传感器复习大纲.doc

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：敏感元件、变换元件、信号调理电路、（Extra：辅助电源提供转换能量）
2、弹性敏感元件的基本特性：
l 刚度：外力作用时抵抗变形的能力（k=dF/dx）
l 灵敏度：外力作用下产生变形的大小（S=1/k=dx/dF）
l 弹性滞后原因：分子间存在内摩擦）
l 弹性后效与载荷、时间有关）
l 温度特性：表示膨胀系数、表示温度为°C时的长度则°C时的长度为
l 固有频率：

（k：刚度 ：振动质量）
机械品质因数：Q值越大，弹性敏感元件消耗的能量越少，储能效率越高，工作频带越窄
3、弹性敏感元件的要求：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：（L：长度A：截面积（）：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→时，电桥输出电压为

当电桥平衡时，= 0 则有：
=或
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： 只有一个电阻工作，其他都为0
半桥双臂： 只有两个电阻工作，其他都为0
全臂： 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：（N为线圈匝数，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：（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。
2、电容式传感器分为变面积、变间隙、变介电常数式
3、电容式传感器的优缺点：
优点：温度稳定、结构简单、响应好
缺点：输出阻抗高、负载能力差、寄生电容影响大
4、RLC传感器对比
电阻式：由于电阻供电后产生热量
电感式：由于存在铜、磁、涡流损容易发热产生零飘
电容式：本身发热少与电极材料无关，损耗小

第八章 压电式传感器
1、压电式传感器是一种无源传感器，又称为自发电式传感器或机电转换传感器
2、压电式传感器具有：体积小、质量轻、频响大、信噪比强
3、压电效应分为：正向和逆向
4、压电材料可分为：压电晶体、压电陶瓷、高分子压电材料
石英晶体（）是最常用的压电晶体
5、并联时输出电压、输出电容与极板上的电荷量与单片各值的关系为

串联时，输出电压输出电容与极板上的电荷量与单片各值的关系为

第九章 超声波传感器
1、频率高于20kHz的机械振动为超声波
2、超声波传感器传输方式：纵波、横波、表面波
3、公式：
4、超声波传感器用途：超声清洗、超声加工、超声检测、超声医疗
5、超声波：连续超声波和脉冲波

第十章 霍尔传感器
1、霍尔效应的概念：恒定电流通过金属薄片，并将其置于磁场中，在其两侧将产生与磁场强度成正比的电动势
2、公式：（：霍尔系数 I：激励电流B：磁感应强度d：霍尔元件厚度）
令，则（为霍尔元件的灵敏度，一般要求灵敏度越大越好，所以霍尔元件厚度都比较薄）
如果B与平面法线方向成一角度时，则
3、霍尔特征参数：输入输出电阻、灵敏度、激励电流、不等位电势电阻、温度系数
4、霍尔集成传感器分为：线性型和开关型
5、霍尔传感器的应用：角位移测量、加速度、电流、压力、计数

第十一章 光电传感器
1、光电式传感器是将光信号转变为电量的传感器
2、理论基础是光电效应（内、外光电、光生伏特）
内光电（能使物体电阻率改变）：光敏电阻、二极管、晶闸管（半导体元件）
外光电（能使粒子逸出物体表面）：光电管、倍增管、摄像管（玻璃真空管元件）
光生伏特（能使物体产生一定方向的电动势）：光电池（半导体元件）
3、公式：（普朗克常量）
4、光敏电阻特性（光导管）光电二极管、光电池特性：伏安、光照、光谱、频率、温度
第十二章 热电式传感器
1、热电式传感器是一种将温度变化转换为电量的装置
2、热电式传感器的原理基于热电效应
3、热点效应：将两种不同的导体A、B两端连接组成闭合回路，并使两端处于不同的温度环境中，在回路中会产生热电动势而形成电流，这样的现象称为热电效应。
4、这样的两种不同的组合称为热电偶，为热端，为冷端。实验证明，热电动势与热电偶两端的温度差成比例，即：

中间温度定律：
K与导体的电子浓度有关
5、当热电偶的材料均匀时，与热电偶材料材料的成分和冷热两端的温差有关
若冷端温度恒定，热电动势与被测温度成单值关系
同种金属导体不能构成热电偶，热电偶两端温度相同不能测温
图中粗线表示负极，细线表示正极
6、热电偶材料的要求：电阻温度系数小、导电高、热电动势变化大、与温度为线性关系、物理化学性能稳定、易加工、复现性好、便于生产、良好的互换性
例题：参考温度=20℃，仪表测得热电势=7.33mV，求实际被测温度

=7.33mV+0.8mV=8.13mV
再查表的被测温度T=200℃