式）
4.光纤高温传感器（接收光辐射式）
5.光纤声压传感器（相位调制，当声波对光纤线圈产生压缩时，产生光的干涉）
6.光纤大电流传感器（相位调制，利用电流对光纤线圈产生伸缩，产生光的干涉）
7.光纤高电压传感器（相位调制，利用高压电通过压电陶瓷PZT产生的伸缩使光纤产生伸缩，产生光的干涉）
习题P185
1.晒太阳取暖利用了 C 人造卫星光电池板利用了 A 植物生长利用了 B
A。光电效应 B 光化学效应 C 光热效应 D 感光效应
2.蓝色光的波长比红光 B 相同光子数量的蓝光能量比红光C
A 长 B 短 C大 D小
3.光敏二极管属于 B 光电池属于 C
A外光电效应 B内光电效应 D 光生伏特效应
4.光敏二极管在测光电路中应处于 B 偏置状态，而光电池通常处于C 偏置状态（直接将电池输出接入放大器输入
端）
A 正向 B反向 C 零
5.光纤通信中，与出射光纤耦合的光电元件应选用 C
A 光敏电阻 B PIN光敏二极管 C APD光敏二极管 D 光敏晶体管
6.温度上升，光敏电阻，光敏二极管，光敏晶体管的暗电流 A
A 上升 B 下降 C 不变
7.普通型硅光电池的峰值波长为 C 落在 F 区域 P157
A0.8m B8mm C0.8um D0.8nm E 可见光 F 近红外光 G紫外光 H 远红外光
8.欲精密测量光的照度，光电池应配接 D
A电压放大器 B A/D转换器 C电荷放大器 D I/U转换器
9.欲用光电池给手机冲电，需将数片光电池 B 起来，以提高输出电压，再将几组光电池 A 起来，以提高输出电流
A 并联 B 串联 C 短路 D 开路
10.欲用光电池在灯光200LX下驱动计算器（1.5V），必须将 C 片光电池串联起来才能正常工作
A 2 B 3 C 5 D 20 由光电特性图可知在200LX时输出电压约0.3V（超过2000LX约恒定在0.5V）
第十一章 数字式位置传感器
第一节 位置测量的方式
1.数字式位置测量的特点：1.被测的位置量直接转变为脉冲个数或编码，便于显示和处理
2.测量精度取决于分辩力，和量程基本无关
3.输出脉冲信号的抗干扰能力强
一、直接测量和间接测量
1.直接测量：位置传感器所测量的对象是被测量本身
2.间接测量：位置传感器测出的是中间值，再由此值推算出移动部件的位移
例：丝杠的上螺距为t=6mm,丝杠旋转角度为7290度，侧螺母的直线位移X=多少？
X=7290/360*6=121.5mm
二、增量式和绝对式测量
1.增量式测量的特点是只能获得位移增量，必须有一个零位标志，中途断电后无法得知移动部件的绝对位置
2.分辩力：一个脉冲所代表的基本长度单位
3.绝对式测量的特点是每一被测点都有一个对应编码
第二节 角编码器
一、绝对式编码器
1.接触式编码器：由电刷接触，盘内最内圈为公共极，高位在内，低位在外
分辩的角度（分辩力）：a=360/2
n
分辩率：1/2
n
（n为二进制码盘位数）
2.绝对式光电编码器 （有不锈钢板和玻璃板）
二、增量式编码器 一般为光电码盘，均布一圈透光狭缝，并设一零标志光槽
分辩的角度（分辩力）a=360/n 分辩率=1/2
n
三、角编码器的应用
1.数字测速
1.1 M法测速 若编码器每转产生N个（1K个脉冲=1024个脉冲）脉冲，在ts时间间隔内得到m1个脉冲，则编码器所产
生的脉冲频率为f=m1/ts
则转速n（单位为r/min) n=60*f/N=60*m1/ts*N
1.2 M法测速适合于转速较快的场合，ts的时间取得太长时准确度较高，但不能反应瞬时转速
Ts的时间取得太短准确度降低
2.角编码器在交流伺服电动机中的应用 光电编码器在此处有3个作用：1.提供电动机定转子之间相互位置的数据
2.通过频率/电压转换电路提供速度反馈信号
3.提供传动系统角位移信号，作为位置信号
3.工位编码 刀库选刀控制运用
第三节 光棚传感器
一、光栅的类型和结构 分为1.物理光栅 利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定
2.计量光栅 1.透射式
用于检测，分辩力0.1um,适用动态测量
2.反射式
结构：光源，主副光栅，光敏元件组成
二、计量光栅
1.将主副光栅保持一个很小的夹角，形成的莫尔条纹，随光栅的移动，莫尔条纹的亮带和暗带将顺序自下而上掠过光敏
