传感器原理复习提纲及详细知识点(2016)

传感器原理复习提纲第一章绪论1.检测系统的组成。

2.传感器的定义及组成。

3.传感器的分类。

4.什么是传感器的静态特性和动态特性。

5.列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义。

x 输入量，y 输出量，a 0零点输出，a 1理论灵敏度，a 2非线性项系数灵敏度传感器在稳态下，输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。

表征传感器对输入量变化的反应能力线性传感器 非线性传感器迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。

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 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。

线性度传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。

4种典型特性曲线非线性误差%100max⨯∆±=FSL Y L γ，ΔLmax ——最大非线性绝对误差，YFS ——满量程输出值。

直线拟合线性化：出发点→获得最小的非线性误差（最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小。

） 例 用最小二乘法求拟合直线。

设拟合直线y=kx+b 残差△i=yi-（kxi+b ）分别对k 和b 求一阶导数，并令其 =0，可求出b 和kk y x=∆∆%1002max⨯∆=FSH Y H γ最小∑=∆ni i 12将k 和b 代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值Lmax 即为非线性误差。

重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时， 所得特性曲线不一致的程度。

重复性误差属于随机误差，常用标准 差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即 或零点漂移 传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值，即为零点漂移。

零漂＝，式中ΔY0——最大零点偏差；Y FS ——满量程输出。

温度漂移 温度变化时，传感器输出量的偏移程度。

一般以温度变化1度，输出最大偏差与满量程的百分比表示，即温漂＝Δmax ——输出最大偏差；ΔT ——温度变化值；YFS ——满量程输出。

6. 一阶特性的指标及相关计算。

一阶系统微分方程 τ：时间常数，k=1静态灵敏度 拉氏变换 )()()1(s X s Y s =+τ传递函数 s s X s Y s H τ+==11)()()( 频率响应函数ωτωωωj j X j Y j H +==11)()()( 误差部分7. 测量误差的相关概念及分类。

相关概念 （1）等精度测量（2）非等精度测量（3）真值（4）实际值（5）标称值（6）示值（7）测量误差 分类 系统误差 随机误差 粗大误差绝对误差-修正值相对误差——最大允许误差 （看例题）（1）正态分布（2）随机误差的评价指标 （3）测量的极限误差其标准差为σ，如果其中某一项残差，则该项为坏值8. 绝对误差，相对误差的概念及计算。

%100)3~2(⨯±=FSR Y σγ%1002max⨯∆±=FSR Y Rγkx y dt dy=+τ9.随机误差的评价指标和极限误差。

10.系统误差的发现，系统误差的减弱和消除方法。

加以修正。

2）实验对比法：实验对比法是改变产生系统误差的条件进行不同条件的测量，以发现系统误差，这种方法适用于发现恒定系统误差。

3）残余误差观察法：根据测量列的各个残余误差的大小和符号变化规律，直接由误差数据或误差曲线图形来判断有无系统误差，这种方法主要适用于发现有规律变化的系统误差。

4）残余误差校核法①用于发现累进性系统误差——马利科夫准则②用于发现周期性系统误差——阿卑-赫梅特准则5）计算数据比较法：对同一量进行多组测量，得到很多数据，通过多组计算数据比较，若不存在系统误差，其比较结果应满足随机误差条件，否则可认为存在系统误差。

任意两组结果之间不存在系统误差的标志是削弱/消除1）从产生误差源上消除系统误差：从生产误差源上消除误差是最根本的方法，它要求在产品设计阶段从硬件和软件方面采取必要的补偿措施和修正措施，或者采取合适的使用方法将误差从产生根源上加以消除。

2）引入修正值法知道修正值后，将测量结果的指示值加上修正值，就可得到被测量的实际值。

智能传感器更容易采用该方法。

3）零位式测量法4）这种方法是标准量与被测量相比较的测量方法，其优点是测量误差主要取决于参加比较的标准器具的误差，而标准器具的误差可以做的很小。

这种方法要求检测系统有足够的灵敏度，如自动平衡显示仪表。

5)补偿法6)对照法11.粗大误差的判定及处理。

第二章电阻式传感器原理与应用1.电阻式传感器的基本原理。

2.金属的应变效应：金属丝(导体)在外界力作用下产生机械变形（伸长或缩短）时,其电阻值相应发生变化3.应变片的横向效应。

4.应变片的温度误差产生的原因及其补偿方法。

优点：容易加工，成本低，缺点：只适用特定试件材料，温度补偿围也较窄。

使温度变化时产生的电阻变化满足t2t 1)()(R R ∆∆-=)()(//111222112221ββαββα-+-+-=∆∆-=g g t t K K R R R R R R通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度自补偿，可达±0.45μm/℃的高精度线路补偿法电桥补偿法0143()B U A R R R R =-01143[()()]0t B Bt U A R R R R R R =+∆-+∆=011143[()()]0t B Bt U A R R R R R R R =+∆+∆-+∆=11R R K ε∆=优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。

