傳感器 高文土

1、 第一章1、 測量系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)被測對(duì)象的特征量進(jìn)行檢測、傳輸、處理及顯示等功能，一個(gè)測量系統(tǒng)是傳感器、變送器和其它變換裝置等的有機(jī)組合。2、 開環(huán)測量系統(tǒng)：開環(huán)測量系統(tǒng)全部信息變換只沿著一個(gè)方向進(jìn)行。 閉環(huán)測量系統(tǒng)：閉環(huán)測量系統(tǒng)有兩個(gè)通道，一為正向通道，一為反饋通道。3、 測量誤差是測得值減去被測量的真值。4、 隨機(jī)誤差：在同一測量條件下，多次測量被測量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差。 第二章1、 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。在有些學(xué)科領(lǐng)域，傳感器又稱為敏感元件、檢測器、轉(zhuǎn)換器等。2、 傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，

2、敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號(hào)部分。3、 傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系。 靜態(tài)特性的性能指標(biāo)： 靈敏度、遲滯、線性度、重復(fù)性和漂移等。2-1 什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？它們的作用及相互關(guān)系如何？答：1、傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 2、傳感器由：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路和輔助的電源組成。 3、它們的作用是： （1）敏感元件：是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分； （2）轉(zhuǎn)換元件：是指傳感器中能將

3、敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量 的電信號(hào)部分； （3）信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路：由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等； （4）輔助的電源：此外信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有輔助的電源。 4、最簡單的傳感器由一個(gè)敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件)組成，它感受被測量時(shí)直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊m 是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。 第三章3-1 什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。【答

4、】1、所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。2、半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)力的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。3、應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測物理量得大小。3-3 電阻應(yīng)變片的直流電橋測量電路，若按不同的橋臂工作方式可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計(jì)算？答：1、可分為：單臂電橋、半差動(dòng)電橋和全差動(dòng)電橋三種。2、單

5、臂電橋輸出電壓為： 半差動(dòng)電橋輸出電壓為： 全差動(dòng)電橋輸出電壓為：3-5 解1、 電橋輸出電壓為 ：2、 電橋輸出電壓為 ：3、 當(dāng)受拉應(yīng)變，受壓應(yīng)變時(shí)，電橋輸出電壓為 ：4、當(dāng)受壓應(yīng)變，受拉應(yīng)變時(shí)，電橋輸出電壓為 ： 第五章5-1、根據(jù)電容式傳感器工作原理，可將其分為幾種類型?每種類型各有什么特點(diǎn)?各適用于什么場合?  答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為3種：變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型。 變極距型電容式傳感器的特點(diǎn)是電容量與極板間距成反比，適合測量位移量。  變面積型電容傳感器的特點(diǎn)是電容量與面積改變量成正比，適合測量線位移和角

6、位移。變介電常數(shù)型電容傳感器的特點(diǎn)是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同，通過改變介質(zhì)的介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測量的檢測，并通過電容式傳感器的電容量的變化反映出來。適合于介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變的場合。6-1 什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱壓電效應(yīng)和橫壓電效應(yīng)？答：1、正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)（1）正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變。這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。 有時(shí)人們把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）。（2）逆壓電效應(yīng)

7、（電致伸縮效應(yīng)）當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場，這些電介質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象。2、縱壓電效應(yīng)和橫壓電效應(yīng)（1）縱向壓電效應(yīng)通常把沿電軸x 方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。（2）橫壓電效應(yīng)把沿機(jī)械軸y 方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。 第七章7-4什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？答：1、通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢稱霍爾電勢。（書本：置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上垂直于電流和磁場的方

8、向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電動(dòng)勢稱為霍爾電動(dòng)勢。）2、 霍爾電勢正比于激勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度與霍爾常數(shù)成正比而與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。7.2.2 霍爾傳感器的應(yīng)用（兩個(gè)）： 第八章1、 光電式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，再通過光電器件把光信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。2、 光電式傳感器的原理框圖，它一般由光源、光學(xué)通路、光電器件三部分組成被測量作用于光源或者光學(xué)通路，從而引起光量的變化。8-1、光電效應(yīng)有哪幾種？相對(duì)應(yīng)的光電器件各有哪些？答：1、光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)

9、和光生伏特效應(yīng)。2、光電器件（1）基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管、光電攝像管等。（2）基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。（3）基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管、三極管。8-2 試述光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池的工作原理，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)各有什么特點(diǎn)？答：1、光敏電阻的工作原理其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗

10、電阻越大越好，亮電阻越小越好， 此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級(jí)，亮電阻值在幾千歐以下。2、光敏二極管的工作原理在無光照時(shí)，處于反偏的光敏二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反向電流稱為暗電流。當(dāng)有光照射到光敏二極管的PN 結(jié)時(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，它們在反向電壓和內(nèi)電場的作用下，漂移越過PN 結(jié)，形成比無光照時(shí)大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流，此時(shí)，光敏二極管的反向電阻下降。 若入射光的強(qiáng)度增強(qiáng)，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量也隨之增加，光電流也響應(yīng)增大，即光電流與光照度成正比。如果外電路接上負(fù)載，便可獲得隨光照強(qiáng)

11、弱變化的信號(hào)。光敏二極管的光電流I與照度之間呈線性關(guān)系。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測等方面的應(yīng)用。3、光敏晶體管的工作原理大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當(dāng)集電極加上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時(shí)，集電結(jié)就是反向偏壓。當(dāng)光照射在集電結(jié)時(shí)，就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極與發(fā)射極間的電壓升高，這樣便會(huì)有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的倍，所以光敏晶體管有放大作用。4、光電池的工作原理硅光電池是在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)(如硼)形成PN結(jié)。當(dāng)光照到PN 結(jié)區(qū)28時(shí)，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子-空穴對(duì)，在N區(qū)聚積負(fù)電荷，P區(qū)聚積正電荷，這樣N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差。若將PN 結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來，電路中有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將外電路斷開，就可測出光生電動(dòng)勢。 第九章1、 濕度是指大氣中的水蒸氣含量，通常采用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種表示方法。（1） 絕對(duì)濕度是指一定溫度和壓力條件下，每單位體積的混合氣體中所