传感器 高文土

1、 第一章1、 测量系统应具有对被测对象的特征量进行检测、传输、处理及显示等功能，一个测量系统是传感器、变送器和其它变换装置等的有机组合。2、 开环测量系统：开环测量系统全部信息变换只沿着一个方向进行。 闭环测量系统：闭环测量系统有两个通道，一为正向通道，一为反馈通道。3、 测量误差是测得值减去被测量的真值。4、 随机误差：在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。 第二章1、 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。2、 传感器由敏感元件和转换元件组成。其中，

2、敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。3、 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。 静态特性的性能指标： 灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。2-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？答：1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。 3、它们的作用是： （1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分； （2）转换元件：是指传感器中能将

3、敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量 的电信号部分； （3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等； （4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。 4、最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块m 是敏感元件，压电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。 第三章3-1 什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。【答

4、】1、所谓应变效应是指金属导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为电阻应变效应。2、半导体材料的电阻率随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。3、应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量得大小。3-3 电阻应变片的直流电桥测量电路，若按不同的桥臂工作方式可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？答：1、可分为：单臂电桥、半差动电桥和全差动电桥三种。2、单

5、臂电桥输出电压为： 半差动电桥输出电压为： 全差动电桥输出电压为：3-5 解1、 电桥输出电压为 ：2、 电桥输出电压为 ：3、 当受拉应变，受压应变时，电桥输出电压为 ：4、当受压应变，受拉应变时，电桥输出电压为 ： 第五章5-1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?  答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极距型、变面积型和变介电常数型。 变极距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。  变面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角

6、位移。变介电常数型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。6-1 什么叫正压电效应和逆压电效应？什么叫纵压电效应和横压电效应？答：1、正压电效应和逆压电效应（1）正压电效应（顺压电效应）某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。这种现象称压电效应。 有时人们把这种机械能转换为电能的现象称为正压电效应（顺压电效应）。（2）逆压电效应

7、（电致伸缩效应）当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。2、纵压电效应和横压电效应（1）纵向压电效应通常把沿电轴x 方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”。（2）横压电效应把沿机械轴y 方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。 第七章7-4什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？答：1、通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。（书本：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场的方

8、向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电动势称为霍尔电动势。）2、 霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔常数成正比而与霍尔片厚度d成反比。为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。7.2.2 霍尔传感器的应用（两个）： 第八章1、 光电式传感器是将被测量的变化转换成光信号的变化，再通过光电器件把光信号的变化转换成电信号的一种传感器。2、 光电式传感器的原理框图，它一般由光源、光学通路、光电器件三部分组成被测量作用于光源或者光学通路，从而引起光量的变化。8-1、光电效应有哪几种？相对应的光电器件各有哪些？答：1、光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。内光电效应又可分为光电导效应

9、和光生伏特效应。2、光电器件（1）基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。（2）基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。（3）基于光生伏特效应的光电器件有光电池、光敏二极管、三极管。8-2 试述光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管和光电池的工作原理，在实际应用时各有什么特点？答：1、光敏电阻的工作原理其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗

10、电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。2、光敏二极管的工作原理在无光照时，处于反偏的光敏二极管工作在截止状态，其反向电阻很大，反向电流很小，这种反向电流称为暗电流。当有光照射到光敏二极管的PN 结时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-空穴对，它们在反向电压和内电场的作用下，漂移越过PN 结，形成比无光照时大得多的反向电流，该反向电流称为光电流，此时，光敏二极管的反向电阻下降。 若入射光的强度增强，产生的电子-空穴对数量也随之增加，光电流也响应增大，即光电流与光照度成正比。如果外电路接上负载，便可获得随光照强

11、弱变化的信号。光敏二极管的光电流I与照度之间呈线性关系。光敏二极管的光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。3、光敏晶体管的工作原理大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压。当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的倍，所以光敏晶体管有放大作用。4、光电池的工作原理硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN结。当光照到PN 结区28时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。若将PN 结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。 第九章1、 湿度是指大气中的水蒸气含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。（1） 绝对湿度是指一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所