河南理工大学传感器期末复习资根据老师划重点整理所得料Word格式文档下载.docx

河南理工大学传感器期末复习资根据老师划重点整理所得料Word格式文档下载.docx

《河南理工大学传感器期末复习资根据老师划重点整理所得料Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河南理工大学传感器期末复习资根据老师划重点整理所得料Word格式文档下载.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第三章电感式传感器

3.1自感传感器的基本工作原理

自感式电感传感器属于电感式传感器的一种。

它是利用线圈自感量的变化来实现测量的，它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。

铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。

当被测量变化时，使衔铁产生位移，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。

3.2变压桥电路

3.3零点残余电压定义

所谓零点残余电压,是指衔铁位于中间位置时的差动输出电压。

理想情况是在零点时,两个次级线圈感应电压大小相等方向相反,差动输出电压为零。

3.4涡流效应

一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中切割磁力线运动时，导体内部会产生闭合的电流，这种现象称为涡流效应。

（金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。

这种现象就称为涡流效应。

）

3.5形成涡流条件

存在交变磁场‚导电体处于交变磁场之中

3.6压磁效应

铁磁体受机械力（压力、张力、扭力等）作用后，而引起导磁系数发生变化的现象。

铁磁性材料受到机械力的作用时，它的内部产生应变，导致导磁率发生变化，产生压磁效应。

3.7感应同步器原理

感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。

根据用途，可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。

第4章电容传感器

1、电容传感器的分类

1）变面积型电容传感器：

测量范围大，多用于测线位移、角位移；

2）变极距型电容式传感器：

适宜做小位移测量；

3）变介质型电容传感器：

普遍用于液面高度测量、介质厚度测量，可制成料位计等。

2、极距式传感器电容的计算

课本68页

3、极距式传感器电容的计算

课本69页

4、运算放大器式测量电路

课本73页

4.1、电容式传感器的工作原理？

答：

电容式传感器是将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的--种传感器。

改变电容C的方法有三种，其一为改变介质的介电常数ε；

其二为改变形成电容的有效面积；

其三为改变两个极板间的距离。

而得到电参数的输出为电容值的增量ΔC，这就成了电容式传感器。

4.2、电容式传感器的特点？

优点：

温度稳定性好

结构简单、适应性强

动态响应好

④可以实现非接触测量，具有平均效应

缺点：

输出阻抗高，负载能力差

寄生电容影响大

输出特性非线性

4.3、消除和减少寄生电容的影响的方法？

消除和减小寄生电容可采用如下方法：

增加原始电容值可减小寄生电容的影响。

注意传感器的接地和屏蔽。

将传感器与电子线路的前置级（集成化）装在一个壳体内，省去传感器至前置级的电缆。

④采用"

驱动电线"

技术（也称"

双层屏蔽等位传输"

技术）。

⑤采用运算放大器法

⑥整体屏蔽法。

4.4、消除和减少边缘效应的方法？

边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低而且产生非线性，因此应尽量消除或减小它。

（1）适当减少极间距，使极径与间距比很大

（2）电极放得极薄使与间距相比很小

（3）在结构上增设等位环

4.5、脉冲型转换电路中双T型充放电网络工作原理？

见课本P89

其中

第5章磁电式传感器

1、磁电感应式传感器的工作原理

磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的，根据电磁感应定律，线圈两端的感应电动势正比于线圈所包围的磁链对时间的变化率，即

