传感器及应用复习

传感器原理及应用复习资料1.传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成； 被测量 敏感元件 转换元件 基本电路 电量输出①敏感元件感受被测量;②转换元件将响应的被测量转换成电参量（电阻、电容、电感）;③基本电路把电参量接入电路转换成电量;④核心部分是转换元件,决定传感器的工作原理。

2. 传感器的基本特性：①静态特性：当输入量（X ）为静态或变化缓慢的信号时，输入输出关系称静态特性。

静态特性主要包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移和稳定性②动态特性：当输入量随时间（频率）变化时，输入输出关系称动态特性。

影响传感器动态特性除固有因素外，还与输入信号的形式有关,在对传感器进行动态分析时一般采用标准的正弦信号和阶跃信号。

A.输入信号按正弦变化时，分析动态特性的相位、振幅、频率，称频率响应；B.输入信号为阶跃变化时，对传感器随时间变化过程进行分析，称阶跃响应（瞬态响应）.频率响应 阶跃响应3.电阻应变式传感器是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经转换电路变换成电量(电流、电压)输出。

金属电阻应变片的基本原理基于电阻应变效应：即导体在外力作用下产生机械形变时阻值发生变化。

通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量通过应力变化，并转换为电阻的变化进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。

4.直流电桥总结：单臂电桥输出电压11R R 4E U ∆•= 电压灵敏度4E K u =半桥差动电路全桥差动电路5. 电桥线路补偿：被测试件位置上安装一个补偿片处于相同的温度场；等臂电桥输出U0 与桥臂参数的关系为()2B 310R R -R R A U=。

如果 R1R3 = RBR4，电桥平衡时输出为零；若R1、RB 温度系数相同，当无应变而温度变化时ΔR1 = ΔRB ，电桥为平衡状态；当有应变时，R1有增量ΔR1，ΔR1=R1k0ε，补偿片无变化，ΔRB = 0；电桥输出为 U0 ∝R1R3 k0ε；可见此时电桥的输出电压与温度无关。

第一章传感器的一般特性1.传感器的定义？传感器是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。

2.传感器的发展趋势有哪些？传感器的固态化、传感器的集成化和多功能化、传感器的图像化、传感器的智能化3.传感器的作用是什么？4.传感器技术的三要素。

传感器由哪3部分组成？三要素是：检测原理、材料科学、工艺加工。

传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源5.传感器的静态特性有哪些？并理解其意义。

6.什么是传感器的动态特性？动态特性指标主要有哪几个？①动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

②7.画出传感器的组成方框图，各部分的作用。

8.什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？第二章应变式传感器9.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。

10.应变式传感器由哪两个主要部分组成。

应变式传感器包括两个部分：一是弹性敏感元件，利用它将被测物理量（如力、扭矩、加速度、压力等）转换为弹性体的应变值；另一个是应变片作为转换元件将应变转换为电阻的变化。

11.什么是压阻效应？影响压阻系数的因素？单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。

⑵影响压阻系数的因素主要是扩散电阻的表面杂质浓度和温度。

12.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。

为了减少温度影响，压阻器件一般采用恒流源供电，如图（2-27）所示。

假设电桥中两个支路的电阻相等，即R ABC=R ADC=2（R+ △R T），故有R ABC=R ADC=2I因此电桥的输出为U sc=U BD=1/2 .I.（R+ △R+ △R T ）-1/2 .I.（R- △R+△R T）整理后得U sc=I △ R可见，电桥输出与电阻变化成正比，即与被测量成正比，与恒流源电流成正比，即与恒流源电流大小和精度有关。

《传感器原理及应⽤》复习题《传感器原理及应⽤》复习题1.静态特性指标其中的线性度的定义是指。

2．传感器的差动测量⽅法的优点是减⼩了⾮线性误差、。

3. 对于等臂半桥电路为了减⼩或消除⾮线性误差的⽅法可以采⽤的⽅法。

4.⾼频反射式电涡流传感器实际是由和两个部分组成的系统，两者之间通过电磁感应相互作⽤，因此，在能够构成电涡流传感器的应⽤场合中必须存在材料。

5. 霍尔元件需要进⾏温度补偿的原因是因为其系数和受温度影响⼤。

使⽤霍尔传感器测量位移时，需要构造⼀个。

6.热电阻最常⽤的材料是和，⼯业上被⼴泛⽤来测量的温度，在测量温度要求不⾼且温度较低的场合，热电阻得到了⼴泛应⽤。

7.现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器，设计传送带上塑料零件的计数系统时，应选其中的传感器。

需要测量某设备的外壳温度，已知其范围是300~400℃，要求实现⾼精度测量，应该在铂铑-铂热电偶、铂电阻和热敏电阻中选择。

8. ⼀个⼆进制光学码盘式传感器，为了达到1″左右的分辨⼒，需要采⽤或位码盘。

⼀个刻划直径为400 mm的20位码盘，其外圈分别间隔为稍⼤于µm。

9.⾮功能型光纤传感器中的光纤仅仅起传输光信息的作⽤，功能型光纤传感器是把光纤作为元件。

光纤的NA值⼤表明。

10. 现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器，设计传送带上塑料零件的计数系统时，应选其中的传感器。

