微传感器原理与技术
一、名词解释：
MEMS：其英文全称为Micro-Electro-Mechanical System，是用微电子，即microelectronic 的技术手段制备的微型机械系统。第一个M也代表器件的特征尺寸为微米量级，如果是纳米量级，相应的M这个词头就有nano来替代，变为NEMS，纳机电。MEMS及NEMS是在微电子技术的基础上发展起来的，融合了硅微加工、LIGA技术等的多种精密机械微加工方法，用于制作微型的梁、隔膜、凹槽、孔、反射镜、密封洞、锥、针尖、弹簧及所构成的复杂机械结构。（点击）它继承了微电子技术中的光刻、掺杂、薄膜沉积等加工工艺，进而发展出刻蚀、牺牲层技术、键合、LIGA、纳米压印、甚至包括最新的3D打印技术SOI: SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。
SOC:SOC-System on Chip，高级的MEMS是集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统，这样的系统也称为SOC，即在一个芯片上实现传感、信号处理、直至运动反馈的整个过程。
LIGA:LIGA是德文光刻、电镀和模铸三个词的缩写。它是在一个导电的基板上旋涂厚的光刻胶，然后利用x射线曝光，显影后形成光刻胶的模具，再用电镀的方法在模具的空腔中生长金属，脱模后形成金属的微结构。特点：该工艺最显著的特点是高深宽比，若用于加工一个细长杆，杆的直径只有1微米，而高度可达500微米，深宽比大于500，这是其他技术无法比拟的。其次，它还具有材料广泛的特点，可加工金属、陶瓷、聚合物和玻璃。但传统的LIGA采用的x射线曝光工艺极其昂贵，近年来采用SU-8光刻胶替代PMMA光刻胶，紫外曝光代替x射线曝光的准LIGA技术获得了更广泛的发展和应用。
DRIE:反应离子深刻蚀（Deep RIE）。干法刻蚀的典型工艺是DRIE深槽刻蚀。刻蚀分为两步，第一步，通入SF6刻蚀气体进行反应离子刻蚀，刻蚀是各向同性的，即槽底不仅要被刻蚀，槽壁也会被刻蚀。如果就一直这样刻下去，刻蚀的图形和掩模定义的图形将完全不一样，很难控制微结构的尺寸。解决此问题的方法是分步刻蚀，逐次推进。在刻蚀进行10多秒钟转入第二步，快速地将刻蚀气体切换成保护气体C4F8，C4F8在等离子的作用下进行聚合，生成类似于特氟龙这种不粘锅材料，沉积在槽底和槽壁上。10多秒钟后，又切换成SF6刻蚀气体，等离子体中的正离子在电场加速作用下只轰击槽底，而不怎么轰击槽壁，优先将槽底的聚合物保护膜打掉，暴露出硅片表面，从而使得化学刻蚀反应能够再次进行。刻蚀时，由于槽壁上仍然保留有保护膜，而不会被刻蚀。重复这样的刻蚀-保护过程，就能在硅片上刻蚀出垂直的深槽。深槽在宏观上的垂直度能达到88-92°，但微观上其侧壁是有多段小弧形连接而成。干法刻蚀不再象湿法腐蚀那样需要晶向的对准，因此可以制备出齿轮、弹簧等复杂的图形。
二、多项选择题
第一章、
1、MEMS器件的尺寸范围是：（1）
（1）从1um到1mm （2）从1nm到1um （3）从1mm到1cm
3、微系统部件的“深宽比”被定义为（1）之比
（1）高度方向尺寸和表面方向尺寸（2）表面方向尺寸和高度方向尺寸（3）宽度方向尺寸和长度方向尺寸
4、目前为止，商品化最好的MEMS器件是（2）
（1）压力传感器 (2)喷墨打印头（3）加速度传感器
第二章、
1、在曝光后被溶解的光刻胶是（1）
（1）正胶（2）负胶（3）正胶或负胶
2、光刻中用正胶将导致的效果（3）
（1）更好（2）更劣（3）与应用负胶相同
3、常用光刻中光源的波长范围是：（2）
（1）100-300nm （2）300-500nm （3）500-700nm
4、MEMS光刻与IC光刻的主要区别在于：（1）
（1）MEMS光刻需要在更为不平整的表面上进行（2）MEMS光刻的线条更细（3）MEMS光刻都需要双面进行
5、光刻技术中的曝光方式有（1）（2）（3）
（1）接近式曝光（2）接触式曝光（3）投影式曝光
6、曝光方式中，图形尺寸和掩膜尺寸一致（1）（2）
（1）接近式曝光（2）接触式曝光（3）投影式曝光
7、影像光刻线宽的最主要因素是（1）
（1）光的衍射（2）光的干涉（3）光的反射
8、剥离法制备图形的薄膜的基本步骤（2）（1）（3）
（1）沉积薄膜（2）光刻胶图形化（3）去除光刻胶
9、在传统的投影曝光机中，一般实现的最小线宽为（2）
（1）0.5λ（2）1λ（3）2λ
第三章、
1、体硅制造主要涉及部分材料从基底上的（2）
（1）增加（2）减除（3）既有增加也有减除
2、体硅制造中主要采用的微加工工艺为（1）
（1）腐蚀（2）沉积（3）扩散
3、各向同性腐蚀在微制造中几乎是不理想的，原因是（3）
（1）腐蚀速度太慢（2）成本太高（3）难于控制腐蚀方向
4、硅的（1）晶向之间的腐蚀速率比时400:1
（1）[100]和[111] （2）[110]和[111] （3）[110]和[100]
5、硅晶体中（111）晶面和（100）晶面的夹角（2）
（1）50.74 （2）54.74 （3）57.47
6、各向异性腐蚀和各向同性腐蚀的速率相比（3）
（1）更快（2）更慢（3）差不多相同
7、KOH腐蚀剂对sio2的腐蚀速率要比对硅的腐蚀速率慢（1）
（1）100倍（2）1000倍（3）20000倍
8、氮化硅的抗腐蚀性要比sio2（1）
（1）更强（2）更弱（3）几乎相同
9、材料的选择比越高，作为腐蚀掩膜的能力越（1）
（1）越好（2）越坏（3）不好也不坏
10、在HNA腐蚀液中，掺杂的硅片的腐蚀速度会（1）
（1）更快（2）更慢（3）没有影响
11、在湿法腐蚀时，（1）处会和掩膜的图形不一样
（1）凸角（2）凹角（3）两者都会
12、湿法腐蚀时保留下来的时腐蚀速度（2）的晶面
（1）快（2）慢（3）与速度无关
13、湿法腐蚀的腐蚀深度控制技术有（1）（2）（3）
（1）p-n结停止腐蚀技术（2）浓硼腐蚀停止技术（3）中间层停止技术
14、p-n结腐蚀停止技术又叫做（1）（2）
（1）偏压腐蚀（2）电化学腐蚀（3）p+腐蚀
15、在（100）硅片的湿法腐蚀中，腐蚀出来的线条会沿（2）晶向族
（1）[100] （2）[110] （3）[111]
16、在（110）硅片的湿法腐蚀中，掩膜上的线条必须沿晶向族（3）
（1）[100] （2）[110] （3）[111]
17、采用湿法腐蚀，下述硅片能实现高深宽比的有（2）
（1）[100] （2）[110] （3）[111]
18、硅的过分掺杂会导致--------残余应力
19、湿法腐蚀可以在（P-N掺杂硅）边界停止
20、如图所示，制备在（100）硅片上的U形氮化硅掩膜对硅片进行KOH湿法腐蚀，
最终获得的微结构是（氮化硅的悬臂梁）
21、在（100）硅片上制备圆形的掩膜（硅片被遮住的部分为图形），利用碱液进行湿
法腐蚀会获得（2）微结构。
（1）硅的圆柱（2）硅的四愣锥（3）硅的三楞锥
