自动传感器原理的知识点(已整理)

第一章传感器的一般特性

1、传感器的作用是什么？

⑴在工业生产自动化、能源、交通、灾害预测、安全防卫、医疗卫生等方面代替人的观感功能，并检查人感官不能感受的参数

⑵在工业生产中，起到了工业耳目的作用，冶金工业中为操作人员提供可靠的数据。

⑶工厂自动化的机械手或机器人中，实现高精度测量，保证产品产量和质量

⑷在微型计算机中提供可靠准确的信息

2、传感器技术的三要素。传感器由哪三部分组成？

三要素：

⑴检测（传感）原理

⑵材料科学

⑶工艺加工

三部分：

⑴敏感元件

⑵转换元件

⑶测量电路

3、传感器的静态特性有哪些？并理解其意义。

⑴线性度（非线性误差）

⑵灵敏度

⑶精确度（精度）

⑷最小检测量和分辨力

⑸迟滞

⑹重复性

⑺零漂

⑻温漂

4、画出传感器的组成方框图，理解各部分的作用。

(1)敏感元件：能够完成预变换的器件称为敏感元件，又称为预变换器，将被测非电量预先转换为另一种易于变换为电量的非电量。

(2)转换元件：将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件。

(3)信号调理与转换电路：将转换元件输出的电信号放大并转换成易于处理、显示和记录的电信号

(4)辅助电源:为传感器提供能源

5、什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？

传感器的精度等级：是传感器和测量仪表在规定条件下其允许的最大绝对误差值相对于其测量范围的百分数，表示测量结果的可靠程度。

A=∆A

Y F∗S

×100%

∆A——测量范围内允许的最大绝对误差

Y F∗S——满量程输出

0.5=x

100V

解得X=0.5V 该仪表的最大绝对误差为0.5V

6、传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？

差动状态：

传感器的感受部件传感出信号后产生两个相反的只剩下变化量部分的信号，是放大器只放大变化信号，因此（1）提高了灵敏度，改善非线性。

外界影响作用下产生的是在两个磁通线圈的电磁力之差，因此（2）有一定补偿作用，抗干扰能力提高

7、最小检测量与分辨力的定义与计算。

最小检测量：传感器能确切反映被测量的最低级限量。

分辨力：数字传感器一般用分辨力表示，即输出数字指示值最后一位数字所代表的输入量。

公式：M=CN

K

M:最小检测量

K:系数（一般取1到5）

N:噪声电平

K:传感器灵敏度

例题：电容式电压传感器的噪声电平N为0.2mV，灵敏度K为5mV/mm H2O,若取

C=2，则计算最小检测量为多少?

解：M=CN

K =2×0.2mV

5mV/mmH2O

=0.08mmH2O

第二章应变式传感器8、应变片有那些种类？

金属丝式应变片、金属箔式应变片、半导体式应变片。

9、什么是压阻效应？

单晶硅材料受到应力作用后，其电阻率发生明显变化的现象称为压阻效应

10、应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片桥式传感器为什么应配差动放器？

单个应变片的额定输出较低、灵敏度较低，利用桥式电路可以成倍提高其灵敏度，并使输入和输出呈线性关系

因为两电桥相对桥臂的极性相反，输出为差模信号，因此用差动放大器。

11、掌握电子称的基本原理框图，以及各部分的作用。

⑴称重托盘

⑵电阻应变片

⑶应变梁

⑷±4V直流稳压电源

⑸测量电路

⑹差动放大模块

⑺输出显示模块

⑻±15V直流稳压电源

12、电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？

电阻应变片基于金属的电阻应变效应原理，是由于其几何形状的变化而产生的应变。半导体应变片基于压阻效应，单晶硅在收到应力作用后其电阻率发生明显变化。13、半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。

半导体应变片

优点：灵敏度高机械滞后小，横向效应小，精度高，体积小、重量轻、动态频响高，易于集成

缺点：温度稳定性差，灵敏度分散度大，较大的应力作用下非线性误差大，机械强度低。

金属应变片

优点：1精度高，测量范围广；

2使用寿命长，性能稳定可靠；3结构简单，体积小，重量轻；

4频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；5价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。

缺点：不适于高温环境下测量

第三章电容式传感器

14、电容式传感器按工作原理可分为哪3种？

变面积（S）型

变介质介电常数（ε）型

变极板间距（d）型

15、寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电容影响的方法有那些？

寄生电容：寄生电容是传感器极板间电容的极板与周围物体产生的电容联系，改变了电容传感器的电容量，由于传感器本身电容很小，寄生电容极不稳定，导致传感器特性不稳定。

分布电容：分布电容与传感器相并联，使传感器相对变化量大为降低，导致灵敏度显著下降。

解决方法：（1）驱动电缆技术（2）抗杂散电容的电荷转移法

16、什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。

电容电场的边缘效应：实际平行板电容器的电场并非均匀分布，而是有边缘效应，它的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。等位环工作原理：除AB极板外，在极板A的同一平面内加一个同心圆环，AC在电气上相互绝缘，使用时A和C两面始终保持等电位，于是传感器电容极板A与B之间的电场接近理想状态的均匀分布。

17、运算法电容传感器测量电路的原理及特点。

C=εS

d

=

ε0εr S

d

C——电容量

S——极板间相互覆盖面积d——两极板间距离