传感器原理复习提纲及详细知识点()资料复习过程

1、传感器原理复习提纲第一章 绪论1. 检测系统的组成。传感器测量电路输出单元把被测非电量转换成为与之有 确定对应关系，且便于应用的某 些物理量（通常为电量）的测量 装置。把传感器输出的变量变换成电压或电流 信号，使之能在输出单元的指示仪上指 示或记录仪上记录；或者能够作为控制 系统的检测或反馈信号。指示仪、记录仪、累加 器、报警器、数据处理 电路等。2. 传感器的定义及组成定义能感受被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组 成。组成敏感元件转换元件转换电路直接感受被测量，并输出与被测量 成确定关系的物理量。敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量。上述电路参

2、数接入基本转换电路， 便可转换成电量输出。3. 传感器的分类工作机理物理型、化学型、生物型构成原理结构型（物理学中场的定律）、物性型：物质定律能量转换能量控制型、能量转换型物理原理电参量式传感器、磁电传感器、压电式传感器用途位移、压力、振动、温度4. 什么是传感器的静态特性和动态特性。静特性输入量为常量，或变化极慢动特性输入量随时间较快地变化时5. 列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义ya0qxa2x2a3x3anxn灵敏度x输入量，y输出量，ao零点输出，ai理论灵敏度，a2非线性项系数传感器在稳态下，输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。k y x迟滞正（输入量增大）反（输入

3、量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。H max2Yfs100%产生迟滞的原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷线性度所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。表征传感器对输入量变化的反应能力 J1k=艸工-es,调节电位器 R可调平衡。图中电阻Rl=R2=R0，电容Ci=C2=Co，输出电压为 Ucd。全波差动整流电路 Uo=u dc+U gh=Ugh-Ucd铁芯衽零位収上述零位 以下时*输岀电压的极 性相反.#点残存电压 自动抵消*电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的， 所以称为差动整

4、流电路。它不但可以反映位移的大小(电 压的幅值)，还可以反映位移的方向。电路工作原理：(1) 当差动变压器铁芯在中间位置时，es=O,只有er起 作用。设此时er为正半周，即A为“ + ”，B为“一”， 则D1、D2导通，D3、D4截止，流过 R1、R2上的电流 分别为i1,、i2，其电压降UCB及UDB大小相等方向相 反，故输出电压 UCD=0。当er为负半周时，A为“-”， B为“ + ”，此时D3、D4导通，D1、D2截止，流过，R1、R2的电流分别为i3、i4，其电压降 UBC与UBD大 小相等方向相反，故输出电压UCD=0。(2) 若铁芯上移es和er同位相，由于 eser,故er正

5、 半周时D1、D2仍导通，D3、D4截止，但D1回路内总 电势为er+es/2，而D2回路为er-es/2,故回路电流i1i2 , 输出电压 UCD=R0(i1-i2)0。当er为负半周时，D3、D4 导通、D1、D2截止，此时D3同路内总电势为 er- es/2, D4回路内总电势为 er+es/2，所以回路电流i4i3，故输 出电压UCD = R0(i4-i3)0因此，铁芯上移时，输出电压UCD0。(3) 当铁芯下移时，es和er相位相反。同理可得UCD Rb-Ra时，电容器的电容为：C 2 o rlln&Ra-两平行板所覆盖10.电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？电容式差压

6、传感器电容式振动位移传感器电容式加速度传感器结构简单、灵敏度咼、响应速度快 （约100ms） 能测微小压差（00.75Pa卜真空或微小绝对压力加速度传感器安装在轿车上， 可以作为碰撞传感器。利用加速度传感器实现 延时起爆的钻地炸弹11.推导变极距型、变面积型和变介电常数型电容传感器的计算公式，并利用公式进行计算。（会公式并进行计算）变极距型变面积型变介电常数型C0 r AC0d初始电容d线位移变面积型初始电容c2HC0lDln d C+ CC CO C rAC,do d 1 d doC CoC1COddoCo 1ddo2C O r(a x)b CCdCo C与厶x呈线性关系角位移变面积型C 2

7、 (1 )hln d电容增量与液位h呈线性关系。L=O时，传感器的初始电容o r Ao 1CoO r1 Lobo d/dO1 时 CC与厶d近似呈线性关系CO do1 d do ddo C与角位移B呈线性关系CoCo do“(Lo L) r2LC1 C 2O bo 当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为C C Co (边 1)Lk Cd 1Co(b)筒状电桥电路U o-T运算放大 器电路UoUodo dO小贝U灵敏度高d d5Co+12.电容传感器测量电路。电容变化量与移动量 L呈线性关系。COLOC1 C2 U若采用变极距式电容传感器C, C2, d Ud dUo d 2输出电