元件，形成正弦波，再将正弦波转换成脉冲。
2.莫尔条纹的特征：1.光棚可消除光栅刻线不均匀引起的误差
2.光栅的移动方向变化时，莫尔条纹的移动方向也会相应变化，故可测量移动方向
3.莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距L=W/θ（θ为弧度单位）
4.莫尔条纹移过条纹数与光栅移过的刻线数相等
三、辨向及细分：1.在y方向上，相差1/4电位角安装正弦和余弦传感器形成相位差，检测出正弦波是超前于余弦波，还
是落后于余弦波，就可得知移动方向。
2.细分一般分为4倍和16倍。是将上述正、余弦波转换成方波后的上伸和下降沿转换成脉冲数，故分
辨力为栅距/4或16
四、光栅传感器的应用：1.光栅数显表
2.位置控制（重点）
3.轴环式数显表
第四节 磁栅传感器（精度1um)：将磁尺寸利用录音技术录制成节距相等的NS磁信号，磁头在掠过磁尺寸时输出正、余
弦波信号
第五节 容栅传感器：(卡尺分辨力0.01mm，千分尺分辨力0.001mm）
习题P206
1.数字式位置传感器不能用于 C 的测量
A. 机床刀具的位移 B．机械手的旋转角度 Ｃ．人体步行速度 Ｄ．机床的位置控制
2. 不能直接用于直线位移测量的传感器是（ C ）
Ａ．长光栅 Ｂ．长磁栅 Ｃ．角编码器
3.绝对式位置传感器输出的信号是_____D___，增量式位置传感器输出的信号是_____C___。
Ａ．电流信号 Ｂ．电压信号 Ｃ．脉冲信号 Ｄ．二进制格雷码
4.有一只十码道绝对式角编码器，其分辨率为____B______， 能分辨的最小角位移为_____E___。
Ａ．1/10 Ｂ．1/2 Ｃ．1/10 Ｄ．3.6 Ｅ．0.35 F． 0.01
5.有一只1024p/r增量式角编码器，在零位脉冲之后，光敏元件连续输出10241个脉冲。则该编码器的转轴从零位开始
转过了_____C____。
Ａ．10241圈 Ｂ．1/10241圈 Ｃ．10又1/1024圈 Ｄ．11圈
6.有一只2048p/r增量式角编码器，光敏元件在30秒内连续输出了204800个脉冲。则该编码器转轴的转速为__D__。
A．204800r/min B．60204800 r/min C．（100/30）r/min D．200 r/min
7.某直线光栅每毫米刻线数为50线，采用四细分技术，则该光栅的分辨力为_____A____。
A．5m B．50m C．4m D．20m
8.能将直线位移转变成角位移的机械装置是___B____。
A．丝杠-螺母 B．齿轮-齿条 C．蜗轮-蜗杆
9.光栅中采用sin和cos两套光电元件是为了 B 。
102
A．提高信号幅度 B．辩向 C．抗干扰 D．作三角函数运算
10.光栅传感器利用莫尔条纹来达到____A____。
Ａ．提高光栅的分辨力 Ｂ．辩向的目的 Ｃ．使光敏元件能分辨主光栅移动时引起的光强变化 Ｄ．细分的目的
11.当主光栅与指示光栅的夹角为（rad）、主光栅与指示光栅相对移动一个栅距时，莫尔条纹移动____A____。
Ａ．一个莫尔条纹间距L Ｂ． 个L Ｃ．1/个L Ｄ．一个W的间距
12.磁带录音机中应采用_____A____ ；磁栅传感器中应采用_____B___。
Ａ．动态磁头 Ｂ．静态磁头 Ｃ．电涡流探头（动态磁头只有一个线圈，只能测量均速直线运动。静态磁头会再有一
个激励线圈，通入固定的频率，在静止时可得到位置与电压的正弦关系的数值）
13.容栅传感器是根据电容的_____B____工作原理来工作的。
Ａ．变极距式 Ｂ．变面积式 Ｃ．变介质式
14.粉尘较多的场合不宜采用_____A_____；直线位移测量超过1m时，为减少接长误差，不宜采用____C____。
Ａ．光栅 Ｂ．磁栅 Ｃ．容栅
15.测量超过30m的位移量应选用____B____，属于接触式测量的是 A ？ 。
Ａ．光栅 Ｂ．磁栅 Ｃ．容栅 D. 光电式角编码器
16.（201004）
某电机速度为1200r／min。
(1)如果采用光电编码器进行测速，采用M法在0.4s内测得8K个脉冲，试求光电编码器的参数。
(2)采用电涡流传感器(电感转速表)测速，测得输出电动势频率为400Hz，求电涡流传感器测量齿轮的齿数。
解：1.由公式
