传感器原理复习提纲及详细知识点()

]传感器原理复习提纲第一章绪论k线性传感器非线性传感器迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。

产生迟滞的原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷$所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。

线性度传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。

4种典型特性曲线非线性误差%100max⨯∆±=FSL YLγ，ΔLmax——最大非线性绝对误差，Y FS——满量程输出值。

直线拟合线性化：出发点→获得最小的非线性误差（最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小。

）例用最小二乘法求拟合直线。

设拟合直线y=kx+b残差△i=yi-（kxi+b）分别对k和b求一阶导数，并令其=0，可求出b和k{将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。

重复性重复性是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。

重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即或~%1002max⨯∆=FSH YHγ最小∑=∆nii12%100)3~2(⨯±=FSR Yσγ%1002max⨯∆±=FSR YRγ6.[误差部分tR R T ∆=∆αα0以消除。

2）$3）引入修正值法知道修正值后，将测量结果的指示值加上修正值，就可得到被测量的实际值。

智能传感器更容易采用该方法。

4）零位式测量法5）6）这种方法是标准量与被测量相比较的测量方法，其优点是测量误差主要取决于参加比较的标准器具的误差，而标准器具的误差可以做的很小。

这种方法要求检测系统有足够的灵敏度，如自动平衡显示仪表。

5)补偿法—6)对照法13. 粗大误差的判定及处理。

判别粗大误差最常用的统计判别法：如果对被测量进行多次重复等精度测量的测量数据为x1，x2，…，xd,…，xn 其标准差为σ，如果其中某一项残差vd 大于三倍标准差，即 则认为vd 为粗大误差，与其对应的测量数据xd 是坏值，应从测量列测量数据中删除。

第二章》第三章电阻式传感器原理与应用1. 电阻式传感器的基本原理。

电阻式传感器是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经过测量电路实现测量结果的输出。

2.·3. 金属的应变效应：金属丝(导体)在外界力作用下产生机械变形（伸长或缩短）时,其电阻值相应发生变化 敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成直线段：沿轴向拉应变εx ，电阻↑圆弧段：沿轴向压应度εy ，电阻↓ K ↓(箔式应变片)5. !产生原因 （1）敏感栅电阻值 （2）线膨胀系数不匹配 3dV σ>被测量电阻变化 tK R R s g T ∆-=∆)(00βββ000()T T T g s R R R R T R K Tαβαββ∆=∆+∆=∆+-∆R R 由于温度变化而引起的总电阻变化为相应的虚假应变输出为补偿方法|自补偿法单丝自补偿法(选择式自补偿) 组合式自补偿法（双金属敏感栅自补偿）实现温度补偿的条件为当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料，使成立。

优点：容易加工，成本低，)缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。

敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成选用两者具有不同符号的电阻温度系数，调整R1和R2的比例，使温度变化时产生的电阻变化满足t2t1)()(RR∆∆-=)()(//111222112221ββαββα-+-+-=∆∆-=ggttKKRRRRRR通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度自补偿，可达±0.45μm/℃的高精度线路补偿法电桥补偿法0143()BU A R R R R=-01143[()()]0t B BtU A R R R R R R=+∆-+∆=011143[()()]0t B BtU A R R R R R R R=+∆+∆-+∆=11R R Kε∆=优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好—缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。

热敏电阻7.应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。

原因因为电桥的输出无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri呈非线性关系。

TKTKRRsgTT∆-+∆=∆=)()(0ββαε)(=∆-+∆=tKtsgtββαε)(0sgKββα--=\措施采用半桥差动电桥:R1＝R2＝R3＝R4=R ，ΔR1＝ΔR2=ΔR输出电压为：严格的线性关系电桥灵敏度比单臂时提高一倍 温度补偿作用【全桥差动电路][4433332211110R R R R R R R R R R R R U U ∆++∆-∆--∆-+∆+∆+=￥输出电压为： 消除非线性误差； 具有温度补偿作用；提高电压灵敏度（为单片的4倍）。

8. 单臂电桥，半桥差动电桥和全桥差动电桥测量电路及输出电压的推导，得出结论。

（计算） 单臂电桥电桥平衡时，检流计所在支路电流为零，则有：~（1）流过R 1和R 4的电流相同（记作I 1），流过R 2和R 3的电流相同（记作I 2）； （2）B ，D 两点电位相等，即U B =U D 。

