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传感器大学考试考点2传感器：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传感器由敏感元件和转换元件组成，敏感元件：传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件：传感器中能够将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量电信号部分传感器静态特性：被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系灵敏度：输出量增量y与引起输出量增量y的响应输入量增量x的比，S表示灵敏度S=y/x，它表示输入量的变化所引起传感器输出量的变化，S越大，灵敏度越大。线性度：传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。线性度是在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差Lmax与满量程输出值Yfs的比漂移：输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化。最常见的漂移为温度漂移重复性、迟滞电涡流效应：块状金属导体置于变化的磁场中或磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈旋涡状的感应电流即电涡流正压电效应：当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变 （机械能转换为电能）逆压电效应：当电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形霍尔效应：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，载流导体上垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 P117 外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象 （向外发射的电子叫光电子，光电器件，光电管和光电倍增管）内光电效应：物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应（光电导效应：光敏电阻 光生伏特效应：光电池）另外有光敏二极管、光敏晶体管半导体气敏传感器的机理：氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型气体吸附到P型半导体，将使半导体载流子减少，而使电阻值增大；还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体，则载流子增多，使半导体电阻值下降压电陶瓷工作原理：在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，从而使材料得到极化。外电场越强，就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大道使材料的极化达到饱和的程度，即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时，当外电场去掉后，电畴的极化方向基本不变化，即剩余极化强度最大，这时材料才具有压电特性（压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多）P104热探测器：基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。探测光辐射包括两个过程：一，吸收光辐射能量后，探测器的温度升高；二，把温度升高所引起的物理特性的变化转化成响应的电信号。光子探测器：利用光辐射与物质相互作用的光子效应制成的器件。3电阻应变片工作原理是基于电阻应变效应，导体在外界作用下产生机械变形时，电阻值相应发生变化半导体应变片是用半导体材料制成，工作原理基于半导体材料的压阻效应压阻效应：半导体材料的电阻率随作用力的变化而发生变化的现象对比：半导体应变片的灵敏度比金属应变片大，应用范围较小、温度系数大金属电阻应变片灵敏系数大，有相当大的应用范围、等量阻值较大、温度系数小横向效应：直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变减小，因而敏感系数K比较整长电阻丝的灵敏系数K0小应变片的温度误差：由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差误差主要是电阻温度系数、试件材料和电阻丝材料的膨胀系数的影响补偿方法：线路补偿和应变片自补偿4，电感式传感器：利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出(分类：自感式，互感式，电涡流式)P63 公式L=W2*u0*A0/2变隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感传感器适用于测量微小位移的场合。为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器零点残余电压U0：传感器在零位移时的电压互感式传感器：被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器（次级绕组用差动形式连接）5，P86公式（选、填）C=A/d差动脉宽调制电路适用于变极板距离以及变面积差动式电容传感器，有线性特性、转换率高、调宽频率变化对输出没有影响。