傳感器復(fù)習(xí)重點(diǎn)(精心整理)

1、傳感器原理及其應(yīng)用第一章傳感器的一般特性1）信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。2）傳感器又稱變換器、探測(cè)器或檢測(cè)器，是獲取信息的工具廣義：傳感器是一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào) 輸出的器件和裝置。狹義：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）：定義：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信 號(hào)的器件或裝置。3）傳感器的組成：敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)或電量?；巨D(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入

2、基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸 出。4）傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)（1）靈敏度定義：傳感器輸出量的變化值與相應(yīng)的被測(cè)量（輸入量）的變化值之比傳感器輸出曲線的斜率就是其靈敏度。純線性傳感器靈敏度為常數(shù)，與輸入量大小無(wú)關(guān)：非線性傳感器靈敏度與x有關(guān)。（2）線性度定義:傳感器的輸入-輸出校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線之間的最大偏離與傳感器滿量程輸出 之比，稱為傳感器的“非線性誤差”或“線性度”線性度又可分為：絕對(duì)線性度：為傳感器的實(shí)際平均輸出特性曲線與理論直線的最大偏差。端基線性度：傳感器實(shí)際平均輸出特性曲線對(duì)端基直線的最大偏差。端基直線定義：實(shí)際平均輸出特性首、末兩端點(diǎn)的連線。零基線性度：傳感器

3、實(shí)際平均輸出特性曲線對(duì)零基直線的最大偏差。獨(dú)立線性度：以最佳直線作為參考直線的線性度。最小二乘線性度：用最小二乘法求得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的理論直線。（3）遲滯定義：對(duì)某一輸入量，傳感器在正行程時(shí)的輸出量不同于其在反行程時(shí)的輸出量，這 一現(xiàn)象稱為遲滯。即：傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合稱為遲滯。遲滯特性也“刃廈吁程的的遲滯特性也“刃廈吁程的的t重3!性懾差。（4）重復(fù)性定義：在相同工作條件下，在一段短的時(shí)間間隔內(nèi)，同一輸入量值多次測(cè)量所得的輸出之間相互偏離的程度。（5）穩(wěn)定性 穩(wěn)定性有兩個(gè)指標(biāo)：測(cè)量傳感器輸出值在一段時(shí)間中的變化，以穩(wěn)定度表示；傳感器外部環(huán)境和工作條件變化

4、引起輸出值的不穩(wěn)定，用影響量表示。 在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，有時(shí)稱為長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移。第二章 電阻應(yīng)變式傳感器及應(yīng)用1）金屬電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的電阻隨著它所受的機(jī)械形變 （拉伸或壓縮） 而發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象成為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。2）單根導(dǎo)電絲的靈敏系數(shù)k = 1 + 2 卩 +兀 E0 物理意義：?jiǎn)挝粦?yīng)變引起的電阻相對(duì)變化。K0 由兩部分組成：前一部分（1+2Q：由材料的幾何尺寸變化引起，一般金屬尸0.3,因此（1+2Q -1.6；Ap / p后一部分：電阻率隨應(yīng)變而引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）Al /l金屬材料以前者為主，半導(dǎo)體以后者為主。

5、半導(dǎo)體靈敏度要比金屬大50100倍。 3：金屬電阻應(yīng)變計(jì)的的靈敏度系數(shù) AR = K R式中： K 為靈敏度系數(shù)4）應(yīng)變計(jì)的靈敏度K恒小于金屬線材的靈敏度的原因：（ 1）粘合劑、基底傳遞衰減;（2）存在橫向效應(yīng)。5：金屬電阻應(yīng)變計(jì)的其他特性參數(shù)（1： 應(yīng)變極限：粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)所能測(cè)量的最大應(yīng)變值。（ 2：零漂和蠕變： 零漂：恒定溫度下，粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)，在不承受載荷的條件下，電阻隨時(shí)間 變化的特性稱為應(yīng)變計(jì)的零漂。蠕變：力不變，時(shí)間變化，輸出變化。6：電橋補(bǔ)償法 常用且效果較好的溫度補(bǔ)償法工作應(yīng)變片貼在試件上，補(bǔ)償片貼在相同材料的補(bǔ)償件上，補(bǔ)償件不受力，并接入電 橋相鄰臂。補(bǔ)償件與被