8、压与位移呈线性关系。UoZ2U最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性Cx是传感器电容 C是固定电容uO是输出电压信号CC UCx ( S)/dCx 1II.V 11 11 1电容 量与 极板 间距 离的 关系乙Z22U ZH UoAC1 C2 2UA1/(j Cx)u1/(j C)UCds 输出电压Uo与极板间距离d成线性关系脉宽调制电路从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性。假设放大器开环放大倍数A=输入阻抗Zi=A和Zi足够大，所以这种误差很小。结论：因此仍然存在一定的非线性误差，但一般利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化 通过低通滤波器就能得到对应被

9、测量变化的直流信号调频电路双T型电 桥电路1X害等平压为当差动电容不相等时，uAB电压经低通滤波器滤波后,Uo Ua Ub式中:Uo输出U1 触发器输出高电平；T1、T2 C1、C2充电至Ur时所需时间。TiU1RCI nU1 Ur输出的直流电压与传感器两电容差值成正比U1T2R2C2lnU1 Ur ,结论：设电容C1和C2的极间距离和面积分别为di、d2 和 Si、S2SiC1 C2U1C1 C2S2U0ddlUEU0差动变极距型d2 d1，差动变面积型特性：差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容式传感器，并具有理论上的线性特性12、LC 2 .丄Q Ci C0 C)US2S1当被测信号为零

10、时， C=0，振荡器有一个固有振荡频率f0,02 .丄(C1 Ci C0)当被测信号不为零时， cm 0,此时频率为2 LQ Ci CoC)恂牌CtAC*1( 出c有较高的灵敏度，可测至 0.01卩m级位移变化量，易于用数字仪器测量，并与计算机通讯，抗干扰强电源为正半周，D1短路，D2开路，电容 C1被充电 影响不予考虑，电容 C2的电压，初始值为 UEV正半周：G充电，G放电Rzv2A*Ri-(5Tc巧十ttC2, U 00hJ如果 C1 v C2T, U 00电路的优点：简单，不须附加相敏检波电路。正半周：C1充电电量增多，C2放 电情况不变。输 出正电压情况不 变。正半周：C1充电电量不

11、变，C2 放电情况增加。输出正电压情 况变大。负半周：C2充电情况不变，C1 放电电流增 大。输出负电 压变小。负半周：C2充电电量增加，C1放电电流不 变。输出负电压 情况不变。13. 三种电容传感器各适合测量哪些量面积变化型角位移或较大的线位移介质变化型物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定极距变化型微小的极距变化第四章光电式传感器1. 内光电效应，外光电效应和光生伏特效应内光电效应：在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等。外光电效应光电导效应光生伏特效应在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管等。在光线作用下使电子逸出物体表面 的现象。女口光电

12、管、光电倍增管。A 电子谟出在光的照射下，光电子从阴极表面逸出，被阳极吸引， 在光电管内形成电子流， 在外部电路就产生了电流。若光电倍增管：放大光电流光电阴极T光电倍增极T阳极倍增极上涂有锑化铯或银镁合金等光敏材料，并且电位逐 级升咼。阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，弓I起二次电子发射。2. 光电管和光电倍增管的工作原理光强增大，光电流就变大，从而实现光电转换。二次电子发射系数（T =二次发射电子数/入射电子数若倍增极有n,则倍增率为b n3. 光敏电阻，光敏二极管，光敏晶体管及光电池的工作原理光敏电阻光敏二极管光结构与一般二极管相似，装在透明玻璃 外壳中。在电路中一般是处于反向工作 状态

13、的。光敏晶体管I *与一般晶体管很相似，具有两个PN结。把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放 三大。当无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值（亮电阻）急剧减少，电流迅速增加光电池有光线作用下实质上就是电源，电路中有了这种器件就不再需要外加电源。直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的pn结。当光照射到pn结上时，便在pn结的两端产生电动势（p区为正，n区为负）。用导线将pn结两端用导线连接起来，就有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至n区。若将电路断开，就可以测出光生电动势。第五章电动势式传感器原理与应用1.磁电式传感器的工作原理及其应用。工

