(精品word)传感器原理复习提纲及详细知识点(2016)(DOC)(良心出品必属精品)

传感器原理复习提纲
第一章绪论
1.检测系统的组成。

传感器测量电路输出单元
把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置。

把传感器输出的变量变换成电压
或电流信号，使之能在输出单元的
指示仪上指示或记录仪上记录；或
者能够作为控制系统的检测或反
馈信号。

指示仪、记录仪、累
加器、报警器、数据
处理电路等。

2.传感器的定义及组成。

定义能感受被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

组成
敏感元件转换元件转换电路
直接感受被测量，并输出
与被测量成确定关系的物
理量。

敏感元件的输出就是它的
输入，抟换成电路参量。

上述电路参数接入基本转
换电路，便可转换成电量
输出。

3.传感器的分类。

工作机理物理型、化学型、生物型
构成原理结构型（物理学中场的定律）、物性型:物质定律能量转换能量控制型、能量转换型
物理原理电参量式传感器、磁电传感器、压电式传感器
用途位移、压力、振动、温度
4. 什么是传感器的静态特性和动态特性。

静特性 输入量为常量，或变化极慢 动特性
输入量随时间较快地变化时
5. 列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义。

230123n n y a a x a x a x a x =++++
+
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
k y x =∆∆%1002max
⨯∆=FS H
Y H γ
非线性误差%
100max
⨯∆±=FS
L Y L γ，ΔLmax ——最大非线性绝对误差，Y FS ——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k
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＝0
100%
FS Y Y ∆⨯，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＝max
100%
FS Y T ∆⨯∆Δmax ——输出最大偏差；
最小
∑=∆n
i i 1
2
%
100)3~2(⨯±
=FS
R Y σ
γ%
1002max ⨯∆±
=FS
R Y R γ
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 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 ωτ
ωωωj 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3d V σ>，则该项为坏值
8. 绝对误差，相对误差的概念及计算。

绝对误差
1.绝对误差是示值与被测量真值之间的差值，是一个有大小、有正负、有单位的量。

1.实际绝对误差△x=x-A 0
2.在实际中用精度高一级的示值代替真值A 0，，即实际值A 代替真值A 0。

3.修正值C= —Δx
相对误差
相对误差是绝对误差与被测量的约定值之比。

1.实际相对误差
kx
y dt dy
=+τ
∆x %
100⨯∆=A
x
A γ
2.示值相对误差
3.满度（引用）相对误差
4.最大允许误差 ，仪表最大满度误差不许超过准确度等级的百分数
5.示值相对误差γx
与准确度等级a 的关系 ，被测量的值应大于其测量上限的2/3。

9. 随机误差的评价指标和极限误差。

评价指标
正态分布曲线的算术平均值和均方根误差 算术平均值
121n
n i i x x x x x n n =++⋯+==∑
标准差 单次测量
残差代替随机误差：
贝塞尔公式 算术平均值测量 计算
单次测量
随机误差在－δ至＋δ范围内概率为： δ
π
σδπ
σδδ
σδδ
δ
σδd e
d e
P ⎰
⎰
-
+--
=
=
±0
222
2
2
2
22
21)(经变换 ，上式变为 2
2
2()2()
2t t
P e dt t δπ
-±=
=Φ⎰
算术平均值
被测量的算术平均值与真值之差
当多个测量列算术平均值误差为正态分
布时，得到测量列算术平均值的极限误差表达式为
式中的t 为置信系数， 为算术平均值的标准差。

10. 系统误差的发现，系统误差的减弱和消除方法。

发现
1）理论分析及计算：因测量原理或使用方法不当引入系统误差时，可以通过理论分析和计算的方法加以修正。

%
100⨯∆=n
n x x
r 100%%
m nm
n x a x γ∆=⨯≤x x a n x %≤γ2222
1
12n
i n
i n
n
δδδδσ=++⋯+==
∑x
n
σσ=1
11
2222
21
-=
-+⋯++=
∑=n v
n v
v v n
i i
n
σ0
x x A δ=-lim x
x t δσ
=±x
σ
lim
3x
x δσ=±1
21
2
22=⎰+∞
∞
--
δπ
σσδd e
t δ
σ
=
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。

22
2
i j i j
x xσσ
-<+
5)补偿法
6)对照法
11. 粗大误差的判定及处理。

判别粗大误差最常用的统计判别法：
如果对被测量进行多次重复等精度测量的测量数据为x1，x2，...，xd, (x)
其标准差为σ，如果其中某一项残差vd 大于三倍标准差，即
则认为vd 为粗大误差，与其对应的测量数据xd 是坏值，应从测量列测量数据中删除。

