传感器原理与应用期末复习资料.docx

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传感器原理与应用期末复习资料

1.1 什么是传感器？

传感器是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。

1.2 传感器的共性是什么？

传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量输入转换成电量输出。

1.3 传感器一般由哪几部分组成？

传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分。

另外有信号调理与转换电路，辅助电源。

1.4 传感器是如何分类的？

①按传感器的输入量进行分类，以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。

②按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器。

③按传感器的工作原理进行分类，可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。

④按传感器的基本效应进行分类，可以分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。

⑤按传感器的能量关系进行分类，可以分为能量变换型和能量控制型传感器。

⑥按传感器所蕴含的技术进行分类，可以分为普通和新型传感器。

1.6 改善传感器性能的技术途径有哪些？

答：

① 差动技术；② 平均技术；③ 补偿与修正技术；④ 屏蔽、隔离与干扰抑制；⑤ 稳定性处理。

2.1 什么是传感器的静态特性？

描述传感器静态特性的主要指标有哪些？

传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。

静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。

衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。

线性时不变系统两个特性：

叠加性和频率保持特性。

采用阶跃信号和正弦信号

传感器的标定和校准是为了保证传感器测量结果的可靠性和精确度，也为了保证测量的统一和便于量值的传递。

标定是利用某种标准仪器对新研制或生产的传感器进行技术检定和标度。

校准是指对使用或存储一段时间后的传感器性能进行再次测试和校正。

电阻式传感器的基本工作原理是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经一定的测量电路实现对测量结果的输出。

3.2 电阻应变片的种类有哪些？

各有什么特点？

金属电阻应变片：

主要基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化；

半导体电阻应变片：

主要基于半导体材料的压阻效应。

3.4 试分析差动测量电路在应变电阻式传感器测量中的好处。

①单臂电桥测量电路存在非线性误差，而半桥差动和全桥差动电路均无非线性误差。

②半桥差动电路的电压输出灵敏度比单臂电桥提高了一倍。

全桥差动电路的电压输出灵敏度是单臂电桥的4倍。

3.7

4.9 引起零点残余电压的原因是什么？

如何消除零点残余电压？

零点残余电压的产生原因：

①传感器的两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称，导致它们产生的感生电动势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；②由于磁性材料磁化曲线的非线性，产生了零点残余电压的高次谐波；③励磁电压本身含高次谐波。

零点残余电压的消除方法：

①尽可能保证传感器的几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称；②采用适当的测量电路，如差动整流电路。

5.2

7.5 什么是霍尔效应？

霍尔电动势与哪些因素有关？

①当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这种现象称为霍尔效应。

② 霍尔电势

与霍尔电场EH、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I有关。

③ 霍尔传感器的灵敏度

。

 为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。

又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。

8.2 热电偶的工作原理是什么?

热电偶测温基本原理：

热电偶测温是基于热电效应的基本原理。

根据热电效应，任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度不同的热源中，则在该回路中会产生热电动势，在一定条件下，产生的热电动势与被测温度成单值函数关系。

因此，我们只需测得热电动势值，就可间接获得被测温度。

8.3 什么是中间导体定律、中间温度定律、标准导体定律、均质导体定律？

中间导体定律 

热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。

在用热电偶测温时，连接导线及显示仪表等均可看成中间导体。

中间温度定律 

任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为t，冷端为0t时的热电势等于该热电偶热端为t冷端为ct时的热电势与同一热电偶热端为ct，冷端为0t时热电势的代数和。

应用：

对热电偶冷端不为0℃时，可用中间温度定律加以修正。

 热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。

标准电极定律 

如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体A、B组成的热电偶产生的热电势为

实用价值：

可大大简化热电偶的选配工作。

在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。

均质导体定律

如果组成热电偶的两个热电极的材料相同，无论两接点的温度是否相同，热电偶回路中的总热电动势均为0。

均质导体定律有助于检验两个热电极材料成分是否相同及热电极材料的均匀性。

光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等，这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。

一个8位光电码盘的最小分辨率是多少？

如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度至少为0.01mm，则码盘半径应有多大？

解：

一个n位二进制码盘的最小分辨率是

。

∴8位光电码盘的最小分辨率是

。

盘周长为

，码盘半径为2.56mm/2π≈0.4074mm

两块具有相同栅线宽度和栅距的长光栅叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角θ，则在大致垂直于栅线的方向上出现暗明相间的条纹，成为莫尔条纹。

莫尔条纹测位移特点：

对位移的放大作用，莫尔条纹移动方向，莫尔条纹的误差平均效应。

随机误差特征：

单峰性、有界性、对称性、抵偿性