自动传感器原理的知识点

第一章传感器的一般特性1、传感器的作用是什么？⑴在工业生产自动化、能源、交通、灾难推测、安全防卫、医疗卫生等方面代替人的观感功能，并检查人感官不能感受的参数⑵在工业生产中，起到了工业耳目的作用，冶金工业中为操作人员供给牢靠的数据。⑶工厂自动化的机械手或机器人中，实现高精度测量，保证产品产量和质量⑷在微型计算机中供给牢靠准确的信息2、传感器技术的三要素。传感器由哪三局部组成？三要素：⑴检测〔传感〕原理⑵材料科学⑶工艺加工三局部：⑴敏感元件⑵转换元件⑶测量电路3、传感器的静态特性有哪些？并理解其意义。⑴线性度〔非线性误差〕⑵灵敏度⑶准确度〔精度〕⑷最小检测量和区分力⑸迟滞⑹重复性⑺零漂⑻温漂4、画出传感器的组成方框图，理解各局部的作用。敏感元件：能够完成预变换的器件称为敏感元件，又称为预变换器，将被测非电量预先转换为另一种易于变换为电量的非电量。转换元件：将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件。信号调理与转换电路：将转换元件输出的电信号放大并转换成易于处理、显示和记录的电信号关心电源:为传感器供给能源50.50~100V，那么该仪表的最大确定误差为多少伏？传感器的精度等级：是传感器和测量仪表在规定条件下其允许的最大确定误差值相对于其测量范围的百分数，表示测量结果的牢靠程度。A=∆AYF∗S

×100%∆A——测量范围内允许的最大确定误差YF∗S

——满量程输出0.5=

x100V

X=0.5V0.5V6、传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？差动状态：传感器的感受部件传感出信号后产生两个相反的只剩下变化量局部的信号，是放大器只放大变化信号，因此〔1〕提高了灵敏度，改善非线性。外界影响作用下产生的是在两个磁通线圈的电磁力之差，因此〔2〕有肯定补偿作用，抗干扰力量提高7、最小检测量与区分力的定义与计算。最小检测量：传感器能精准反映被测量的最低级限量。区分力：数字传感器一般用区分力表示，即输出数字指示值最终一位数字所代表的输入量。公式：M=CNKM:最小检测量〔15〕N:噪声电平K:传感器灵敏度例题：电容式电压传感器的噪声电平N0.2mVK5mV/mmH2O,假设取C=2，则计算最小检测量为多少?解：M=CN= 2×0.2mV

