传感器期末复习资料

名词解释：热电效应：两种不同的导体（或半导体）组成的闭合回路中，如果它们两个接点的温度不同，则回路中产生一个电动势的现象。

电阻应变效应：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化的现象。

霍尔效应：把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势的现象。

电涡流效应：金属导体置于变化着的磁场中，导体内会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈的现象。

半导体压阻效应：对半导体施加应力时，其电阻率发生变化的现象。

压电效应：某些电介质物体在沿一定方向受到压力或拉力作用时发生变形，并且在其表面上会产生电荷，若将外力去掉，它们又重新回到不带电状态的现象。

内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率发生改变的现象。

外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象。

阻挡层光电效应：在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。

简述：1、传感器的主要特征？选择传感器的一般依据是什么？[1]传感器的主要特性有：静态特性、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。

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。

传感器的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。

[2]选择传感器的一般依据是首先是被测的类型分有距离温度压力流量角度等其次是测量要达到的目的：数字量还是模拟量。

再就是量程、精度、工作环境等等。

2、系统误差的校正方法有哪些？a)补偿法：在电路和传感器结构设计中，常选用在同一有害干扰变量作用下，能产生误差相等而符号相反的零部件或元器件作为补偿元件。

b)差分法：相同的参数变换器具有相同的温度系数，若将它们接入电桥相邻的两个臂时，在同一温度场的作用下，由于两臂的参数值相等，温度系数相同，则温度变化引起的参数变化值相等，尽管参数变化了，然而电桥输出却不受影响。

利用差分法，即可提高灵敏度，又能有效的抵消有害因素引起的误差。

c)比较补偿法：如果选用的电阻具有相等的相对误差和相同的电组温度系数时，温度变化虽使电阻值变化，但它们仍能保证相互比值的精确性，从而可采用低精度的元件实现比值稳定的高精度分压比或放大倍数。

d)测量数据的修正:测量传感器和仪器经过检定后可以准确知道它的测量误差，当再次测量时，可以将已知的测量误差作为修正值，对测量数据进行修正，从而获得更精确的测量结果。

3、简述热电偶的工作原理。

热电偶的工作原理基于热电效应，两种不同的导体（或半导体）组成的闭合回路中，如果它们两个接点的温度不同，则回路中产生一个电动势，通常称这种电动势为热电动势，这种现象就是热电效应。

在回路中，两种丝状的导体或半导体组成的闭合回路，称为热电偶。

4、请简述简述应变式力传感器基本工作原理？应变式压力传感器常设计为膜式和测力式两种形式。

膜式应变传感器由膜片直接感受被测压力而产生变形，应变片贴在膜片的内表面，在膜片产生应变时，使应变片有一定的阻值变化输出。

测力式应变传感器与膜式应变传感器的最大区别在于被侧压力不直接作用到贴有应变片的弹性元件上，而是传到一个测力应变筒上。

被侧压力经膜片转换成相应大小的集中力，这个力再传给测力应变筒。

5、热电偶为什么要进行冷端温度补偿？常用的冷端温度补偿方法有哪些？由热电偶的工作原理可知，热电偶热电动势的大小不仅与测量端的温度有关，而且与冷端的温度有关。

为了保证输出端电动势是被测温度的单值函数，就必须使一个节点的温度保持为0摄氏度，因此如果热电偶的冷端温度不是0摄氏度，而是其他某一数值，且又不加以适当处理，那么即使测得了热电动势的值，仍不能直接应用分度表，即不可能测得测量端的准确温度，会产生误差，所以需进行冷端温度补偿。

常用的冷端温度补偿法有：补偿导线法：用一根导线将热电偶的冷端伸出来计算法：当电偶冷端温度不是0摄氏度时，根据热电偶中间温度定律，可得热电动势的计算校正公式。

补偿电桥法：利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因温度变化而引起的热电动势变化值。

冰浴法：把热电偶的冷端置于冰水混合物的容器里，保证温度为0.软件处理法：利用热敏电阻或其他传感器把温度t输入计算机，按照运算公式设计一些程序，便能自动修正。

6、什么是气敏传感器？气敏元件工作机理？气敏传感器：是一种把气体中的特定成分检测出来，并将其转换为可检测信号的器件。

工作原理：以SnO2气敏元件为例：烧结型SnO2气敏元件的气敏组成部分是N型SnO2材料晶粒形成的多孔质烧结体。

这种结构的半导体，其晶粒接触面存在电子势垒，其接触部电阻对元件电阻起支配作用，这一电阻主要取决于势垒高度和接触部形状，亦即主要受表面状态和晶粒直径大小等影响，氧吸附半导体表面时，吸附的氧分子从半导体表面获得电子，形成受主型表面能级，从而使表面带负电，由于氧吸附力很强，因此，SnO2气敏元件在空气中放置时，其表面上总是会有吸附氧的，其吸附状态均是负电荷吸附状态，这对于N型半导体来说，形成电子势垒，使气敏元件阻值升高。

7、电涡流测厚度的原理是什么？具有哪些特点？h=D-(d1+d2);根据公式可知，当两个传感器在工作时分别测得d1和d2，转换成电压值后送加法器，相加后的电压值再与两传感器间距离D相应的设定电压相减，则就得到与板厚度相应的电压值。