需要测量某设备的外壳温度，已知其范围是300~400℃，要求实现⾼精度测量，应该在铂铑-铂热电偶、铂电阻和热敏电阻中选择。

11.光照使半导体电阻率变化的现象称为内光电效应，基于此效应的器件除光敏电阻外还有处于⼯作状态的光敏⼆极管。

光敏器件的灵敏度可⽤特性表征，它反映光电器件的输⼊光量与输出光电流(电压)之间的关系。

选择光电传感器的光源与光敏器件时主要依据器件的特性。

12.传感器⼀般由 ____、 ____、及辅助电源四个部分组成。

13．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输⼊的⽐值。

信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。

1．什么是传感器？广义：传感器是一种能把特定的信息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：定义：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或装置。

2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。

敏感元件感受被测量，转换原件将其响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。

传感器的核心部分是转换原件，转换原件决定传感器的工作原理。

3．传感器的总体发展趋势是什么？传感器的应用情况。

传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化，微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。

未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。

发展趋势主要体现在这几个方面：发展、利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测范围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。

4．了解传感器的分类方法。

所学的传感器分别属于哪一类？按传感器检测的范畴分类：物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器按传感器的输出信号分类：模拟传感器、数字传感器按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器按传感器的功能分类：单功能传感器、多功能传感器、智能传感器按传感器的转换原理分类：机—电传感器、光—电传感器、热—电电传感器、磁—电传感器电化学传感器按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传感器含12个小类：力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。

1．传感器的性能参数反映了传感器的输入输出关系2．传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？主要性能参数的意义是什么1线性度：传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，线性度RL是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数拟合方法：理论线性度(理论拟合)、 c、端基线性度(端点连线拟合)d、独立线性度(端点平移)最小二乘法线性度2迟滞：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。

《传感器技术与应用》期末复习题库一、判断题1、可以感受被测量并按照一定规律将其转换成可输出信号的器件或装置称之为传感器。

（）2、每一个传感器都必须由敏感元件和转换元件组成。

（）3、传感器的输入量大多为非电量，如电压、电流等，而输出多为电量，如位移、重量、压力、速度或震动等。

（）4、电子秤的弹性元件属于敏感元件。

（）5、传感器的发展趋势最主要是追求新工艺、新功能、新材料、新理论，所以其可靠性和稳定性可以不需要考虑。

（）6、我们对传感器的追求是其具有较好的精度，功能多样化，同时具有大的测量范围。

（）7、传感器的选择首要考虑因素是其综合经济性。

（）8、检测技术主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。

（）9、热电偶和压电式传感器可以将被测量转换成电参量，需通过外部辅助电源作用下才能输出电信号。

（）10、电阻应变式传感器可以将被测量直接转换成电信号输出。

（）二、选择题1、压力传感器、温度传感器、位移传感器是按照（）对传感器进行分类。

A、物理原理B、能量关系C、被测量D、输出信号类型2、光电编码器、光电开关、感应同步器的输出信号是（）信号。

A、模拟量B、数字量C、两者都可以D、不确定3、热电阻、压电式传感器的输出信号是（）信号。

A、模拟量B、数字量C、两者都可以D、不确定4、电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器是按照（）进行分类。

A、物理原理B、能量关系C、被测量D、输出信号类型第二章一、判断题1、传感器的基本特性体现了其输出反应输入的能力。

（）2、传感器的检测能力只受到其自身特性的影响，与外部环境无关。

（）3、传感器在测量静态参数的时候我们主要考虑其静态性能指标，比如灵敏度，线性度等。

（）4、一般情况下，传感器分为静态传感器和动态传感器，静态传感器用于静态参数的测量。

（）5、静态被测量是不随时间的变化而变化或变化缓慢的被测量。

（）6、传感器的灵敏度越高其非线性误差越大。

（）7、理想传感器的输出是输入变化规律的再现，即具有相同的时间函数，能够实时体现输入的变化规律。

传感器及应用复习名词解释：10道第1章传感器的基本知识传感器：传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被侧的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。

应力：截面积为S的物体受到外力F的作用并处于平衡状态时，在物体单位截面积上引起的内力称为应力。

应变：应变是物体受外力作用时产生的相对变形。

εl：纵向应变，εr：横向应变110-6ε胡克定律与弹性模量：胡克定律：当应力未超过某一限值时，应力与应变成正比；E为弹性模量或杨氏模量，单位为N/m2；G为剪切模量或刚性模量，τ为切应力第2张线性位移传感器及应用应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变片和应变电桥组成。

电感式传感器原理：把可移动的铁心称为衔铁，通过测杆与被侧运动物体接触，就可把运动物体的位移转换成电感或互感的变化。

电涡流式传感器原理：电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空心线圈，它与正弦交流电源接通，通过线圈的电流会在线圈的周围空间产生交变磁场。

压电效应：当某些电介质受到一定方向外力作用而变形时，其内部便会产生极化现象，在他们的上下表面会产生符号相反的等量电荷；当外力的方向改变时，其表面产生的电荷极性也随之改变；当外力消失后又恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。

