传感器复习(南京工程学院)

第一章传感器概述人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。

如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。

1.1.1传感器的定义广义：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的输出器件和装置。

狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

国家标准对传感器定义是：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以上定义表明传感器有以下含义：1、它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置；2、能按一定规律将被测量转换成电信号输出；3、传感器的输出与输入之间存在确定的关系；按使用的场合不同又称为: 变换器、换能器、探测器1.1.2传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：图示：被测量---敏感原件-----转换原件----基本电路-------电量输出电容式压力传感器-------------------压电式加速度传感器----------------------电位器式压力传感器1.1.3传感器的分类1）按传感器检测的范畴分类：生物量传感器、化学量传感器、物理量传感器、2）按输入量分类：速度、位移、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度3）按传感器的输出信号分类：模拟传感器数字传感器4）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5）按传感器的功能分类：智能传感器、多功能传感器、单功能传感器6）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。

7）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、生物类传感器三大门类；1.2 传感器的地位与作用在基础学科研究中，传感器更有突出的地位。

宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短的瞬间反应。

14届考试参考方向第1章 概述1.1 什么是传感器？ P6答：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，通常由敏感元件和转换元件组成。

1.2 传感器的共性是什么？ P6答：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（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。

1.3 传感器一般由哪几部分组成？ P7答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。

另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。

1.6 改善传感器性能的技术途径有哪些？ P10-11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。

第2章 传感器的基本特性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？ P15答：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。

P24 传感器的标定：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；它是通过实验建立传感器输入量与输出量间的关系，并确定出不同使用条件下的误差关系或测量精度。

传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。

第3章 电阻式传感器3.2 电阻应变片的种类有哪些？各有什么特点？P30-31答：常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。

金属电阻应变片的工作原理是主要基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化；半导体电阻应变片的工作原理是主要基于半导体材料的压阻效应。

P41 电阻式力传感器的分类和各类别的适用场合：电阻式力传感器分为柱式、环式、悬臂式等，柱式力传感器为为实心的，结构简单、紧凑，可承受很大载荷，如火箭发动机实验；载荷较小，为增大柱的曲率半径，便于粘贴电阻片等，使用空心筒式结构；环式多用于测量较大载荷，它应力分布有正有负，易接成差动电桥；悬臂梁式弹性元件结构简单，加工容易，电阻应变片容易粘贴，灵敏度较高，适用于测量小载荷。

一、填空题（每题3分）1.传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。

2.金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时, 产生机械变形, 导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后, 其电阻率发生明显变化, 这种现象称为压阻效应。

4.金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形, 从而导致材料的电阻发生变化。

5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主, 材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反, 其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主, 而机械形变为辅。

6.金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。

7、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。

8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。

9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。

10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成, 弹性元件用来感知应变, 电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。

11.应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成, 弹性元件用来感知应变, 电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。

12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成, 弹性元件用来感知应变, 电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。

13.应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成, 弹性元件用来感知应变, 电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。

复习资料考试题型：填空，简答，计算，综合，画图简答（一）:1、传感器的定义和组成以及应用。

2、什么是传感器的静态特性？静态特性主要技术指标有那些？3、什么是应变效应？应变传感器的类型？4、简述电感传感器的基木工作原理及其分类？其测量特点是什么5、电容式传感器按工作原理分哪几种类型？各有何特点？6、压电传感器能测静态的力吗？为什么？7、何谓光电效应？如何分类？具体的实例有哪些？8、简述常用的抗干扰措施？9、以应变传感器为例简述如何实现电量获取以及非电量的测量?10简述热电偶的测温原理？——热电效应11、并动技术的特点？（4方面）12、智能传感器的组成？13、误差的分类和表示？14、数据采集系统的组成？（也可能是画图题门）简答（-）:1、简述自动检测系统的组成结构？2、误差按岀现的规律又如何分？产生的原因是什么？对测量结果有何影响？从提高测量精度来看，应如何处理这些谋差？3、、直流电桥是什么？若按桥臂工作方式分类，可分为哪儿种，各自的输出电压是什么？4、常用的温度传感器有哪些类型？举例说明？5、电涡流传感器的原理和应用？在使用过程中，其线圈的品质凶素耍如何变化？6、如何改善单极式变极距型电容式传感器的非线性？7、什么是正压电效应？逆压电效应？齐举例一应用实例。

