传感器原理复习提纲(2016)
传感器复习提纲
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。
传感器复习提纲1
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。
传感器技术复习提纲
传感器复习提纲第0章绪论【没有大题】1．什么是传感器？（传感器定义）国家标准定义：能感受规定的被测量（包括物理量,化学量、生物量等）并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？1.敏感元件：直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为与被测量有确定关系的易变成电量（包括电量）的其他元件。
2.转换元件：它能将物理量直接转换为有确定关系的电量的元件。
3.测量电路：把转换元件输出的电信号变为便于处理显示，记录控制的可用电信号的电路。
4.辅助电源：供给转换能量。
3．了解传感器的分类方法。
1.按基本效应分：物理型、化学型、生物型2.按传感机器分：结构型、物性型3.按能量关系分：能量转换型（自源型）能量控制型（外源型）4.按作用原理分：应变式，电容式，压电式，热电式5.按功能性质分：力敏，热敏，磁敏，气敏6.按功能材料分：固态（半导体，半导瓷，电介质）光纤，膜，超导等7.按输入量：位移，压力、温度、流量、气体8、按输出量：模拟式、数字量4．传感器的基本要求。
1、足够的容量2、灵敏度高、精度适当3、响应速度快，工作稳定、可靠性好4、适用性和适应性强5.使用经济第1章传感器技术基础【没有大题】1 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些?说明它们的含义。
1.线性度：表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线（作为工作直线）之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2.回差：反映传感器正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度的指标。
3.重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线一致性程度的指标4.灵敏度：传感器输出量增量与输入量增量之比。
5.分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量6.阈值:能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值。
7.稳定性：传感器在相当长时间内保持其性能的能力8.漂移：在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的，不需要的变化9.静态误差：指传感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离（逼近）程度。
传感器复习提纲
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。
传感器原理复习
（1）并联特点：当受力变形时，出现的负电荷集中在中间极，正电荷出现在上下两极，相当于两个压电片并联。于是，其输出电容 为单片电容C的两倍，但其输出电压 等于单片电压U，产生的总电荷量 为单片电荷量的两倍，即
（2）串联特点:当受力变形时，出现的正负电荷分别集中上、下两极，而中间的极板上，上片产生的负电荷与下片产生的正电荷相互取消，这就是串联。于是，其输出电容 为单片电容C的1/2，其输出电压 为单片电压U的两倍，产生的总电荷量 等于单片电荷量，即
25、怎样改变电容式传感器的非线性？（p78）
26、消除和减小电容电场的边缘效应措施（p80）
27、电容式差压传感器工作原理（p83）
28、压电式传感器
（1）压电响应：某些电介质材料，当沿着一定方向受到压力或拉力作用而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称为正压电效应。
（2）物理型传感器：物理型传感器是利用某些敏感元件的物理性质或某些功能材料的特殊物理性能制成的传感器。
（3）物理型传感器又可以分为结构型传感器和物性型传感器。
①结构型传感器：是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用某些物理规律来感受（敏感）被测量，并将其转换为电信号实现测量的。
②物性型传感器：就是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应感受（敏感）被测量，并转换成可用电信号的传感器。
（2）减小措施：r愈小， 愈大，则H愈小。即敏感栅越窄，基长越长的应变片，其横向效应引起的误差越小。