霍尔效应：在通有电流的金属板上加一匀强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差，这个现象称为霍尔效应。

光电效应：当物质受光照射后，物质的电子吸收了光子的能量所产生的电现象称为光电效应。

①外光电效应：外光电效应即光电子发射效应，在光的作用下使电子逸出物体表面；②内光电效应：内光电效应有光电导效应、光电动势效应及热电效应。

第3章位移传感器在制造业中的应用第4章力与运动学量传感器及应用第5章压力、流量和物位传感器及应用第6章温度传感器及应用热电效应（赛克威尔效应）：将两种不同导体A、B两端连接在一起组成闭合回路，并使两端处于不同温度环境，在回路中会产生热电动势而形成电流，这一现象称为热电效应。

传感器原理及应用总结➢传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。

➢传感器的基本特性通常用其静态特性和动态特性来描述。

➢电阻传感器的基本原理是将各种被测非电量转为对电阻的变化量的测量，从而达到测量的目的。

➢金属丝电阻应变片与半导体应变片的工作原理主要区别在于前者利用导体形变引起电阻变化、后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。

➢金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。

直线的电阻丝绕成敏感栅后，长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。

➢光电开关和光电断续器是开关式光电传感器的常用器件，主要用来检测物体的靠近、通过等状态。

➢光电式传感器由光源、光学元器件和光电元器件组成光路系统，结合相应的测量转换电路而构成。

➢硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。

➢光敏二极管的结构与普通二级管类似。

它是在反向电压下工作的。

➢压电传感元件是一种力敏感元件，它由压电传感元件和测量转换电路组成。

➢压电式传感器的工作原理是基于某些电介质材料的压电效应。

它是典型的有源传感器。

➢压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件并联起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件串联起来。

➢差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比，线性好、灵感度提高一倍、测量精度高。

➢螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。

➢差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。

一、单选题1.以下那个质量是直接影响传感器的性能和精度（）A、应变计B、弹性敏感元件C、敏感栅D、电路电阻答案： B2.增量式位置传感器输出的信号是（）A、电流信号B、二进制格雷码C、脉冲信号答案： B3.经常看到数字集成电路的VDD 端（或VCC 端）与地线之间并联一个0.01mF的独石电容器，这是为了( )。

A、滤除50Hz锯齿波B、滤除模拟电路对数字电路的干扰信号C、滤除印制板数字IC电源走线上的的脉冲尖峰电流答案： C4.发现某检测仪表机箱有麻电感，必须采取( )措施。

A、接地保护环B、将机箱接大地C、抗电磁干扰答案： B5.在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用（）接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。

A、串联B、并联C、既串联又并联D、以上都不对答案： A6.一束频率为1MHz的超声波（纵波）在钢板中传播时，它的波长约为（）A、5.9mB、340mC、5.9mmD、1.2mm答案： C7.用在压电加速度传感器中测量振动的压电材料应采用（）A、PTCB、PZTC、PVDFD、SiO2答案： B8.属于传感器动态特性指标的是（）A、重复性B、线性度C、灵敏度D、固有频率答案： D9.下列哪一项不是金属式应变计的主要缺点（）A、非线性明显B、输出信号微弱C、抗干扰能力差D、响应时间慢答案： D10.下面的哪个温度补偿方法是不存在的（）A、电桥补偿法B、辅助测温元件微型计算机补偿法C、电阻补偿法D、热敏电阻补偿法答案： C11.下列哪一项是半导体式应变计的主要优点（）A、非线性明显B、灵敏度高C、准确度高D、横向效应小答案： B12.应变式传感器的温度误差产生的主要原因：（）A、应变式温度传感器件的温度系数变化。

B、应变式温度传感器件的测量部分引起的。

C、应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。

D、试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

答案： D13.粉尘较多的场合不应采用传感器（）A、光栅B、磁栅C、感应同步器答案： A14.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是（）A、补偿热电偶冷端热电势的损失B、起冷端温度补偿作用C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方D、提高灵敏度答案： A15.不能直接用于直线位移测量的传感器是（）A、长光栅B、长磁栅C、标准感应同步器D、角编码器答案： D16.能制成薄膜，粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用（）A、PTCB、PZTC、PVDFD、SiO2答案： C17.应变片绝缘电阻是指已粘贴的（）应变片的之间的电阻值A、覆盖片与被测试件B、引线与被测试件C、基片与被测试件D、敏感栅与被测试件答案： B18.电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（）的输出。

第1章 传感器基础知识1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。

我们对传感器定义是：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。

从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

我国国家标准对传感器的定义是：“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”。

定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。

按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。

2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。

答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。

②传感器：能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或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的 装置。

④变送器：能输出标准信号的传感器关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。

传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。

第二章:传感器特性 何谓传感器的静态特性，传感器的主要静态特性有哪些? 静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。

主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

(1) 线性度指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。

(2) 灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。

其定义为输出量的增量Δy 与引起该增量的相应输入量增量Δx 之比。

它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S 值越大，表示传感器越灵敏.(3) 迟滞传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。