传感器考试知识点总括

传感器知识要点要点回顾第二章常用传感器基本概念：1--有关传感器的定义、基本组成涵盖框图；2--传感器的基本特性（灵敏度、线性度、重复性、精确度、稳定性、动态特性、环境参数）3--传感器的分类方法和种类，何谓能量控制型传感器（电阻、电容、电感）也称无源型传感器、何谓能量转换型传感器（压电、磁电、热电、光电）也称有源传感器。

4—电阻型传感器要求掌握公式，见书第6页，三个相关参数，对于电阻应变式：电阻应变片的电阻相对变化率是与应变成正比的。

掌握应变选择原则：当测量较小应变时，应选用压阻效应工作的应变片，而测量大应变时，应选用应变效应工作的应变片。

5---对于金属丝应变片在测量被测物体的应变时，电阻的相对变化主要由哪个参数决定的（丝的几何尺寸）来决定的。

6—对于电容式传感器，请掌握其测量原理，相关公式，对应的三个参数的含义，要求掌握变极距有关灵敏度的计算公式：见书第14页2.27，其灵敏度显然是非线性的，其使用时有条件的。

7—对于电感式传感器要掌握测量原理，计算公式，掌握自感式、互感式、差动式结构的特点，请注意实际工程应用的接法。

见书第21页。

图2.23b.反向串联。

掌握电涡流基本原理。

利用涡电流传感器测量物体位移时，如果被测物体是塑料材料，此时可否进行位移测量，如果不能，应采取什么措施才能测量。

8--- 有关压电传感器，要掌握压电效应，何谓正压电效应，何谓逆压电效应，压电效应的等效电路，压电传感器对测量电路的要求，见书第26-27。

压电式传感器可以采用多片压电晶片串联或并联，一般并联接法适宜于测量缓变信号，串联接法适宜于测量高频信号。

为了使输出电压几乎不受电缆长度变化的影响，其前置放大器应采用电荷放大器。

为什么说压电式传感器一般适合动态测量而不适合静态测量?9---对于磁电式传感器，要求掌握测量原理，基本公式，请看书第28页，恒磁通动圈式传感器，输出感应电势与线圈运动的速度成正比，如在测量电路中接入积分电路和微分电路，则可用来测量位移和加速度。

10-对于热电式传感器，要求掌握热电偶的测量原理，尤其是热电偶的相关定律，为什么要做冷端补偿？关于热电阻和热敏电阻的说法中，可比性的说法是：A、热电阻一般采用纯金属材料，而热敏电阻采用半导体材料；B、热电阻的温度-电阻系数一般是近似线性的，而热敏电阻的温度-电阻系数是非线性的；C、热敏电阻结构简单、体积小，因此可测点温度；而在测温范围内，热电阻的电阻温度系数相对较为稳定；11—对于磁敏传感器，要求掌握霍尔元件的工作原理，等效电路，应用。

适用的检测领域尤其是适合测量哪些物理量。

12—对于光电传感器，要求掌握光电传感器的原理，内光电、外光电效应，光生伏特福效应。

13--压磁式传感器是利用铁磁材料的压磁效应将被测量引起磁导率的变化转换为电信号。

其适合较大的力值测量。

第三章测试系统的特性1—掌握测试系统的基本要求；请看书第56页。

理想的测试的系统应该具有单值的确定的输入输出关系，并且输入输出关系呈线性为最佳。

2—线性系统的主要性质（叠加、比例、微分、积分、频率保持）。

3—有关误差的概念、分类，有关相对误差的定义，计算公式；在选用测试系统时，应在合理选用量程的条件下在选择合适的精度等级，一般应尽量避免在全量程的1/3以下范围内工作，以免产生较大的什么误差？4 ---有关测试系统的精度；5---有关系统静态特性参数，线性度，灵敏度、滞后量；6—有关动态特性描述方法：系统的动态特性可采用微分方程、传递函数和频率特性来描述，在工程测试技术中，常采用频率响应来描述，在控制工程中，常采用传递函数来描述。

第四章测量电路1---有关直流电桥的工作原理，电桥电阻的规定，1、2、3、4号位置的约定；单臂桥、半桥、全桥的基本电路；电桥的加减性；请注意如何提高电桥的灵敏度，可以采取的方法有提高电源电压。

2---有关交流电桥的特点；请注意交流电桥的二个推论，请查看讲义PPT.即相邻桥臂是电阻，另外二臂应当是？如果相对桥臂是电阻，则另外相对二臂一个是电感，则另一臂一定是电容。

3—有关调制与解调的基本概念，请掌握图解过程，并会文字描述。

4—滤波器的分类，四种滤波器的幅频特性请仔细看横带宽滤波器，见书108页。

恒带宽滤波器在所有频带都具有同样良好的分辨力，恒带宽比滤波器在高频段的频率分辨力如何？5—滤波器因数的定义，见书105，公式4,30。

因数越小，说明选择性越好。

第五章信号分析与处理1---信号的基本概念，信号的分类，信号的时域分析与频域分析。

2—周期性信号的特点，请注意看讲义，红笔重点，频谱的三个特性，离散型、谐波性、收敛性；3---非周期性信号的特点，频谱特性，连续性和密度性；请注意非周期性信号的特例，准周期信号。