6、測(cè)件處于完全相同的溫度場(chǎng)內(nèi)。工作片、補(bǔ)償片貼在同一試件上，但補(bǔ)償片不受力作用。工作片、補(bǔ)償片貼在同一試件上，但兩者感受的應(yīng)變符號(hào)相反。7）電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路一）直流電橋的特性方程及平衡條件U = U = U U = U ab a bRR R R1 42 3(R + R ) (R + R )1234平衡時(shí)有RR -RR二0，稱為直流電橋平衡條件。1 42 3二）直流電橋的電壓靈敏度AR根據(jù)橋臂上應(yīng)變片布置情況，全等臂直流電橋又分為單臂、雙臂、全橋情況AR單臂電橋：USCU A RTR雙臂電橋：UARUscTR全臂電橋：sc靈敏度比較：全橋靈敏度最高；雙臂工作的差動(dòng)電橋靈敏度次之；單臂電橋靈

7、敏度最低 。8）應(yīng)變式傳感器應(yīng)用1、柱（筒）式力傳感器如何粘貼應(yīng)變計(jì)？一般將應(yīng)變計(jì)對(duì)稱地貼在應(yīng)力均勻的圓柱表面的中間部分橫向粘貼的應(yīng)變計(jì)作用：溫度補(bǔ)償，提高靈敏度2、 懸臂梁式傳感器c 6 Fl8 =E bh 2 E應(yīng)變片橋路連接方法:2應(yīng)變片橋路連接方法:2應(yīng)變片橋路連接信號(hào)輸出：U 二U AR二Uk8sc R9）例題：一臺(tái)采用等強(qiáng)度梁的電子稱，在梁的上下兩面各貼有兩片電阻應(yīng)變片，做成稱重 傳感器。已知：L=100mm, b0=11mm, h=3mm, E=2.1 X 104N/mm2, K=2,接入直流四臂差 動(dòng)電橋，供橋電壓 6V。求(1)其電壓靈敏度(Ku=UO/F)。(2)當(dāng)稱重0.

8、5kg時(shí)，電橋的輸出電壓U0為多大?P =P =解：等強(qiáng)度梁受力F時(shí)的應(yīng)變?yōu)閔 2 b E0當(dāng)上下各貼兩片應(yīng)變片，并接入四臂差動(dòng)電橋中時(shí)，其輸出電壓：U =匕 K4 = KU 6Fl04i h2b E則其電壓靈敏度為“Uo“）小06x100 x6K o - K1 2 xFh2bE32 x11x 2.1X104=3.463x10-3 (V/N)=3.463(mV/N)當(dāng)稱重 F=0.5kg=0.5x9.8N=4.9N時(shí)，輸出電壓為U =K F=3.463x4.9=16.97(mV)10)例題：以阻值R=120Q，靈敏度系數(shù)K=2.0的電阻應(yīng)變片與阻值120Q的固定電阻組成 電橋，供橋電壓為3V,

9、并假定負(fù)載電阻為無(wú)窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?憾和2000陸時(shí)，分 別求出單臂、雙臂和全臂差動(dòng)電橋的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。解：依題意三差動(dòng):= kE=-x2-0 x差動(dòng):= kE=-x2-0 x =2 2（7=2 Uf）靈敏度:L/4=1.5xW-45（r/fff）=（單臂靈敏度:Gtq / 2=3x10 （P / 嚴(yán)）差動(dòng)可見，差動(dòng)工作時(shí)，傳感器及其測(cè)量的靈敏度加倍。第三章電感式傳感器及其應(yīng)用電感式傳感器是以電和磁為媒介，利用電磁感應(yīng)原理，利用磁路磁阻變化引起傳感器線圈 的電感(自感L或互感M)變化來(lái)檢測(cè)非電量的機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。分類： 電感式： L變化差動(dòng)變壓器式：M變化電渦流式：L

10、、M變化2）自感式傳感器改善非線性：-3 (高頻情況)，Uim/Uam 1，實(shí)際接近理想，0 定，3越高， 高頻響應(yīng)越好分析對(duì)比電壓放大器和電荷放大器的電路特點(diǎn)，指出電荷放大器的最主要優(yōu)點(diǎn)？答: (1)電壓放大器：電路簡(jiǎn)單、元件少、體積??；電路可靠、價(jià)格低；電纜長(zhǎng)度有限(1.2m),不能更換；(2)電荷放大器電荷放大器輸出與電纜電容無(wú)關(guān)(電纜長(zhǎng)達(dá)1km,電纜可更換)第7章 熱電式傳感器及其應(yīng)用兩種不同的導(dǎo)體A和B串接成圖示閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸端存在溫差TT0時(shí)，回路 中就有電流產(chǎn)生，即回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。結(jié)論(4點(diǎn))：(1)熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有