第四章干法
1、反映离子刻蚀的机理包括（1）（2）
（1）等离子体增强化学气相反应（2）溅射轰击（3）侧壁保护
2、DRIE代表（3）
（1）干法腐蚀（2）干法反映离子刻蚀（3）深层反应离子刻蚀
3、DRIE的主要工艺方法有（1）（2）
（1）刻蚀和侧壁保护顺序进行的方法（2）刻蚀和侧壁保护同时进行的方法
（3）不需要侧壁保护的方法
4、在BOSCH和低温两种DRIE刻蚀工艺中，侧壁更为光滑的是（2）
（1）BOSCH （2）低温工艺（3）两者区别不大
5、在RIE刻蚀中，深宽比越大，刻蚀速率越（2）
（1）快（2）慢（3）一样
6、在干法刻蚀中，掩模板的线条与硅片晶向的关系为（3）
（1）必须沿[110]方向（2）必须沿[111]方向（3）与方向无关
7、干刻中刻蚀硅的气体有：（1）（2）
（1）四氟化碳（2）四氟化硫（3）C4F8
8、氟基气体干法刻蚀硅片在本质上是：（1）
（1）各向同性的（2）各向异性的（3）与温度有关
9、表面硅制造中主要采用的微加工工艺为（2）
（1）腐蚀（2）薄膜沉积（3）扩散
第五章表面加工方法
1、PSG代表（2）
（1）多晶硅玻璃（2）磷硅酸盐玻璃（3）磷硅玻璃
2、表面微加工中的牺牲层被用于（2）
（1）强化微结构（2）在微结构中产生必要的几何空间（3）作为结构的部分3、表面微加工中最常用的结构材料是：（2）
（1）PSG （2）多晶硅（3）二氧化硅
4、在表面微加工中，牺牲层的腐蚀速率与其他层的腐蚀速率相比必须（3）
（1）慢得多（2）几乎相同（3）快得多
5、粘连存在于：（2）
（1）体硅微制造（2）表面微加工（3）激光微加工
6、在由表面微加工制作完成的微结构中，粘连会造成：（3）
（1）不匹配材料层（2）薄膜（3）层间原子力
7、可用于减少粘连的方法主要有：（1）（2）（3）
（1）表面厌水处理（2）干法释放（3）在粘连面上设计凸点
8、设计的平面微结构经表面加工后向上弯曲，说明薄膜中存在（2）
（1）压应力（2）拉应力（3）中心是压应力，边缘是拉应力
9、薄膜应力的主要类型是：（1）（3）
（1）热应力（2）界面应力（3）生长应力
10、薄膜的制备温度越高，热应力越：（1）
（1）大（2）小（3）与温度无关
11、减少应力的方法主要有：（1）（2）（3）
（1）优化薄膜制备工艺（2）退火处理（3）多层薄膜，应力补偿。
12、多晶硅被普遍应用的原因是它被制成：（1）（3）
（1）半导体（2）绝缘体（3）电导体
13、硅的湿氧化常被采用，由于（1）
（1）二氧化硅质量好（2）快的氧化速度（3）低成本
14、硅石理想的MEMS材料的主要原因是：（1）（2）（3）
（1）在很大温度范围内的尺寸稳定（2）轻和结实（3）容易得到
15、PECVD是：（3）
（1）低压化学气象沉积（2）常压化学气相沉积（3）等离子体增强化学气相沉积第六章其他方法
1、LIGA工艺制造MEMS，常用材料：（3）注：几乎没有限制
（1）限于硅（2）限于陶瓷（3）可以是单晶材料
2、同步X射线在LIGA工艺中用于光刻的原因是：（3）
（1）它对光刻更有效（2）它是更便宜的光源（3）它能深入光刻胶材料
3、LIGA工艺的主要优势是它能够产生：（1）
（1）高深宽比的微材料（2）低成本的微结构（3）尺寸精确的微结构
4、LIGA工艺中必须使用导电基板的原因是需要：（2）
（1）信号···（2）金属的电镀（3）···电加热
5、LIGA工艺中最好的光刻胶是：（3）
（1）PCM （2）PMI （3）PMMA
6、UV-LIGA是在LIGA工艺的改造，其特点是：（1）（2）
（1）能制备高深宽比的微结构（2）成本比LIGA大大降低（3）能制备悬臂梁、空中的腔等
7、成本最低的微制造技术是：（1）
（1）体硅制造法（2）表面微加工（3）LIGA工艺
8、最灵活的微制造技术：（2）
（1）体硅制造法（2）表面微加工（3）LIGA工艺
9、一个硅玻璃的阳极键合发生于：（2）
（1）高温下（2）高温高电压下（3）高温和高压下
10、硅熔融键合需要的工艺条件有：（1）（2）
（1）高温（2）平整的硅片（3）高温和高压下
11、SOI代表：（2）绝缘体（隔离层）上的硅
（1）离子分层（2）隔离物上的硅（3）隔离物下的基质
12、SCI是为了阻止：（1）漏电
（1）电的泄露（2）热效应的泄露（3）硅基上腐蚀的扩散
13、SOI工艺通常发生在：（1）
（1）1000℃左右的高温上（2）5000左右的中温（3）低200左右的低温
14、微系统中的封装费用：（2）很贵。
（1）微小的（2）十分昂贵的（3）在生产花费中有时昂贵
15、预制备一个100μm的微型中空球，应该采用（3）
（1）DRIE （2）表面加工技术（3）三维加工技术
第七章
1、CMOS(电路)与MEMS（微系统）一体化加工中的方法共有（2）种。
（1）2 （2） 3 （3） 4
2、CMOS电路和MEMS微结构的一体化加工，最主要的工艺兼容问题：（2）
（1）应力导致结构变形（2）温度导致电性能变化。（CMOS）（3）结构释放时的粘连
3、Pre-CMOS的流程是（2）
（1）先制备CMOS电路，再制备MEMS结构（2）先制作MEMS结构，再制作CMOS 电路（3）CMOS电路和MEMS电路同步进行
4、MEMS中哪些是高温工艺，会影响IC性能（1）（3）
（1)多晶硅结构层薄膜沉积（2）氧化硅牺牲层薄膜沉积（3）薄膜的退火
5、下述关于MEMS封装的描述正确的是（1）（3）
（1）MEMS封装很贵，可占据总成本的80% （2）MEMS封装比IC有更多的管脚（3）有些MEMS传感器不能完全密封
第八章
1、硅材料有（1）个压阻系数张量的分量。
（1）3 （2）4 （3）6
2、单独使用硅压电电阻主要缺点：（3）
（1）生产这种电阻的高成本（2）对信号转换的高敏感性（3）对温度的高敏感性。
3、要得到硅压阻传感器的最大灵敏度，应该使（1）达到最大程度
（1）应力（2）应变（3）薄膜变形
4、对于微压力传感器，正方形膜片的几何形状是：比较常见
5、压力传感器膜片中间设有一个硬心，是为了测更大压力
6、压阻系数用张量表示，是 4 阶张量
7、压电是表示外力与极化的关系，按张量的定义，压电常数是 3 阶张量
简答题（各8分，共48分）
1、碱液腐蚀单晶硅，为何不同晶体方向的腐蚀速度不一致？（第三章P19）
(1)不用晶面上原子排列不一样，密排面刻蚀速度慢。
(2)不同晶面上的悬挂键数目不一样，背键数不一样，例如（100）晶面的背键数为2，（111）晶面的背键数为3，因此（100）晶面刻蚀速度最快，（111）晶面为刻蚀停止面。
(3)水分子的屏蔽作用（反作用，但很慢）。
2、简述电化学腐蚀停止技术的基本原理和特点。
原理：电化学钝化，当硅片相对于刻蚀液具有足够大的阳极电位，硅片氧化，刻蚀停止。PN结返向电压，无电流。不参与钝化作用，P型硅被刻蚀，当P硅刻蚀完以后，PN结消失，钝化电流通过，N硅被钝化而不刻蚀。
即：无电流碱液腐蚀Si。