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。

电阻式传感器是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经过测量电路实现测量结果的输出。

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。

敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成 直线段：沿轴向拉应变εx ，电阻↑
圆弧段：沿轴向压应度εy ，电阻↓ K ↓(箔式应变片)
4. 应变片的温度误差产生的原因及其补偿方法。

3d V σ>
电阻
被测量
电阻变化
t
R R T ∆=∆αα0R R
产生原因
（1）敏感栅电
阻值
（2）线膨胀系数不匹配
由于温度变化而引起的总电阻变化为 相应的虚假应变输出为
补偿方法
自补偿法
单丝自补偿法(选择式自补偿)
组合式自补偿法（双金属敏感栅自补偿）
实现温度补偿的条件为
当被测试件的线膨胀系数βg 已知时，通过选择敏感栅材料，使 成立。

优点：容易加工，成本低， 缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。

敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成选用两
者具有不同符号的电阻温度系数，调整R1和R2的比例，使温度变化时产生的电阻变化满足
t
2t 1)()(R R ∆∆-=
)
()(//111222112221
ββαββα-+-+-=∆∆-=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
t
K R R s g T ∆-=∆)(00βββ000()T T T g s R R R R T R K T
αβαββ∆=∆+∆=∆+-∆T
K T K R R s g T
T ∆-+∆=∆=)()(
00ββαε0)(0
=∆-+∆=t K t
s g t ββαε)
(0s g K ββα--=
电桥补偿法
0143()
B U A R R R R =-
01143[()()]0
t 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
R1＝R2＝R3＝R4=R ，ΔR1＝ΔR2=ΔR 全桥差动电路
]
[
4
4333322111
10R R R R R R R R R R R R U U ∆++∆-∆--∆-+∆+∆+=
输出电压为： R
U U ∆0＝
]
[
4
3322111
10R R R R R R R R R U U +--+++=∆∆∆R
R
U
U ∆=0
输出电压为：
严格的线性关系
电桥灵敏度比单臂时提高一倍温度补偿作用消除非线性误差；
具有温度补偿作用；
提高电压灵敏度（为单片的4倍）。

6.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）
单臂电桥电桥平衡时，检流计所在支路电流为零，则有：
（1）流过R1和R4的电流相同（记作I1），流过R2和R3的电流相同（记作I2）；（2）B，D两点电位相等，即U B=U D。

因而有 I1R1=I2R3
7.半导体的压阻效应。

定义单晶半导体材料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率发生很大变化的现象
8.金属应变片与半导体应变片在工作机理上有何异同?
金属应变片半导体应变片
异基于应变效应基于压阻效应
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）。

调幅电路 相敏检波电路 谐振式调幅电路
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：
1
21
2
212221Z 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-ΔZ
Z
Z 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+ΔZ
Z
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
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
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
=o U
电路中配置相敏检波电路
来解决。

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。

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。

（2）由于铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。

（3）励磁电压波形中含有高次谐波。

危害（1）使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨力的提高。

（2）零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱
和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。

减小措施（1）提高框架和线圈的对称性，特别是两个二次线圈对称。

（2）采用适当的测量电路，一般可采用在放大电路前加相敏整流器。

（3）在电路上进行补偿，使零点残余电压最小，接近于零。

线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容等。

4.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）差动整流电路相敏检波电路
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回路内总电势为
电压输出型全波整流电路
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。

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同路内总电势为er－es/2，D4回路内总电势为er+es/2，所以回路电流i4>i3，故输出电压UCD＝R0(i4-i3)>0因此，铁芯上移时，输出电压UCD>0。

（3）当铁芯下移时，es和er相位相反。

同理可得UCD<0。

由此可见，相敏检波电路能判别铁芯移动方向，而且，移动位移的大小决定输出电压UCD的高低。

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。

差动式自感传感器差动变压器
结构三组线圈两组线圈
工作原理将被测量的变化转化为电感线圈的电
感值变化
把被测量的变化转换为传感器互感的
变化传感器本身是互感系数可变的变
压器
相同点工作原理都是建立在电磁感应的基础上，都可以分为变气隙式、变面积式和
螺旋式等
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
测导体置于该磁场范围内，导体内便产生电涡
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。