14、作原理通过磁电作用将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信号。法拉第电磁感应定律：E如果线圈是N匝，磁场强度是 则整个线圈中所产生的电动势为：dtB,每匝线圈的平均长度dla,线圈相对磁场运动的速度为u=dx/dt,NBla-dXa dtNBlaEN dt直接应用测定速度：在信号调节电路中接积分电路，或微分电路,磁电式传感器就可以用来测量位移或加速度。2. 什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关?霍尔效应在金属或半导体溥片的两端通过控制电流，并在溥片的垂直方向上施加磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势（霍尔电势）霍尔电势1 IBUh 丁 ne d霍尔电压（一般称霍尔电势

15、）的大小和方向与下述因素有关：1、激励电流12、 与激励电流垂直的磁感应强度分量B （Uh KIB ）3、 器件材料（决定灵明度系数K）4、 霍尔电势的方向还与半导体是P型还是N型有关，两者方向相反3.霍尔传感器有哪些用途？电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数; 自动检测系统：多用于位移、压力的测量。微位移和压力位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度磁场霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器4. 霍尔元件的温度误差及其补偿产生原因霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移 率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数

16、。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电 势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。补偿选用温度系数小的元件采用恒温措施采用恒流源供电5. 什么是不等位电阻，不等位电势？霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些?不等位电势当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。不等位电阻r 0丘6. 什么是正压电效应和逆压电效应?正压电效应对某些电介质，沿着一定方向施力而使它变形时，在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。逆压电效应 （电致伸缩）当在电介质极化

17、方向施加交流电压时，这些电介质会产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形。例子：蜂鸣器X方向受压力Y方向受压力沿x方向施力fx，在与x垂直的平面上将产生电荷。qxfx，与尺寸无关压电陶瓷aa沿y方向施力fy，在与x轴垂直的平面上产生电荷di2 f ydu f y与尺寸有关bb式中：d11为x方向受力的压电系数，d12为y轴方向受力的压电系数，有d12=d11 ； a、b晶体切片的长度和厚度。当作用力沿极化方向时，在极化面上出现电荷：q d33f，d33压电陶瓷的纵向压电常数。3）械化处理前住）极化处理中 极化处理后压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料， 它具有电畴结构。电畴是分子自发形成 的

18、区域，它有一定的极化方向，从而存 在一定的电场。在没有外电场作用时， 各个电畴在晶体上杂乱分布，它们的极 化效应被相互抵消，因此原始的压电陶 瓷内极化强度为零，见图（a）。高分子压电材料8. 石英晶体和压电陶瓷的压电效应原理。9. 为了提高压电式传感器的灵敏度，设计中常采用双晶片或多晶片组合，试说明其组合的方式和适用场合。（能写出串、并联后等效电容值，以及串并联适用的场合）10. 压电式传感器的等效电路。11. 电荷放大器有什么特点？在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。1、电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关，而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系。2、 只要保持反

19、馈电容的数值不变，就可得到与电荷量Q变化成线形关系的输出电压。3、反馈电容Cf小，输出就大，要达到一定的输出灵敏度要求，必须选择适当的反馈电容。4、 输出电压与电缆电容无关条件：（1+K） Cf （Ca+Cc+Ci）第六章温度检测1.接触式测温方法的优点和缺点。（简答）优点直观、可靠，测量仪表也比较简单。缺点由于敏感元件必须与被测对象接触，在接触过程中就可能破坏被测对象的温度场分布，从而造成测量误差。 有的测温元件不能和被测对象充分接触，不能达到充分的热平衡，使测温元件和被测对象温度不一致，带来误差。在接触过程中，介质腐蚀性，高温时对测温元件的影响，影响测温元件的可靠性和工作寿命。也会2. 影

20、响较大的两个经验温标。华氏温标、摄氏温标3. 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？材料温度系数口（ 1/C）比电阻p( .mm2/m)温度范围（C）特性铂3.92 X 10-30.0981-200 +650近线性铜4.25 X 10-30.0170-50 +150线性铁6.50 X 10-30.0910-50 +150非线性镍6.60 X 10-30.1210-50 +100非线性4. 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？热敏电阻热电阻优点具有电阻值和电阻温度系数大（49倍）、灵敏度高；体积小、结构简单；热惯性小、响应速度快；使用方便；寿命长；易于实现远距离测量。灵敏度低缺点互换性较差，冋一型号的产品特性参数有较大区别；稳定性较差；非线性稳定性好，线性关系好严重，不能在高温下使用。5. 根据热敏电阻随温度变化的特性不同，热敏电阻可以分为哪三种类型，各有什么特点负温 度系数 热敏电 阻NTC热敏电阻在不同值时的电阻一温度特性，温度越高，阻值越 小,且有明显的非线性。NTC热敏电阻具有