有电流生产SiO2.产生钝化不进行腐蚀。
特点：P型硅和N型硅的钝化电势不同。P型硅钝化电势>N型硅钝化电势。
电势需在P型硅和N型硅的钝化电势之间，P型硅被腐蚀，N型硅被钝化。
3、简述BOSCH工艺干法刻蚀制备垂直深槽的基本原理和过程。（第四章P14时分复用）基本原理：SF6刻蚀硅片，具有各向同性。会发生刻蚀。通过保护气体C4F8形成保护膜，然后通过等离子体的轰击作用使SF6对水平面的硅优先刻蚀。（等离子体有方向性）
过程：SF6→C4F8→SF6→C4F8。。。
4、试采用表面硅加工法制备下图所示的活页结构，阐述加工步骤，画出每一步掩膜板的侧视图和俯视图。
5、LIGA技术的原理和特点。（第六章P22）
原理：通过光刻、电铸和模铸工艺进行加工的技术。
特点：
1、传统机械与微加工的结合，适合大批量生产。
2、材料广泛：高分子、金属、陶瓷等材料。
3、能够制造大深宽比的结构：厚度达1mm，深宽比~1000
高深宽比是是LIGA技术最鲜明的特征，具有高深宽比的原因是短波长X射线光刻：能量高
（1GEv），聚焦能力强，穿透能力强，吸收低，衍射弱导致分辨率到达亚微米。
6、简述硅玻璃键合的基本原理和工艺过程。（第六章P11）
基本原理：用含钠玻璃接阴极、硅接阳极施加电压和一定温度，通过静电作用将Si和玻璃等多个基底结合为一个基底的技术。
工艺过程：当温度到400℃时Na2O分解为Na+和O2-，电场下正离子（Na+）向阳极移动，玻璃表面形成带负电的耗尽层，O2向硅片移动，出现带正电的印象电荷区。通过静电吸引，E=500MV/m，距离进一步接近，分子间作用力开始起作用。最后界面处生成氧化硅Si+2O2-=SiO2+4e-
7、请例举出MEMS传感器应用的具体例子。（第1章）
例1：MEMS微陀螺芯片(典型尺寸：3x5x1mm3,典型重量：~3g 第一章)
例2：MEMS微型色谱（芯片面积：1.5x3.0cm2，厚度：~1mm，功耗：数十w 第一章）例3：MEMS麦克风（2003年，Motorola）
例4：加速度传感器，也称为重力感应器（2006年，任天堂wii游戏机，大多数智能手机里都有）
例5：陀螺仪（最早在iphone4中应用，现在还大量用于数码相机和摄像机）
例6：MEMS传感器在汽车上也大量应用，比如压力传感器、加速计、陀螺仪和流量传感器，MEMS压力传感器主要用于发动机控制系统，MEMS加速传感器主要用于安全气囊，MEMS陀螺仪主要用于主动安全控制和惯性导航系统中
例7：MEMS传感器在医疗健康上也大量应用，MEMS压力传感器很小，可以分布于义齿基托内，更准确地测试咬合面。植入式传感器用于检测动脉瘤的心脏血流压力传感器体积非常小巧
例8：MEMS技术还用于制备人工视网膜芯片的微小电极，用于刺激视网膜上残余的正常神经细胞，帮助盲人恢复视力。
8、简述剥离法制备金属线条的基本原理和过程。
9、简述纳米压印技术的基本原理。（第六章P63）
基本原理：采用绘有纳米图案的压膜将基片上的聚合物薄膜压出纳米级图形，再对压印件进行常规的刻蚀、剥离等加工，最终制成纳米结构和器件的技术。
10、纵观全课程，从所能实现的微结构的复杂性出发，说明湿法体硅加工、干法体硅加工、牺牲层技术、LIGA、三维立体光刻技术的区别和联系，着重描述各种技术所能完成什么样的微结构。（湿法第三章最后一页，LIGA第六章P20）
湿法体硅加工、干法体硅加工都属于体微加工技术，都是向基地深度方向进行刻蚀的技术。
湿法刻蚀：分为各向同性和各向异性腐蚀，各向异性腐蚀具有晶面依赖性。湿法刻蚀具有操作简单，碱金属与IC不兼容，相对安全无毒，但操作不够灵活。掩膜存在对准问题，刻蚀停止线决定了槽深。受晶面方向性影响只能制造出特定形状的微结构。
干法体硅加工：可以刻蚀任意图形的垂直深槽。相较于湿法刻蚀操作灵活很多，但是对设备和操作时间控制要求较高。
LIGA：最鲜明的技术特征为能够制造大深宽比的结构，厚度达1mm，深宽比~1000。
三维立体光刻：是体加工技术和表面加工技术的补充，能够制备上述技术难以制备的曲面。
11、掌握不同深度微结构的深刻蚀技术的原理和方法，能画出光刻板图。描述具体的制备过程。（第六章，高深宽比结构的制造）
（1）SCREAM Single Crystalline Reactive Etching and Metallization(可实现10：1的深宽比，受氧化硅共形能力限制)
制备过程：
1）硅上生长氧化硅
2）刻蚀氧化硅开窗
3）DRIE深槽刻蚀
4）氧化或CVD制备共形氧化硅或PSG
5）刻蚀槽底的氧化硅
6）继续深槽刻蚀
7）各向同性刻蚀释放结构也可采用湿法腐蚀
8）金属化
（2）high aspect ratio polysilicon structures（多晶硅）（多晶硅和单晶硅之间形成电容）特点：DRIE + 多晶硅沉积+ 氧化硅牺牲层（将常规DRIE的深宽比50提高到200）
制备过程：
1）LPCVD沉积氮化硅厚膜，DRIE刻蚀填充槽。要求：槽垂直，侧壁光滑
2）高温LPCVD沉积氧化硅作为牺牲层。要求：深槽均匀覆盖氧化硅薄膜
3）光刻氧化硅，露出氮化硅作为支撑锚点
4）LPCVD沉积掺硼多晶硅填充深槽，刻蚀多晶硅/氧化硅形成支撑锚点，首先沉积硼源，再LPCVD填充多晶硅，然后高温推进扩散
5）沉积Cr/Au或其他金属，剥离或腐蚀图形化；涂覆厚胶，开DRIE窗口
6）DRIE刻硅，深度比最终结构10-20μm；为避免RIE-lag, 刻槽应尽可能一样宽，
所有多晶硅填充槽被包围
7）SF6各向同性刻蚀（横向）刻蚀释放结构，大结构不会出现粘连；氧化硅牺牲层保护多晶硅不受刻蚀，但单晶硅会从下面减薄
8）去除光刻胶；HF去除氧化硅释放多晶硅微结构。
（3）DRIE＋Bonding/SOI(Silicon on insulator)
1）SOI硅双面氧化，光刻正面氧化硅；
传感器原理及应用
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。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
《传感器原理及应用》课后答案
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：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或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，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电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意 义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、
传感器原理与应用重点
