傳感器技術作業(yè)

1、傳感器技術 作業(yè)1、 傳感器的組成包括哪幾個部分？各自的主要作用是什么？通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路和輔助電源等組成敏感元件：是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。如：應變式壓力傳感器的敏感元件是彈性膜片，其作用是將壓力轉(zhuǎn)換成膜片的變形。轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成電路參量。如：應變式壓力傳感器的轉(zhuǎn)換元件是應變片，其作用是將彈性膜片的變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。測量電路：將其進一步變換成可直接利用的電信號。輔助電源：為傳感器的元件和電路提供工作電源 2、 何為傳感器的靜態(tài)特性？傳感器的靜態(tài)特性技術指標包括哪幾個部分？各自的含義是什么？當輸入量為常量，或變化極慢時，

2、這一關系稱為靜態(tài)特性；傳感器的輸出輸入關系或多或少地存在非線性。在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下，其靜態(tài)特性可用下列多項式代數(shù)方程表示：y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn式中：y輸出量； x輸入量； a0零點輸出； a1理論靈敏度； a2、a3、 、 an非線性項系數(shù)。各項系數(shù)不同，決定了特性曲線的具體形式。理想情況下，y=a0+a1x靜態(tài)特性曲線可實際測試獲得。為了標定和數(shù)據(jù)處理的方便，希望得到線性關系。這時可采用各種方法，其中也包括硬件或軟件補償，進行線性化處理。測量范圍(measuring range)傳感器所能測量到的最小輸入量與最大輸入量之間的范圍稱為傳感器的測

3、量范圍。量程(span)傳感器測量范圍的上限值與下限值的代數(shù)差，稱為量程。線性度：指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。分辨力與閾值：當傳感器的輸入從非零值緩慢增加時，在超過某一增量后輸出發(fā)生可觀測的變化，這個輸入增量稱傳

4、感器的分辨力，即最小輸入增量。分辨力是指傳感器能檢測到的最小的輸入增量。分辨力用絕對值表示,用與滿量程的百分數(shù)表示時稱為分辨率。在傳感器輸入零點附近的分辨力稱為閾值。 穩(wěn)定性是指傳感器在長時間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，有時稱為長時間工作穩(wěn)定性或零點漂移。靜態(tài)誤差是指傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論值的偏離程度。精確度：精密度：說明測量傳感器輸出值的分散性，即對某一穩(wěn)定的被測量，由同一個測量者，用同一個傳感器，在相當短的時間內(nèi)連續(xù)重復測量多次，其測量結(jié)果的分散程度。精密度是隨機誤差大小的標志，精密度高，意味著隨機誤差小。注意：精密度高不一定準確度高。準確度：說明傳感器輸出值與真值的偏

5、離程度。如,某流量傳感器的準確度為0.3m3/s，表示該傳感器的輸出值與真值偏離0.3m3/s。準確度是系統(tǒng)誤差大小的標志，準確度高意味著系統(tǒng)誤差小。同樣，準確度高不一定精密度高。精確度：是精密度與準確度兩者的總和，精確度高表示精密度和準確度都比較高。在最簡單的情況下，可取兩者的代數(shù)和。3、何為傳感器的動態(tài)特性？傳感器的動態(tài)技術指標包括哪幾個部分？動態(tài)特性指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。階躍響應特性和頻率響應特性4傳感器的未來發(fā)展趨勢主要有哪幾個方面？重點發(fā)展方向有哪些？開展新理論研究，采用新技術、新材料、新工藝，實現(xiàn)傳感器的“五化” 發(fā)展，即智能化、可移動化、微型化、集成化、多樣化。

6、可穿戴式應用 無人駕駛 醫(yī)護與健康監(jiān)測 工業(yè)控制 5、 測量誤差按照表示方法可以分為哪幾類？各自的含義是什么？ 按表示方法可分為三類絕對誤差 測量結(jié)果減去被測量的約定真值所得的差值。絕對誤差有符號和單位，它的單位與被測量相同。相對誤差 絕對誤差與被測量真值的比值，常用百分數(shù)表示，即相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。引用誤差 以儀表的絕對誤差與儀表量程之比的百分數(shù)表示。通常以最大引用誤差來定義測量儀表的精度等級。6、 測量誤差按照誤差性質(zhì)可以分為哪幾類？各自的含義是什么？ 按性質(zhì)可分為三類隨機誤差(偶然誤差) 在實際相同條件下，對同一被測量進行多次等精度測量時，由于各種隨機因素（如溫

