传感器原理及应用复习提纲(2012)

复习提纲

第1章传感器概述

1．什么是传感器？传感器由哪几个部分组成？试述它们的作用和相互关系。

传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/Transducer）定义是：能够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和装置。传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成，敏感元件感受被测量;转换元件将响应的被测量转换成电参量（电阻、电容、电感）; 基本电路把电参量接入电路转换成电量;核心部分是转换元件,决定传感器的工作原理。

2．压力、加速度、转速等常见物理量可用什么传感器测量？各有什么特点？

机械自动化领域中：位移、速度、加速度、扭矩、力、振动；

工业过程控制领域中：流量、压力、温度、湿度、黏度等；

3．了解传感器的分类方法。所学的传感器分别属于哪一类？

1）按传感器检测的范畴分类：物理量传感器，化学量传感器，生物量传感器。２）按传感器的输出信号分类：模拟传感器，数字传感器。３）按传感器的结构分类：结构型传感器，物性型传感器，复合型传感器。４）按传感器的功能分类：单功能传感器，多功能传感器，智能传感器５）按传感器的转换原理分类：机—电传感器,光—电传感器,热—电电传感器,磁—电传感器,电化学传感器.6）按传感器的能源分类:有源传感器,无源传感器.国标制定的传感器分类体

系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传感器三大门类；

第2章传感器特性

1．静态特性特性参数有哪些？各种参数代表什么意义，描述了传感器的哪些特征？

静态特性主要包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性、噪声、漂移等。由于实际传感器总有非线性（高次项）存在，输入输出关系总是非线性关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感器的非线性误差，通常用相对误差表示线性度。传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。重复性，

传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。灵敏度在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值。漂移是指传感器的输入被测量不变，而其输出量却发生了改变。表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力稳定性。

2．传递函数和频率特性的定义是什么？

传感器传递函数的在数学上的定义是：初始条件为零(t≤0，y=0)

输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。

3．什么是传感器的动态特性? 其特性参数有那些？这些参数反映了传感器的哪些特征，应如何选择？

传感器动态特性：输入量随时间变化时，输出与输入之间的关系。

传感器动态特性的主要参数：时间常数τ，τ越小响应越快，频带越宽；传感器固有频率ωn ，选择在（3～5）ω（信号）；阻尼比ξ，选择在 0.6～0.8，原则是过冲不太大，稳定时间不太长；

4.有一温度传感器，微分方程为30d y/d t+3y=0.15x，其中y为输出电压（mV) ,

x为输入温度（℃）。试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。

第3章应变式传感器

1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？

应变效应：导体或半导体在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生变化。半导体材料在某一方向受到作用力时，它的电阻率会发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。园弧部分使灵敏系数 k0↓下降，这种现象称为横向效应。

2．什么是应变片的灵敏系数？半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片灵敏系数范围是多少？说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。

灵敏度是单位应变引起的电阻值的相对变化。对于金属电阻丝应变片，灵敏系数 k0 主要由材料的几何尺寸引起的，且μ= 0.25～0.5 ，k0≈1.5～2 。对于半导体应变片，灵敏系数k0主要由电阻率的变化引起的。压阻式传感器的灵敏度k0比金属应变片可以大50～100倍，有时无需放大可直接测量;但是半导体元件对温度变化敏感，这在很大程度上限制了半导体应变片的应用。

3．比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路的特点。

4. 在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用

场合？

第4章电容式传感器

1．电容传感器有哪些类型？分别适合检测什么参数？叙述变极距型电容传感器的工作原理、输出特性。

2．为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？

4．为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化？

第5章电感式传感器（变磁阻式、差动变压器式、电涡流式）

1. 何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？

2. 什么是零点残余电压？说明差动变压器式传感器产生零点残余电压的

原因及减少此电压的有效措施。

3. 差动自感传感器和差动变压器有什么区别？采用哪种转换电路既能直

接输出与位移成正比的电压，又能根据电压的正负区别位移的方向？4. 什么是电涡流效应？涡流的分布范围。电涡流传感器可以进行哪些非电

量参数测量？

5. 电涡流传感器是由哪种电参量转换实现电量输出的？电涡流传感器可

以检测金属材料，也可以检测非金属材料吗？

第6章磁电式传感器（磁电感应式、霍尔式、磁敏元件）

1．为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？常用的结构形式有哪些？

2．磁电式传感器是速度传感器，它如何通过测量电路获得相对应的位移和加速度信号？

3．什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？霍尔元件不等位电势产生的因素有哪些？

4．霍尔元件的温度补偿方法有哪些？霍尔元件的常见应用。