若线圈相对磁场运动为速度v或角转度ω时，则式（5-1）可改写为

e＝-WBlv或e＝-WBsω

根据这一原理，可将磁电感应式传感器分为恒定磁通式和变磁通式两类。

2、恒定磁通式：

课本90页

变磁通式：

课本91页

3、霍尔效应

通电的导体放在磁场中，电流方向与磁场方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称为霍尔效应

4、霍尔式传感器有关霍尔电动势的计算

课本95页

5、磁柵式传感器的构成几个部分作用

　磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。

磁栅

　　磁栅是在不导磁材料制成的栅基上镀一层均匀的磁膜，并录上间距相等、极性正负交错的磁信号栅条制成的。

磁头

　　磁头有动态磁头（速度响应式磁头）和静态磁头（磁通响应式磁头）两种。

动态磁头有一个输出绕组，只有在磁头和磁栅产生相对运动时才能有信号输出。

静态磁头有激磁和输出两个绕组，它与磁栅相对静止时也能有信号输出。

静态磁头是用铁镍合金片叠成的有效截面不等的多间隙铁心。

激磁绕组的作用相当于一个磁开关。

当对它加以交流电时，铁心截面较小的那一段磁路每周两次被激励而产生磁饱和，使磁栅所产生的磁力线不能通过铁心。

只有当激磁电流每周两次过零时，铁心不被饱和，磁栅的磁力线才能通过铁心。

此时输出绕组才有感应电势输出。

其频率为激磁电流频率的两倍，输出电压的幅度与进入铁心的磁通量成正比，即与磁头相对于磁栅的位置有关。

磁头制成多间隙的是为了增大输出,而且其输出信号是多个间隙所取得信号的平均值，因此可以提高输出精度。

静态磁头总是成对使用,其间距为（m+1/4）λ，其中m为正整数,λ为磁栅栅条的间距。

两磁头的激励电流或相位相同,或相差л/4。

输出信号通过鉴相电路或鉴幅电路处理后可获得正比于被测位移的数字输出

5.2、磁电感应式传感器应用举例？

（1）CD-1型振动速度传感器

（2）磁电感应式转速传感器

5.3、不等位电势产生原因？

当霍尔元件通以控制电流IH而不加外磁场时，它的霍尔输出端之间仍有空载电势存在，该电势就称为不等位电势（或零位电势）。

产生原因：

（1）霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等位面上）

（2）半导体材料的不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；

（3）因控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等。

5.4、寄生直流电势产生原因？

（1）控制电极及霍尔电极接触不良，形成欧姆接触，造成整流效果所致；

（2）两个霍尔电极大小不对称，则两个电极点的热容量不同，散热状态不同，于是形成极间温度差电势，表现为直流寄生电势中的一部分。

5.5、霍尔元件的补偿电路有哪两种？

（1）不等位电势的补偿；

（2）温度补偿：

A、分流电阻法；

B、电桥补偿法。

第6章压电式传感器

1、压电效应：

当沿着一定方向对某些电解质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这一现象称为正压电效应。

当在电解质的极化方向施加电场，这些电解质就在一定方向上产生机械变形或机械压力；

当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失，此即称为逆压电效应。

2、纵向压电效应：

石英有三个晶轴，其中X轴称为电轴，垂直于此轴的面上压电效应最强，称为纵向压电效应。

横向压电效应：

垂直于六边形对边的轴线Y轴称机械轴，在电场作用下，沿该轴方向的机械变形最明显，沿Y轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应。

3、电压放大器

课本112页

6.1、压电式传感器是什么？

它的工作原理是基于压电材料的压电效应。

某些晶体或多晶陶瓷，当沿着一定方向受到外力作用时，内部就产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；

当外力去掉后，又恢复到不带电状态；

当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；

晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

上述现象称为正压电效应。

反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，称为逆压电效应。

6.2、压电式传感器的应用举例？

（1）压电式测力传感器

（2）压电式加速度传感器

6.3、测量电路的两种形式？

与压电元件配套的测量电路的前置放大器也有两种形式：

（1）电压放大器：

其输出电压与输入电压（压电元件的输出电压）成正比。

（2）电荷放大器：

其输出电压与输入电荷成正比。

6.4、影响压电式传感器精度的因素？

（1）非线性

（2）横向灵敏度（3）环境温度的影响

（4）湿度的影响（5）电缆噪声（6）接地回路噪声

第7章光电式传感器

1、光电传感器的组成

一般由辐射源、光学通路和光电器件三部分组成。

2、光电效应

当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出的现象,称为光电效应

3、光电器件的作用

将光信号转变为电信号

4、CCD器件的构成

由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器构成。

5、势阱的作用

用激光朝势阱闪一下，可以使中间的半导体层里产生电子和带正电的空穴。

通常情况下，电子会与空穴结合，放出光子。

中间层产生的电子与空穴结合时，以变化的电场而不是光子的形式释放能量。

电场的作用使邻近的量子点中产生新的电子和空穴，从而令它们结合并放出光子.

