传感器应用全章基本知识点

第一章检测与传感技术基础
检测系统由传感器、测量电路、显示记录装置组成。

根据测量手段分：直接测量、间接测量、组合测量
测量方式：偏差式测量（指针式万用表）、零位式测量（天平）、微差式测量（电子称）。

测量系统由被测对象、传感器、变送器、传输通道、信号处理环节、显示装置
测量误差的表示方法：绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差
测量误差的性质：随机误差、系统误差、粗大误差
传感器的组成：敏感元件、转换元件、信号调理转换开关
传感器的静态特性：灵敏度（大）、迟滞（小）、线性度（小）、重复性（小）、精度（大）、漂移（小）
灵敏度：输出量Y与引起输出增量Y的相应输入量增量X之比
线性度：输出与输入之间数量关系的线性程度（拟合直线）
迟滞：传感器在输入量由小到大级输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象
第二章应变式传感器
金属电阻应变片由基片、敏感栅（核心，有丝式和箔式）、覆盖层、引线组成。

康铜是广泛应用材料（热电偶也用）。

电阻应变片的温度补偿方法：线路补偿（电桥补偿）和自补偿（不容易实现）。

为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥。

第三章电容式传感器
电容式传感器可分为变极距型、变面积型、变介电常数型。

电容式传感器测量电路：调频电路（电容转频率通过鉴频器转电压）、运算放大器（电容转电压）、二极管双T型交流电桥（电容转电压）、环形二极管充放电、脉冲宽度调制电路（电容转电压）
第四章电感式传感器
变磁阻式传感器（自感型）可分为变气隙型电感式传感器（常用）和变面积型电感式传感器。

为了提高灵敏度采用差动式电感传感器。

电涡流传感器分为高频反射式和低频透射式，测量电路有调频式和调幅式
第五章压电式传感器
压电材料有压电晶体、压电陶瓷、有机压电材料
居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度。

X轴电轴纵向y轴机械轴横向产生压电效应z轴光轴不产生。

原始的压电陶瓷不具有压电性质，必须要有外加电场和压力（极化方向）的共同作用。

目前常用锆钛酸铅PZT。

压电测量放大电路有：电荷放大器（并联）和电压放大器（串联）。

第六章磁电式传感器
磁电式传感器可分为恒磁通和变磁通。

12霍尔电极绿色或黄色，34激励电极红色。

锑化铟制成的霍尔元件灵敏度最高。

不等位电势：霍尔元件在额定激励电流作用下，若元件不加外磁场，输出地霍尔电势的理想值应为零，但实际不等于零。

电极安装不对称，材料电阻率不均衡，激励电流不均衡分布。

预防：并联电位器。

第七章光电式传感器
光的波长越短，频率越高。

外光电效应：光电管和光电倍增管。

内光电效应：光敏电阻（光电导效应）；光电池、光敏二极管、光敏晶体管（光生伏特效应）。

光电管有真空和充气两类，光线射到阴极。

光电倍增光两个相邻倍增极之间的电位差为50-100V，光电管增级数一般为9到11个。

光敏电阻，为了提高灵敏度，电极采用梳妆图案。

暗电阻，没光照，电阻大；亮电阻，有光照，电阻小；光电流是亮与暗的差
硫化铅光敏电阻响应在近红外和中红外区，常用作火焰探测器的探头。

硫化镉用作照度计探头。

光敏电阻不适宜测量线性，常用作开关式光电信号的传感元件。

光敏二极管工作在反向工作状态。

光敏晶体管具有放大作用。

达林顿光敏管基极悬空，发射极面积大，透光，低电位，集电极接高电位。

光电耦合器件是由发光元件（砷化镓发光二极管）和光电接收元件合并使用，不属于光电器件，是组合类。

实际上是电隔离转换器。

第八章超声波传感器
超声波具有聚束，定向，反射，投射等特性。

声波<超声波<微波
由一种介质到另一种介质传播在介质表面发生反射，折射，波型转换等现象
纵波固液气，横波固，表面波固体表面
传播速度与介质密度和弹性特性有关
横波传播速度是纵波的一半，表面波是横波的90%，气体中纵波声速是344m/s
声阻抗相同时投射，不同时全反射
超声波传感器的原理：超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。

