传感器期末复习

二、填空

1.传感器由敏感元件和转换元件组成。传感器的动态特性分为时域和频域。

2.热电势由接触电势和温差电势两部分组成。

3.大多数金属导体的电阻随温度变化的关系Rt=R0[1+a(t-t0)]

4.用金属感温电阻器测量时需要注意的事项：自热误差和隐藏电阻的影响。

5.半导体热敏电阻分为：负电阻温度系数

P1 传感器定义：能够感受规定的被测量并按照一定的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。

P7重复性，迟滞，精度，灵敏度，阈值与分辨力以及漂移等。

出—输入校准曲线与某一选定拟合直线不吻合的程度，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。重复性：表示传感器在同一工作条件下，被测输入量按同一方向做全程连续多次重复测量时，所得输出值的一致程度。迟滞：表明传感器在正、反行程期间，输出—输入曲线不重合的程度。精度（精确度）：是反映系统误差和随机误差的综合误差指标，用重复性、线性度、迟滞三项的方和根表示。灵敏度：是传感器输出量增量与被测输入量增量之比，用k表示。阈值：当传感器的输入从零开始缓慢增加时，只有达到某一最小值后才测得出输出变化，这个最小值为传感器的阈值。分辨力：当传感器的输入从非零的任意值缓慢增加时，只有超过某一输入增量后输出才显示出变化，这个输入增量为传感器的分辨力。阈值说明传感器最小可测出的输入量。分辨力说明传感器最小可测出的输入变量。漂移：漂移量的大小是表征传感器的稳定性的重要性能指标。

P15动态性能：时间常数，上升时间，响应时间，超调量。

频域指标：通频带，工作频带，相位误差。

P17 热电势由两部分组成：接触电势和温差电势

P21 对冷端温度变化引起的误差补偿措施：0℃恒温法，冷端恒温法，冷端补偿器法，补偿导线法，采用不需要冷端补偿的热电偶，补正系数修正法。

P33大多数金属导体电阻随温度的变化关系：RT=R0[1+a(t-t0)]

P36用金属感温电阻器的注意事项：自热误差，引线电阻的影响P37半导体热敏电阻器按电阻随温度变化特性分为负电阻温度系数热敏电阻（NTC）、正电阻温度系数热敏电阻（PTC）、在某一特性温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻（CTR）

P38使用热敏电阻的注意事项：热敏电阻温度特性的非线性，热敏电阻器特性的稳定性和老化问题P45 PN结（温敏二极管）基本特性：UF-T关系，灵敏度特性，自热特性

Ｐ６５电阻应变传感器的核心元件是电阻应变片，其工作原理是基于电阻应变效应。

应变片的结构主要由４部分组成：电阻丝（敏感栅），转换元件；基底和面胶（覆盖层），基底将弹性体的应变传到敏感栅的中间介质，起电阻丝和弹性体的绝缘作用，面胶保护电阻丝；粘合剂，粘贴电阻丝与基底；引出线，连接测量导线。

按敏感栅材料不同，应变片分成金属应变片和半导体应变片，金属应变片分为体型和薄膜型，半导体应变片分成体型、薄膜型、扩散型、PN结型及其他型。按温度不同分为常温应变片、中温应变片、高温应变片、低温应变片等。按用途分成一般用途应变片和特殊用途应变片。