感应电动势E的大小间接反
映了M的厚度t
7.电涡流传感器的应用。

被测参数变换量特征
位移、厚度、振动x（1）非接触测量，连续测
量
（2）受剩磁的影响。

表面温度、电解质浓度 （1）非接触测量，连续测
材质判别、速度（温度） 量；
（2）对温度变化进行补偿
应力、硬度
μ
（1）非接触测量，连续测量；
（2）受剩磁和材质影响
探伤 μρ,,x
可以定量测量
8. 电感传感器可以测量哪些量。

位移、振动、压力、应变、流量、比重 电容式传感器
9. 平板电容和桶装电容的电容量计算。

平板电容
桶装电容
d
A
d
A
C r 0εεε=
=
式中: ε——电容极板间介质的介电常数，ε=ε0εr ，其中ε0为真空介电常数，εr 极板间介质的相对介电常数； A —— 两平行板所覆盖的面积；d —— 两平行板之间的距离。

当 l >> R B −R A 时，电容器的电容为：
A
B r R R l
C ln 20επε=
10. 电容式传感器可分为哪几类?各自的主要用途是什么? 电容式差压传感器
电容式振动位移传感器 电容式加速度传
感器
结构简单、灵敏度高、响应速度快(约100ms)
能测微小压差(0～0.75Pa)、真空或微小绝对压力
加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。

利用加速度传感器实现延时起爆的钻地炸弹
11. 推导变极距型、变面积型和变介电常数型电容传感器的计算公式，并利用公
式进行计算。

（会公式并进行计算） 变极距型
变面积型
变介电常数型 初始电容000d A C r εε= d0 －Δd C+ΔC
线位移变面积型
d
b
x a C r )(0∆-=
εε，
a
x
C C ∆=∆0ΔC 与Δx 呈线性关系 初始电容
h d D C ln )
(21εεπ-=
∆
电容增量与液位h 呈线性关系 。

2
000000111⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=∆-=∆+=d d d d C d d C C C C Δd/d0<<1时 C 与Δd 近似呈线性关系
001d d C C
k =
∆∆=d0小 则 灵敏
度高
角位移变面积型
π
θπθ
εε000
001C C d A C r -=⎪⎭⎫ ⎝⎛-
=
ΔC 与角位移θ呈线性关系
当L=0时，传感器的初始电
容000100
d b L C r εε=
当被测电介质进入极板间L 深度后，引起电容相对变化量为
2000)1(L L
C C C C C r -=-=∆ε
电容变化量与移动量L 呈线性关系 。

d
D
H C ln
20πε
=
2010021)(d
L L L b C C C r r εεε+-=+=0
d d
C C ∆=∆0
00001d d C d d A
C C C r ∆-
=∆-=∆+=εε
2
d ∆d
电容量与
极板
间距离的关系
b
∆x
a
d
x A
R
r
x ∆l x
-∆（a ）平板状
（b ）筒状
12. 电容传感器测量电路。

电桥电路
2221122120U Z Z Z Z U Z Z U Z U ⋅+-=-+= 若采用变极距式电容传感器 输出电压与位移呈线性关系 。

运算放大器电路
最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性 Cx 是传感器电容C 是固定电容u0是输出电压信号 ，( )/x C S d ε=
0 uC u d
S ε=-输出电压Uo 与极板间距离d 成线性关系
结论：从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性。

假设放大器开环放大
倍数A=∞，输入阻抗Zi=∞，因此仍然存在一定的非线性误差，但一般A 和Zi 足够大，所以这种误差很小。

脉宽调
制电路 利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变
化
通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号
r
ε2
21210U C C C C U ⋅+-=2
U d d U ⋅∆=d d A C d d A C ∆+=∆-=εε21,U 2U 2U C 1
C 2
o
U ＋－＋－
＋
－
u j C j C u C C u
x
x
011=-
=-
/()/()
ωω
当差动电容不相等时，uAB 电压经低通滤波器滤波后，Uo 输出 式中：U1 —— 触发器输出高电平；
T1、T2 —— C1、C2充电至Ur 时所需时间。