8、什么是霍尔效应，简述霍尔传感器的应用场合？9、工程测量的注意事项有哪些？10、热电偶的测温原理和连接方式？11、热电阻和热敏电阻的区别？（标称阻值，连接电路，电阻的测温变化情况，温度范围等等）12、频差法，时差法测流速的特点？13、精度的定义和分类？以及各类型和误差之间的关系？14、标准信号的定义？简答（三人1、常见的执行机构有哪些?2、何为误差？按表示形式分哪几种？3.简述应变片温度误差效应的概念，产生原因和补偿办法。

4、常用的压力传感器有哪些？5、如何实现信号的频率测量？举例说明？6、简述压电传感器的工作原理#导体应变传膊器r7、 常用的压电材料冇哪些？各冇何特点？8、 简述超声波传感器的应用？9、 应变片的温度补偿？10、 试分析下面电路（图1）的温度自动补偿原理？11、 热电偶的温度补偿？12、 光电编码器的分类以及分辨率的计算？ 图113、 随机误差的特点？（单峰，冇界，对称）简答（四）：1、 现代测量系统由那几部分组成？齐组成部分的功能？2、 标定的作用？（20）3、 应变片的测量电路什么电路、其特点是什么？4、 差动自感式传感器和差动变压器的区别？特点是什么？5：接近开关的特点，常用的有哪些类型的接近开关？6、 什么是压电效应？7、 常用数字式位置传感器有哪些？8、 简述非电量的电测系统的含义？9＞电感传感器的测量电路，以及其测量特点？10、 分析电磁炉的工作原理？（画图分析）11、 热电偶的四大定律以及其意义？12、 超声波传感器的温度补偿？13、 标度变化的作用？（掌握线性标度变化）计算分析1某采购员分别在三家商店购买100kg 大米、10kg 苹果、1kg 巧克力，发现均缺少约0.5kg,如果你是 采购员，你对哪家商店意见最大，是何原因？2、测量悬臂梁形变的的原理如卜图 彳R 』 ；., （1） 说明传感器的主要组成部件。

复习主要内容第一章1、传感器概念、电量、非电量能感受规定的被测量，并将能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

2、测控系统的构成、特点传感器、测量电路、显示记录装置、电源四部分组成。

3、传感器分类：按被测量，按工作原理，了解表1-14、传感器静态特性：灵敏度（K=dx/dy）、线性度（掌握端基拟合法、理论直线法）、迟滞、重复性、分辨力（分辨力：输入量从某个任意值（非零值）缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量的变化量即分辨力，分辨力的单位为输入量的单位。

如：输入量为质量，那分辨力的单位为g/kg）、漂移（时间漂移、温度漂移、零点漂移、灵敏度漂移）5、传感器动态特性：时间响应法、频率响应法6、提高传感器性能的方法：线性化技术、差动技术（提高灵敏度、减少系统误差）、数据平均与误差平均、补偿与校正技术、屏蔽隔离和抑制干扰、稳定性处理；7、了解传感器材料8、电子测量相关概念：真值、实际值、示值、绝对误差、相对误差、实际相对误差、示值相对误差绝对误差：仪表的指示值与被测量的真值之间的差值，记作δ，有符号、单位。

δ=X-X0相对误差：仪表指示值的绝对误差δ与被测量真值的比值，记作r。

引用误差：绝对误差δ与仪表量程L的比值，常用百分数表示。

最大引用误差：最大绝对误差δ与仪表量程L的比值决定仪表的精度等级。

测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。

工业仪表常见的精度等级有：0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级（8个）。

9、系统误差、随机误差、粗大误差、精度、精密度、准确度系统误差：相同条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小、符号不变，或按一定规律变化，这种误差较系统误差。