因而有 I 1R 1=I 2R 39. 半导体的压阻效应。

定义 单晶半导体材料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率发生很大变化的现象10. 金属应变片与半导体应变片在工作机理上有何异同? .金属应变片半导体应变片异 基于应变效应 基于压阻效应 同第四章 】 第五章第六章变电抗式传感器原理与应用电感式传感器1. 有哪三种自感式传感器？变气隙式自感传感器、变面积式自感传感器、螺线管式自感传感器2. 自感式传感器的测量电路（看图分析测量电路）。

调幅电路 相敏检波电路 谐振式调幅电路￥衔铁偏离中间位置而使Z1=Z+ΔZ 增加，则Z2=Z-ΔZ 减少。

当电源u 上端为正，下端为负时，R1上的压降大于R2上的压降；电压表输出上端为负，下端为正。

当电源u 上端为负，下端为正时，R2上压降则大于R1上的压降，电压表工作原理：传感器电感L 与电容C 、 变压器原边串联在一起， 接入交流电源，变压器副边将有电压输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感L 而变化。

R R U U∆20＝][4332211110R R R R R R R R R U U +--+++=∆∆∆RRUU ∆=0电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。

开路时，桥路输出电压：1212212221Z Z Z Z U U U Z Z Z U o+-⋅=-+= 当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z 时有， 电桥平衡。

当传感器衔铁上移时， Z1=Z+ΔZ ，Z2=Z-ΔZZZ U Z Z Z Z Z Z Z Z U Z Z Z Z U U o ∆⋅-=∆++∆-∆+-∆-⋅+-⋅=2)()()()(221212 ＝当传感器衔铁下移时， %Z1=Z-ΔZ ，Z2=Z+ΔZZ Z U U o ∆⋅=2由于U 是交流电压，输出指示无法判断位移方向，后续电路中配置相敏检波电路来解决。

输出上端为正，下端为负。

非相敏整流和相敏整流电路输出电压比较 ~ (a) 非相敏整流电路；（b ） 相敏整流电路 使用相敏整流，输出电压U0不仅能反映衔铁位移的大小和方向，而且还消除零点残余电压的影响。

、谐振式调幅电路，L 0:谐振点的电感值特点：敏感度高，非线性差产生原因 （1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。

》（2）由于铁芯的B-H 特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。

（3）励磁电压波形中含有高次谐波。

危害（1）使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨力的提高。

（2）零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。

减小措施（1）提高框架和线圈的对称性，特别是两个二次线圈对称。

$（2）采用适当的测量电路，一般可采用在放大电路前加相敏整流器。

0=o U（3）在电路上进行补偿，使零点残余电压最小，接近于零。

线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容等。

5. 差动整流电路和相敏检波电路原理及其作用。

（看图进行电路的推导和说明） 差动整流电路 相敏检波电路差动整流电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流， 然后将整流的电压或电流的差值作为输出。

(全波差动整流电路U 0=U dc +U gh =U gh -U cd 电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。

它不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向。

图中调制电压er 和es 同频，经过移相器使er 和es 保持同相或反相，且满足er>>es ，调节电位器R 可调平衡。

图中电阻R 1=R 2=R 0，电容C 1=C 2=C 0，输出电压为U CD 。

电路工作原理：。

（1）当差动变压器铁芯在中间位置时，es=0，只有er 起作用。

设此时er 为正半周，即A 为“+”，B 为“－”，则D1、D2导通，D3、D4截止，流过R1、R2上的电流分别为i1,、i2，其电压降UCB 及UDB 大小相等方向相反，故输出电压UCD=0。

当er 为负半周时，A 为“-”，B 为“+”，此时D3、D4导通，D1、D2截止，流过，R1、R2的电流分别为i3、i4，其电压降UBC 与UBD 大小相等方向相反，故输出电压UCD=0。

（2）若铁芯上移es 和er 同位相，由于es>>er ，故er 正半周时D1、D2仍导通，D3、D4截止，但D1回路内总电势为er+es/2，而D2回路为er －es/2，故回路电流i1>i2，输出电压UCD=R0(i1-i2)>0。

当er 为负半周时，D3、D4导通、D1、D2截止，此时D3同路内总电势为er －es/2，D4回路内总电势为er+es/2，所以回路电流i4>i3，故输出电压UCD ＝R0(i4-i3)>0因此，铁芯上移时，输出电压UCD>0。

（3）当铁芯下移时，es 和er 相位相反。

同理可得UCD<0。

由此可见，相敏检波电路能判别铁芯移动方向，而且，移动位移的大小决定输出电压UCD 的高低。

差动式自感传感器# 差动变压器结构三组线圈 两组线圈 工作原理 将被测量的变化转化为电感线圈的电感值把被测量的变化转换为传感器互感的变化[电压输出型全波整流电路变化传感器本身是互感系数可变的变压器。