第一章测量技术基础 检测系统的基本概念 检测系统(测试系统 /测量系统 1、定义:确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 2、被测对象:宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体…… 3、被测信息:物理量(光、电、力、热、磁、声、… 化学量(PH 、成份… 生物量(酶、葡萄糖、… 4检测技术是实验科学的一部分, 主要研究各种物理量的测量原理和信号分析处理方法。 检测技术是信息技术的重要组成部分, 它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 5信息与信号 信息是指客观世界物质运动的内容。 如:天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。 信号是指信息的表现形式。 如:刀具磨损,切削力会加大;李四病了,可能会发烧;等等。 6检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段, 起着人的感官的作用。
简单的检测系统可以只有一个模块, 如玻璃管温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。没有电量转换和分析电路,很简单,但精度低,无法实现测量自动化。 为提高测量精度和自动化程度, 以便于和其它环节一起构成自动化装置, 通常先将被测物理量转换为电量,再对电信号进行处理和输出。 B ……在电工、电子等课程中讲授,大多数不属于本课程的范围。 检测系统的组成 一般说来,检测系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。 传感器将被测物理量 (如噪声 , 温度检出并转换为电量,中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D变换后用软件进行信号分析,显示记录装置则将测量结果显示出来,提供给观察者或其它自动控制装置。 第二章传感器概述 传感器的组成和分类 一、传感器定义 传感器是一种以一定的精确度把被测量转成与之有确定关系的, 便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器名称:变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等 二、传感器的组成 三、传感器的分类 按被测参数分类:温度、压力、位移、速度等
传感器原理与应用作业参考答案
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
传感器原理及应用习题答案
2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=0.33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计?为什么? 答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρεμd R dR x ++=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈0.3，因此(1+2μ)≈1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈0.4，所以此时K0=Km ≈2.0。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。 2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=7.8g/cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于0.5%。试确定构件的最大应变频率限。 答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应 迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<= <或式中v 为声波在钢构件中传播的速度； 又知道声波在该钢构件中的传播速度为： kg m m N E 33 6211108.710/102--????==ρν; s m kg s m Kg /10585.18.7/8.910242 28?=???=； 可算得kHz m s m e l v f 112%5.061010/10585.1||634max =???==-π。 2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件? 现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固 支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四 等臂差动电桥构成称重传感器。试问： 1)悬臂梁上如何布片?又如何接桥?为什么? 2)当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为多少? 答：当力F 作用在弹性臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当，极性相反，若分别粘贴应变片R 1 、R 4 和R 2 、R 3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电压U o 与力F 成正比。等强度悬臂梁的应变 E h b Fl x 206=ε不随应变片粘贴位置变化。 1）、悬臂梁上布片如图2-20a 所示。接桥方式如图2-20b 所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2）、当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为： 计算如下： 由公式：o i i x i o U KlU E bh F E h b Fl K U K U U 66220=?==ε代入各参数算F =33.3N ； 1牛顿=0.102千克力；所以，F=3.4Kg 。此处注意：F=m*g ；即力=质量*重力加速度；1N=1Kg*9.8m/s 2. 力的单位是牛顿（N ）和质量的单位是Kg ；所以称得的重量应该是3.4Kg 。
传感器原理与应用心得