6， 压电材料：压电晶体和压电陶瓷哪些轴产生压电效应：电轴X轴方向的力作用下产生电荷的压电效应为“纵向压电效应” 机械轴Y轴方向的为“横向压电效应” 光轴Z不产生压电效应并联接法：两个压电片的负端粘结在一起，中间插入的金属电极成为压电片的负极，正电极在两边的电极上（外力作用下正负电极上的电荷量增加了1倍，电容量增加了1倍，输出电压与单片时相同）串联接法：两个压电片不同极性端粘结在一起，从电路上看是串联，两压电片中间粘结处正负电荷中和（上下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片的一半，输出电压增大了1倍）电压放大器与电荷放大器的优缺点P109电压放大器有很好的高频响应，但不能用于静态力的测量、压力传感器与放大器之间的连接电缆不能随便更换电荷放大器的输出电压只取决输入电容和反馈电容，与电缆电容无关，与q成正比7，磁电式传感器：通过磁电作用将被测量转换成电信号 （磁电感应式传感器，霍尔式传感器）磁电感应式传感器：利用电磁感应原理将被测量（振动，位移，转速）转换成电信号的一种传感器运动部件：线圈（动圈式），磁铁（动铁式）霍尔电动势（公式）正比于激励电流I、灵敏度及磁感应强度B，其灵敏度与霍尔系数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比RH=金属材料大、小，绝缘体小、大，半导体适合做霍尔元件不等位电动势和不等位电阻：当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为0，则它的霍尔电势应该为0，但实际不为0，这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势，现象原因：A，霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上 B，半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀 C，激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布P1198, 在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。光电开关透射式和反射式（图） P133纤芯的折射率n1略大于包层的折射率n2一般希望有大的数值孔径（吸收光量），这有利于提高耦合效率；但数值孔径过大，会造成光信号畸变光纤传感器分为两大类：传感型传感器（FF）-利用光纤本身的某种敏感性或功能制成的传感器、传光型传感器(NFF)-光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化（图P146？）9，由半导体组成的传感器为半导体传感器加热器的作用是将附着在敏感元件表面上的尘埃，油雾等烧掉，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏和响应速度钯对氢气（H2）特别敏感，功函数降低，C-V特性向负偏压平移。半导体色敏传感器：浅结PN结的即是光电二极管对紫外光的灵敏度高，而红外部分吸收系数较小；深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高10.，波：振动在弹性介质内的传播称为波动 频率在162*104HZ之间，能为人耳所闻的机械波称为声波；低于16HZ的机械波为次声波；高于 2*104HZ的机械波为超声波；频率在3*1083*1011HZ之间的波称为微波吸收块（阻尼块）作用：降低晶片的机械品质，吸收声能量12, a 射线：a 射线的电离效应、投射效应和散射效应都有应用，但以电离效应为主，用a 粒子来使气体电离比其它辐射强得多B射线：B射线比a射线相比，透射能力大，电离作用小。在检测中主要是根据B辐射吸收来测量材料的厚度、密度或重量，根据辐射的反射来测量覆盖层的厚度。r射线：与B射线相比，r射线的吸收系数小，它透过物质的能力大，在气体中的射程为几百米，并且能穿透几十厘米的固体物质，其电离作用最小。在测量仪表中，根据r辐射穿透力强这一特性来制作探伤仪，金属厚度计和物位计 P187闪烁现象：物质受放射线的作用而被激发，在由激发态跃迁到基态的过程中，发射出脉冲状的光的现象15，国际开尔文温度T和国际摄氏温度t的转换公式 P217t=T-273.15温度测量的主要方法和分类：温度传感器的组成：由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成分类：接触式测温和非接触式测温接触式：使温度敏感元件和被测介质相接触，当被测介质与感温元件达到热平衡时，温度敏感元件与被测介质的温度相等。具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前应用最多的一类非接触式测温方法：应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。它理论上不存在接触式温度传感器的测量滞后和应用范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干扰被测温度场，但精度较低，使用不太方便。热电效应（热电势）：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势热电偶定律：一，均质导体定律：由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料接点温度有关 二，中间导体定律：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响 三，中间温度定律：在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势EAB（t，t0）等于热电偶在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势EAB（t，tc）和EAB（tc，t0）的代数和计算1.1、单个应变片：U0=n*R1/【R1*(1+n)2】1.2、两个全同应变片：U0=01.3、半桥，两个极性相反应变片：U0=E*R1/（2R1）1.4、全桥，两对半桥：U0= E*R1/R12、EAB（t,0）=EBA(t,t0)+EBA(t0,0)电阻应变式加速传感器（图）：1，等强度梁（长条）2，质量块（工字型）3，壳体4，电阻应变敏感元件（在1的中间） 工作原理：传感器壳体与被测量对象刚性连接，被测物体以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压，即可得出加速度a值大小（应变片加速度传感器不适合频率较高的振动和冲击场合，一般适用频率为1060HZ）差动式电容电压传感器结构图 1、金属镀层（橄榄形）2、凹形玻璃（里面长方体），3、膜片（1的中线），4、过滤器（底部横向长方形） 工作原理：当被测压力或压力差作用于膜片并产生位移时，所形成的两个电容器的电容量，一个增大，一个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力