7、应变片的温度误差的原因及补偿方法（p35）
（1）误差原因：主要是应变片的电阻丝具有一定温度系数和电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。
传感器复习提纲
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。
传感器复习大纲
第一章测试的基础知识1、计量的概念：实现测量单位统一和量值准确传递2、测量的概念：测量是以确定被测对象的量值3、测试的概念：测试则是具有试验性质的测量第二章信号分析基础1、信号分为：连续、离散、能量、功率、确定（周期、非周期）、随机（平稳、非平稳）信号2、周期信号的频谱有以下特点：离散性、谐波性、收敛性第三章测试系统的特性1、对测试系统的基本要求是实现不失真的测试2、理想的测试系统应该具有：单一性、输入与输出关系3、测试系统的静态特性指标：灵敏度（输入与输出之比）、线性度、回程误差（迟滞误差）、重复性、精度、稳定性和漂移（稳定度、环境影响）、分辨力、可靠性第四章传感器技术概论1、传感器的组成：敏感组件、变换组件、信号调理电路、（Extra ：辅助电源提供转换能量）2、弹性敏感组件的基本特性：● 刚度：外力作用时抵抗变形的能力（k=dF/dx ）● 灵敏度：外力作用下产生变形的大小（S=1/k=dx/dF ）● 弹性滞后原因：分子间存在内摩擦）● 弹性后效与载荷、时间有关）● 温度特性：αt 表示膨胀系数、0L 表示温度为0t °C 时的长度则t °C 时的长度为]t -t 1[0t 0）（α+=L L ● 固有频率：em k 21f π= （k ：刚度e m ：振动质量）机械品质因数：Q 值越大，弹性敏感组件消耗的能量越少，储能效率越高，工作频带越窄3、弹性敏感组件的要求：极限强度高、滞后温度小、抗氧化绝缘耐腐蚀第五章电阻应变式传感器1、电阻应变片的结构：敏感栅、基底、引线、覆盖层、粘合剂、电极2、电阻应变片原理：电阻应变效应、压阻效应3、电阻应变效应：电阻值随机械变形而变化的物理现象4、压阻效应：受到载荷应力作用，电阻产生变化5、公式：AL R ρ=（L ：长度A ：截面积（4d 2π=A ）ρ：电阻率） 6、电阻应变片种类：丝式、箔式、半导体、薄膜应变片7、电阻应变片材料要求：灵敏度、电阻率高而稳、电阻系数小热稳定、抗氧化耐腐蚀、无机械滞后8、测量电桥：电桥是电阻（电感或电容）所组成的一个四端网络,参与测量的桥臂数越多，电桥的灵敏度越高计算方法：图，详见书46页当L R →∞时，电桥输出电压为）（4332110R R R R R R U U I +-+= 当电桥平衡时，0U =0则有：1R 4R =2R 3R 或4321R R R R = 结论：电桥若平衡，相对两臂的乘积相等，或相邻两臂电阻的比值必定相等 半桥单臂：I U RR U ∆=410只有一个电阻工作，其他都为0 半桥双臂：I U RR U ∆=210只有两个电阻工作，其他都为0 全臂：I U RR U ∆=0所有电阻都相等 第六章电感式传感器1、电感式传感器分为：自感、互感、电涡流式2、自感式（线圈、铁心、衔铁组成）：变气隙式、变面积式、螺管式、差动式自感传感器变间隙型：图详见53页：m2R N L =（N 为线圈匝数，m R 磁路总电阻）差动式自感传感器：两个结构相同的自感线圈组合在一起形成差动式电感传感器，提高灵敏度，减少测量误差3、互感式电感传感器:即差动变压器工作原理类似变压器，但接线方式是差动的，用来测量被测量转化为互感系数M 的变化4、电涡流式传感器：根据电磁感应定律，块状金属在变化的磁场或做切割磁感线运动时，导体内将产生旋涡状的感应电流，称为电涡流电涡流式传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、干扰能力强第七章电容式传感器1、电容式传感器工作原理和结构：d AC ε=（12-100.9⨯=ε为介电常数A 为面积d为间距）两块平行金属板组成的平板电容器。
传感器原理及应用复习提纲标准版文档
主应要变动 片态式特传性感的器性在能生指活标中有处时处域可单见位，阶注跃意响其应性用能的指特标点和。频域频率特性性能指标。 敏复感习元 改件传、感转器换实元验件实、验转现换象电，路特别是示波器观察信号输出特点； 零绘点制产 电于路电原压理产图生中的，原各因种及传补感偿器方的法符；号 复应习变改 片传式感传器感实器验在实生验活现中象处，处特可别见是，示注波意器其观应察用信的号特输点出。特点； 应变片式传感器在生活中处处可见，注意其应用的特点。 如何辨别衔铁位移大小、方向； 零点产于电压产生的原因及补偿方法；
各种辐射传感器工作原理及应用 复习改传感器实验实验现象，特别是示波器观察信号输出特点；
辐射射线测量传感器与其他热辐射传感器的相似处与不同
应辐变射片 射式线传测感量器传在感生器活与中其处他处热可辐见射，传注感意器其的应相用似的处特与点不。同