常用应变片分为：丝式应变片、箔式应变片、半导体应变片、金属薄膜应变片、高温及低温应变片。

应变传感器分为电阻应变传感器和薄膜应变电阻及传感器

薄膜有两种分类方法：按薄膜厚度分类和按薄膜结构形式分类。按薄膜厚度分类：非连续金属膜，半连续膜，连续膜。按薄膜结构形式分类：多晶体薄膜，单晶体薄膜，无定形薄膜。

霍尔电势中叠加各种误差电势，这些误差产生的原因有两类：制造工艺的缺陷，半导体本身固有的特性。2个具有代表性的原因是：不等位电势，温度误差

P86 磁阻元件：长方形磁阻元件，科尔宾元件，平面电极元件，InSb-NiSb共晶磁阻元件，曲折形磁阻元件（单个元件，差动式元件），

P91磁敏二极管的特性：电流-电压特性，磁电特性，温度特性，磁灵敏度。磁敏二极管的补偿电路有四种：互补式、差分式、全桥式、热敏电阻式。

磁敏三极管的温度补偿技术：采用正温度系数普通硅三极管进行补偿，采用磁敏三极管互补电路，采用磁敏二极管补偿电路，采用差分补偿电路

压电陶瓷是有无数细微的电畴组成，为使压电陶瓷具有压电效应必须进行极化处理。

压电式传感器的压电材料一般分为三类：压电晶体，经极化处理的压电陶瓷，高分子压电材料。在压电材料中除常用的石英晶体和PZT压电陶瓷外，人工制造的铌酸锂单晶是好材料。

压电传感器中压电片的连接：并联方式连接时，相当两只电容并联，输出电容C’为单片电容C的两倍，输出电压U’等于单片电压U，极板上电荷量q’等于单片电荷量q的两倍，

即q’=2q，U’=U，C’=2C ；串联时，q’=q，U’=2U, C’=C/2;

6章，光纤的结构很简单，通常由纤芯，包层，及外套组成。光纤的种类分为阶跃型和梯度型。传光原理是全反射。光纤的特性：损耗，色散，容量，抗拉强度，集光本领。

功能型光纤传感器举例：相位调制型光纤传感器，光强调制型光纤传感器，偏振态调制型光纤传感器。

7章光栅的分类：按原理和用途分为物理光栅和计量光栅；按投射形式分为透射式光栅和反射式光栅；按栅线形式分为黑白光栅（幅值光栅）和闪耀光栅（相位光栅）；按应用类型分为长光栅和圆光栅。常用光学系统：透射直读式光路，反射直读式光路，反射积分式光路。

8章半导体光电效应可分为外光电效应和内光电效应两类。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管

9章气敏元件按与气体相互作用在内部还是外部分为表面控制型和体控制型；按半导体变化的物理特性分为电阻式和非电阻式。

气敏传感器的元件材料有氧化锡（SnO2）系、氧化铁（Fe2O3）系、氧化锌（ZnO）系。气敏元件是气敏传感器的核心，有三种类型：烧结体型、薄膜型和厚膜型。

湿度的表示方法：绝对湿度，相对湿度，露（霜）点湿度，比湿度，饱和度等。

湿敏传感器分为：电阻式湿敏传感器、陶瓷湿敏传感器（离子型，电子型）、电容式湿敏传感器、电解质式湿度传感器

12章电磁干扰的三个基本要素：电磁干扰源，敏感设备和耦合通道。屏蔽可以分为以下几类：静电屏蔽，电磁屏蔽，低频磁屏蔽，驱动屏蔽。地线有以下几种：保护接地线，信号接地线，信号源地线，负载地线。

名词解释：

热电效应：热电式测温传感器工作原理：两种不同的导体两端相互紧密的连接在一起，组成闭合回路，当两接点温度不等（T>T0）时，回路会产生电动势，从而形成热电流。这现象称为热电效应。回路中的电动势称为热电势。

热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。

霍尔效应：在半导体薄片的两端通以控制电流I，在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在薄片的另两侧会产生I 于B的乘积成比例的电动势UH（霍尔电势，霍尔电压），这种现象叫霍尔效应。

磁阻效应：将一载流导体置于外磁场中，除霍尔效应外，其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁电阻效应，简称磁阻效应。形状效应：由于敏感元件的几个尺寸变化而引起的磁阻大小变化的现象叫形状效应。

压电效应：某些电介质物体在沿一定方向对其施加压力或拉力而使之发生形变时，内部会产生极化现象，同时在表面上产生电荷。当外力去掉后，它们又回到不带电的状态。

简答题：

气敏元件至少具备以下条件：

1对气体的敏感现象是可逆的2单位浓度的信号变化量大3能检测出的下线浓度低4响应重复特性良好5选择性好，即与被测气体共存的其他气体不敏感6对周围环境依赖性小7性能长期稳定，结构比较简单