传感器原理与应用心得 张宝龙电信工二班201400121099 传感器应用极其广泛，而且种类繁多，涉及的学科也很多，通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性电阻式、电感式传感器的结构、工作原理及应用。 传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时，其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时，其关系为动态特性。 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量，并按一定规律
将其转换成有用输出，特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来，可以把传感器看做由敏感元件和变换元件两部分组成，。 通过最近的学习，是我了解到在实际中使用传感器的选择一定要慎重。我们可以根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。其次，当我们在选择传感器时要注意传感器的灵敏度，频率响应范围，线性范围，稳定性，精度等。 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 通过对这门课的学习开阔了我的视野，让我了解了以前没有了解的东西。在老师的指导下让我明白了学习要有自觉性，要自己积极主动地去学习。
传感器原理及检测技术部分课后作业答案
部分课后作业答案 2-8． 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。设试件的截面积 S=1×10-5m 2，弹性模量E=2×1011 N ／m 2，若由1．0×104N 的拉力作用，使应变计的电阻相对变化为1％，试求此应变计的灵敏度系数。 解：∵灵敏度系数ε R R K /?= ，又已知 %1=?R R ，F=1.0×104 N ，S=1×10-5m 2， ∴ )/(101101100.129254m N m N S F ?=??==-σ 由εσ?=E ，可得3 2 1129105) /(102)/(101-?=??==m N m N E σ ε 所以，灵敏度系数2105% 1/3 =?= ?= -ε R R K 2-9． 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如题2.9图所示。设应变片的灵敏度系数K=2，作用力F=1 000kg 。圆柱形横截面半径r=1cm ，弹性元件的杨氏模量E=2×107N ／cm 2，泊松比μ＝0.285。求： (1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图； (2)各应变片的应变ε； (3)若测量电路采用电桥电路，设供电桥电压E ＝6V ，桥路输出电压U o 为多少? (4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。 解：⑴将R 1～R 4四片应变片按图2－9（a ）所示粘贴，其中R 1、R 3沿轴向粘贴，测量轴向应变，R 2、R 4沿径向粘贴，测量径向应变。 测量电桥为全桥测量电路， R 1与R 3置于电桥的一对角线上，R 2与R 4置于电桥的另一对角线上，如右图2－9（b ）所示。 题2.9 图 ⑵∵ ) (1500105.1) /(102)01.0(14.3/8.9100032 722 μεπσ ε=?=???=== = -cm N m N E r F E A F E
《传感器原理与应用》综合练习答案(期末考试)
《传感器原理与应用》综合练习 一、填空题 1．热电偶中热电势的大小仅与金属的性质、接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。 2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、微型热电偶。3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。 4．硒光电池的光谱峰值与人类相近，它的入射光波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。 5．硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。 6．压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。 7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己极化方向。经过极化过的压电陶瓷才具有压电效应。 8．压电陶瓷的压电常数比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其是其它压电材料无法比的。 9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。特别不能测量静态量。 10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦茨力作用发生位移的结果。 11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。 12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路的串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。 13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成磁物理量的变化；另一部分是霍尔元件和测量电路。 14．磁电式传感器是利用霍尔效应原理将磁参量转换成感应电动势信号输出。 15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为磁路的一部分。当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。 16．热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的热敏感元件。 17．热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度变化阻值变化的特点制成的一种热敏元件。 18．热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的。它是热敏电阻测温的基础。 19．热敏电阻的基本类型有：负温度系数缓变型、正温度系数剧变型、临界温度型。 20．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于温度范围的温度控制，而在某一温度范围内的温度控制中却是十分优良的。 21．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于型，适用于温度监测和温度控制。