7、度、濕度、電源電壓波動、磁場等）的影響，各次測量值之間存在一定差異，這種差異就是隨機誤差系統(tǒng)誤差 分析過程中某些確定的、經(jīng)常性的因素引起的誤差。粗大誤差 在相同條件下，對同一被測量進行多次等精度測量時，有個別測量結(jié)果的誤差遠遠大于規(guī)定條件下的預計值。這類誤差一般由于測量者粗心大意或測量儀器突然出現(xiàn)故障等造成。稱之為粗大誤差（或寄生誤差）。7、 儀表精度等級是按照哪種誤差進行分類的？儀表的精確度與引用誤差的關系是怎樣的？引用誤差 通常以最大引用誤差來定義測量儀表的精度等級測量儀表一般采用最大引用誤差不能超過的允許值作為劃分精度等級的尺度。工業(yè)儀表常見的精度等級有0.1級，0.2級，0.5級，1.

8、0級，1.5級，2.0級，2.5級， 5.0級。精度密度和精確度等級為1.0的儀表，在使用時它的最大引用誤差不超過1.0，也就是說，在整個量程內(nèi)它的絕對誤差最大值不會超過其量程的1。在具體測量某個量值時，相對誤差可以根據(jù)精度等級所確定的最大絕對誤差和儀表指示值進行計算。8、 對一個N級、量程為M的儀表，當測量某一電壓為X時，如何計算此測量值可能出現(xiàn)的絕對誤差和相對誤差的最大值？ 9、攝氏溫度與華氏溫度關系是怎么樣的？T=t*(9/5)+3210、熱電偶組成與測溫原理是什么？熱電偶的熱電勢組成包括哪幾個部分？ 11、什么是熱電效應？熱電偶回路的熱電勢與哪些因素有關？兩種不同的導體或半導體A和B組

9、合成如圖所示閉合回路，若導體A和B的連接處溫度不同（設TT0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應。熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關；與熱電偶的長度、粗細無關。(同材同溫總電勢為012、熱電阻的組成與測溫原理是怎樣的？常用的熱電阻有哪幾種？銅電阻鉑電阻熱電阻主要是利用電阻隨溫度升高而增大的特性來測量溫度的。溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導體時的阻力增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，總電阻值增加。13、 熱敏電阻的組成與測溫原理是什么？按照熱敏電阻阻值與溫度的關系可將熱敏電阻分為哪幾類？各自的特性是

10、什么？熱敏電阻是利用某種半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的,是半導體測溫元件。 1. 分類與特性 熱敏電阻的種類很多，按阻值與溫度關系特性可分為： (1)正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC） 電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡稱PTC熱敏阻器。它的主要材料是摻雜的BaTiO3半導體陶瓷。 (2)負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡稱NTC熱敏電阻器。它的材料主要是一些過渡金屬氧化物半導體陶瓷。 (3)突變型負溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR) 該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低34個數(shù)量級，即具有很大負溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬

11、氧化物。14、熱電阻與熱電偶的主要區(qū)別有哪些？熱電阻與熱敏電阻的主要區(qū)別是什么？原理與特點不同：熱電偶的測溫原理是基于熱電效應;熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。 信號性質(zhì)不同：熱電阻產(chǎn)生的是阻值變化；熱電偶是產(chǎn)生感應電壓的變化。 檢測的溫度范圍不一樣 ：熱電阻是低溫檢測；熱電偶是高溫檢測。 材料不同：熱電阻是一種金屬材料 ；熱電偶是雙金屬材料 。工作中的現(xiàn)場判斷不同：熱電阻用萬用表判斷短路和斷路即可；熱電偶有正負極、補償導線也有正負之分。熱電阻,是通電后,電阻自身發(fā)熱.主要用于加熱使用,常見的熱電阻 電熱毯,電熱水器,電蚊香,電絡鐵里面用的電熱絲 這些都屬

12、于熱電阻范疇的.熱敏電阻是利用某種半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的,是半導體測溫元件。熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。熱電阻是金屬測溫元件，熱敏電阻是半導體測溫元件。 15、 濕度是如何定義的？人們通常說的濕度指的是絕對濕度還是相對濕度？溫度（temperature）是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。兩個不同溫度相接觸的物體將會產(chǎn)生熱交換。相對濕度。16、 何為光電效應？光電效應主要分為哪幾大類？舉例說明不同光電效應的主要應用器件有哪些。光照射到某些物質(zhì)上，使該物質(zhì)的電特性發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。 （1）光電導效應