热敏电阻5. 应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。

原因 因为电桥的输出无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。

措施采用半桥差动电桥全桥差动电路][4433332211110R R R R R R R R R R R R U U ∆++∆-∆--∆-+∆+∆+=][4332211110R R R R R R R R R U U +--+++=∆∆∆RRUU ∆=06.单臂电桥，半桥差动电桥和全桥差动电桥测量电路及输出电压的推导，得出结论。

（计算）7.半导体的压阻效应。

8.金属应变片与半导体应变片在工作机理上有何异同?第三章变电抗式传感器原理与应用电感式传感器1.有哪三种自感式传感器？变气隙式自感传感器、变面积式自感传感器、螺线管式自感传感器2.自感式传感器的测量电路（看图分析测量电路）。

电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。

开路时，桥路输出电压：1212212221Z Z Z Z U U U Z Z Z U o+-⋅=-+= 当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z 时有， 电桥平衡。

当传感器衔铁上移时， Z1=Z+ΔZ ，Z2=Z-ΔZZZ U Z Z Z Z Z Z Z Z U Z Z Z Z U U o ∆⋅-=∆++∆-∆+-∆-⋅+-⋅=2)()()()(221212 ＝当传感器衔铁下移时， Z1=Z-ΔZ ，Z2=Z+ΔZZ Z U U o∆⋅=2由于U 是交流电压，输出指示无法判断位移方向，后续电路中配置相敏检波电路来解决。

衔铁偏离中间位置而使Z1=Z+ΔZ 增加，则Z2=Z-ΔZ 减少。

当电源u 上端为正，下端为负时，R1上的压降大于R2上的压降；电压表输出上端为负，下端为正。

当电源u 上端为负，下端为正时，R2上压降则大于R1上的压降，电压表输出上端为正，下端为负。

非相敏整流和相敏整流电路输出电压比较 (a) 非相敏整流电路；（b ） 相敏整流电路使用相敏整流，输出电压U0不仅能反映衔铁位移的大小和方向，而且还消除零点残余电压的影响。

工作原理：传感器电感L 与电容C 、 变压器原边串联在一起， 接入交流电源，变压器副边将有电压输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感L 而变化。

谐振式调幅电路，L 0:谐振点的电感值 特点：敏感度高，非线性差3. 差动变压器的零点残余电压及其减小此电压的方法。

产生原因（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。

=o U4.差动整流电路和相敏检波电路原理及其作用。

（看图进行电路的推导和说明）差动整流电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出。

全波差动整流电路U0=U dc+U gh=U gh-U cd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。

图中调制电压er和es同频，经过移相器使er和es保持同相或反相，且满足er>>es，调节电位器R可调平衡。

图中电阻R1=R2=R0，电容C1=C2=C0，输出电压为U CD。

电路工作原理：（1）当差动变压器铁芯在中间位置时，es=0，只有er 起作用。

设此时er为正半周，即A为“+”，B为“－”，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es>>er，故er 正半周时D1、D2仍导通，D3、D4截止，但D1回路总电势为er+es/2，而D2回路为er－es/2，故回路电流i1>i2，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同路总电势为er－es/2，D4回路总电势为er+es/2，所以回路电流i4>i3，故输出电压UCD＝R0(i4-i3)>0因此，铁芯上移电压输出型全波整流电路5.比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同之处。

6.什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。

定义 根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中切割磁力线运动时，通过导体的磁通将发生变化，产生感应电动势，该电动势在导体表面形成电流并自行闭合，状似水中的涡流，称为电涡流。

高频反射式涡流传感器 低频透射式涡流传感器基本结构工作原理 一个通以交变电流的传感器线圈，由于电流的存在，线圈周围就产生一个交变磁场H1。

若被测导体置于该磁场围，导体便产生电涡流，也将产生一个新磁场H2 , H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1,从而导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。