传感器原理及应用试题库
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，光电效应，热释电效应三种。 4.亮电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最
小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：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，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变 化值=△y/△x 24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；
传感器原理及其应用考试重点
传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 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输出的器件和装置。 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（GB7665-87）：定义：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或装置。 3）传感器的组成： 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某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(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。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输
传感器与检测技术试题及答案
《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 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）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 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。（2分） 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、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈 的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、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
传感器原理与应用习题解答周真苑惠娟
第1章传感器的技术基础 1.传感器的定义是什么？ 答：传感器最早来自于“sensor”一词，就是感觉的意思。随着传感器技术的发展，在工程技术领域中，传感器被认为是生物体的工程模拟物。而且要求传感器不但要对被测量敏感，还要就有把它对被测量的响应传送出去的功能，也就是说真正实现能“感”到，会“传”到的功能。 传感器是获取信息的一种装置，其定义可分为广义和狭义两种。广义定义的传感器是指那些能感受外界信息并按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。这里的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，一般为电信号，如电压、电流、电阻、电容、频率等。狭义定义的传感器是指将外界信息按一定规律转换成电量的装置才叫传感器。 按照国家标准GB7665—87对传感器下的定义是：“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”。 国际电工委员会(IEC)将传感器定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。美国测量协会又将传感器定义为“对应于特定被测量提供有效电信号输出的器件”。传感器也称为变换器、换能器或探测器。如前所述．感受被测量、并将被测量转换为易于测量、传输和处理的信号的装置或器件称为传感器。 2.简述传感器的主要分类方法。 答：(1)据传感器与外界信息和变换效应的工作原理，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。 (2)按输入信息分类。传感器按输入量分类有力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器等。这种分类对传感器的应用很方便。
(完整版)传感器原理及应用试题库(已做)
:填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可米用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3. 根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器 4. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示 k （x）=△ y△ x。 5. 线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端 基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性 度。 6. 根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7. 应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、 计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10. 国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：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,通常由敏感元件和转换元件组成。11. 传感器按输出量是模拟量还是数字量， 可分为模拟量传感器和数字量传感器12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：心）=输出量的变化值/输入量的变化 值=△ y/ △ x 13. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕 变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能：对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 14. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类：物理传 感器，化学传感器，生物传感器。