随机误差：相同条件下，多次重复测量同一量时，误差以不可预见的方式变化。

10、标定、校准、标准量传递例1：某1.0级电流表的满度值（量程上限值）是100μA，求测量值分别为100μA、80μA、20μA时的绝对误差和示值相对误差。

第一章测试的基础知识1、计量的概念：实现测量单位统一和量值准确传递2、测量的概念：测量是以确定被测对象的量值3、测试的概念：测试则是具有试验性质的测量第二章信号分析基础1、信号分为：连续、离散、能量、功率、确定（周期、非周期）、随机（平稳、非平稳）信号2、周期信号的频谱有以下特点：离散性、谐波性、收敛性第三章测试系统的特性1、对测试系统的基本要求是实现不失真的测试2、理想的测试系统应该具有：单一性、输入与输出关系3、测试系统的静态特性指标：灵敏度（输入与输出之比）、线性度、回程误差（迟滞误差）、重复性、精度、稳定性和漂移（稳定度、环境影响）、分辨力、可靠性第四章传感器技术概论1、传感器的组成：敏感组件、变换组件、信号调理电路、（Extra ：辅助电源提供转换能量）2、弹性敏感组件的基本特性：● 刚度：外力作用时抵抗变形的能力（k=dF/dx ）● 灵敏度：外力作用下产生变形的大小（S=1/k=dx/dF ）● 弹性滞后原因：分子间存在内摩擦）● 弹性后效与载荷、时间有关）● 温度特性：αt 表示膨胀系数、0L 表示温度为0t °C 时的长度则t °C 时的长度为]t -t 1[0t 0）（α+=L L ● 固有频率：em k 21f π= （k ：刚度e m ：振动质量）机械品质因数：Q 值越大，弹性敏感组件消耗的能量越少，储能效率越高，工作频带越窄3、弹性敏感组件的要求：极限强度高、滞后温度小、抗氧化绝缘耐腐蚀第五章电阻应变式传感器1、电阻应变片的结构：敏感栅、基底、引线、覆盖层、粘合剂、电极2、电阻应变片原理：电阻应变效应、压阻效应3、电阻应变效应：电阻值随机械变形而变化的物理现象4、压阻效应：受到载荷应力作用，电阻产生变化5、公式：AL R ρ=（L ：长度A ：截面积（4d 2π=A ）ρ：电阻率） 6、电阻应变片种类：丝式、箔式、半导体、薄膜应变片7、电阻应变片材料要求：灵敏度、电阻率高而稳、电阻系数小热稳定、抗氧化耐腐蚀、无机械滞后8、测量电桥：电桥是电阻（电感或电容）所组成的一个四端网络,参与测量的桥臂数越多，电桥的灵敏度越高计算方法：图，详见书46页当L R →∞时，电桥输出电压为）（4332110R R R R R R U U I +-+= 当电桥平衡时，0U =0则有：1R 4R =2R 3R 或4321R R R R = 结论：电桥若平衡，相对两臂的乘积相等，或相邻两臂电阻的比值必定相等 半桥单臂：I U RR U ∆=410只有一个电阻工作，其他都为0 半桥双臂：I U RR U ∆=210只有两个电阻工作，其他都为0 全臂：I U RR U ∆=0所有电阻都相等 第六章电感式传感器1、电感式传感器分为：自感、互感、电涡流式2、自感式（线圈、铁心、衔铁组成）：变气隙式、变面积式、螺管式、差动式自感传感器变间隙型：图详见53页：m2R N L =（N 为线圈匝数，m R 磁路总电阻）差动式自感传感器：两个结构相同的自感线圈组合在一起形成差动式电感传感器，提高灵敏度，减少测量误差3、互感式电感传感器:即差动变压器工作原理类似变压器，但接线方式是差动的，用来测量被测量转化为互感系数M 的变化4、电涡流式传感器：根据电磁感应定律，块状金属在变化的磁场或做切割磁感线运动时，导体内将产生旋涡状的感应电流，称为电涡流电涡流式传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、干扰能力强第七章电容式传感器1、电容式传感器工作原理和结构：d AC ε=（12-100.9⨯=ε为介电常数A 为面积d为间距）两块平行金属板组成的平板电容器。