n=60*f/N=60*m1/ts*N，已知m1=8K=8*1024=8192, ts=0.4S n=1200,
则N=60*m1/n*ts=(60*8192)/(1200*0.4)=1024P/r
故：光电编码器参数为1024个脉冲/转
2.由公式n=60f/Z得Z=60f/n=60*400/1200=20
故：齿轮的齿数为20个
17.（201207）
某光电编码器为1024脉冲∕转，试求：
1）分辨的最小角度；360度/1024=0.352°
10
2）分辨率；1/1024=1/2
3）采用M 法测量电机转速，在0.5S内测得16K个脉冲，试求电机的转速？
M法：n＝60f/N＝60m
1
/N*ts=(60*16*1024)/(1024*0.4)=1920r/min
4）已知标准频率时钟fc=1 MHz ，采用T法测量电机的转速测得编码器输出的两个相邻脉冲的上升沿之间所填充的标准时钟数M
2=1000脉冲，试求电机的转速是多小？
已知：ts=1000/1000000=1/1000S
M1=1
则f=m1/ts=1/(1/1000)=1000
n=60f/N=60*1000/1024=58.6 r∕min
第十二章 检测系统的抗干扰技术
第一节 干扰源及防护
1.干扰：在非电量测量过程中无用的背景信号与被测信号叠加在一起。也可称之为噪声
2.信噪比（S/N）：=10lgPS/PN=20lgUS/UN(功率比值或电压比值）
一、机械干扰
1.机械干扰指机械振动或冲击使电子检测装置中的元器件发生振动，改变了系统的电气参数造成可逆或不可逆的影响
2.对机械干扰的措施有：减振弹簧，橡胶垫脚，吸振海绵。
二、湿度及化学干扰
1.当环境的相对湿度大于65%时，物体表面会形成0.01-0.1um厚的水膜（变配电站要求空气相对湿度：网上资料一般在40%-60%）
三、热干扰
1.热干扰分类有：1.各电子元件具有一定温度系数，温度变化，电参数也会改变，引起误差
2.接触热电势：由不同金属构成的电子元件，如果各点温度不同就会产生热电势，引起误差
3.电子元件长期在高温下将降低使用寿命，降低耐压等级，甚至烧毁。
2.热干扰的防护措施：1.在设计电路时，尽量选低温漂元器件
2.在电路中考虑采取软、硬件温度补偿措施
3.尽量采用低功耗，低发热元器件
4.选用的元器件规格要有一定的余量
5.仪器的前置级应尽量远离发热体
6.加强散热
7.采用热屏蔽
四、固有噪声干扰
1.固有噪声：指电子元件本身产生的，具有随机性、宽频率的噪声
2.固有噪声类形：1.电阻热噪声
2.半导体散粒噪声
3.接触噪声（开关、继电器、触点）
五、电磁噪声干扰（下节讨论）
第二节 检测技术中的电磁兼容原理
一、电磁兼容（EMC）概念
1.电磁兼容指：电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许超过规定的电磁干扰
二、电磁干扰的来源
1.分类：1.自然界干扰源：1.地球外层空间的宇宙射电噪声
2.太阳耀斑辐射噪声
3.大气层的天电噪声
2.人为干扰源：1.有意发射干扰源
2.无意发射干扰源
三、电磁干扰的传播路径
1.电磁干扰的形成必须同时具备三项因素：1.干扰源 2.干扰途径 3.敏感接收电路
2.消除或减弱电磁干扰的方法可针对以上三项因素：1.消除或抑制干扰源
2.破坏干扰途径
3.削弱接受电路对干扰的敏感性
3.电磁干扰的传输路径有：1.“路”的干扰：1.泄漏电阻引起的干扰
2.共阻抗耦合引起的干扰
3.由电源配电回路引入的干扰
2.“场”的干扰：1.由电场耦合引起的干扰（实际为电容性耦合）
2.由磁场耦合引起的干扰（通有电流的导线会引起干扰）
第三节 几种电磁兼容控制技术
一、屏蔽技术
1.静电屏蔽
2.低频磁屏蔽（50HZ或固定磁场）
3.高频电磁屏蔽（实际屏蔽的是磁场）
二、接地技术
1.信号地线：仪器设备中的公共参考端
2.信号地线的分类：1.模拟信号地线
2.数字信号地线
3.信号源地线
4.负载地线
3.一点接地原则：1.单级电路的一点接地原则（各元件接地到接地点长度尽量相等）
2.多级电路的一点接地原则（单级接地体采串接（数字电路或放大倍数不大的电路）或并接方式（适用1MHZ以下的
低频电路）
3.检测系统的一点接地原则1.大地电位差
2.检测系统两点接地将产生大地环流
3.检测系统的一点接地方案1（传感器则接地）