（结构）气敏传感器主要有三部分组成：1气体敏感元件2对敏感元件进行加热的加热器3支持上述部件的封装部分。

传感器的正确选择：1与测量条件有关的事项2与传感器有关的事项3与使用条件有关的事项4与购买和维护有关的事项

传感器的合理使用：1线性化及补偿2传感器的定标3电磁兼容问题4抗干扰技术

通过热电偶理论所得结论：

1若热电偶两电极材料相同，则无论两接点温度如何，总热电势为零。

2若热电偶两接点温度相同，则尽管A、B材料不同，回路中的总电势等于零。3热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关，与热电极的尺寸、形状等无关。

4热电偶A、B在接点温度为T1、T3时的热电势，等于此热电偶在接点温度为T1、T2与T2、T3两个不同状态下的热电势之和即EAB（T,T0）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）=EAB（T1）-EAB（T3）5当热电极A、B选定后，热电势EAB（T,T0）是两接点温度T和T0的函数差，即EAB（T,T0）=f（T）-f（T0），如果使冷端温度T0保持不变，则f（T0）=c（常数），EAB（T,T0）成为T的单值函数，即EAB（T,T0）=f（T，T0）-C=fai（T）

应用题

P46（简易温度调节器）这是一种简易温度调节器，用于液氮气流式恒温器中77~300K范围的温度调节控制。V是温度检测元件，采用锗温敏二极管。调节RP1，可使流过V的电路保持在50uA 左右。比较器采用集成运算放大器uA741，其输入电压为Ur和Ux。Ur为参考电压，有Rp2调整给定。所要设定的温度也有Ur 给定。Ux随温敏二极管的温度变化而变化，而比较器的输出按差分电压的变化而变化，并驱动由晶体管构成的电流控制器，控制加热器加热。该温度调节器在30min内，控温精度约为±0.1℃

P61（HN911的典型应用电路）无被测物体时，HN911的1端输出低电平，V2截止，报警指示灯H不亮，2端输出高电平使继电器K工作；当检测到人体移动信号时，V2导通，指示灯H亮，同时V1截止，继电器K停止工作，可利用继电器触点的通、断进行控制。

P62（热电阻式流量计）热电阻Rt1的探头放在气体或液体通路中，而另一只热电阻Rt2的探头放在温度与被测介质相同，但不受介质流速影响的连通室内。热电阻式流量计是根据介质内部热传导现象制成的。如果将温度tn的热电阻放入温度为tc的介质内，设热电阻与介质相接触的面积为A，则热电阻耗散的热量Q 为：Q=KA（tn-tc）（K为热传导系数）通过测量热电阻耗散热量Q 获得介质的平均流速或流量。电桥在介质静止不动时处于平衡状态，此时电流表无示数，介质流动时由于带着热量，因而使热电阻Rt1与Rt2散热情况出现差异，Rt1温度下降，电桥失去平衡，产生于介质流量变化相对应的电流使电流表产生读数。如果事先将电流表按平均流量标定过则从电流表的读数可知介质流量的大小。

P63（CPU过热报警器）电路中采用一个普通锗二极管做温度传感器。将其粘贴在ＣＰＵ的散热器上，锗二极管Ｖ２被反向偏置，常温下其阻值较大相当于开路，Ｖ１导通，ＩＣ的４脚复位端处于低电位，使得接成自由振荡器的５５５不起振，扬声器Ｂ不发声。当ＣＰＵ芯片散热器温度上升超过经电位器Ｒｐ调定的温度值时，Ｖ２受热，结电阻阻值减小足以使Ｖ１截止时，使ＩＣ复位端处于高电位而起振，扬声器报警。调节Ｒ２，Ｒ３和Ｃ１的时间常数，可改变声音的频率。