《传感器》复习重点

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。

传感器原理与应用复习要点传感器是一种将非电学量转换为电学信号的装置，广泛应用于各个领域。

其原理可以分为物理效应、化学效应和生物效应三类。

下面是传感器原理与应用的复习要点：1.物理效应传感器：-热敏电阻：利用物质的电阻随温度变化的特性，常用于温度测量。

-压电传感器：利用压电材料电荷随机梯度变化的特性，可用于压力、力和加速度的测量。

-光电传感器：利用光的吸收、散射或发射等特性，常用于光强度、颜色和距离的测量。

-磁敏电阻：利用材料的磁阻随磁场变化的特性，可用于磁场的测量。

2.化学效应传感器：-pH传感器：利用溶液中氢离子浓度对电位的影响，用于测量酸碱度。

-气体传感器：利用气体与特定材料发生化学反应，测量气体浓度或类型。

-电化学传感器：利用电化学反应产生的电位差，测量氧气、氢气等的浓度。

3.生物效应传感器：-生物传感器：利用生物体与特定物质相互作用的特性，测量生物学参数，如酶、抗原和抗体等。

-DNA传感器：利用DNA序列的特定识别反应，用于检测和识别DNA的序列。

传感器的应用：1.工业自动化：传感器可用于测量温度、压力、流量、液位等工业参数，实现工业自动化控制。

2.环境监测：用于监测大气污染物质、水质、土壤质量等环境参数。

3.医疗保健：用于测量心率、体温、血压等生物参数，实现远程医疗监护。

4.智能家居：用于检测温度、湿度、光线等，实现智能调控家居环境。

5.汽车工业：应用于测量车速、转向角度、发动机参数，提升安全性和性能。

6.农业领域：用于监测土壤水分、光照强度、气温等农作物生长参数，实现精确农业。

总结起来，传感器的原理涉及物理、化学和生物效应，应用广泛，包括工业自动化、环境监测、医疗保健、智能家居、汽车工业和农业等领域。

对传感器的深入理解和应用有助于提升各个领域的技术水平和生活质量。

一．电阻式传感器基本原理:将被测的非电量转换成电阻值的变化,再经转换电路变成电量输出。

1.应变式传感器工作原理：金属的电阻应变效应:金属导体的电阻随着机械变形（伸长或缩短)的大小发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。

特点：结构简单,性能稳定，灵敏度较高，适用于动态测量。

1)横向效应：将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。

这种现象称横向效应。

为了减少横向效应产生的测量误差，一般多采用箔式应变片，其圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多，电阻值较小，因而电阻变化量也就小得多。

2)机械滞后应变片安装在试件上以后，在一定温度下，其（ΔR/R）–ε的加载特性与卸载特性不重合，在同一机械应变值εg下，其对应的ΔR/R值（相对应的指示应变εi)不一致。

加载特性曲线与卸载特性曲线的最大差值Δεm称应变片的滞后。

机械滞后产生的原因：敏感栅、基底和粘合剂在承受机械应变后所留下的残余变形所造成的.3)零漂（P0）：粘贴在试件上的应变片，在温度保持恒定、不承受机械应变时,其电阻值随时间而变化的特性，称为应变片的零漂。

4)蠕变（θ）: 如果在一定温度下，使其承受恒定的机械应变,其电阻值随时间而变化的特性，称为应变片的蠕变.一般蠕变的方向与原应变量变化的方向相反。

5)最大工作电流：是指允许通过应变片而不影响其工作的最大电流值。

6）绝缘电阻：是指应变片的引线与被测试件之间的电阻值。

通常要求50MΩ～100MΩ以上.7）电阻式应变片的温度误差：当测量现场环境温度变化时，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数之差异性而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

对应变片温度误差产生的主要因素进行分析: 1。

电阻温度系数的影响; 2。

测试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数影响.温度补偿方法：(1)线路补偿法（加温度补偿电阻）：利用电桥的和、差原理来达到温度补偿的目的.（2)自补偿法（选材）：主要是通过精心选配敏感栅材料与应变片结构参数来实现温度补偿.2。

（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。

一．简单题1. 什么是传感器，它由哪几部分组成？2. 内部传感器与外部传感器的作用有何区别？3.什么是物性型传感器？什么是结构型传感器？试举例说明。

4.有源型传感器和无源型传感器有何木同？试举例说明。

5.按传感器输出信号的性质可将传感器分为哪几类？6.何谓传感器的静特性和动特性？分别有哪些指标？7.测量范围与量程的区别是什么？8.一般情况下，如何表示传感器的重复性和稳定性？9.什么是传感器的过载能力？10.什么是传感器的灵敏度，如何计算？11.什么是传感器的线性度，如何计算？12.何谓传感器的定度与校准？13.简要说明传感器与检测技术的发展方向？14.参量型位移传感器与发电型位移传感器的有何区别，试举例说明。

15.简要阐述电阻应变式位移传感器的工作原理。

16.简述容栅式电容位移传感器的工作原理及其优点。

17.选用位移传感器应注意哪些问题？18.简要说明差动变压器式位移传感器在零点附近测量时存在的问题。

19.什么是涡流效应？简述高频反射涡流传感器的工作原理。

20.长光栅式位移传感器的工作原理。

21.感应同步器的结构与工作原理。

22.激光式位移传感器由哪些部分构，简述其特点及应用场合。

23.简述电阻应变式测力传感器的工作原理。

24.什么是应变效应？什么是压阻效应25.什么是正压电效应和逆压电效应？利用压电效应课制成哪几种传感器？26.压电式力传感器的工作原理是什么？压电式力传感器与电压放大器配套使用应注意什么问题？27.什么是压磁效应？简述压磁式力传感器的结构及工作特点。