它的频谱具有离散型。

第六章测试技术在工程中的应用1---抗干扰技术的种类，以及选择原则；请注意工程实例，要求设计一个应用，包括测量原理，测量电路，传感器的选择；第二章常用传感器1、传感器的定义广义上说：能感知某一物理量、化学量、生物量等的信息，并能按一定规律将其转化为可以加以利用的信息的装置。

狭义上说：传感器就是能感知被测量，并能按一定规律将其转化为电量的装置。

根据中华人民共和国国家标准(GB7665.87)《传感器通用术语》，传感器(Transducer/Sensor)的定义是：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。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

其中敏感元件(Sensing element)是指传感器中能直接感受被测量的部分；转换元件(Transition element)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。

2、传感器的基本特性灵敏度: 是指传感器输出量的变化量与输入量的变化量之比。

一般情况下，灵敏度越高越好。

线性度: 传感器的输出信号与输入信号之间成比例关系，即线性度好。

这样才能避免或减小线性度误差。

重复性: 是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标。

所得结果分散范围越小，重复性越好精确度:表示传感器的输出结果与被测量的实际值之间的符合程度，是测量值的精密程度与准确程度的综合反映.稳定性: 是指在相同条件且相当长时间内，其输入特性和输出特性不发生变化的能力。

影响传感器稳定性的因素是时间和环境。

动态特性: 反映传感器对于随时间变化的动态量的响应特性。

当被测量是一随时间而变化的动态信号时，就必须考虑其输出能否跟得上输入信号的变化，它会产生多大的动态误差。

因此要求传感器能够迅速地、精确地跟踪输入信号，并具有相应的输出。

环境参数:主要是指传感器允许使用的工作温度范围及湿度环境压力、环境振动和冲击等引起环境压力误差、环境振动误差和冲击误差等。

3、传感器的分类方法和种类1)按被测物理量分类机械量: 长度、厚度、位移、速度、加速度、旋转角、转数、质量、重量、力、压力、真空度、力矩、风速、流速、流量化学量：湿度、PH值声: 声压、噪声磁: 磁通、磁场强度温度: 温度、热量、比热光：亮度、色彩2)按传感器工作原理分类应变式、压电式、光电式、红外式、光纤式、电阻式、电容式、电感式等3)按能量关系分类能量转换型（无源型）:直接由被测对象输入能量使其工作。

例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型（有源型）:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如:电阻应变片.4)敏感元件与被测对象之间关系物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计。

结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变。

例如:电容式和电感式传感器5)输出信号性质分传感器可分为: 开关型（二值型）传感器；数字型传感器；模拟型传感器等4、电阻型传感器（P45）把被测量对象的变化量转换为电阻变化的传感器应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时（伸长或缩短），其电阻值相应发生变化。

压阻效应：指某些半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

K0＝1＋2μ＋λE 为电阻应变片的灵敏度系数，该值对于特定的材料恒定为常数，说明：电阻值的相对变化与应变成正比，因此通过测量应变ε，便可测量电阻变化，这就是应变片原理。

（1＋2μ）ε项是由几何尺寸变化引起的，λE ε项是由于电阻率变化引起的。

对于金属丝应变片来说，（1＋2μ）ε项远大于λE ε项。

而对于半导体而言，λE ε项远大于（1＋2μ）ε项，因此公式可简化为：K0≈λE 。

应变选择原则：当测量较小应变时，应选用压阻效应工作的应变片，而测量大应变时，应选用应变效应工作的应变片。

5、电容式传感器（P54）δεεAC 0=采用电容器作为传感元件，将不同物理量的变化转换为电容量的变化。

电容器传感器的灵敏度由上式可见：灵敏度与间隙的平方成反比，间隙大，灵敏度低；需要注意，灵敏度高带来的问题，就是非线性会增大。

因此，变极距型电容式传感器常工作在一个较小的范围内（0.01～数百微米），而且∆δ最大应小于极板间距δ的1/5～1/10。

减小δ可以提高灵敏度。

为了改善非线性、提高灵敏度和减小外界因素(如电源电压、环境温度)的影响，常常作成差动式结构或采用适当的测量电路来改善其非线性。

6、电感式传感器（P66）AL R ρ=利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。

其分类为自感式（变间隙型、变面积、螺管型和涡流型）与互感式。

（1）线圈的电感可用下式表示：在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。

当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。

一般情况下，导磁体的磁阻与空气隙磁阻相比是很小的，因此线圈的电感值可近似地表示为：变间隙式自感式电感传感器灵敏度：于δ不是常数，会产生非线性误差，因此这种传感器常规定在较小气隙变化范围内工作。

设气隙变化为（δ0，δ0＋Δδ），气隙变化甚小。

即Δδ远小于δ0时（一般要求小与10倍以上），S进一步近似为变面积式。

变面积型自感传感器的自感与面积成线性关系，但这种传感器的灵敏度较低。

螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化。

线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。

设线圈长度为l、线圈的平均半径为r、线圈的匝数为N、衔铁进入线圈的长度la、衔铁的半径为ra、铁心的有效磁导率为µm，则线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度la的关系可表示为：电涡流传感器当通过金属导体的磁通变化时，会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。