=0.08mmHOK 8、应变片有那些种类？金属丝式应变片、金属箔式应变片、半导体式应变片。9、什么是压阻效应？单晶硅材料受到应力作用后，其电阻率发生明显变化的现象称为压阻效应10、应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片桥式传感器为什么应配差动放器？单个应变片的额定输出较低、灵敏度较低，利用桥式电路可以成倍提高其灵敏度，并使输入和输出呈线性关系单个应变片的额定输出较低、灵敏度较低，利用桥式电路可以成倍提高其灵敏度，并使输入和输出呈线性关系由于两电桥相对桥臂的极性相反，输出为差模信号，因此用差动放大器。11、把握电子称的根本原理框图，以及各局部的作用。⑴称重托盘⑵电阻应变片⑶应变梁⑷±4V直流稳压电源⑸测量电路⑹差动放大模块⑺输出显示模块⑻±15V直流稳压电源12、电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？电阻应变片基于金属的电阻应变效应原理，是由于其几何外形的变化而产生的应变。半导体应变片基于压阻效应，单晶硅在收到应力作用后其电阻率发生明显变化。13、半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。半导体应变片优点：灵敏度高机械滞后小，横向效应小，精度高，体积小、重量轻、动态频响高，易于集成缺点：温度稳定性差，灵敏度分散度大，较大的应力作用下非线性误差大，机械强度低。金属应变片优点：1精度高，测量范围广；2使用寿命长，性能稳定牢靠；3构造简洁，体积小，重量轻；4频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；5价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。缺点：不适于高温环境下测量143种？变面积〔S〕型变介质介电常数〔ε〕型变极板间距〔d〕型15、寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电容影响的方法有那些？寄生电容：寄生电容是传感器极板间电容的极板与四周物体产生的电容联系，转变了电容传感器的电容量，由于传感器本身电容很小，寄生电容极不稳定，导致传感器特性不稳定。分布电容：分布电容与传感器相并联，使传感器相对变化量大为降低，导致灵敏度显著下降。解决方法：〔1〕驱动电缆技术〔2〕抗杂散电容的电荷转移法16、什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。电容电场的边缘效应：实际平行板电容器的电场并非均匀分布，而是有边缘效应，它的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。AB极板外，在极板A的同一平面内加一个同心圆环，AC在电气上相互绝缘，使用时AC两面始终保持等电位，于是传感器电容极板AB之间的电场接近抱负状态的均匀分布。17、运算法电容传感器测量电路的原理及特点。C=εS=ε0εrSd dC——电容量S——极板间相互掩盖面积d——两极板间距离ε——真空介电常数ε0ε——介质的相对介电常数εr根本原理：在ε、S、d三个参数中，保持其中两个不变，转变另一个参数即可使电容C转变。特点：优点：测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、构造简洁适应性强。缺点：寄生电容影响较大、当用变间隙原理测量时具有非线性输出特性。18、了解差动变压器的用途及特点。用途：但凡与位移有关的物理量均可通过它转换成电量输出。常用于测量振动、厚度、应变、压力、加速度等各种物理量特点：一般变压器是闭合磁路，而差动变压器是开磁路；一遍变压器原、副边的互感是常数，而差动变压器原、副边的互感随衔铁移动做相应变化。19、差动变压器的零点剩余电压产生的缘由？抱负状态下，差动变压器的衔铁处于中间位置时，输出电压为零。实际中，差动变压器因使用桥式电路，在零点仍有一个微小的电压值20、什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用压电材料有哪些？压电效应：在某些电介质中，当沿着肯定方向对其施力而产生而使它形变时，内部就产生极化现象，同时在它的两个外表上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重恢复不带电的状态，这种现象叫作压电效应。逆压电效应：相反，在电介质的极化方向施加电场，这些电介质也会产生形变。这种现象称为逆压电效应〔电致伸缩效应〕常用压电材料：自然形成的石英晶体、人工制造的压电陶瓷、锆钛酸铅21、压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号？为什么？不能。由于由等效电路可知，只有传感器内部信号电荷无“漏损”，外电路负载无穷大时，压电传感器受力产生的电压或电荷才能长期保存下来，而实际中，传感器内部不行能没有泄漏，外电路负载也不行能无穷大，电路将以某时间常数按指数规律放电，这对于测量测量缓慢变化和静态信号极为不利，只有外力以高频率不断地作用，传感器的电荷才能得以补充。22、压电传感器的前置放大器电路形式与各自的特点。电压放大器：输出电压与输入电压〔传感器的输出电压〕成正比电荷放大器：输出电压与输入电荷成正比23、光栅传感器的原理。承受什么技术可测量小于栅距的位移量？光栅传感器主要依据莫尔条纹原理制成。细分技术24、莫尔条纹的形成及特点。把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合在一起，并使两者栅线之间保持很小的，于是在近于垂直栅线的方向上消灭明暗相间的条纹。特点:明暗相间、条纹方向与刻线方向垂直。25DS18B20的主要特点。适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温9～12位，可实现高精度测温第七章热电式传感器26、热电偶的热电势由那几局部组成？〔1〕接触电势〔2〕温差电势〔3〕热电偶回路热电势27、热电偶的三定律的理解。中间导体定律〔2〕标准电极定律〔3〕连接导体定律与中间温度定律28、把握热电偶的热电效应。热电偶的根本工作原理是热电效应，两种不同的导体相互焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶29、热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。原理：由热电偶测温的原理可知，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。必要性：由于热电偶工作端与冷端距离很近，冷端又暴露于空间，简洁受到四周环境温度的影响，因而冷端温度难以保持恒定，因此需要进展热电偶的冷端补偿。

，其电阻温度系数较大，阻值随温度变Cut之处于同一温度。

靠近，使020℃时，四个电阻的阻值相等，电桥处于平衡状态，Uab偿作用

=0，此时对热电势没有补冷端温度t0>20℃时，热电势E(t,t0)减小，但此时RCu阻值增大，RCu上的电压降比R3上的多，因此a点电位比b点低，即a为负，b为正，此时Uab

电压方向与热电势一样，

)+U , 0 ab

补偿了热电势削减的那局部电压ab冷端温度t0<20℃时，热电势E(t,t0)增大，但此时RCu阻值减小，RCu上的电压降比R3上的少，因此a点电位比b点高，即a为正，b为负，此时Uab

