传感器的基本特性和指标

传感器的动态特性

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。只要输入量是时间的函数，则其输出量必将是时间的函数。研究动态特性的标准输入形式有三种，即正弦、阶跃和线性，而经常使用的是前两种。

• 零阶传感器动态特性指标

零阶传感器，其输入量无论随时间如何变化，其输出量的幅值总是与输入量成确定的比例关系，在时间上也不滞后，幅角φ等于零。所以零阶传感器的动态特性指标就是静态特性指标。

•一阶传感器动态特性指标一阶传感器动态特性指标有：静态灵敏度和时间常数τ。如果时间常数τ越小，系统的频率特性就越好。在弹簧阻尼系统中，就要求系统的阻尼系数小，而弹簧刚度要大。

二阶传感器的传递函数：

由于大多数传感器均为二阶系统,所以我们要专门讨论二阶系统的阶跃响应。根据二阶系统相对阻尼系数的大小，将其二阶响应分成三种情况：既>1时过阻尼； =1时临界阻尼； <1时的欠阻尼。在一定的值下，欠阻尼系统比临界阻尼系统更快地达到稳态值；过阻尼系统反应迟钝，动作缓慢，所以一般传感器都设计成欠阻尼的， 一般取值为0.6~0.8

1：何为传感器的静态特性？主要技术指标是什么？答：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感

器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复

性、零点漂移、温漂。

2：何为传感器的动态特性？主要技术指标是什么？答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数；对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

3：什么是金属材料的应变效应？什么是半导体材料的压阻效应？答：①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。

（②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：比较金属丝应变片和半导体应变片的相同和不同点。答：相同点：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

；不同点：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。

5：什么事金属应变片的灵敏度系数？答：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；（

它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏

度小于金属丝的灵敏度）

6：采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？答：①因为金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（②基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若

它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单

丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。

7：固态压阻器件的结构特点是什么？受温度影响会产生那些温度漂移？如何进行补偿？答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子

.

'. 传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件、辅助电源、信号调整电路。

传感器定义为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。

传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学、生物特征，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、电容、电阻等）输出。

传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。

传感器所测量的物理量有两种基本形式：稳态（静态或准静态）和动态（周期变化或瞬态）。

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、漂移。

静态特性衡量静态指标。动态特性衡量动态指标。

（简答题）应变式传感器的基本工作原理：

当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小

应变(stress)是物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。当外力去除后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形变的应变称为弹性应变。

具有弹性应变特性的物体称为弹性元件

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。

电感式传感器可分为：变磁阻式（自感式）、变压器式和涡流式（互感式）。

压电式传感器是以某些介质的压电效应作为工作基础的。

压电效应：对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其表面出现电荷集聚的现象，也成为正压电效应。

逆压电效应：当在片状压电材料的两个电极面上加交流电压，那么电压片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应。

压电式传感器的特点：结构简单、体积小、重量轻、 工作频带宽、灵敏度高、信噪比高、工作可靠、测量范围广等。

磁敏式传感器分为：利用电磁感应的磁电感应式传感器和利用霍尔效应的霍尔式传感器。

第一章

1. 传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？

答：（1）传感器是能够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。

（2）传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路组成，有的还需辅助电源。

2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？

答：一般常用的分类方法有四种：①按测量原理分类；②按输入信号分类；③按结构型和物理型分类；④按使用材料分类。

第二章

1. 何谓传感器的静态特性，传感器的主要静态特性有哪些？

答：（1）传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。

（2）主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、漂移。

2. 何谓传感器的动态特性，怎样衡量传感器的动态特性？

答：（1）传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。

（2）传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来衡量。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。

第三章

1. 试分析电位器式传感器的负载特性，什么是负载误差？如何减小负载误差？

答：（1）电位器输出端有负载时，其特性称为负载特性。负载电阻和电位器的比值为有限值，负载特性偏离理想空载特性的偏差称为电位器的负载误差。对于线性电位器，负载误差即为其非线性误差。

（2）减小负载误差方法：

①尽量减小负载系数，通常希望m＜0.1，为此可采用高输入阻抗放大器；

②将电位器工作区间限制在负载误差曲线范围内；

③将电位器空载特性设计成某种上凸特性，负载特性必然下降。

第四章

1. 简述电阻应变式传感器的温度误差原因，如何补偿。

答：（1）原因：①温度变化引起敏感栅金属丝电阻变化；

②试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，两者随温度变化产生的形变不

等，使应变片产生附加应变。