传感器复习提纲(2012)

传感器原理及应用复习资料第一章传感器概述1．什么是传感器？传感器由哪几个部分组成？试述它们的作用和相互关系。

（1）传感器定义：广义的定义：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。

广义传感器一般由信号检出器件和信号处理器件两部分组成；狭义的定义：能把外界非电信号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。

以上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。

（2）组成部分：传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。

（3）他们的作用和相互关系：敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

2．传感器的总体发展趋势是什么？现代传感器有哪些特征，现在的传感器多以什么物理量输出？（1）发展趋势：①发展、利用新效应；②开发新材料；③提高传感器性能和检测范围；④微型化与微功耗；⑤集成化与多功能化；⑥传感器的智能化；⑦传感器的数字化和网络化。

（2）特征：由传统的分立式朝着集成化。

数字化、多动能化、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。

（3）输出：电量输出。

3．压力、加速度、转速等常见物理量可用什么传感器测量？各有什么特点？4（1）按传感器检测的量分类，有物理量、化学量，生物量；（2）按传感器的输出信号性质分裂，有模拟和数字；（3）按传感器的结构分类，有结构性、物性型、复合型；（4）按传感器功能分类，单功能，多功能，智能；（5）按传感器转换原理分类，有机电、光电、热电、磁电、电化学；（6）按传感器能源分类，有有源和无源；根据我国的传感器分类体系表，主要分为物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器三大类。

复习提纲第1章 传感器概述1 构成信息技术的三大支柱是什么？它们各自起到什么作用2 什么是传感器？（传感器定义，包括广义和狭义）3 传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？4 了解传感器的分类方法。

按检测的量分类有哪三大类？5 了解传感器的图形符号，其中符号代表什么含义。

第2章 传感器特性1 什么是传感器的静态特性？静态特性参数有哪些？（线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨率、稳定性），各种参数代表什么意义，描述了传感器的哪些特征？特别要注意区分灵敏度和分辨力。

2 什么是传感器的动态特性？动态误差的理解。

3 传递函数的定义是什么？一阶系统和二阶系统的传递函数的表达式。

第3章 应变式传感器1 什么是应变效应？金属电阻丝应变片的灵敏度系数的表达式为： 0//12R Rk ρρμεε∆∆==++，其主要由材料的几何尺寸决定的。

2 什么是压阻效应？半导体应变片的灵敏度系数的表达式为： 0012100(12)k E k E μππμ=++≈>>+，50,因此，:，主要是由电阻率的变化所决定的。

3 电阻应变片测量电路，直流电桥电压灵敏度的定义：()021=/1u U n K E R R n =⋅∆+及其讨论（P28）， 4 比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路，讨论各电路输出电压灵敏度、非线性误差补偿及温度补偿。

掌握半桥电路和全桥电路的应变片的布置方式。

5 典型的例子：有一吊车的拉力传感器如图所示，电阻应变片R 1、R 2、R 3、R 4粘贴在等截面轴上，已知R 1～R 4标称阻值为120Ω，桥路电压2V ，物重M 引起R 1、R 2变化增量为1.2Ω。

请连接出应变片电桥电路，计算出测得的输出电压和电桥的输出灵敏度，说明R 3、R 4可以起到什么作用？6 应变式传感器的应用（主要用于测力、压力和加速度的测量）。

第4章 电容式传感器1 电容传感器的工作原理及其结构类型？2 变极距型电容传感器的工作原理及其灵敏度定义（000/1C C k δδ∆==∆）及其讨论（P46），非线性误差的表达式。

《传感器检测技术》复习提纲Chap. 1传感器的用途（非电量电量）传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）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。

现代信息产业的三大支柱随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。

应用领域传感器几乎渗透到所有的技术领域。

如工业生产、宇宙开发、海洋探索、环境保护、资源利用、医学诊断、生物工程、文物保护等等广泛领域，并逐渐深入到人们的生活中。

传感器命名规则传感器产品的名称，应由主题词及四级修饰语构成。

（1）主题词——传感器。

（2）第一级修饰语——被测量，包括修饰被测量的定语。

（3）第二级修饰语——转换原理，一般可后续以“式”字。

（4）第三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必须的性能特征，一般可后续以“型”字。

（5）第四级修饰语——主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）。

本命名法在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊场合使用。

例1 传感器，绝对压力，应变式，放大型，1～3500kPa；例2 传感器，加速度，压电式，±20g。

在技术文件、产品样书、学术论文、教材及书刊的陈述句子中，作为产品名称应采用与上述相反的顺序。

例1 1～3500kPa 放大型应变式绝对压力传感器；例2 ±20g 压电式加速度传感器。

静态特性曲线优劣性比较传感器的静态性能指标：线性度、灵敏度、精确度、迟滞、重复性、零点漂移、温漂、分辨率和阈值灵敏度的定义：灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。