13、 當入射光子射入到半導體時，半導體吸收入射光子產(chǎn)生電子空穴對，使其電導率增大。 基于這種效應的器件有光敏電阻。 （2）光生伏特效應 在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。基于該效應的器件有光電池和光敏二/三極管。 （3）熱釋電效應 一些晶體受到紅外線熱輻射轉(zhuǎn)化為熱量時，兩端會產(chǎn)生數(shù)量相等、極性相反的電荷，這種由熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱為熱釋電效應。 能夠承受熱電效應的晶體稱為熱釋電元件.17、何為光敏電阻的亮電阻與亮電流？暗電阻與暗電流？ 當光敏電阻受光照射后，其阻值的變化規(guī)律是怎樣的？在一定光照度下，兩端所加的電壓與光電流的關系是怎樣的？暗電阻：光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻, 此

14、時流過的電流稱為暗電流。亮電阻：光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻, 此時流過的電流稱為亮電流。光電流：亮電流與暗電流之差稱為光電流。無光照時, 光敏電阻值（暗電阻）很大, 電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時, 它的阻值（亮電阻）急劇減少, 電路中電流迅速增大。在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關。18、可見光的光譜范圍是多少？光敏二極管對不同波長的光的靈敏度是否相同？在實際應用中光敏二極管通常工作在什么狀態(tài)？可見光的光

15、譜范圍：380780nm光電二極管對紅光和藍光的靈敏度是不同的光敏二極管在電路中一般處于反向工作狀態(tài)，在沒有光照射時反向電流很小，稱為暗電流；有光照的電流較大，稱為光電流。光的照度越大，光電流越大。 19、光電耦合器的作用是什么？其組成包括哪幾個部分？舉例說明其典型的應用案例。主要作用：實現(xiàn)電-光-電信號轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)信號隔離光電耦合器是將發(fā)光元件和光敏元件合并使用并集成在一起，以光為媒介實現(xiàn)信號傳遞的光電器件開關電路20、光電斷路器的結(jié)構(gòu)是怎樣的？舉例說明其典型的應用案例。光電斷路器是將發(fā)光元件和光敏元件合并使用并相互隔開，以光為媒介實現(xiàn)信號傳遞的光電器件。主要作用：光電開關、產(chǎn)品計數(shù)等 21、

16、常用的光電池有哪幾類？其工作原理是怎樣的？光電池種類很多：硅光電池、硒光電池、鍺光電池、硫化鎘光電池、砷化鎵光電池等光電池（photovoltaic cell），是一種在光的照射下產(chǎn)生電動勢的半導體元件。用于光電轉(zhuǎn)換、光電探測及光能利用等方面。 原理：入射光照射在PN結(jié)上時，弱光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則在PN結(jié)內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對，在內(nèi)電場作用下，空穴移向P型區(qū)，電子移向N型區(qū)，使P型區(qū)帶正電，N型區(qū)帶負電，PN結(jié)產(chǎn)生電勢。 22、紅外熱釋電傳感器主要的應用場景有哪些？其工作原理是怎樣的？人體感應報警電路BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時

17、間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關。人體入侵檢測應用電路23、何為電阻的應變效應？何為壓阻效應？電阻應變效應導體或半導體材料在受到外界力（拉力或壓力）作用時，產(chǎn)生機械變形，機械變形導致其阻值變化，這種因變形而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象壓阻效應單晶硅材料在受到應力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化24、力敏傳感器通常采用哪種方式的驅(qū)動電路？其后續(xù)接口電路中通常采用何種形式電路？ 力敏傳感器通常采用恒流源電路驅(qū)動力敏傳感器的后續(xù)電路中通常采用儀用放大電路進行信號放大25、常用的電容傳感器有哪三種類型？ 變

18、極距型、變面積型、變介電常數(shù)型26、 國際標準規(guī)定的人耳可聽聞的音頻頻率范圍是多少？何為超聲波？20 Hz到20000 Hz.超聲波是頻率大于20k赫茲的聲波27、何為壓電效應？何為逆（反）壓電效應？超聲波傳感器的發(fā)射探頭與接收探頭各自工作于哪種壓電效應？壓電效應：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓

