传感器与检测技术-复习提纲

传感器复习提纲
1、传感器静态特性指标、动态特性指标。

1）传感器的静态特性是指当被测量的值处于稳定状态时的输入—输出关系。

衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。

P3 各指标的概念：P4
线性度：传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

（输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性）
灵敏度S ：指传感器的输出量增量△y 与引起输出量增量△y 的输入量增量△x 的比值，即： S=x
y △△； 迟滞特性：传感器在正反行程期间其输入-输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。

重复性：指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度；
2）传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

P5 衡量动态特性的重要指标是瞬态响应特性、频率响应特性。

各指标的概念：P6
瞬态响应特性：传感器的瞬态响应是时间响应；
频率响应特性：传感器对正弦输入信号的响应特性；
2、结构型传感器、相敏检波电路的目的。

结构型传感器是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用某些物理规律来感受被测量，井将其转换为电信号实现测量。

相敏检波电路和差动整流电路是为了能辨别差动变压器式传感器衔铁的移动方向及消除零点残余电压。

P43
3、霍尔传感器的公式、超声波方向性、霍尔元件的工作原理及特性。

霍尔传感器公式：U H =K H IB.f （B
L ） U H 为电位差、K H 为霍尔片灵敏度、I 为激励电流、B 为外磁场、f （
B L ）为形状效
应系数。

P80
霍尔效应：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势。

霍尔元件的工作原理：霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。

霍尔元件的特性：额定激励电流、最大允许激励电流、输入电阻、输出电阻、不等位电势、不等位电阻、寄生直流电势、电势温度系数。

各特性概念：P83
超声波的指向性：频率越高、指向性越强。

（减小λ、减小指向角或增大R，指向性越强）
4、光敏二极管、光电池、光电开关及光电断续器。

光敏二极管，实际上就是一个光敏电阻，它对光的变化非常敏感。

光敏二极管的管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。

P126-129
光电池是在光线照射下直接将光能转换为电能的光电器件。

P130
光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件。

P132 光电断续器又称为穿透型光电感应器,光遮断器,光电遮断器，也就是将发光组件与受光组件面对面排列并设置于同一封装内，利用检测物体通过时会遮光的原理便得以实现检测功能。

5、传感器定义、差动变压器式原理。

传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。

P1
差动变压器式传感器：根据变压器的基本原理，把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器。

P40
6、压电传感器用来检测动态或瞬态参量的意义。

若作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄漏，无法进行测量，所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。

7、外光电效应、内光电效应。

外光电效应：在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。

内光电效应：受光照的物体导电率R
1发生变化，或者产生光生电动势的效应叫内光电效应。

8、电容式传感器的工作原理与结构；光电效应的类型。

P54；
结构类型有：变极距型电容传感器、变面积型电容式传感器、变介质型电容式传感器。

光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类；
内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两大类。

9、线性度、光电式传感器分类。

在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出的百分比，称为线性度（线性度又称为“非线性误差”），该值越小，表明线性特性越好。

δ=Y
Y max △.100% 线性度是测试系统的输出与输入系统能否像理想系统那样保持正常值比例关系（线性关系）的一种度量。

光电式传感器有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管和光敏晶体管、光电池、光耦合器件等光电元件。

另外，光电式传感器还可分为模拟式光电式传感器和脉冲式光电式传感器两类。

10、光敏三极管来控制路灯的控制电路。

P129 图8-15；（图8-13以及右边的文字，老师透露有10分）
11、压电效应、逆压电效应、电涡流效应。

正压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。

当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

逆压电效应：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

P68
电涡流效应：根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，该电流的流线呈闭合回线，此电流称为电涡流，以上现象称为电涡流效应。

P46 （与霍尔效应比较：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。

）
12、居里温度、应变片的两类。

居里温度，也称磁性转变点，是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。

（通俗理解就是材料达到居里温度时磁性突然消失）
应变片可分为两类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。

13、迟滞、迟滞差、满量程。

迟滞：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输入-输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。

迟滞差：不重合曲线之间差值。

满量程：测量仪器的最大测量范围。

14、热电偶传感器的工作原理、热电偶的种类及结构。

热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。

对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。

这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。

这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。

由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。

P96
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶。

15、电涡流传感器的工作原理、结构及特性。

P46
根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器，所以电涡流传感器的工作原理即电涡流效应的原理。

1—电涡流线圈、2—探头壳体、3—壳体上的位置调节螺纹、4—印制线路板、5—夹持螺母、6—电源指示灯、7—阈值指示灯、8—输出屏蔽电缆线、9—电缆插头
16、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度K q 为 5pC/g ，电荷放大器灵敏度K u 为50mV/pC ，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ，求该机器的振动加速度。

（g 为重力加速度）
解：由题知，振动测量系统的总灵敏度
K=K q *K u =5pC/g*50mV/pC=250mV/g=U o /a
则当输出电压U o =2V 时，
加速度a=U o /K=2*1000/250=8（g ）
17、一应变片的电阻R=120Ω，K=2.05，用作应变为800μm/m 的传感元件。

(1)求△R 与△R/R ；
(2)若电源电压Ui=3V ，求其惠斯通测量电桥的非平衡输出电压U 0。

解：
(1)△R/R =K.ε=2.05×800μm/106μm=1.64×10-3
则△R=1.64x10-3×R=1.64×10-3×120Ω=0.197Ω；
(2) U 0 =Ui/4×K.ε= 3/4×1.64x10-3V=1.23mV
18、一台精度等级为0.5级、量程范围600~1200°C 的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4°C ，问此表是否合格？
解：根据精度定义表达式：A=△A/ Y F.s ×100%
并由题意知：A=0.5%，Y F.s =(1200-600)°C ，
得到最大允许绝对误差：△A=A. Y F.s =0.5%×（1200-600）=3°C
此温度传感器最大允许绝对误差为3°C 。

检验某点的最大绝对误差为4°C ，大于3°C ，故此传感器不合格。

19、最大量限为30A ，准确度等级为1.5级的安培表，在规定工作条件下测得某电流为10A ，求测量时可能出现的最大相对误差。

解 ：
%5.4%10010
30%5.1±=⨯⨯±=γ
20、如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5×10-4m2,弹性模量E=2×1011N/m2，若有F=5×104N的拉力引起应变阻变化为1Ω。

试求该应变片的灵敏度系数？
21、检定一块精度为1.0级100毫安的电流表，发现最大误差在50毫安处为1.4毫安，试问这块表是否合格。

解：q max=△x max/L×100%=2.8/100×100%=2.8%>1%（1.0级），故不合格。