Chap. 2力的测量原理（静力效应，动力效应）力的计量单位为牛顿。

电桥（单臂、双臂、全桥，需要会推导输出表达式）如下图所示为恒压源供电的直流电桥测量电路。

其特点是，当被测量无变化时，电桥平衡时输出为零。

《传感技术》课程复习提要考试方式：一页开卷1.解释：【传感器】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。

通常由敏感元件和转换电路组成。

【传感技术】传感器技术是一个汇聚物理、化学、材料、器件、机械、电子、生物工程等多类型交叉学科，涉及传感检测原理、传感器件设计、传感器开发和应用的综合技术。

【精密度】指多次测量值之间的符合程度，即接近程度或一致性，反映测试系统的随机误差【分辨率】分辨力的相对值，等于：分辨力/测量上限×100%【零漂】指在恒温条件下，测量仪器开机一段时间仪器零点的变化情况【压阻效应】沿着半导体某晶向施加一定的压力而使其产生应变时，其电阻率将随应力改变而变化，这种现象称之为半导体的压阻效应。

【（应变片）灵敏系数】灵敏系数系指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比逆压电效应某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。

这种现象称压电效应。

人们把这种机械能转换为电能的现象称为“正压电效应”；相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。

具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料能实现机—电能量的相互转换。

【机械品质因数】压电晶片谐振时,贮存的机械能与在一个周期内(变形、恢复)损耗的能量之比。

【光电导效应】在光线的作用下，半导体的电导率增加，这种现象称为光电导效应【暗电阻】光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。

此时流过的电流，称为暗电流。

【热电偶】热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感器。

【汤姆逊效应】假设在一匀质棒状导体的一端加热，则沿此棒状导体有温度梯度；导体内自由电子将从温度高的一端向温度低的一端扩散，并在温度较低一端积累起来，使棒内建立起一电场。

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。

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。

传感器原理及应用复习提纲绪论一. 传感器及其作用二. 传感器的组成及其各部分的功能（什么是敏感元件，什么是转换元件，什么是测量电路，作用是什么？）三. 传感器的分类方法1．解释按输入量分类。

2．解释按测量原理分类。

四. 传感器技术的三要素是什么？第一章传感器的一般特性一. 传感器的静态特性1．牢固掌握传感器的主要静态特性指标及其定义：线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨率、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

2．牢固掌握精度等级的意义和应用。

二. 传感器的动态特性1．数学模型（0、1、2阶微分方程描述方法）2．传递函数（零阶特性，一阶特性，二阶特性。

）3．工程实际传感器动态指标的表示方法第二章应变式传感器1．金属应变片式传感器的特点（6点）。

精度高，测量范围广；频率响应特性较好；结构简单，尺寸小，重量轻；可在恶劣条件下正常使用；价格低廉，品种多样，便于选择。

金属应变片式传感器的原理（应变效应）2．金属应变片的主要特性：灵敏度系数的定义及物理意义。

什么是金属应变片的横向效应。

解释什么是机械滞后。

解释什么是应变极限。

研究金属应变片的动态特性的目的是什么。

3．温度误差及补偿温度怎样造成金属应变片式传感器的测量误差。

了解怎样用单丝自补偿应变片了解怎样用双丝组合自补偿应变片掌握用电桥补偿应变片的温度误差的原理4．测量电路固掌握分析、计算应变片式传感器组成的电桥电路。

了解等臂电桥，单臂电桥，输入和输出的关系（应变ε与电桥输出电压）。

了解什么是第一对称电桥，什么是第二对称电桥，输入和输出的关系。

5．什么是应变效应。

6. 什么是压阻效应。

半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的亚阻效应。

7．什么是固态压阻器件。

8．应变片式传感器可以检测哪些物理量，可以应用在哪些领域。

怎样构成加速度传感器？9. 半导体应变片的特点10. 金属应变片式传感器和固态压阻器件都是应变片式传感器，区别是什么。

11．半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的亚阻效应。

复习提纲第1章传感器概述1．什么是传感器？传感器由哪几个部分组成？试述它们的作用和相互关系。

2．传感器的总体发展趋势是什么？现代传感器有哪些特征，现在的传感器多以什么物理量输出？3．压力、加速度、转速等常见物理量可用什么传感器测量？各有什么特点？4．了解传感器的分类方法。

所学的传感器分别属于哪一类？5．了解传感器的图形符号，其中符号代表什么含义。

第2章传感器特性1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？2．静态特性特性参数有哪些？各种参数代表什么意义，描述了传感器的哪些特征？3．什么是传感器的动态误差？传递函数和频率特性的定义是什么？4．什么是传感器的动态特性? 其特性参数有那些？这些参数反映了传感器的哪些特征，应如何选择？5．有一温度传感器，微分方程为30d y/d t+3y=0.15x，其中y为输出电压（mV) , x为输入温度（℃）。