11、關(guān)；與熱電偶的 長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)。(2)只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì) 產(chǎn)生熱電勢(shì)。 3)只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn) 生。(4)導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。這就是利用熱電偶測(cè) 溫的原理。熱電偶基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律：兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶的電勢(shì)大小只與熱電極材料和溫度有關(guān)。中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C,只要中間導(dǎo)體的兩 端溫度相同，熱電偶回路總電動(dòng)勢(shì)不受中間導(dǎo)體接入的影響。 連接導(dǎo)體定律E(T,T ,T) = E (T,T) + E(T ,T)ABABn 0AB nAB n

12、0 中間溫度定律 E (T,T ,T ) = E (T,T ) + E (T ,T )ABn 0ABnAB n 0熱電偶溫度補(bǔ)償 方法，測(cè)量出熱電偶自由端的溫度T嚴(yán)由熱電偶分度表査 E（TnRO） f Egfre尸 EWlVrj + E（TnRfl） f 再由熱電 偶分度表査出被測(cè)介質(zhì)的真實(shí)溫度口例：用K型（銀輅一銀硅）熱電偶測(cè)爐溫，參考端溫度匚= 歸D 由熱電偶分度表查得EAB（30TCt O1C） = 1.203m Vt若測(cè) 潯Eg 30 V：） = 28.344mV,則可得E fT.O尸 E衛(wèi)（T，30十 EpGOTC）=2S.344mV+1.203m V =29.547mV.再查分度表

13、可知T=710C.5）補(bǔ)正系數(shù)修正法：把參考端實(shí)際溫度瞪乘上系數(shù)初加到由E（Tt FJ査 分度表所得的溫度上,成為被測(cè)溫度罠T =T + kTn氐為熱電偶的修正糸數(shù).見表對(duì)上例，參考端在室溫環(huán)境丁尸30TC中，儀表測(cè)得的熱電勢(shì) 為30C）=28.344mVf查此熱電偶分度表知，溫度 T?=68ir f冷端溫JgTn=309,查表k =則真實(shí)溫度T=681+l X30=711（r）6）題目用S型熱電偶測(cè)量某一溫度+若參考端溫度To=30C,測(cè)得的熱電勢(shì)E（TJTn）=7.5mV,求測(cè)量端實(shí)際溫度T解：E（T.T = E（T7T + EnT在Eg 坊）中TK=3OCt 打=OP 查分度表有E （3

14、0t 0） =0.173 mV E （T, Tj = 7.5mVE （ T = E （. T30）+ （30:0） = 7.5 + 0.173 = 1.613mV 反查分度表有-T=830Vt測(cè)量端實(shí)際溫度為830U第8章光電式傳感器及其應(yīng)用1）光電傳感器:將光信號(hào)（紅外、可見光及紫外光）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。2）外光電效應(yīng)：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件：光電管、光電倍增管、光電攝像管等3）內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)光照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。 常見器件：光敏電阻4）光生伏特效應(yīng)：在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象

15、。常見器件：光敏二極管、三極管、光電池等。第十章磁敏傳感器及其應(yīng)用1）霍爾電勢(shì)：U 二VBWH2）霍爾系數(shù)RH2）霍爾系數(shù)RH和霍爾靈敏度KH,那么：廣U3）為什么霍爾組件用半導(dǎo)體薄片制成?根據(jù)Kr減少厚度可以提高靈敏度根據(jù)Kr減少厚度可以提高靈敏度根據(jù)R二pa ,p和卩都大的材料適合制造霍爾組件（獲得較大的霍爾電壓）。金屬導(dǎo)體 H的載流子遷移率很大，但電阻率低（或自由電子濃度n大）；絕緣體電阻率很高，但載流子遷 移率低。因此，金屬導(dǎo)體和絕緣體均不能成作霍爾組件材料，只有半導(dǎo)體可以作為霍爾組件 的材料4）不等位電勢(shì)和不等位電阻產(chǎn)生原因：霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上；材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。5）霍爾組件的測(cè)量誤差的主要來(lái)自于溫度誤差和零位誤差 第11章 氣體傳感器及其應(yīng)用如何提高半導(dǎo)體氣敏傳感器的氣敏選擇性？改變傳感器的外在使用條件和材料的物理及化學(xué)性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。改變氧化物傳感器的工作溫度使用過(guò)濾膜，同時(shí)選擇適合的催化劑部分重要題目：1）圖示低頻透射式渦流厚度傳感器，在被測(cè)金屬的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈L1,在被測(cè)金 屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈L2,簡(jiǎn)述其