传感器与检测技术

第一章传感器与检测技术基础1 传感器就是能感知外界信息并将其按一定规律转换成可用信号的机械电子装置。

传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置，它由敏感器件和转换器件两部分组成。

2 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值，可表示为：s= dy/dx 或者 s=Δy/Δx3 如果检测系统由多个环节组成，各环节的灵敏度分别为S1，S2，S3，而且各环节以串联方式相连接，则整个系统的灵敏度为：s=S1*S2*S34 分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。

5 线性度是用实测的检测系统输入/输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的，E f=Δm/Y FS *100%6 传感器的迟滞：迟滞特性表明检测系统在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入/输出特性曲线不一致的程度。

迟滞的可能是由仪表元件存在能量吸收或传动机构的摩擦、间隙等原因造成的。

7 传感器的重复性：重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度，也叫稳定性。

8 一个完整的检测系统或装置通常由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转化、显示和处理等功能。

9 传感器按输出量的性质分为：参量型传感器、发电型传感器。

10 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于传输的电压或电流信号。

11 测量无论表现形式如何，在测量结果中必须注明单位，否则，测量结果就毫无意义。

12 绝对误差是仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，记做δ=x-x013 相对误差是仪表指示值的绝对误差δ与被测量真值x0的比值，即r= δ/x0 *100%14 引用误差是绝对误差δ与仪表量程上的比值。

r0=δ/L *100%15 最大引用误差r0M是测量仪表整个量程中可能出现的绝对误差最大值δm代替，即r om=δm/L *100%16 常用的精度等级有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级。

精密度和精确度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差不超过±1.0%。

17 系统误差：在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化，这种误差称为系统误差。

18 随机误差：在相同的条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化，这种误差称为随机误差。

19 系统误差的消除方法：交换法、抵消法、代替法、对称测量法、补偿法20 电桥电路：电流输出型、电压输出型21 电压输出型：单臂工作状态、22 课后习题：4、5、6第二章电阻式传感器1 电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也会发生相应的变化，这一物理现象称为电阻应变效应。

2 热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测传感器。

铂热电阻的测量精度是最高的。

3 热电阻的应用：热电阻温度计、热电阻式流量计。

4 热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。

5 根据应变片的材质，可以分为金属和半导体应变片两大类。

金属应变片：丝式应变片，它的结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不很高的场合使用；箔式应变片，其优点是导体截面面积大，散热性好，允许通过较大的电流，由于它的厚度很薄，因此具有较好的挠性，可以根据需要制成任意形状，灵敏度系数较高；金属薄膜应变片，具有较高的灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围较广。

1、半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应制成的一种纯电阻元件。

2、对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种物理现象称为导体的压阻效应。

3、半导体应变片有：体型半导体应变片、薄膜型半导体应变片、扩散型半导体应变片。

4、应变计安装在具有某一线胀系数的试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作用，在缓慢升（或降）温的均匀温度场内，由温度变化引起的指示应变称为热输出。

5、热输出是静态应变测量中最大的误差源，而且应变片的热输出分散随着热输出值的增大而增大。

当测试环境存在温度梯度或瞬变时，这种差异更大。

因此，理想的情况是应变计的热输出值超过零，满足这一要求的应变计称为温度自补偿应变计。

6、传感器由弹性元件、应变片和外壳所组成。

7、热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测传感器。

8、铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的温度基准仪。

9、热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。

10、铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚固实体。

11、铂电阻：铂易于提纯，物理、化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度。

12、热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果R’1=R’2,则有环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。

13、热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。

14、热敏电阻的缺点是互换性较差，同一型号的产品特性参数有较大差别。

15、热敏电阻灵敏度高、便于远距离控制、成本低、适合批量生产等突出优点使得它的应用范围越来越广。

16、按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。

17、热敏电阻的型号表示第一部分：主称，用字母“M”，表示敏感元件第二部分：类别，用字母“Z”,表示正温度系数热敏电阻，或者用字母“F”，表示负温度系数热敏电阻第三部分：“1”表示普通用途；“2”表示稳压用途；“3”表示微波测量用途；“4”表示旁热式；“5”表示测温用途；“6”表示控温用途“7”表示消磁用途；“8”表示线性型“9”表示恒温型“0”表示特殊型18、标称电阻值是在25℃零功率时的电阻值，实际上总有一定误差，应在 10％之内。