电涡流式传感器是利用电涡流效应将位移等非电被测参量转换为线圈的电感或阻抗变化的变磁阻式传感器。

这种传感器的优点是结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强、体积小等。

它是一种很有发展前途的传感器8、简述电磁流量计的工作原理。

流量计测量原理是基于电磁感应原理工作的流量测量仪表。

在磁铁N-S形成的均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为D的不导磁材料制成的管道，管道内表面衬挂绝缘衬里。

当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，于是在和磁场及其流动方向垂直的方向上产生感应电动势，则电极间产生和流速成比列的电位差U.U=BDV 式中：E-- 为电极间的信号电压（v）B-- 磁通密度（T）d-- 测量管内径（m）V-- 均流速（m/s）9、光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各是哪些？光电效应有外光电效应、内光电效应和阻挡层光电效应三种。

外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；内光电效应的光电元件有光敏电阻、光导管等；阻挡层光电效应的光电元件有光电池、光电二极管、光电晶体管等。

10、什么是电感式传感器？差动电感传感器的工作机理？概念：将被测量转换成电感或互感变换的传感器，称为电感式传感器，电感式传感器是建立在电磁感应定律基础上的，它把被测位移转换为自感系数L的变化，然后将L接入一定的转换电路，位移变化便可变成电信号。

原理：差动电感传感器是将有公共衔铁的两个相同电感传感器结合在一起的一种传感器，差动变压器主要是由一个线框和一个铁芯组成,在线框上绕有一组初级线圈作为输入线圈(或称一次线圈),在同一线框上另绕两组次级线圈作为输出线圈(或称二次线圈),并在线框中央圆柱孔中放入铁芯,当初级线圈加以适当频率的电压激励时,根据变压器作用原理,在两个次级线圈中就会产生感应电势,当铁芯向右或向左移动时,在两个次级线圈内所感应的电势一个增加一个减少。

如果输出接成反向串联，则传感器的输出电压u等于两个次级线圈的电势差，因为两个次级线圈做得一样，因此，当铁芯在中央位置时，传感器的电压u为0，当铁芯移动时，传感器的输出电压u就随铁芯位移x成线性的增加。

如果以适当的方法测量u，就可以得到与x成比例的线性读数。

这就是差动变压器式传感器的工作原理。

分析原理或设计1、请用其它传感元器件代替光控玩具小车控制电路中的光敏元件实现对小车控制，并简要说明所用传感元器件的工作原理。

2、一氧化碳在空气中允许浓度一般不超过0.005%，否则将致人死亡；浓度达到12.5%时将引起爆炸火灾，试拟出一个一氧化碳浓度报警电路，并简述其工作原理。

（参考教材图7.1.4）3、根据核辐射厚度计原理方框图分析其测厚度的工作过程探测器放大器指示器静电放大器被测体控制单元补偿单元放射源工作过程：辐射源在容器内以一定的立体角放出已选定强度的射线，当射线穿过被测体后，辐射强度被探测器接收。

探测器常用电离室，根据电离室的工作原理，这时电离室就输出一电流，其大小与进入电离室的辐射强度成正比。

电流经过放大后在指示器上读出电流I值，根据核辐射的衰减规律，可得出被测物体的厚度。

4、光电器件基本测量电路5、气体检漏仪电路6、婴儿尿床报警器电路电路工作原理该婴幼儿尿床报警器电路由湿敏传感器、延迟放大电路、语音报警电路和电源电路等组成。

接通电源开关s后，电源为整机各电路提供工作电压。

在婴幼儿未尿床时，湿敏传感器两端的电阻值几乎无无穷大，晶体管v1截止，v2导通，二极管vd 和晶体管v3均截止，语音集成电路ic因5脚（触发端tri）始终为低电平而不工作，扬声器bl不发声。

一旦婴幼儿尿床，湿敏传感器两端因尿液导电而由高阻状态变为低阻状态，使vi正偏导通，v2截止，电源电压经rp对电容器c1充电，当c1充电结束后（1一2min），二极管vd与晶体管v3相继导通，v3发射极输出的高电平使ic受触发而工作，从ic的7脚（o/p输出端）输出语音信号，该信号经v4放大后，推动扬声器bl发出语音提醒声。

调节rp的电阻值，可以改变婴幼儿尿床后报警器动作的延迟时间。

改变r3的电阻值，可改变报警语音的声调。

7、请结合实际给出一个室内温度控制系统的设计原理框图。

8、请用你最熟悉的光电元器件设计一个路灯控制电路，实现光线暗时亮，光线强时灭（10分）。

9、请设计一个正5伏的直流稳压电源电路，并简述基本构成和工作原理。

直流稳压电源通常由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等组成。

输入的220V电压经电源变压器降压后进入整流电路变成单向脉动电压，此电压经过滤波电路滤除了交流成分后保持整流电压中的直流成分，随后进入稳压电路维持输出电压的稳定，最后将稳压器的输出电压流经保护电路最后输出，提供给负载。