1、復(fù)習(xí)提要,第一章 傳感器技術(shù)基礎(chǔ) 傳感器的定義 傳感器的組成 3、傳感器數(shù)學(xué)模型的分類 4、傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo) 5、結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器的區(qū)別,1.傳感器的定義,答：從廣義的角度來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件和裝置。 狹義：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB766587） 能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置,2.描述傳感器的組成，以及各部分的作用,傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路三部分組成：,敏感元件感受被測(cè)量; 轉(zhuǎn)換元件將響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電參量; 基本電路把電參量接入

2、電路轉(zhuǎn)換成電量;,3.何為結(jié)構(gòu)型傳感器？何為物性型傳感器？,利用場(chǎng)的定律構(gòu)成的傳感器稱為：結(jié)構(gòu)型傳感器,基于物質(zhì)定律構(gòu)成的傳感器稱為：物性型傳感器,4.衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？說(shuō)明它們的含義？ 答：,線性度、滯后、重復(fù)性、靈敏度、分辨力、閾值、 穩(wěn)定性、漂移,2. 線性度（非線性）,傳感器的實(shí)際輸入-輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與 擬合直線之間的吻合（偏離）程度。,3. 重復(fù)性,傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線間一致程度的指標(biāo)。,4. 靈敏度,5. 分辨力,6. 穩(wěn)定性,分辨力：能檢測(cè)出的輸入量的最小變化量,7. 漂移,外界干擾下，輸出量發(fā)生與輸

3、入量無(wú)關(guān)的變化。,8. 閾值,產(chǎn)生可測(cè)輸出變化量時(shí)的最小輸入量值,5.什么是傳感器的靜態(tài)特性？什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？ 答：,靜態(tài)特性指當(dāng)輸入量（X）為靜態(tài)（常量）或變化緩慢的信號(hào)時(shí)（如溫度、壓力），描述傳感器的輸入輸出關(guān)系。,動(dòng)態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí),如 :加速度、振動(dòng)等，描述傳感器的輸入輸出關(guān)系。,6.某測(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下： 鉑電阻溫度傳感器： 0.45/ 電橋： 0.02V/ 放大器： 100(放大倍數(shù)) 筆式記錄儀： 0.2cm/V 求：(1)測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度； (2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。 解： （1）測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度為,cm

4、/ （2）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值為,第二章 電阻式傳感器,1、電阻式傳感器的工作原理 2、橫向效應(yīng) 3、溫度效應(yīng) 4、熱輸出由哪幾個(gè)部分組成 5、熱輸出的補(bǔ)償 6、應(yīng)變電橋的工作特性,1.電阻式傳感器的基本原理將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器元件電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。,2.應(yīng)變計(jì)既敏感縱向應(yīng)變，又同時(shí)受橫向應(yīng)變影響而使靈敏系數(shù)及相對(duì)電阻比都減少的現(xiàn)象，稱為橫向效應(yīng)。,3.溫度效應(yīng)指單純由溫度變化引起應(yīng)變計(jì)電阻變化的現(xiàn)象。,4、熱輸出分為由幾部分組成？,前部分為熱阻效應(yīng)所造成； 后部分為試件與敏感柵熱膨脹失配所引起。,5.熱輸出的補(bǔ)償方法,（1）單絲自補(bǔ)償,（

5、2）雙絲自補(bǔ)償,（3）橋路補(bǔ)償法,6.金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同? 答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。,7. 應(yīng)變計(jì)的 蠕變（）和零漂（P0）,8、應(yīng)變電橋的工作特性,工作臂,9： 分析橋路補(bǔ)償塊法進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑?解：,10,解：,11. 4片應(yīng)變計(jì)采用差動(dòng)布片和全橋接線。如圖所示。當(dāng)彈性元件受偏心力F作用時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力為壓應(yīng)力和彎應(yīng)力，因此，各應(yīng)變計(jì)感受的應(yīng)變?yōu)橄鄳?yīng)的壓、彎應(yīng)變。求電路的輸出？,第三章 電感式傳感器,1、電感式傳感器的工作原理和分類 2、差動(dòng)式變氣隙傳感器

6、與單一變氣隙傳感器比較有什么優(yōu)點(diǎn) 3、相敏檢波電路的工作原理 4、互感式傳感器的工作原理 5、電渦流式傳感器的工作原理 6、電渦流式傳感器的分類,電感式傳感器,自感式傳感器,互感式傳感器,電渦流式傳感器,1、電感式傳感器的工作原理和分類,2、差動(dòng)式變氣隙傳感器與單一變氣隙傳感器比較有什么優(yōu)點(diǎn),銜鐵下移,1、變氣隙式自感傳感器,忽略高次項(xiàng)：,銜鐵上移,忽略高次項(xiàng)：,2、差動(dòng)自感傳感器,銜鐵下移：, 銜鐵中間位置, 銜鐵上移, 銜鐵下移,3、試分析差動(dòng)變壓器相敏檢測(cè)電路的工作原理。,相敏檢測(cè)電路原理是通過(guò)鑒別相位來(lái)辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映