辐射射线测量传感器与其他热辐射传感器 绘动制态电 特路性原是理在图动中态，信各号种(输传入感信器号的随符时号间变化)的作用下，输出量Y与输入量X间的关系。
传感器复习方法举例
生活中差动变压器很常见，请注意此传感 主要包括线性度、滞后、迟滞、重复性、稳定性和温度稳定性、漂移、灵敏度、分辨力、阈值等。 器的原理及应用； 如何辨别衔铁位移大小、方向；
绘制电路原理图中，各种传感器的符号 动态特性是在动态信号(输入信号随时间变化)的作用下，输出量Y与输入量X间的关系。
主要包括线性度、滞后、迟滞、重复性、稳定性和温度稳定性、漂移、灵敏度、分辨力、阈值等。 生活中差动变压器很常见，请注意此传感器的原理及应用；
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传感器原理复习提纲
第一章绪论
1.检测系统的组成。
2.传感器的定义及组成。
3.传感器的分类。
4.什么是传感器的静态特性和动态特性。
5.传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义。
6.一阶特性的指标及相关计算。
误差部分
7.测量误差的相关概念及分类。
8.绝对误差，相对误差的概念及计算。
9.随机误差的评价指标和极限误差计算。
10.系统误差的发现，系统误差的减弱和消除方法。
11.粗大误差的判定及处理。
第二章电阻式传感器原理与应用
1.电阻式传感器的基本原理。
2.金属的应变效应。
3.应变片的横向效应。
4.应变片的温度误差产生的原因及其补偿方法。
5.应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
6.单臂电桥，半桥差动电桥和全桥差动电桥测量电路及输出电压的推导，
得出结论。
（计算）
7.半导体的压阻效应。
8.金属应变片与半导体应变片在工作机理上有何异同?
第三章变电抗式传感器原理与应用
电感式传感器
1.有哪三种自感式传感器？
2.自感式传感器的测量电路（看图分析测量电路）。
3.差动变压器的零点残余电压及其减小此电压的方法。
4.差动整流电路和相敏检波电路原理及其作用。
（看图进行电路的推导和说
明）
5.比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同之
处。
6.什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。
7.电涡流传感器的应用。
8.电感传感器可以测量哪些量。
电容式传感器
9.平板电容和桶装电容的电容量计算。
10.电容式传感器可分为哪几类?各自的主要用途是什么?
11.推导变极距型、变面积型和变介电常数型电容传感器的计算公式，并利
用公式进行计算。
（会公式并进行计算）
12.电容传感器测量电路。
13.三种电容传感器各适合测量哪些量。
第四章光电式传感器
1.内光电效应，外光电效应和光生伏特效应。
2.光电管和光电倍增管的工作原理。
3.光敏电阻，光敏二极管，光敏晶体管及光电池的工作原理。
第五章电动势式传感器原理与应用
1.磁电式传感器的工作原理及其应用。
2.什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？
3.霍尔传感器有哪些用途？
4.霍尔元件的温度误差及其补偿。
5.什么是不等位电阻，不等位电势？霍尔元件不等位电势产生的原因有哪
些？
6.什么是正压电效应和逆压电效应？
7.常用的压电材料有哪些？比较几种常用压电材料的优缺点，说出各自适
用于什么场合？
8.石英晶体和压电陶瓷的压电效应原理。
9.为了提高压电式传感器的灵敏度，设计中常采用双晶片或多晶片组合，
试说明其组合的方式和适用场合。
（能写出串、并联后等效电容值，以及
串并联适用的场合）
10.压电式传感器的等效电路。
11.电荷放大器有什么特点？
第六章温度检测
1.接触式测温方法的优点和缺点。
（简答）
2.影响较大的两个经验温标。
3.常用的热电阻有哪几种?适用范围如何?
4.热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点?
5.根据热敏电阻随温度变化的特性不同，热敏电阻可以分为哪三种类型，
各有什么特点。
6.热敏电阻的线性化方法。
7.热电阻的三线制接法及其特点。
8.热敏电阻的应用。
9.什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一
种导体组成的闭合回路能产生热电势吗？
10.热电偶的结构形式有哪几种？
11.热电偶的基本定律。
12.什么是补偿导线？
13.补偿导线的作用是什么？
14.使用补偿导线时应注意哪些问题？
15.热电偶的冷端温度补偿。
16.会查表计算。
（计算）
注意：课后题中也涉及一些简答和计算
题型：选择（40分）判断（10分）简答和计算（50分）。