传感器原理及应用期末复习

温度传感器的应用及原理

温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。

温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。

热敏电阻器

用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。 表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。

这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。

图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：

这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。

热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。

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。

②

7. 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

RABC=RADC=2（R+ △RT ），故有

RABC=RADC=2I

因此电桥的输出为

Usc=UBD=1/2 .I.（R+ △R+ △RT ）-1/2 .I.（R- △R+ △RT ）

整理后得

传感器原理及应用知识点总结

传感器是一种能够感知和测量外部环境参数的器件，根据其工作原理和应用领域的不同，可以分为多种类型。以下是传感器原理及应用的一些常见知识点总结：

1. 传感器工作原理：

- 电阻传感器：利用材料电阻随环境参数变化而变化的特性，如温度传感器、湿度传感器等。

- 压阻传感器：利用材料电阻随压力变化而变化的特性，如压力传感器。

- 电容传感器：利用材料电容随环境参数变化而变化的特性，如接近传感器、触摸传感器等。

- 磁性传感器：利用材料磁性随环境参数变化而变化的特性，如磁场传感器、位置传感器等。

- 光电传感器：利用材料对光的敏感性随环境参数变化而变化的特性，如光电开关、红外传感器等。

- 声波传感器：利用材料对声音的敏感性随环境参数变化而变化的特性，如声音传感器、超声波传感器等。

2. 传感器应用领域：

- 工业自动化：用于监测和控制生产过程中的环境参数，如温度传感器、压力传感器、流量传感器等。

- 汽车电子：用于检测和控制汽车各个系统的参数，如发动机温度传感器、氧气浓度传感器、轮胎压力传感器等。

- 医疗器械：用于监测和测量患者的生理参数，如心率传感器、血氧传感器、体温传感器等。

- 智能家居：用于实现家庭环境的智能化控制，如温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器等。

- 安防监控：用于监测和识别环境中的异常行为和事件，如人体红外感应器、摄像头、指纹传感器等。

3. 传感器的特性：

- 灵敏度：指传感器对环境参数变化的反应程度，一般以输出信号的变化量表示。

- 精度：指传感器输出信号与实际环境参数之间的偏差，一般以误差大小表示。

- 响应时间：指传感器从检测到环境参数变化到输出信号发生变化的时间，一般以时间间隔表示。

- 工作范围：指传感器能够正常工作的环境参数范围，一般以最大和最小值表示。

（填空题）1、按照传感机理，可将传感器分为结构型和物性型两种型式。2、传感器一般由敏感元件、转换元件和

测量电路三部分组成。3、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是理想曲线的斜率4、将导体或半导体置于磁场中并通入电流，若电流方向与磁场方向正交，则在与磁场和电流两者都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应5、在应变式传感器的测量电路中为改善传感器的非线性误差和提高输出灵敏度常采用差动半桥或全桥电路。6、电涡流传感器是基于电涡流效应原理进行工作的，可以进行厚度测量、位移测量、振幅测量、转速测量和涡流探伤等应用。7、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属导体材料和② 半导体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由形变形成的，而②的电阻变化主要是由压阻效应造成的，半导体材料传感器的灵敏度较大。

1、传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。2、温度测量方法有接触式测温和非接触式测温两大类。3、电涡流传感器是利用电涡流效应进行工作的，主要有低频透射式和高频反射式两种类型。4、在半导体气敏传感器中，加热是为了有助于氧化反应进程，材料中加入催化剂是为了改善传感器的选择性。5、光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态，没有光照时，暗电阻很大暗电流很小；当光照射在PN结上时，形成的电流为光电流。6、采用差动式结构的自感传感器利用铁心线圈的参数变化带动线圈的自感变化来进行测量；差动变压器是利用线圈间的互感变化进行测量的。7、常用电容传感器的测量电路有耦合式电感电桥、双T二极管交流电桥、脉冲调宽电路和运算放大器电路。

1、按照传感机理，可将传感器分为物性型和结构型两种型式。2、传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。3、传感器的输入输出特性指标可分为静态和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的静态指标，而频率响应特性是传感器的动态指标。4、导电丝材的截面尺寸发生变化后其电阻会发生变化，用这一原理可制成的传感器称为电阻应变式式传感器，利用有料具有磁致伸缩效应可制成的压磁式传感器也可用以测量力，而压电式传感器则利用了一些具有离子型晶体电介质的压电效应，它敏感的最基本的物理量也是力。5、热电式传感器中，能将温度变化转换为电阻变化的一类称为热电阻，而能将温度变化转换为电势的称为热电偶，其中热电偶式传感器在应用时需要做温度补偿(冷端补偿)。6、旋转式编码器用以测量转轴的角位移，其中绝对编码器在任意位置都有固定的数字编码与位置对应，线数为360线的增量式编码器分辨力为1（角）度。7、光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。8、温度测量可分为接触式和非接触式两种方式。