7、位移極性的測(cè)量信號(hào)。經(jīng)過(guò)相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負(fù)表明位移的方向。,4分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說(shuō)明如何改善？,答： 原因是改變了空氣隙長(zhǎng)度 改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時(shí)靈敏度的非線性也將增加，最好使用差動(dòng)式傳感器，其靈敏度增加非線性減少。,電渦流式傳感器的工作原理,根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，這一現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。,電渦流式傳感器的分類,第四章 電容式傳感器,1、電容傳感器的工作原理 2、電容傳感器的分類 3、差動(dòng)結(jié)構(gòu)電容傳感器的

8、特點(diǎn) 4、變間距型，變面積型和變介質(zhì)型電容傳感器原理 5、應(yīng)用中存在的問(wèn)題：邊緣效應(yīng)以及如何克服？,1、電容傳感器的工作原理,2、電容傳感器的分類,動(dòng)極板上移：,初始位置時(shí)，,3、差動(dòng)結(jié)構(gòu)電容傳感器的特點(diǎn),略去高次項(xiàng)：,4、變間距型，變面積型和變介質(zhì)型電容傳感器原理,5、應(yīng)用中存在的問(wèn)題：邊緣效應(yīng)以及如何克服？,危害：靈敏度降低、 產(chǎn)生非線性,保護(hù)環(huán),第五章 磁電式傳感器 1.霍爾效應(yīng) 2.霍爾電勢(shì)是如何產(chǎn)生的？ 3.為什么導(dǎo)體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？ 4.霍爾元件常選擇N型半導(dǎo)體的依據(jù) 5.磁阻效應(yīng) 6.磁敏二極管的工作原理,1.霍爾效應(yīng),當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂

9、直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。,2.霍爾電勢(shì)是如何產(chǎn)生的？,導(dǎo)體中的電荷在電場(chǎng)作用下沿電流方向運(yùn)動(dòng)，由于存在垂直于電流方向的磁場(chǎng)，電荷受到洛倫茲力，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的方向垂直于電流方向和磁場(chǎng)方向，而且正電荷和負(fù)電荷偏轉(zhuǎn)的方向相反，這樣就產(chǎn)生了電勢(shì)差。,4.霍爾元件常選擇N型半導(dǎo)體的依據(jù),因?yàn)樵贜型半導(dǎo)體材料中，電子的遷移率比空穴的大，且np，所以霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料。,3.為什么導(dǎo)體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？,因?yàn)閷?dǎo)體材料的雖然很大，但很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的雖然很大，但很小，故也不宜做成元件。,5

10、.磁阻效應(yīng),某些金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。,磁場(chǎng)H = 0： 少量電子和空穴 在 I 區(qū)、r區(qū)復(fù)合,正向磁場(chǎng) H+ ： 電子和空穴偏向 r 區(qū)， 電流因復(fù)合增大而減小,反向磁場(chǎng) H- ： 電子和空穴偏向 I 區(qū)， 電流因復(fù)合減少而增大,6.磁敏二極管的工作原理,第六章 壓電式傳感器 1.壓電效應(yīng) 2.壓電陶瓷的壓電現(xiàn)象 3.壓電傳感器在實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中的等效電路 4.壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè)量,1.壓電效應(yīng)的分類 正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)（電致伸縮）,2.壓電陶瓷的壓電現(xiàn)象,人造多晶體：經(jīng)極化處理后的人工多晶鐵電體,3.壓電傳感器在實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中的等效電路

11、,4.壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè)量,因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測(cè)量為靜態(tài)時(shí)，很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)輸出，故只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。,第七章 熱電式傳感器 1.熱電阻的工作原理 2.熱敏電阻的工作原理 3.熱電偶的工作原理 4.金屬導(dǎo)體產(chǎn)生接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)的原因 5.熱電偶基本定律,1.熱電阻的工作原理,原理：金屬材料的電阻隨溫度變化而變化,2.熱敏電阻的工作原理,原理：半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化而變化,3.熱電偶的工作原理,將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩導(dǎo)體之間

12、存在溫差時(shí)，便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，在回路中就會(huì)形成一個(gè)大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的 。,4.金屬導(dǎo)體產(chǎn)生接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)的原因,當(dāng)A和B兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者內(nèi)部單位體積的自由電子數(shù)目不同(即電子密度不同)，因此，電子在兩個(gè)方向上擴(kuò)散的速率就不一樣。現(xiàn)假設(shè)導(dǎo)體A的自由電子密度大于導(dǎo)體B的自由電子密度，則導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)要比導(dǎo)體B擴(kuò)散到導(dǎo)體A的電子數(shù)大。所以導(dǎo)體A失去電子帶正電荷，導(dǎo)體B得到電子帶負(fù)電荷，于是，在A、B兩導(dǎo)體的接觸界面上便形成一個(gè)由A到B的電場(chǎng)。該電場(chǎng)的方向與擴(kuò)散進(jìn)行的方向相反，它將引起反方向的電子轉(zhuǎn)移，阻礙擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)擴(kuò)散作用與阻礙擴(kuò)散作用相等時(shí)，即自導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的自由電子數(shù)與在電場(chǎng)作用下自導(dǎo)體B到導(dǎo)體A的自由電子數(shù)相等時(shí)，便處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，A與B兩導(dǎo)體的接觸處就產(chǎn)生了電位差，稱為接觸電動(dòng)勢(shì) 。,對(duì)于導(dǎo)體A或B，將其兩端分別置于不同的溫度場(chǎng)t、t0中(t t0)。在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能，向冷端移動(dòng)，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負(fù)電荷。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電場(chǎng)。該電場(chǎng)阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動(dòng)，最