传感器复习资料传感器是一种能够感知和测量物理量的设备，它可以将检测到的信号转化为电信号或其他形式的信号，用于实时监测、控制和反馈系统。

在实际应用中，传感器被广泛用于工业生产、自动化控制、环境监测、医疗诊断等领域。

本文将对常见的传感器类型、工作原理以及应用进行详细介绍。

一、传感器类型1. 温度传感器：温度传感器用于测量物体的温度变化，常见的温度传感器有热电偶、热电阻、红外线传感器等。

2. 湿度传感器：湿度传感器用于测量空气中的湿度，常见的湿度传感器有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器等。

3. 压力传感器：压力传感器用于测量气体或液体的压力变化，常见的压力传感器有压阻式传感器、压电式传感器、压力开关等。

4. 光敏传感器：光敏传感器用于测量光线的强弱变化，常见的光敏传感器有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。

5. 加速度传感器：加速度传感器用于测量物体的加速度变化，常见的加速度传感器有压阻式传感器、压电式传感器、MEMS加速度传感器等。

6. 气体传感器：气体传感器用于测量空气中各种气体的浓度变化，常见的气体传感器有氧气传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器等。

7. 液位传感器：液位传感器用于测量容器内液体的高度或压力变化，常见的液位传感器有浮子式传感器、电容式传感器、超声波传感器等。

二、传感器工作原理不同类型的传感器有不同的工作原理，下面以几种常见的传感器为例进行介绍：1. 温度传感器：热电偶是通过两种不同材料的热电效应来测量物体的温度变化的。

热电偶的工作原理是根据两种不同材料的热电效应产生的电势差来判断温度的变化。

2. 湿度传感器：电容式湿度传感器是通过测量两个电极之间的电容变化来测量空气中的湿度变化的。

湿度变化会导致电极之间电介质的介电常数发生变化，从而改变电容值。

3. 压力传感器：压力传感器通常通过感应器件与被测物体产生压力的力或变形来测量压力变化。

压力传感器根据不同的原理可分为电阻式传感器、压电式传感器等。

复习1. 传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的 D 。

A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨力越高2. 下列被测物理量适合于使用涡流传感器进行测量的是 D 。

A．压力 B．力矩C．温度 D．厚度3. 霍尔元件一般采用 B 材料？A. 高分子B. 半导体C. 绝缘体D. 导体4．半导体应变片与金属应变片比较,其具有 A 的优点。

A.灵敏度高B.温度稳定性好C.可靠性高D.接口电路复5.螺线管式自感传感器采用差动结构是为了 B 。

A．加长线圈从而增加线性范围B．提高灵敏度，减小温漂C．降低成本D．增加线圈对衔铁的吸引力6.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量 C 。

A．人体重量 B．车刀的压紧力C．车刀在切削时感受到的切削力的变化量D．自来水管中水的压力7.在车间用带微机的数字式测温仪表测量炉膛的温度时，应采用 D 较为妥当。

A．计算修正法 B．仪表机械零点调整法C．冰浴法 D．冷端补偿器法（电桥补偿法）8.光栅传感器利用莫尔条纹来达到 A 。

A. 提高光栅的分辨力B. 辨向的目的C. 使光敏元件能分辨主光栅移动时引起的光强变化D. 细分的目的9.若要求线性好、灵敏度高、量程为1mm左右、分辨率为1 m左右，应选择 A 自感传感器为宜。

A．变隙式 B．变面积式 C．螺线管式10. 非线性度是表示校准曲线( B )的程度。

A.真值B.偏离拟合直线C.正反行程不重合D.重复性11．属于传感器动态特性指标的是（ D ）A．重复性B．线性度C．灵敏度D．上升时间12. 在下列传感器中,将被测物理量的变化量直接转化为电荷变化量的是( A )。

