傳感器復(fù)習(xí)總結(jié)必看

1、此份要重點看測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。（2 分）霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度下單位控制電流時的霍爾電勢的大小。（2 分）3 .光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下光電壬逸出物體表面的外光電效應(yīng),這類元件有光電管、光電倍增管:第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng)，這類元件有光敏電阻;第三類是利用在光線作用卜使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng),這類元件有光電池、光電儀表。4.熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢是兩種導(dǎo)體的接觸

2、電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成的，其表達(dá)式為Eab（T,To）吟+防5。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間,接入延長線,它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。5.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下,其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械壓力，從而引起極化現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)6 .變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動靠近鐵心時，鐵心上的線圈電感量（增加）1.8.電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（變極距型）外是線性的。

3、（2分）（a）8-2四、下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示儀表組成。圖中G為指示儀表，R1、R2R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為匕、 口、 （的三個導(dǎo)線和電橋連接， 燈和L分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時，只要它們的凡分別接在指示儀表和電源的回路中，其電阻變化也不會影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時，應(yīng)使R4=Ra+Ro為電阻在參考溫度（如0。0時的電阻值。三線連接法的缺點之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點不穩(wěn)。一、選擇與填空題：（30分）1.變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動使磁路中空

4、氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（增大）。2 .在平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（變而積型）是線性的關(guān)系。3 .在變壓器式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與一次側(cè)線圈的匝數(shù)成（反比），與二次側(cè)線圈的匝數(shù)成（皿），與回路中磁阻成（不成比例）。4 .傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置,傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感兀件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5 .熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成。6.簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。（6分）答：一塊長為1、寬為d的半導(dǎo)體

5、薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢Uho這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，也是霍爾電動勢的產(chǎn)生原理。7 .簡述熱電偶的工作原理。（6分）答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng),就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大,產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。8 .以石英晶體為例簡述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。（6分）答： 石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時， 由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷

6、，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。 這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。 反之，如對石英晶體施加一定變電場， 晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形， 外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。石英晶體整個晶體是中性的， 受外力作用而變形時， 沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。9 .簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理（6分）答：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。10分析（線性）電位器式傳感器由于測量線的線路中的負(fù)載電阻區(qū)帶來的負(fù)載誤差，并計算它與位移x之

7、間的關(guān)系。（10分）2-7Uo=U(RLZ/Rx)/(RL/ZRx)+(Rmax-Rx)=RrRxwU/(RL*Rx)+(Rmax-Rx)*(RL+Rx)=RLwRxwU/(Rmax*Rx+Rmax*RL-Rx*Rx)=(RL*Rx*U/RmaxA2)/(Rx/Rmax+RL/Rmax-RxA2/RmaxA2)=RL*(U/Rmax)*(X/L)/(X/L-XA2/LA2+RL/Rmax)當(dāng)RL二無窮大時，Uo=(U/Rmax)*(X/L)誤差E=RL*(U/Rmax)*(X/L)/(X/L-XA2/LA2+RL/Rmax)-(U/Rmax)*(X/L)=(U/Rmax)*(X/L)(RL/(

8、X/L-XA2/LA2+RL/Rmax)二、下圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時R1受拉，R4受壓，廬0,橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出Uu=U.-11如=:EJE=AR+RRK.4RAR略去AR的二次項,即可得U,d=-*三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。（10分）答：熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個閉合回路,并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下，那么回路中就

9、會存在熱電動勢。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動勢稱為溫差電動勢或塞貝克電動勢，通稱熱電動勢。接觸電動勢：接觸電動勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電動勢。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。熱電偶三定律a中間導(dǎo)體定律熱電偶

10、測溫時，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同,則對熱電偶回路總的熱電動勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導(dǎo)線及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。b中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T,冷端為T。時的熱電動勢等于該熱電偶熱端為T冷端為I；時的熱電動勢與同一熱電偶熱端為T冷端為T。時熱電勢的代數(shù)和。應(yīng)用：對熱電偶冷端不為0C時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線路。c參考電極定律如果A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C（參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點溫度為（T,T。）時分別為 EAC（T,T），EBC（T,T0）,那么愛相同

11、溫度下，乂A、B兩熱電極配對后的熱電動勢為EqCr.lobEMCT/lJ-EBjTJo）實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)伯電極配對的熱電動勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電動勢便可由上式求得，而不需逐個進(jìn)行測定。誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響。措施：aOC恒溫法b計算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機(jī)械零點調(diào)整法d熱電偶補(bǔ)償法e電橋補(bǔ)償法f冷端延長線法四、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電動勢的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請詳細(xì)推導(dǎo)分流法。（10分）答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等?；魻柦M件的不