6、光导纤维传感器的工作原理

光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

7、光纤结构

通常光纤由两层化学性质不同的材料组成。

光纤的中部部分是导光的的纤芯，纤芯的周围是包层。

8、功能性光纤传感器与非功能型光纤传感器的异同

功能性：

对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且有传感能力。

非功能性：

只当作传播光的媒介，待测对象的调制功能是由其它光电转换元件实现的；

结构简单。

9、莫尔条纹及其位移放大作用

课本148、149页

10、激光干涉传感器基本工作原理

激光干涉传感器基本工作原理是光的干涉原理（两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象）。

7.1、光电式传感器原理？

光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。

光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。

传感器的角度看光电效应可分为二大类型：

（1）外光电效应

（2）内光电效应

7.2、光电式传感器应用？

模拟式：

（1）吸收式；

（2）反射式；

（3）遮光式；

（4）辐射式

脉冲式：

（1）光电式转速计；

（2）天幕靶

7.3、光电管与光电倍增管特性？

7.4、半导体光电元件的特性？

参考课本P140－141

（1）光电特性

（2）伏安特性（3）光谱特性（4）频率特性

7.5、光电式传感器的测量电路？

答:

见课本P142

第8章热电式传感器

1、热电阻传感器的原理

热电阻传感器时利用导体的电阻随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参数进行检测的装置

2、热电阻材料

纯金属是制造热电阻的主要材料，常用的有铂、铜、镍、铁等

3、热敏电阻传感器的分类

按温度系数的正负，将其分为正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻、临界温度系数热敏电阻。

4、集成温度传感器定义

集成温度传感器就是把温度传感器和相关电路做在一块集成芯片上。

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器

8.1、热电式传感器工作原理

热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量目的。

8.2、热电式传感器应用？

（1）半导体点温计；

（2）热敏电阻温度自动控制器

8.3、热电式传感器测量电路？

8.4、热电偶特点？

热电偶作为敏感元件优点为：

①结构简单：

其主体实际上是由两种不同性质的导体或半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的；

②具有较高的准确度；

③测量范围宽，常用的热电偶，低温可测到-50℃，高温可以达到1600℃左右，配用特殊材料的热电极，最低可测到-180℃，最高可达到+2800℃的温度；

④具有良好的敏感度；

⑤使用方便等。

8.5、热电偶基本规律有哪3个

（1）中间导体定律

（2）标准电极定律

（3）连接导体定律和中间温度定律

8.6、热敏电阻特性？

热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件，其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化。

热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点。

（1）电阻-温度特性

（2）伏安特性

（3）电流一时间特性

8.7、热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T，To）=

。

在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。

8.8、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算（5分）

1.已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值（10分）

2.电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压VAB。

（5分）

其中（R1=10KΩ，R2=5KΩ，R3=10KΩ，E=5伏）

该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。

图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。

热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0°

C）时的电阻值。

三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。

8.9、简述热电偶的工作原理

热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。

所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。

两点间的温差越大，产生的电动势就越大。

引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。

8.10、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？

说明势电偶测温原理。

分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法？

①热电动势：

两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。

因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。

②接触电动势：

接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。

它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。

③温差电动势：

是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。

④热电偶测温原理：

⑤误差因素：

参考端温度受周围环境的影响

措施：

a恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）c仪表机械零点调整法

d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法

第十一章超声波传感器

1、超声波的特性

超声波在液体。

固体中衰减很小，穿透能力强，特别是对不透光的固体，超声波能穿透几十米的厚度。

2、超声波的波形分类

1纵波介质中的质点受到拉应力和压应力的作用而振动,以质点疏密相间的形式传递能量,声波传播方向与质点振动方向相一致.这种振动和传播方式的波称为纵波.

2横波弹性介质中质点受到剪切力的作用而振动,以质点产生的相对横向位移,而出现波峰和波谷的形式传递能量,其振动方向与声波传播方向垂直；

这种切变振动和相垂直传播方式的波，称为横波，叉可称为切变波

3表面波质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波，称为表面波

3、微波传感器的的分类

反射式传感器、折断式传感器

4、核辐射与物质的相互作用

核辐射与物质的相互作用主要是电离、吸收和反射。

5、射线式传感器的构成

主要由放射源和探测器组成。