28.简述压磁式扭矩仪的结构及工作特点。

29.简单说明霍尔式压力传感器的工作原理。

与涡流式压力传感器相比，它有何特点。

30.感应式测速发电机的工作原理。

31.变磁通感应式转速传感器中的开磁路与闭磁路各有何优缺点？32.33.简述视觉传感器在机电一体化系统中有哪些作用？34.视觉传感器由哪几部分组成，简述其各组成部分的功能。

35.简单说明光电式摄像机的工作原理。

高二传感器知识点总结一、传感器的基本概念传感器是一种能够感知周围环境并将感知到的信息转化为电信号或其他形式信号的器件。

传感器在工业自动化、智能家居、医疗设备、汽车工业等领域都有广泛的应用，对于提高生产效率、改善生活质量有着重要的作用。

二、传感器的分类1. 按照测量物理量分类传感器根据其测量的物理量不同可以分为温度传感器、压力传感器、光敏传感器、湿度传感器、力传感器、位移传感器等多种类型。

2. 按照传感原理分类传感器还可以按照其传感原理不同进行分类，常见的传感原理包括电阻传感器、电容传感器、电感传感器、霍尔传感器、红外线传感器、激光传感器等。

3. 按照传感器的工作原理分类按照传感器的工作原理可以分为接触式传感器和非接触式传感器两种。

接触式传感器需要直接接触被测物体，而非接触式传感器可以通过无线、光学或者声波等方式进行测量。

三、传感器的特点1. 灵敏度高传感器能够感知到微小的变化，具有高的灵敏度。

2. 可靠性高传感器具有良好的稳定性和可靠性，能够长时间稳定工作。

3. 多功能性强传感器可以感知多种物理量，具有多功能性。

4. 体积小、重量轻传感器通常体积小、重量轻，便于安装和携带。

5. 自动化程度高传感器可以实现自动检测和自动控制，有助于提高生产效率。

四、传感器的应用1. 工业自动化传感器在工业自动化领域有着广泛的应用，可以用于测量温度、压力、液位、流量等参数，实现设备的自动化控制。

2. 智能家居在智能家居领域，传感器可以应用于智能灯光控制、温湿度监测、门窗开关检测等方面，提高生活的便利性和舒适性。

3. 医疗设备在医疗设备领域，传感器可以用于心率监测、血压监测、血糖监测等，为医疗人员提供重要的生理参数。

4. 汽车工业在汽车工业中，传感器可以用于车速测量、车重检测、发动机温度检测等，提高车辆的性能和安全性。

五、传感器的未来发展趋势1. 多功能集成传感器未来发展趋势是实现多功能集成，将多种传感功能整合在一个器件中，提高传感器的智能化和多功能性。

练习一一、选择与填空题：1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。

2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。

3、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）4、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。

5、传感器是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，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和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。

5、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。

7、光电传感器的理论基础是光电效应。

通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。

第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池。

5.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下使其产生形变，继而形成电荷（场），这种现象称为正压电效应。

相反，某些物质在外界电场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。

二、简答题：1、简述霍尔电动势产生的原理。

答：一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势Uh。

这种现象称为霍尔效应，也是霍尔电动势的产生原理。

2、简述热电偶的工作原理。

答：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。

传感器复习提纲第一章：1．传感器一般由哪几部分组成？其各部分分别的作用是什么？2．传感器分类有哪几种？它们各适合在什么情况下使用？3．什么是传感器的静态特性？它由哪些主要性能指标来描述？4．什么是传感器的动态特性？常用什么方法来分析？5．传感器的标定有哪两种？标定的目的是什么？6.灵敏度的定义？如何计算灵敏度大小，如：某线性位移测量仪，当被测位移X由3.0mm变到4.0mm时，位移测量仪的输出电压V由3.0V减至2.0V，求该仪器的灵敏度。

•第一章小结：•1．传感器是指能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成电学量输出的测量装置。

一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。

•2．传感器的分类方法很多，一般可按被测物理量、工作原理、能量关系和输出信号性质来分类。

•3．传感器的输出—输入关系特性是传感器的基本特性，有静态特性和动态特性之分。

所谓静态特性，是指传感器在稳态信号作用下，输出—输入之间的关系特性；而传感器的动态特性是指传感器在测量动态信号时，对激励（输入）的响应（输出）特性。

衡量传感器静态特性的主要性能指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。

一个动态特性好的传感器总是希望随时间变化的输出曲线能同时再现随时间变化的输入曲线，常通过阶跃响应来研究传感器的动态特性。

一阶传感器的阶跃响应最重要的动态特性指标是时间常数，一般希望它越小越好；二阶传感器的阶跃响应典型的动态性能指标包括上升时间、峰值时间、响应时间和最大超调量等，一般也希望它们的数值越小越好。

•4．传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。

静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、迟滞和重复性等；动态标定的目的是确定传感器的动态特S 1—线圈 ，2—铁心，3—衔铁 123δδ∆±图4—1变隙式电感传感器结构原理图性参数，如一阶传感器的时间常数，二阶传感器的固有频率和阻尼比等。

第二章：1．说明电阻应变片的组成、规格及分类。