r U U U ln
C R T -=11111， r U U U ln C R T -=11222，
1
212
10U C C C C U +-= 结论：输出的直流电压与传感器两电容差值成正比 设电容C1和C2的极间距离和面积分别为d1、d2和S1、S2
差动变极距型21
021
E
d d U U d d -=+，差动变面积型E U S S S S U 12210+-=
特性：差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容式传感器，并具有理论上的线性特性
调频电路
)
(21
2101C C C C L LC
f i ∆±++=
=
ππ
当被测信号为零时，△C=0，振荡器有一个固有振荡频率f0，
)
(21
010C C C L f i ++=
π
当被测信号不为零时，△c ≠0，此时频率为
f
f C C C C L f i ∆±=∆±++=
001)
(21
π
2
12
11
2
12
11
1T T T
T U T T T U T U U U U B A o +-=+-=
-=
有较高的灵敏度，可测至0.01μm级位移变化量，易于用数字仪器测量，并与计算机通讯，抗干扰强
双T型电桥电路电源为正半周，D1短路，D2开路，，电容C1被充电
影响不予考虑，电容C2的电压，初始值为UE
传感器没有输入时，C1=C2，R1=R2=R，
则正、负半周对称
=
U
双T型电桥电路如C1
↑>C2,
>
U
如果C1 ＜ C2↑，
<
U
电路的优点：简单，不须附加相敏检
波电路。

传感器有输入时正半周：C1
充电电量增
多，C2放电
情况不变。

输出正电压情况不变。

正半周：C1
充电电量不
变，C2放电
情况增加。

输出正电压情况变大。

负半周：C2
充电情况不
变，C1放电
电流增大。

输出负电压变小。

负半周：C2
充电电量
增加，C1放
电电流不变。

输出负电压情况不变。

13.三种电容传感器各适合测量哪些量。

面积变化
型
角位移或较大的线位移
介质变化
型
物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定
极距变化
型
微小的极距变化
第四章光电式传感器
1.内光电效应，外光电效应和光生伏特效应。

内光电效应：在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，
如光敏电阻等。

外光电效应
光电导光生伏特效应在光线作用下使电子逸出
效应 在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。

如光电池、光敏晶体管等。

物体表面的现象。

如光电管、光电倍增管。

2. 光电管和光电倍增管的工作原理。

在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，
光电倍增管：放大光电流 光电阴极→光电倍增极→阳极
倍增极上涂有锑化铯或银镁合金等光敏材料，并且电位逐级升高。

阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二次电子发射。

二次电子发射系数 σ = 二次发射电子数／入射电子数
若倍增极有n ，则倍增率为σn
在光的照射下，光电子从阴极表面逸出，被阳极吸引，在光电管内形成电子流，在外部电路就产生了电流。

若光强增大，光电流就变大，从而实现光电转换。

3. 光敏电阻，光敏二极管，光敏晶体管及光电池的工作原理。

光敏电阻
当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小
当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加
dt
d k
E φ
-=光敏二极管
结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中。

在电路中一般是处于反向工作状态的。

光敏晶体管
与一般晶体管很相似，具有两个PN 结。

把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。

光电池 有光线作用下实质上就是电源，电路中有了这种器件就不再需要外加电源。

直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的pn 结。

当光照射到pn 结上时，便在pn 结的两端产生电动势(p 区为正，n 区为负) 。

用导线将pn 结两端用导线连接起来，就有电流流过，电流的方向由P 区流经外电路至n 区。

若将电路断开，就可以测出光生电动势。

第五章 电动势式传感器原理与应用 1. 磁电式传感器的工作原理及其应用。

工作原理
通过磁电作用将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信
号。

法拉第电磁感应定律：
如果线圈是N 匝，磁场强度是B ，每匝线圈的平均长度la ，线圈相对磁场运动的速度为υ=dx/dt ，
则整个线圈中所产生的电动势为：
υφa a NBl dt dx NBl dt d N
E -==-=
直接应用
测定速度：在信号调节电路中接积分电路，或微分电路，磁电式传感器就可以用来测量位移或加速度。

2. 什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？
霍尔效应在金属或半导体薄片的两端通过控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势（霍尔电势）
霍尔电
势
d
IB
ne
U
H
⋅
=
1
霍尔电压（一般称霍尔电势）的大小和方向与下述因素有关：
1、激励电流I
2、与激励电流垂直的磁感应强度分量B（U H=KIB）
3、器件材料（决定灵明度系数K）
4、霍尔电势的方向还与半导体是P型还是N型有关,两者方向相反3.霍尔传感器有哪些用途？
电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数；
自动检测系统：多用于位移、压力的测量。

微位移和
压力
位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度
磁场霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器
4.霍尔元件的温度误差及其补偿。

产生原因霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。

其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。

当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。

补偿选用温度系数小的元件
采用恒温措施
采用恒流源供电。