传感器与检测技术期末考试重点

填空20/选择20/大题35/分析15/计算10
第零章
1.传感器的定义：传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常有敏感元件和转换元件组成
2.传感器的组成：传感器有敏感元件和转换元件组成。

但是由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或变换为容易传输、处理、记录和显示的形式
3.传感器按能量关系分类：能量转换型传感器（热电偶、压电式、光电池、磁电），传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量；能量控制型传感器，由外部给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量
第一章
4.非线性误差：在采用直线拟合线性化时，输入输出的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，通常用相对误差γL来表示，γL=±ΔLmax/y FS×100%（ΔLmax 非线性最大偏差，y FS满量程输出）
5.静态灵敏度：传感器输出的变化量Δy与引起该变化量Δx之比，k=Δy/Δx
6.温度稳定性（温度漂移）：指传感器在外界温度变化情况下输出量发生的变化
第二章
7.线性电位器的理想空载特性应具有严格的线性关系
8.电阻应变片的工作原理（P31设计题）：基于电阻应变效应，即在导体产生接卸变形时，他的电阻值响应发生变化
9.测转速的传感器：电容式、霍尔式、光电式、电涡流式和磁电感应
10.电阻丝的灵敏系数：k0=ΔR/R=(1+2μ)-Δρ/(ρε)
11.电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即k0=1.7-3.6，ΔR/R≈k0ε，ε=Δl/l
12.金属丝式电阻应变片组成：敏感栅、基层和盖成、黏结剂、引线。

其中敏感
栅是应变片最重要的部分，一般采用栅丝直径为0.015-0.05mm
13.横向效应（丝式存在横向效应铂式不存在）：沿应变片轴的应变εx比然引起应变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的横向应变εy,也会引起其电阻的相对变化
14.温度误差及其补偿：由于敏感栅温度系数α及栅丝与试件膨胀系数（βg及βs）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差
15.直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4,R1R4=R2R3，即为电桥相邻两臂电阻的比值相等，或相对两臂电阻的乘积相等
16.直流电桥电压灵敏度：全桥U0=UΔR/R；单桥U0=UΔR/（4R)；半桥U0=U ΔR/（2R)；差分电桥（半桥）优点：输出电压U0与ΔR1/R1成严格的线性关系，没有非线性误差，而且电桥灵敏度比单臂时提高一倍，还具有温度补偿作用17.应变片册立传感器：荷重、拉压力传感器的弹性元件可以做成柱式、筒式、环式及梁式。

半/全桥分布（图P43）
第三章
18.电感式传感器：利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量
19.电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介利用铁磁体的某些现象。

这类传感器的主要特征是具有线圈
20.L=W2u0S0/（2l）0（电感值与线圈匝数平方成正比/与空气隙有效截面积S0成正比/与空气隙长度l0成反比。

21.变极距型（非极距型）传感器非线性原因：气隙厚度发生变化。

改善：1）使初始间隙尽量大；2）测范围Δl尽量小；3）尽量使用差动式
22.与截面型自感式传感器相比，气隙型的灵敏度高。

但其非线性严重，自由行程小，制造装配困难。

近年来使用逐渐减少
23.差分自感式传感器其灵敏度与单极式相比较提高了一倍，非线性大大减小
24.P50变压器电桥推导
25.线圈阻抗：Z=f （ρ、μ、x 、ω），电磁率ρ，磁导率μ，金属导体的距离x 和线圈激励电流的角频率ω通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗发生联系
第四章
26.电容式传感器类型：变级距型电容式传感器、变面积型电容式传感器和变介电常数型电容式传感器
27.电容式传感器边缘效应：使电容式传感器的灵敏度降低而且产生非线性，可在在结构式增设等位环消除边缘效应
28.变压式电桥优点（P81图4-13计算）：使用元件少，桥内电阻最小。

该电桥两臂是电源变压器二次绕组。

设感应电动势为E ，另一两臂为传感器的两个电容，容抗分别为Z 1=1/(j ωC x1)和Z 2=1/（j ωC x2),假设电桥所接的放大器的输入
阻抗即本电桥的负载为R L ，则电桥输出为22121j )(1j )R E C C R C C U x x L x x ω
ω++-=（；当R →∞时=U E C C C C x x 2
1x 21x +- 29.脉冲调宽型电路原理图： 各点电压波形图：
第五章
30.磁电传感器是速度传感器：如要获取位移或加速度信号，就需配用积分电路或微分电路
31.（简答）霍尔式传感器由霍尔元件组成，霍尔元件由半导体材料制成，霍尔元件多用N型半导体材料，霍尔元件越薄（即d越小），k h就越大，所以一般霍尔元件都比较薄
32.r0=U O/I H；U O不等位带你呀（零位电压），r0不等位电阻（零位电阻）
33.对霍尔元件温度补偿原因：一般半导体的电阻率、迁移率和载流子浓度等都随温度变化。