试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。

第3章应变式传感器1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？2．什么是应变片的灵敏系数？半导体应变片灵敏系数范围是多少50-100，金属应变片灵敏系数范围是多少？1.5-2 说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。

应变片的灵敏系数是指应变片的单位应变所引起的应变片电阻相对变化。

3．比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路的特点。

4. 在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？5. 已知：有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数2k =）, 将其粘贴在梁式测力弹性元件上，如图3-30所示。

在距梁端0l 处应变计算公式为 026Fl Eh bε=设力100F N =，0100l mm =，5h m m=，20b mm =，52210/E N mm =⨯。

求： ①说明是一种什么形式的梁。

在梁式测力弹性元件距梁端0l 处画出四个应变片粘贴位置，并画出相应的测量桥路原理图；②求出各应变片电阻相对变化量；③当桥路电源电压为6V 时，负载电阻为无穷大，求桥路输出电压U 0是多少？第4章 电容式传感器1．电容传感器有哪些类型？分别适合检测什么参数？叙述变极距型电容传感器的工作原理、输出特性。

传感器原理复习提纲第一章 绪论1. 检测系统的组成。

传感器 测量电路 输出单元把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置。

把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。

指示仪、记录仪、累加器、报警器、数据处理电路等。

2. 传感器的定义及组成。

定义 能感受被测量并按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。

组成 敏感元件转换元件 转换电路 直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量。

敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量。

上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

3. 传感器的分类。

工作机理 物理型、化学型、生物型构成原理 结构型（物理学中场的定律）、物性型:物质定律 能量转换 能量控制型、能量转换型物理原理 电参量式传感器、磁电传感器、压电式传感器 用途位移、压力、振动、温度4. 什么是传感器的静态特性和动态特性。

静特性 输入量为常量，或变化极慢 动特性 输入量随时间较快地变化时5. 列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义。

230123n ny a a x a x a x a x =+++++x 输入量，y 输出量，a 0零点输出，a 1理论灵敏度，a 2非线性项系数灵敏度传感器在稳态下，输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。

表征传感器对输入量变化的反应能力线性传感器 非线性传感器迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。

产生迟滞的原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷 所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、 运动部件摩擦、 传动机构的间隙、 紧固件松动等。

线性度传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。

4种典型特性曲线k y x=∆∆%1002max⨯∆=FSH Y H γ非线性误差%100max⨯∆±=FSL Y L γ，ΔLmax ——最大非线性绝对误差，YFS ——满量程输出值。

《传感器原理与应用》课程复习纲要一、课程内容1．基本概念名词解释，要完整。

例如：压电效应：名词解释要包括两部分（正、逆压电效应），材料等。

2．传感器的工作原理例如：电涡流式测厚传感器：说明传感器的组成结构、写出原理图、叙述工作过程和相关的表达式（或数学模型或物理模型）等。

3．基础知识和基本常识（包括传感器的分类）例如：（1）动态模型中，“标准”输入只有三种：正弦周期输入、阶跃输入和线性输入，而经常使用的是前两种。

（2）在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称光生伏特效应，如光电池。

（3）电涡流式位移传感器有高频反射式和低频透射式两种。

（4）看图分析并叙述图上提供的信息。

4．计算例如：（1）金属应变片如何贴片分布于在等强度梁上？电阻变化计算和输出电压计算。

（2）用于测量转速的传感器有哪些？结构如何？如何计算转速？测速误差多少？5．测量电路简图和作用例如：金属应变片全桥电路、半桥电路等测量电路图，及相应的作用。

6．有关误差补偿例如：非线性补偿可用差动结构；温度补偿也可差动结构，还有其它方法等。

7．看图设计叙述例如：（1）8个实验内容：金属应变片、差动变压器、扩散硅压阻式压力传感器、霍尔传感器和光纤传感器等。

（2）看图叙述某传感器的结构组成，如何工作的及优缺点。

二、考试形式1．闭卷考试考试时间：120分钟。

2．考试题型填空题(10分)、单项选择题(10分)、简述题(4*8分)、计算题(2*10分)和设计题(2*14分)三、各章需掌握的内容绪论什么是传感器，传感器的物理基础、传感器的分类等。

第1章传感器技术基础传感器的数学模型、物理模型、静态特性（包括其指标，如线性度等）、动态特性（包括其指标，如二阶系统的参量分析等）、标定和校准、传感器的分析手段和传感器材料。

第2章电阻式传感器电阻式传感器的结构、组成和工作原理，测量电路及有关信号输出计算，及应用。

第3章变磁阻式传感器电感式传感器的分类、组成和工作原理、测量电路的作用等；电涡式传感器的分类、组成和工作原理；霍尔式传感器的组成、工作原理和所用材料，及应用；磁阻效应的有关知识。