12、等位電動勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電動勢，可用輸出的電壓表示。溫度補(bǔ)償方法：a分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。b電橋補(bǔ)償法。2.電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為金屬材料和半導(dǎo)體體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化,其中的電阻變化主要是由.電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的,而的電阻變化主要是由材料傳感器的靈敏度較大所造成的。3 .在變壓器式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與工磁阻成反比。5 .光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料中電子溢出表面的現(xiàn)象，即外光電效應(yīng),光電管以及光電

13、倍增管傳感器屬于這一類;第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，即內(nèi)光電效應(yīng)。 光敏電阻傳感器屬于這一類。 第三類是利用在光線作用下光勢壘現(xiàn)象,即光生伏特效應(yīng),光敏二極管及光敏三極管傳感器屬于這一類。6 .熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成的，其表達(dá)式為Eab（T,T0）=人（T-T0）ln叢+a（外-&）a。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線法（即eNB冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間,接入延長線它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。2 .簡述崔:爾電動勢產(chǎn)生的原理。（5分）答：一塊

14、半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流/流過時，電子受到洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端而缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電組匝數(shù)成正比,與穿過線圈的磁通成正比，與磁回路中場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電動勢UH。3 .分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)q及柵絲與試件膨脹系數(shù)（4與4）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變，輸出有時

15、會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。2.光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下光電了逸出物體表面的外光電效應(yīng),這類器件有光電管、 光電倍增管等;第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng),這類器件有光敏電理等；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生定方向電動勢的光生伏特效應(yīng),這類器件有光電池、光電儀表。（6分）3.電位器或電阻傳感器按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位暨。線性電位器的理想空載特性曲線具有嚴(yán)格的線性關(guān)系。假定電位器全長為Xinax,其總電阻為Rinax,它的滑臂間的阻值可以用Rx=Rmax來計算。假定加在

16、電位器A、B之間的電壓為Umax,Xmax則輸出電壓為Ux=.Vmax。其電阻靈敏度由=29+嘰電壓靈XmaxAt敏度氏=1.主婦2。（7分）At4.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起極化現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機(jī)械變近，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)。（6分）5.磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電遮，磁場,位移,壓力。（6分）7.光柵傳感器中莫爾條紋的一個重要特性是具有位移放大

17、作用。如果兩個光柵距相等， 即怔0.02mm,其夾角6二0.1。 ， 則莫爾條紋的寬度房11.43mm莫爾條紋的放大倍數(shù)K=573.20（6分）8 .測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)系來表征。（5分）1.光纖傳感器的工作原理。（4分）答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。光纖傳感器利用光導(dǎo)纖維，按其工作原理來分有功能型（或稱物性型、傳感型）與非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）兩大類。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波導(dǎo)，而且具有測量的功能。

18、非功能型光纖傳感器其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其他敏感元件才能組成傳感器。4.簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理。（4分）答： 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)， 即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。一、簡答題（30分，6分/題）1.傳感器的定義和組成框圖.畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置傳感器。通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的

19、窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。3 .直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡單，傳感器至測量儀表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。直流電橋平衡條件：R1/R2=R3/R4，R1R4=R?R3O4.光電效應(yīng)可分為哪三種類型， 簡

20、單說明其原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。答：當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的也效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電傳感器的1：作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料中電子溢出表面的現(xiàn)象，即外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，即內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻傳感器屬于這一類。第三類是利用在光線作用下光勢壘現(xiàn)象，即光生伏特效應(yīng)，光敏二極管及光敏三極管傳感器均屬于這一類。二、分析/證明題（

21、32分，8分/題）1 .壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測量，此觀點是否正確，分析原因。答：不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量范圍廣等優(yōu)點，因此在壓力沖擊和震動等動態(tài)參數(shù)測試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。4 .為什么要對應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償， 分析說明該類型傳感器溫度誤差補(bǔ)償方法。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)4及柵絲與試件膨脹系數(shù)（人與民）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。方法：自補(bǔ)償法線路補(bǔ)償法。5 .光電池的工作原理，指

22、出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。答： 光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的， 是自發(fā)電式； 是有源器件。 它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。它應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。6 .按照傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點應(yīng)該選用哪種光纖（單模/多模），為什么?答：功能型（或稱物性型、傳感型）光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)傳輸?？煞譃檎穹{(diào)制型、相位調(diào)制型及偏振態(tài)調(diào)制型。多模單模皆可非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其他敏感元件才能組成傳感器。多模。一、簡答題（30分，6分/題）1 .傳感器的定義和組成框圖？畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。2 .試列出你所學(xué)過的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測量，哪些用于接觸式測量，測量何種物理量？（各大于3種）答：非接觸式測量：a）熱電式傳感器：測量溫度b）光纖傳感揩：測量光信號c）核輻射傳感器：測量核輻射粒子接觸式