补偿方法：分流电阻法，电桥补偿法
第六章
34.对于压电晶体，当沿X轴施加正应力时，将在垂直于X轴的表面上产生电荷，这种现象称为纵向压电效应；当沿Y轴施加正应力时，电荷将出现在与X轴垂直的表面上，这种现象称为横向压电效应；当沿X轴施加切应力时，将在垂直于Y轴的表面上产生电荷，这种现象称为切向压电效应
35.压电陶瓷优点：灵敏度高（比石英晶体）
36.（a)电荷等效电路：把压电元件等效为一个电荷源Q和一个电容器C a并联的等效电路；（b)电压等效电路：一个电压源U和一个电容器C a串联的等效电路。

R a为压电元件的漏电阻
37.与压电元件配套的测量电路的前置放大器有两种形式：电压放大器和电荷放大器
38.（简答）电压放大器的作用：将压电传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，并将微弱的电压信号进行适当放大
39.（简答)当作为在压电元件上的力是静态力（ω=0）时，则U m=0，这意味着电荷被泄露，而且表明从原理上这时压电传感器不能测量静态量；当ω/ω1≥3时，可看作电压与作用力的频率无关。

可见压电式传感器的高频响应非常好
40.电荷放大器作用：一种具有深度电容负反馈的高增益运算放大器
第七章
41.外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象。

光电管及光电倍增管均属这一类。

它们的光电发射极，即光明极就是用具有这种特性的材料制造的
42.内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象，光敏电阻即属此类
43.光生伏特效应利用光势垒效应，光势垒效应在光的照射下，物体内部产生一定方向的电压
44.光敏电阻：具有内光电效应的光导材料制成的，为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小
45.光敏三极管的结构与光敏二极管相似，不过它具有两个PN结，大多数光敏三极管的基极无引出线（开路）
46.光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件
47.光电特性是指这些半导体光电元件产生的光电流与光照之间的关系
48.绝大多数光敏电阻的光照特性为非线性，不宜做
检测元件，可作光电导开关元件
49.光电池：短路电流与光照呈良好的线性关系，
而开路电压却成非线性关系。

因此光电池作检测
元件使用时，应把它当作电流源形式来使用，使
其接近短路工作状态
50.硫化镉/硫化铊/硫化铅：只有硫化镉的光谱响应峰值处于可见光区，而硫化铅的峰值在红外区域
光电池的光谱特性
51.P136 图7-18
第八章
52.热电阻测温范围：-200°~+500°
53.热电阻温度计的测量电路最常用的是电桥电路。

常用两种接线方式消除这项误差。

三线连接法/四线连接法（P161）
54.热电效应（塞贝克效应）两种不同材料的导体
（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使
结点1和结点2处于不同的温度T1、T2，那么
回路中就会存在热电动势，因而就有电流产生
55.热电偶产生的热电动势（温差电动势）E AB（T，T0)是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成的
56.如果热电偶两电极材料相同，则虽两端温度不同（T≠T0），但总输出电动势仍为零，因此必须由两种不同的材料才能构成热电偶
57.热电动势的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸、形状及沿电极温度分布有关
58.中间导体定律意义：在回路中接入多种导体后，只要每种导体的两端温度相同，那么对回路的总热电动势无影响
59.用连接导线的热电偶回路（图P164):E AB(T，T n，T0)=E AB(T，T n）+E AB（T n+T0)，
这表明热电偶在结点温度为T，T0时的热电动势值E AB(T，T0），等于热电偶在(T，T n）、（T n、T0)时响应得热电动势E AB(T，T n）与E AB（T n，T0)的代数和，这就是中间温度定律，T n称为中间温度
60.中间温度定律意义：为热电偶制定分度表提供了理论依据；延长线
61.热电偶参考端温度：1)分度表要求为0℃，但实际不为零；2）参考端温度随环境变化而变化
62.（计算）热电偶补偿法P170
63.热敏电阻测温范围：-100℃~+300℃
NTC：负温度系数热敏电阻
PTC：正温度系数热敏电阻
CTR：临界温度热敏电阻。