19、一般，时间常数与耗散系数的乘积越大，则表示电阻的热容量越大，抑制浪涌电流的能力亦越强。

20、固态压阻式传感器是利用硅的压阻效应和集成电路技术制成的新型传感器。

21、单晶硅材料在受力作用后，电阻率将随作用力而改变，这种物理现象称为压阻效应。

22、在弹性变形限度内，硅的压阻效应是可逆的，即在应力作用下硅的电阻发生变化，而当应力除去时，硅的电阻又恢复到原来的数值。

23、压敏电阻具有频率响应高、体积小、精度高、灵敏度高等优点，可以测量冷冻机，空调机，空气压缩机的压力和气流流速。

24、气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。

25、常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。

26、半导体气敏传感器具有灵敏度高，响应快，稳定信好，使用简单等特点，应用极其广泛。

27、气敏元件在使用时需要加温/加热。

28、在气敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐类催化剂可以获得低温时的灵敏度，也可增强对气体种类的选择性。

29、气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种。

直热式消耗功率大，稳定性较差，故应用逐渐减少；旁热式性能稳定，消耗功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，因此安全可靠，其应用面较广。

30、QM-J3的电导率随气体浓度的增加而迅速升高。

31、湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成。

32、利用湿敏电阻能进行湿度测量和控制具有灵敏度高的、体积小、寿命长、不需维护、可以进行遥测和集中控制等优点。

33、常见湿敏元件的类型（一）半导体陶瓷湿敏元件（二）氯化锂湿敏元件氯化锂是潮解性盐，这种电解质溶液形成的薄膜能随着空气中水蒸气的变化而吸湿或脱湿。

感湿膜的电阻随空气相对湿度变化而变化，当空气湿度增加时，感湿膜中盐的浓度降低。

（三）有机高分子膜湿敏电阻有机高分子脱湿敏电阻是在氧化铝等陶瓷基板上设置梳状型电极，然后在其表面涂以具有感湿性能，又有导电性能的高分子材料的薄膜，再涂覆一层多孔质的高分子膜保护层。

34、光敏电阻是采用半导体材质制作，利用内光电效应工作的光电器件。

35、光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻，此时流过的电流称为亮电流。

36、光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻或暗阻，此时流过的电流称为暗电流。

37、光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。

38、在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。

39、光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。

40、P61，课后练习题4、5、6第三章电容式传感器1、电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器。

它具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性和抗过载能力强及价格低廉等优点。

可以用来测量压力、力、位移、振动、液位等参数。

2、电容式传感器可以分为三种类型：改变极板面积的变面积式、改变极板距离的变间隙式和改变介电常数的变介电常数式。

3、在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。

4、当电容式传感器中的电介质改变时，其介电常数发生变化，从而引起电容量发生变化。

5、电容量C与位移X呈线性关系。

6、P83-P84 课后练习题1、2、3、4第四章电感式传感器1、电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感的变化，从而导致线圈电感量改变来实现测量的。

2、自感式电感传感器就是利用线圈自感的变化进行测量的传感器。

3、线圈的电感可用式：L=N2/Rm(N为线圈匝数，Rm为磁路中磁阻)4、传感器的灵敏度随气隙的增大而减小，为了减小非线性，气隙的相对变化量应很小，但太小又会影响测量范围，所以，既不要太小，也不能太大。

5、（1）变间隙型灵敏度高，但非线性误差较大，且制作装配比较困难。

（2）变面积型灵敏度较前者小，但线性较好，量程较大，使用比较广泛。

（3）螺管型灵敏度较低，但量程大且结构简单，易于制作和批量生产，是使用最广泛的一种传感器。

6、差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。

7、交流电桥是电感式传感器的主要测量电路，它的作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的输出或电流输出，8、差动变压器：由于在使用时采取了两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常称为差动变压器。

9、零点残余电动势的存在，使得传感器的输出特性在零点附近比灵敏，给测量带来误差，此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。

10、为了减小零点残余电动势，可采取以下方法：（1）尽可能保证传感器几何尺寸，线圈电气参数每个磁路的对称。