传感器复习提纲.ppt

1、复习提要,第一章 传感器技术基础 传感器的定义 传感器的组成 3、传感器数学模型的分类 4、传感器的静态特性指标 5、结构型传感器和物性型传感器的区别,1.传感器的定义,答：从广义的角度来说，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（GB766587） 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,2.描述传感器的组成，以及各部分的作用,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; 基本电路把电参量接入

2、电路转换成电量;,3.何为结构型传感器？何为物性型传感器？,利用场的定律构成的传感器称为：结构型传感器,基于物质定律构成的传感器称为：物性型传感器,4.衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说明它们的含义？ 答：,线性度、滞后、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、 稳定性、漂移,2. 线性度（非线性）,传感器的实际输入-输出曲线（校准曲线）与 拟合直线之间的吻合（偏离）程度。,3. 重复性,传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次测试时，所得特性曲线间一致程度的指标。,4. 灵敏度,5. 分辨力,6. 稳定性,分辨力：能检测出的输入量的最小变化量,7. 漂移,外界干扰下，输出量发生与输

3、入量无关的变化。,8. 阈值,产生可测输出变化量时的最小输入量值,5.什么是传感器的静态特性？什么是传感器的动态特性？ 答：,静态特性指当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如温度、压力），描述传感器的输入输出关系。,动态特性指当输入量随时间变化时,如 :加速度、振动等，描述传感器的输入输出关系。,6.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： 0.45/ 电桥： 0.02V/ 放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度； (2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。 解： （1）测温系统的总灵敏度为,cm

4、/ （2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值为,第二章 电阻式传感器,1、电阻式传感器的工作原理 2、横向效应 3、温度效应 4、热输出由哪几个部分组成 5、热输出的补偿 6、应变电桥的工作特性,1.电阻式传感器的基本原理将被测量的变化转换成传感器元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。,2.应变计既敏感纵向应变，又同时受横向应变影响而使灵敏系数及相对电阻比都减少的现象，称为横向效应。,3.温度效应指单纯由温度变化引起应变计电阻变化的现象。,4、热输出分为由几部分组成？,前部分为热阻效应所造成； 后部分为试件与敏感栅热膨胀失配所引起。,5.热输出的补偿方法,（1）单丝自补偿,（

5、2）双丝自补偿,（3）桥路补偿法,6.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同? 答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。,7. 应变计的 蠕变（）和零漂（P0）,8、应变电桥的工作特性,工作臂,9： 分析桥路补偿块法进行温度补偿的原理,解：,10,解：,11. 4片应变计采用差动布片和全桥接线。如图所示。当弹性元件受偏心力F作用时，产生的应力为压应力和弯应力，因此，各应变计感受的应变为相应的压、弯应变。求电路的输出？,第三章 电感式传感器,1、电感式传感器的工作原理和分类 2、差动式变气隙传感器

6、与单一变气隙传感器比较有什么优点 3、相敏检波电路的工作原理 4、互感式传感器的工作原理 5、电涡流式传感器的工作原理 6、电涡流式传感器的分类,电感式传感器,自感式传感器,互感式传感器,电涡流式传感器,1、电感式传感器的工作原理和分类,2、差动式变气隙传感器与单一变气隙传感器比较有什么优点,衔铁下移,1、变气隙式自感传感器,忽略高次项：,衔铁上移,忽略高次项：,2、差动自感传感器,衔铁下移：, 衔铁中间位置, 衔铁上移, 衔铁下移,3、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。,相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映

7、位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。,4分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？,答： 原因是改变了空气隙长度 改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非线性减少。,电涡流式传感器的工作原理,根据电磁感应原理，当金属导体置于变化着的磁场中或在磁场中做切割磁力线运动时，导体内就会产生呈涡旋状的感应电流，这一现象称为电涡流效应。,电涡流式传感器的分类,第四章 电容式传感器,1、电容传感器的工作原理 2、电容传感器的分类 3、差动结构电容传感器的

8、特点 4、变间距型，变面积型和变介质型电容传感器原理 5、应用中存在的问题：边缘效应以及如何克服？,1、电容传感器的工作原理,2、电容传感器的分类,动极板上移：,初始位置时，,3、差动结构电容传感器的特点,略去高次项：,4、变间距型，变面积型和变介质型电容传感器原理,5、应用中存在的问题：边缘效应以及如何克服？,危害：灵敏度降低、 产生非线性,保护环,第五章 磁电式传感器 1.霍尔效应 2.霍尔电势是如何产生的？ 3.为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？ 4.霍尔元件常选择N型半导体的依据 5.磁阻效应 6.磁敏二极管的工作原理,1.霍尔效应,当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂

9、直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。,2.霍尔电势是如何产生的？,导体中的电荷在电场作用下沿电流方向运动，由于存在垂直于电流方向的磁场，电荷受到洛伦兹力，产生偏转，偏转的方向垂直于电流方向和磁场方向，而且正电荷和负电荷偏转的方向相反，这样就产生了电势差。,4.霍尔元件常选择N型半导体的依据,因为在N型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且np，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。,3.为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？,因为导体材料的虽然很大，但很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的虽然很大，但很小，故也不宜做成元件。,5

10、.磁阻效应,某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。,磁场H = 0： 少量电子和空穴 在 I 区、r区复合,正向磁场 H+ ： 电子和空穴偏向 r 区， 电流因复合增大而减小,反向磁场 H- ： 电子和空穴偏向 I 区， 电流因复合减少而增大,6.磁敏二极管的工作原理,第六章 压电式传感器 1.压电效应 2.压电陶瓷的压电现象 3.压电传感器在实际测量系统中的等效电路 4.压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量,1.压电效应的分类 正压电效应和逆压电效应（电致伸缩）,2.压电陶瓷的压电现象,人造多晶体：经极化处理后的人工多晶铁电体,3.压电传感器在实际测量系统中的等效电路

11、,4.压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量,因为压电式传感器是将被测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。,第七章 热电式传感器 1.热电阻的工作原理 2.热敏电阻的工作原理 3.热电偶的工作原理 4.金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因 5.热电偶基本定律,1.热电阻的工作原理,原理：金属材料的电阻随温度变化而变化,2.热敏电阻的工作原理,原理：半导体材料的电阻随温度变化而变化,3.热电偶的工作原理,将两种不同材料的导体或半导体（称为热电偶丝材或热电极）两端焊接起来，构成一个闭合回路，当两导体之间

12、存在温差时，便产生电动势，在回路中就会形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的 。,4.金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因,当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷，于是，在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场。该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，A与B两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势 。,对于导体A或B，将其两端分别置于不同的温度场t、t0中(t t0)。在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动，最