4.浮置电路（仪表电路和传感器都末接大地，如干电池的数字仪表）
5.检测系统的一点接地方案2（二次仪表接地，防止静电积累）
三、滤波技术（滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一）
滤波器 ：只对差模干扰起作用，对共模干扰不起作用，同时会阻碍突变信号，使得系统响应速度变慢
2.交流电源滤波器
3.直流电源滤波器
四、光电耦合技术
1.光耦的特点：1.输入输出回路绝缘电阻高，耐压高
2.输入信号不会反馈和影响输入端
3.输入输出回路在电气上是完全隔离的，可解决不同电位，不同逻辑电路之间的隔离和传输的矛盾
习题：
1）测得某检测仪表的输入信号中，有用信号为20mV，干扰电压亦为20mV，则此时的信噪比为___ C___。
A．20dB B．1dB C．0 dB D．40dB
2）附近建筑工地的打桩机一开动，数字仪表的显示值就乱跳，这种干扰属于_E __，应采取____N _____措施。一进入类
似我国南方的黄梅天气，仪表的数值就明显偏大，这属于D
，应采取____M_____措施。盛夏一到，某检测装置中的
计算机就经常死机，这属于C
，应采取____G_____措施。车间里的一台电焊机一工作，计算机就可能死机，这属于
A
，在不影响电焊机工作的条件下，应采取____I_____措施。
A.电磁干扰 B.固有噪声干扰 C.热干扰 D.湿度干扰 E.机械振动干扰
F.改用指针式仪表 G.降温或移入空调房间 H. 重新启动计算机
I.在电源进线上串接电源滤波器 J.立即切断仪器电源 K.不让它在车间里电焊
L. 关上窗户 M. 将机箱密封或保持微热 N. 将机箱用橡胶-弹簧垫脚支撑
3）调频（FM）收音机未收到电台时，喇叭发出烦人的“流水”噪声，这是B
造成的。
A.附近存在电磁场干扰 B．固有噪声干扰
C.机械振动干扰 D．空气中的水蒸气流动干扰
4）减小放大器的输入电阻时，放大器受到的A
。
A．热干扰减小，电磁干扰也减小
B. 热干扰减小，电磁干扰增大
C．热干扰增大，电磁干扰也增大
D．热干扰增大，电磁干扰减小
5）考核计算机的电磁兼容是否达标是指C
。
A．计算机能在规定的电磁干扰环境中正常工作的能力
B．该计算机不产生超出规定数值的电磁干扰
C．两者必须同时具备
6）发现某检测仪表机箱有麻电感，必须采取B
措施。
A．接地保护环 B．将机箱接大地 C．抗电磁干扰
7）发现某检测缓变信号的仪表输入端存在50Hz差模干扰，应采取C
措施。
A．提高前置级的共模抑制比 B．在输入端串接高通滤波器
C．在输入端串接低通滤波器 D．在电源进线侧串接电源滤波器
8）检测仪表附近存在一个漏感很大的50Hz电源变压器（例如电焊机变压器）时，该仪表的机箱和信号线必须采用
B
。
A．静电屏蔽 B．低频磁屏蔽 C．电磁屏蔽 D．机箱接大地
9）飞机上的仪表接地端必须B
。
A．接大地 B．接飞机的金属构架及蒙皮 C．接飞机的天线
10）经常看到数字集成电路的V
DD
端（或V
CC
端）与地线之间并联一个0.01F的独石电容器，这是为了C
。
A.滤除50Hz锯齿波 B．滤除模拟电路对数字电路的干扰信号
C.滤除印制板数字IC电源走线上的的脉冲尖峰电流
11）光耦合器是将
B
*
信号转换为
*
信号再转换为
*
信号的耦合器件。（注：*表示答案相同）
A．光→电压→光 B．电流→光→电流 C．电压→光→电压
第十三章 检测技术的综合应用
第一节 现代检测系统的基本结构：1.智能仪器（也称智能传感器，是将处理器存储器接口芯片与传感器组合在一起的检
测系统）
单片机
2.个人仪器（基于个人计算机基础上配以适当硬件与传感器组合成的检测系统）
3.自动测试系统（以工控机为核心，以标准接口总线为基础，以可程控的多台智能仪
器为下位机组合成的一种现代检测系统。
第二节 带计算机的检测系统简介
一、带计算机的检测系统的特点及功能
1.性价比高
2.设计灵活性高
3.操作方便
4.有强大的运算功能
5.具有记忆功能
6.有自校准功能
7.能自动故障诊断
三、系统中的几种重要部件
1.采样开关：干簧继电器、CMOS采样开关
2.放大器
3.A-D转换器
4.D-A转换器
习题：
1.A-D转换器分为并行和串行，并行分为逐位比较型和双积分型，其中逐位比较型转换速度快。