A.压电式传感器B.电容式传感器C.自感式传感器D.电阻式传感器13. 全电桥式传感器电路由环境温度变化引起的误差为( D )A. B.C. D. 0 14. 压电式加速度传感器是 ( D ) 信号的传感器。

A. 适于测量任意B. 适于测量直流C. 适于测量缓变D. 适于测量动态15. 属于四端元件的是( C )。

应变传感器1、电气式测力传感器根据转换方式不同可分为几种类型？分别列出各类型的几种典型传感器。

答：2、简述电阻应变式测力传感器的工作原理。

答：电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，使其发生应变，贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻变化，利用电桥将电阻变化转换成电压变化，再送入测量放大电路测量。

利用标定的电压和力之间的关系，测出力的大小。

3、弹性元件的形式有哪几种？ 答：4、应变片的结构分为哪几部分？答：敏感栅，底基，盖层，电极引线。

5、对底基的要求？答：底基的作用是将试件的应变准确地传递给敏感栅，所以底基应具有较低的弹性模量，较高的绝缘电阻，良好的抗湿热性能。

底基一般较薄，厚度在20～50um 。

常用的底基有纸基、胶基和玻璃纤维布基。

6、谈谈应变片对分类，并说明其工作原理。

答：应变片电阻相对变化量为επεμσπεμρρεμE d R dR L L ++=++=++=)21()21(/)21(/其中εμ)21(+是电阻丝的几何尺寸引起的，επE L 是压阻效应引起的。

μ为泊松系数，L π为纵向压阻系数，E 为杨氏（弹性）模量，σ为应力。

对于金属，几何尺寸变化引起电阻变化占主要，即 εμ)21(/+≈R dR灵敏度为μ21+=K ，约在1.7～3.6之间。

对于半导体，压阻效应占主要，即 επE R dR L ≈/灵敏度E K L π=，为电阻应变片的50～70倍。

7、箔式电阻应变片与丝式电阻应变片相比有哪些优点？答：1）金属箔很薄，感受到应力更接近试件表面应力；2）面积大，散热好，也许通过电流大，故灵敏度高，输出信号功率大，为丝式的100～400倍； 3）尺寸可以做得很准确，基长可以很短，并能制成任意形状，从而可扩大使用范围； 4）便于批量生产。

8、丝式电阻应变片的敏感栅的栅端可制成哪两种形式？ 答：圆角形和直角形。

9、名词解释：压阻效应答：压阻效应是指固体受到应力作用时，其电阻率发生变化，这种现象叫压阻效应。

《传感器技术》复习题1、自动测控系统由哪几部分组成？一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。

2、自动测控系统通常可分为开环与闭环两种自动测控系统。

3、传感器的定义是什么？能感受规定的被测量并按照一定的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。

4、画出传感器组成框图并说明各部分的作用。

敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。

5、传感器的特性与技术指标是什么？1）静态特性：传感器的静态特性主要由下列几种技术指标来描述。

（1）线性度：传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差。

（2）灵敏度：传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。

（3）重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。

（4）迟滞现象：传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度。

（5）分辨力：在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量。

（6）稳定性：稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。

（7）漂移：在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。

2）动态特性：（1）阶跃响应特性（2）频率响应特性6、传感器的静态数学模型7、传感器静态数学模型有三种有用的特殊形式： 1)理想的线性特性2)仅有偶次非线性项3)仅有奇次非线性项8、传感器的动态数学模型 1） 微分方程2）传递函数y =a 0+a 1x +a 2x 2+…+a n x nxb dtdxb dt x d b dt x d b y a dt dy a dt y d a dt y d a m m m m m m n n n n n n 0111101111++++=++++------ 011011)()()(a s a s a b s b s b s X s Y s H n n n n m m m m ++++++==----9、当T为100℃，T0为0℃时，鉻合金—铂热电偶的E（100℃，0℃）=+3.13mV，铝合金—铂热电偶E（100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合金—铝合金组成热电偶的热电势E（100℃，0℃）。