19、電效應，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應研制的一類傳感器稱為壓電傳感器。超聲波發(fā)送器是利用逆向壓電效應制成即在壓電元件上施加電壓，元件就變形（也稱應變）引起空氣振動產(chǎn)生超聲波，超聲波以疏密波形式傳播，傳送給超聲波接收器。 超聲波接收器是利用正向壓電效應制成即接收到的超聲波促使接收器的振子隨著相應頻率進行振動，由于存在正向壓電效應，就產(chǎn)生與超聲波頻率相同的高頻電壓。28、超聲波在空氣中的傳播速度是多少？其測距的原理是什么？超聲波的傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關。氣體中縱波聲速為344 m/s 超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，

20、根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。29、什么是霍爾效應？舉例說明其典型的應用器件及應用案例。在金屬或半導體薄片兩端通以電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電勢UH（稱為霍爾電動勢或霍爾電壓）。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。 霍爾傳感器 將霍爾元件、放大器、調(diào)理電路等集成在一個芯片上開關型霍爾傳感器 開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量鎖鍵型霍爾傳感器 鎖鍵型是開關型霍爾傳感器的一種特殊形式，它輸出數(shù)字量 30、干簧管是一種什么類型的器件？其工作原理是怎樣的？干簧管(磁簧管、舌簧

21、管)是一種磁敏的特殊開關工作原理：用磁鐵接近它， 干簧管兩個節(jié)點就會吸合在一起，使電路導通。 31、什么是磁阻效應？什么是巨磁阻效應？磁阻效應：物質(zhì)在磁場中電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象。巨磁阻效應：指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。32、常用的氣敏傳感器又哪些種類？各自的原理是什么？半導體氣敏傳感器（電阻型和非電阻型）半導體氣敏傳感器是利用半導體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導體性質(zhì)變化來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度非電阻式半導體氣敏傳感器是利用氣敏吸附和反應時引起的PN結(jié)或場效應管功能參數(shù)變化來實現(xiàn)氣體檢測的。 接觸燃燒性氣敏傳感器 氣敏材料(如Pt電熱絲等)在

22、通電狀態(tài)下，可燃氣體與空氣中的氧在Pt電熱絲上產(chǎn)生無焰接觸燃燒，是的敏感元件的Pt電熱絲溫度上高，電阻值增大。電化學氣敏傳感器（恒電位電解式和伽伐尼電池式） 33、分析圖1、圖2所示電路工作原理 圖1 圖2圖一選用負溫系數(shù)熱敏電阻，常溫下阻值為10k。（實際測量：40 時為7.5k,60 時為3.9k）圖二選用正溫系數(shù)熱敏電阻，常溫下阻值為3.3k。（實際測量：40 時為3.9k,60 時為7.5k）34、分析圖3、圖4所示電路工作原理 圖3 光敏二極管應用電路分析 有光照時，T1、T2導通， 繼電器線圈帶電，常閉觸 點斷開，燈不亮。 光線較暗時，T1、T2截止， 繼電器線圈失電，常 閉觸點閉

23、合，燈亮。 圖4紅外熱釋電傳感器人體感應報警電路具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關。35、使用一只0.2級、量程為10V的電壓表，測得某一電壓為5.0V，試求次測量值可能出現(xiàn)的絕對誤差和相對誤差的最大值。多少多少級說得是檢測的引用誤差,根據(jù)定義絕對誤差=量程*等級,所以絕對誤差=0.2*10=2V,所以說可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為2V.相對誤差=（測量值-真實值）/真實值,所以相對誤差=2/5=0.436、已知某一被測電壓約為10V，現(xiàn)有如下兩塊電壓表（1）150V，0.5級；（2）15V，2.5級。問選擇哪一塊表測量誤差較??？如果是指針式的電壓表就選15V的,盡管精度低,但是讀數(shù)誤差小.150V的盡管精度高,但讀數(shù)誤差大,10V時表針只偏轉(zhuǎn)了一點點,難以觀察準確.37、如圖5為光敏檢測電路，設計目標是有障礙物擋在D1和光敏三極管D2之間時，LED點亮，無障礙物時LED滅。但在電路調(diào)試中發(fā)現(xiàn)LED常亮，經(jīng)檢查： (1)D1的發(fā)射強度不夠，經(jīng)查資料后發(fā)現(xiàn)，D1導通電壓為2