传感器原理与检测技术复习题
《传感器原理及检测技术》复习题 一、选择题 1、传感器中直接感受被测量的部分是（B） A.转换元件 B.敏感元件 C.转换电路 D.调理电路 2、属于传感器静态特性指标的是（D） A.幅频特性 B.阻尼比 C.相频特性 D.灵敏度 3、属于传感器时域动态特性指标的是（A） A.阶跃响应 B.固有频率 C.临界频率 D.阻尼比 4、属于传感器动态特性指标的是（C） A.量程 B.灵敏度 C.阻尼比 D.重复性 5、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 6、衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标是（A） A.重复性 B.稳定性 C.线性度 D.灵敏度 7、一般以室温条件下经过一定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时输出的差异来表示传感器的（C） A.灵敏度 B.线性度 C.稳定性 D.重复性 8、传感器的线性围愈宽，表明传感器工作在线性区域且传感器的（A） A.工作量程愈大 B.工作量程愈小 C.精确度愈高 D.精确度愈低 9、表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力的量为（B） A.线性度 B.灵敏度 C.重复性 D.稳定性 10、在明确传感器输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量输入，确定其输出电量与输入量之间关系的过程，称为（C） A.校准 B.测量 C.标定 D.审核 11、按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量转换型的是（D） A.压电式传感器 B.热电式传感器 C.光电式传感器 D.压阻式传感器 12、某温度计测量围是－20℃～+200℃，其量程为（B） A. 200℃ B. 220℃ C. 180℃ D. 240℃ 13、某温度测量仪的输入—输出特性为线性，被测温度为20℃时，输出电压为10mV，被测温度为25℃时，输出电压为15mV，则该传感器的灵敏度为（D） A. 5mv/℃ B. 10mv/℃ C. 2mv/℃ D. 1mv//℃ 14、热电偶的T端称为（C） A.参考端 B.自由端 C.工作端 D.冷端 15、随着温度的升高，NTC型热敏电阻的电阻率会（B） A.迅速增加 B.迅速减小 C.缓慢增加 D.缓慢减小 16、有一温度计，测量围为0~200o C，精度为0.5级，该表可能出现的最大绝对误差为（A） A.1 o C B.0.5 o C C.10 o C D.200 o C 17、热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B） A.压电效应 B.热电效应 C.应变效应 D.光电效应
传感器原理与应用习题及答案
《第一章传感器的一般特性》 1 试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定： 1）该测速发电机的灵敏度。 2）该测速发电机的线性度。 2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。 3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？ 4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？ 5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。 6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。 《第二章应变式传感器》 1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。 2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。 在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。
传感器技术及应用教学大纲
传感器及应用教学大纲 一、课程说明 课程性质：专业核心课 课程描述： “传感器技术”是电子、机电与自动控制类专业的专业核心课，是必修课。通过本课程的学习，学生能了解传感器的基本概念、传感器的构成、传感器工作的有关定律、传感器的作用、传感器和现代检测技术发展的趋势。其作用是通过本课程的学习，培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力，为工业测控系统的设计与开发奠定基础。知识目标：掌握主要传感器的原理、特性，各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。 技能目标：独立分析、解决传感器方面问题的能力；利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅传感器技术资料的能力。 素质目标：具有较强的专业素质，不断进行创新。 教学重点与难点： 课程重点：电阻式、电感式传感器的原理与应用，霍尔式传感器，电流、电压传感器。 课程难点：各种传感器的温度误差与补偿，电容式传感器的屏蔽技术，光纤传感器的原理。 适用专业：机电一体化、电气自动化专业 学时数：80学时 二、教学目的与内容 1 传感器技术基础（2学时） 教学目的与要求： 明确“传感器技术”在专业培养计划中的地位，课程的性质、任务和大体内容，传感器在现代生产、生活中的作用。了解检测技术与传感器的定义、组成、作用和分类，了解传感器的静、动态特性，掌握传感器常用的技术指标。 教学重点与难点： 教学重点：传感器的定义、组成和作用 教学难点：传感器的技术指标 教学内容： 1）传感器简介 （1）传感器的定义