超声波传感器由发送器和接收器组成。

利用压电效应原理制成，发送器是利用逆压电效应。

电能转换为机械能。

若液体中有气泡或液面发生波动将会产生正负0.1%的测量误差。

第九章半导体传感器
气敏传感器是用来检测气体类别，浓度，成分的传感器
半导体传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质的变化来检测气体的。

气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。

需加热到稳定状态。

氧气是氧化性气体，氢气，一氧化碳是还原性气体。

当氧化性气体吸附到N型半导体上，还原性吸附到P型，使载流子减少，电阻值增大。

当还原性气体吸附到N型半导体上，氧化性吸附到P上，是使载流子增多，电阻值减小。

气敏传感器由敏感元件，加热器，外壳组成。

制陶工艺烧结制成。

二氧化砷气敏特性最好。

加热器作用：将附着在敏感元件表面的尘埃，油污等烧掉，加速气体的吸附，提高灵敏度和响应速度。

温度控制在200到400度。

加热方式有直热式和旁热式，国产QN是直热式，国产QM-N5是旁热式。

湿度通常采用绝对湿度和相对湿度表示。

实际中多用相对湿度。

第十章辐射式传感器（红外线传感器）
红外辐射的物理性质是热辐射
空气中对称的双原子气体如氮气、氧气、氢气等不吸收红外线，大气窗口是“2，2.6.3,5.8,14。

”红外传感器的核心是红外探测器。

可分为热探测器和光子探测器。

热探测器利用红外辐射的热效应。

优点响应波段宽，常温下工作。

旗下热释电传感器的探测率最高。

光子探测器利用光子效应，探测波段窄，低温下工作。

第十一章微波传感器
微波介于红外线和无线电波之间。

特点是：易于反射、绕射能力差、水对微波的吸收作用最强。

微波传感器可分为反射式和遮断式。

通常由微波发射器，微波天线，微波检测器3部分组成。

热电偶是将温度转化为电势电压，测温原理基于热电效应：将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，当两个触点温度T和T0不同时，则在该闭合回路中产生电动势。

热电势有温差电势和接触电势。

接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。

温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。

接触电势比温差电势大。

热电偶的基本定律：均质导体定律（与尺寸大小、形状无关）、中间导体定律（第三种导体温度一样物影响）、中间温度定律（是参考端温度计算修正法的理论依据）。

热电偶最常用的材料是：康铜（应变材料也用）。

对热电偶冷端温度进行处理方法有：冷端0℃恒温法（冰浴法）、补偿导线法、补偿电桥法、冷端温度修正法。

测量两点温差：反向串联。

测量平均温度：正向串联和并联。

测几点之和：正向串联和并联。

热电阻传感器是将温度转化为电阻值
金属热电阻称为热电阻，半导体热电阻称为热敏电阻
常用的是铂热电阻和铜热电阻。

铂稳定性好、测温范围大。

铜的温度系数高，测温范围小，不适宜在腐蚀性和高温下工作。

热电阻结构采用“双线无感绕法”。

二线制精度不高，三线制工业常用，四线制用于高精度温度测量。

半导体材料的电阻率温度系数是金属的10到100倍。

热敏电阻按温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）正温度（PTC）。

临界负温度系数热敏电阻简称CTR，是一种开关型NTC。

光线传感器易于恶劣环境中使用，不受电磁干扰。

纤芯（石英玻璃）、包层（石英玻璃）、保护层（尼龙材料）。

纤芯折射率大于包层折射率。

光纤的传光原理：光的全内反射。

在用途上非功能型要更多于供能型。

光纤传感器组成：光源、光探测器、光纤、敏感元件、信号处理系统。