电压方向与热电势相反，

)-U , 0 ab

补偿了热电势增多的那局部电压ab因此，假设铜电阻选择的适宜，可使电桥产生的不平衡电压Uab变化而引起的热电势变化量，仪表即可指示出正确温度。

正好补偿由于冷端温度30、热电阻承受三线制/四线制接线方式的原理和特点？三线制：热电组的一端与一根导线相连，另一端同时接两根导线。这种状况下，虽不能完全消退连接导线电阻r对于测温的影响，但是能削减它的影响四线制：热电阻两端各用两根导线连接在仪表上，一般是用直流电位差计作为指示或记录仪表。四线制和电位差计协作测量热电阻是比较完善的方法，它不受任何条件的约束，总能消退连接导线电阻对于测量的影响。31、承受负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的原理。

It cNTC热敏电阻器R

阻值相应的减小，则晶体管基极电位tU下降，从而使基极电流IUb

减小，到达稳定静态工作点的目的。32AD590的主要特点及最低/平均稳定的测量电路。特点：〔1〕灵敏度高、体积小、反响快、测量精度高、稳定性好、校准便利、价格低廉、使用简洁电流输出经过一个外加电阻很简洁变成电压输出33、何为霍尔效应？霍尔集成传感器——线性、开关两类内部构成。霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子〔电子或空穴〕被约束在半导体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向半导体上下外表上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场霍尔开关集成器件霍尔开关集成传感器由霍尔器件、放大器、施密特整形电路、输出电路组成。稳压电路可使传感器工作在较宽的电源电压范围，集电极开路可使传感器便利的与其他规律电路连接。霍尔线性集成器件线性霍尔集成传感器的输出电压与外加磁场在肯定范围内呈线性关系。有单端输出和双端输出两种电路。34、探测微弱光应承受何种传感器？光电传感器35、什么是光电效应，什么是光电导效应和光生伏特效应？光电效应包含外光电效应和内光电效应。外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体外表，向外放射的现象称为外光电效应。内光电效应：受光照的物体导电率发生变化，或产生光电动势的效应，称为内光电效应内光电效应包括光电导效应和光生伏特效应。光电导效应：光线作用下电子吸取光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率的变化，这种现象称为光电导效应。光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生肯定方向的电动势的现象叫光生伏特效应。36、什么是内/外光电效应？利用此效应制作的典型传感器有那些？35题，利用此效应制作的传感器：外观电效应：光电管、光电倍增管内光电效应：其中〔1〕光电导效应的器件为：光敏电阻〔2〕光生伏特效应的器件为：光电池，光敏晶体管37、光电池测照度时承受什么电路连接形式？I/V变换器原理与计算。光电池、负载电阻、电流计串联电路连接形式I/V变换器原理：光作用在光电池上产生光生电动势，因而产生光电流，用电流计测流过负载电阻的光电流，不同照度，对应的电动势和电流大小不一样，并在肯定范围内呈线性关系38、硅光电池的最大开路电压是多少？0.5V39、目前工业化量产硅光电池的转换效率是多少？24%10%~15%40、在电路中使用光敏二极管怎样偏置？反向偏压状态41、光电隔离耦合器的内部构造是怎样的？42、气敏传感器的原理，把握可燃气体报警电路工作原理。气敏传感器的原理可分为半导体式气敏传感器和接触燃烧式气敏传感器半导体式气敏传感器：利用半导体气敏元件〔主要是金属氧化物〕同待测气体接触时，通过测量半导体的电导率等物理量的变化检测特定气体的成分或者浓度。接触燃烧式气敏传感器：可燃气体与空气中的氧气接触，发生氧化反响，产生反响热〔无焰接触燃烧热〕使得作为敏感材料的铂丝温度上升，电阻值相应增大，空气中可燃性气体浓度越大，氧化反响产生的反响热越多，铂丝温度变化越大，电阻值增加越多，因此，只要测定作为敏感元件的铂丝的电阻变化值〔R〕便可检测空气中可燃气体的浓度。43、用电阻式湿度传感器测量湿度时，鼓励电源为何用沟通电源？由于直流电压会引起水分子的电解，因此，鼓励电源要用沟通电源。44、用光敏传感器设计一个自动开关路灯的掌握电路。45、用热敏电