（2）传感器的组成与作用 2）传感器的分类 （1）按工作原理分 （2）按被测量分 （3）按输出信号性质分 3）传感器的特性及主要技术指标 （1）静态特性和动态特性 （2）主要技术指标 2 电阻式传感器（6学时） 教学目的与要求： 理解电阻式传感器的组成和基本原理，了解电阻式传感器的常用类型。掌握应变片式传感器的形式、特点、应用方法和转换电路。 教学重点与难点： 教学重点：电阻式传感器的组成和基本原理 教学难点：电阻应变片的工作原理 教学内容： 1）电位器式传感器（2学时） （1）电位器式传感器的基本工作原理 （2）电位器式传感器的输出特性 （3）电位器式传感器的特性 （4）电位器式位移传感器 2）应变式传感器（2学时） （1）电阻应变片的结构和工作原理 （2）电阻应变片的特性 （3）测量电路 （4）温度误差与补偿 3）压阻式传感器（2学时） （1）压阻效应 （2）结构与特性 （3）固态压阻传感器测量电路 （4）温度补偿 3 变磁阻式传感器（4学时） 教学目的与要求： 掌握三种变磁阻式传感器（电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器）的基本结构和工作原理，了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程，了解三种变磁阻式传感器的特点、
传感器原理设计与应用重点总结
本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理，相对简洁，和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比，可能不够完整；而且个人水平有限，不可能把握的很准确，所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章：传感器概论 1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类： 结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向： 教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述：微型化、集成化、廉价。 第二章：传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 （产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。） 重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性） 动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差
传感器原理及应用
《传感器原理及应用》 实 验 指 导 书 测控技术实验室
实验一金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半臂、全电桥工 作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化, 这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性能实验中，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、 ±15V、±4V直流电源、万用表。 四、实验方法和要求： 1、根据电子电路知识，实验前设计出实验电路连线图。 2、独力完成实验电路连线。 3、找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系，并作出V o=F(m) 的关系曲线。
4、分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度S=ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化 量，ΔW重量变化量）和非线性误差：δf1=Δm/yF·s×100%式中Δm为 输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·s满量程 输出平均值，此处为200g。 五、思考题 1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2） 负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1） 对边（2）邻边。 3、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3， R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
传感器原理与检测技术(专升本)
河南工程学院 2017年秋《传感器原理与检测技术》试卷 批次专业：2016年春季-电气工程及其自动化(专升本)课程：传感器原理与检测技术(专升本)总时长：180分钟 1.( 单选题) 仪表的精度等级是用仪表的( )来表示的。(本题 2.0分) A、相对误差 B、绝对误差 C、引用误差 D、使用误差 学生答案： 标准答案：C 解析： 得分：0 2.( 单选题) 下列不是电感式传感器的是( )。(本题2.0分) A、变磁阻式自感传感器 B、电涡流式传感器 C、差动变压器式互感传感器 D、霍尔元件式传感器 学生答案： 标准答案：D 解析： 得分：0
3.( 单选题) 常用于制作超声波探头的材料是( )(本题2.0分) A、应变片 B、热电偶 C、压电晶体 D、霍尔元件 学生答案： 标准答案：C 解析： 得分：0 4.( 单选题) 下列不可以直接测量温度的传感器是( )。(本题2.0分) A、金属应变片式传感器 B、红外线传感器 C、光纤传感器 D、热电偶传感器 学生答案： 标准答案：A 解析： 得分：0 5.( 单选题) 压电式传感器目前多用于测量( )。(本题2.0分) A、静态的力或压力 B、动态的力或压力 C、速度 D、加速度 学生答案： 标准答案：D 解析： 得分：0
6.( 单选题) 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( )。(本题2.0分) A、增加 B、减小 C、不变 D、不能判断 学生答案： 标准答案：A 解析： 得分：0 7.( 单选题) 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( ) 较为妥当。(本题2.0分) 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) 学生答案： 标准答案：D 解析： 得分：0 8.( 单选题) 下列几种误差中,属于随机误差的有( )。(本题2.0分) A、仪表未校零所引起的误差 B、测频时的量化误差 C、测频时的标准频率误差 D、读数错误