传感器与检测技术课程复习传感器在检测系统中有什么作用和地位？什么是敏感元件？什么是传感器？1．特性1.1什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？线性度、迟滞、重复性、灵敏度、静态误差、分辨力与阀值等的概念和计算。

1.2什么是传感器的动特性？动特性：传递函数和动态响应的物理概念。

1.3传感器的静特性的用途是什么？y = a0a2～a n━非线性系数2. 动态模型在动态信号(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。

可以用微分方程或系统函数(传递函数)来描述。

一阶传感器传递函数-----可用拉普拉斯变换表示系统的系统函数Ｈ(S )。

四、传感器的基本特性1. 静态特性⑴线性度实际的输出——输入曲线与拟合曲线(工作曲线)间最大偏差的相对值即为线性度。

⑵灵敏度SnSn 的定义是传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵敏度。

⑶重复性重复性指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。

⑷迟滞现象（回差）回差反映了传感器的输入量在正向行程和反向行程全量程多次测试时，所得到的特性曲线的不重合程度。

⑸分辨率（△x min）在规定的测量范围内，传感器所能检测出输入量的最小变化值。

⑹稳定性传感器在相当长的时间内仍保持其原性能的能力。

⑺漂移传感器在外界的干扰下，输出量发生了与输入量无关的变化，主要有“零点漂移”和“灵敏度漂移”，这两种漂移又可分为“时间漂移——零点或灵敏度随时间而发生缓慢的变化”和“温度漂移——零点或灵敏度随环境温度的变化而改变”。

2. 动态特性⑴频率响应传感器的频率响应是指各种频率不同而幅值相同的正弦信号输入时，其输出的正弦信号的幅值、相位(与输入量间的相差）与频率之间的关系。

即幅频特性和相频特性。

分析切入点：系统的传递函数。

⑵阶跃响应给原来处于静态状态传感器输入阶跃信号，在不太长的一段时间内，传感器的输出特性即为其阶跃响应特性。

①一阶传感器的阶跃响应特性②二阶传感器的阶跃响应特性＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝工作原理、转换电路、主要特性参数计算。

说明电阻应变片的组成和种类。

电阻应变片有哪些主要特性参数？直流电桥、电桥的非线性。

应变片产生误差的原因是什么？如何减少或补偿温度误差？1.1 应变式电阻式传感器电阻应变效应是指电阻丝在外力作用下，发生机械变形时，其电阻值发生变化的现象基于这种原理制成的传感器有金属应变片式和半导体应变片式两种。

电阻应变片的主要参数有几何尺寸，初始值电阻R0和允许工作电流，且应变片的初始电阻值R0有120Ω、200Ω、350Ω、600Ω、1000Ω等类型，其中最常的有120Ω和350Ω。

当现场环境温度改变时，会引起应变片电阻的附加变化量，该变形给测量带来附加误差（即应变片的温度误差）。

产品该误差的原因是电阻丝温度系数的存在和电阻丝线膨胀系数不同。

电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和自动补偿两大类。

其中最常的是电桥补偿法，它是将工作应变片和补偿应变片接到电桥的两个桥臂，利用它们对电桥输出电压，平衡原理，而起到温度补偿作用。

通常采用的半桥差动电路或全桥差动电路，桥路不存在非线性误差，而且电压灵敏度也比单臂桥时高，同时还能起到温度补偿作用，但应清楚完全补偿的条件。

一、应变效应的理论基础1．金属导体的电阻定律2．材料的泊松比μ— dL/L、dA/A 在力的作用下的相互关系3．金属材料应变电阻效应4．半导体材料的压阻效应二、电阻应变片的结构及工作方式1．基本结构2．分类(按敏感栅的结构特点和构成材料进行分类)3．工作方式(工作原理)：应变片是用来测量试件表面的应变的。

粘贴时需使栅丝的轴线沿应变方向。

三、电阻应变片应变电阻的测量1．直流电桥法：电压灵敏度SV非线性误差γ2．非线性误差的补偿方法①差动电桥法a．半桥差动电路纯线性，灵敏度提高了一倍。

b．全桥差动电路②恒流源供电法a．恒流源供电电桥b．双恒流源电路1.1.2B 应变式电阻传感器的应用一、力（荷重）传感器1. 柱式力传感器（柱的截面积为A）2 .梁式荷重传感器（特点：可以使用差动电桥测量应变）⑴等截面梁式荷重传感器⑵等应力（等胁强）梁式荷重传感器二、应变式加速度传感器（二阶传感器的典型例子）⒈基本原理：F = m a 。

⒉动态特性三、应变式压力（压强）传感器⒈薄板式(膜片式)压力传感器根据薄板形变(应变)与压强的关系来测量压强，(应变片测薄板应变) ⒉筒式应变压力传感器性能特点：可用于高压测量。

结构特点：圆柱盲孔，环向应变。

四、固态压力传感器(压阻效应)，特点：集成电路工艺生产受压圆膜的应力分布/应变分析特点。

应应应应应应应应应应＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝3．电感式传感器自感式位移传感器是一种基于电磁感应原理，将被测量（位移）变化转换为自感L或互感M参数变化的部件。

即称电感式传感器或变磁阻式传感器。

该传感器可分为自感式和互感式两大类。

电感式传感器常用来测量位移、尺寸、振动、力、压力、转矩、应变、流量及比重等非电量。

其基本构成是由铁芯、线圈和衔铁三部分组成。

3.1电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？ 磁路欧姆定律：mR nI BS ==Φ， 式中SlR μ=称磁感阻，nI 为磁通势。

∑=ΦnmRnI1∑∑===ni ni ii i m S lRi11μ 则∑∑==ii inm Sl n Rn L iμ2123.1 变磁阻（自感）式传感器 一、结构及工作原理二、输出特性——具有非线性的输出特性。

三、差动自感传感器(非线性补偿) 3.2 互感式传感器在自感式传感器中δ不能太大，否则漏磁的影响将使输出性能严重劣化。

所以大位移测量时常采用互感式传感器。

一、结构、工作原理及等效电路二、测量电路： 1.差动整流器； 2.相敏检波电路 3.3 电涡流式传感器＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝4电容式传感器电容式压力传感器是种将被测量尺寸，压力的变化转换成电容量变化的部件（即可变电容器），其定义为C=εs/d。

按其工作原理，电容式传感器可分为变间隙式，变截面式和变介电常数式三种类型，其中第一种常用于测量微小线位移；第二种常用于测量角位移或较大的线位移；第三种常用于测量固体或液体的物位。

电容式传感器的初始电容很小，因此在使用中的最关键问题是分布电容的影响极为严重，这不仅会造成传输效率降低，灵敏度变差而且会产生很大的测量误差。

由于电容式传感器动极板移动过程中无摩擦，机械损耗小以及两极板间静电引力小等原因，故该传感器几手没有零漂。

电容式传感器配用的测量电路很多，常用的有交流电桥、紧耦合电桥电路、脉冲电路运算放大电路等。

一、电容式传感器的结构和工作原理二、变极距型电容式传感器（平行板电容器式）三、变极板面积形电容传感器1.角位移传感器2.同心圆筒形线位移电容式传感器四、动介质型电容式位移传感器五、电容式传感器的输出特性变极距型电容式传感器仅在Δd/d 较小时呈近似线性关系，存在一定的非线性误差。

六、电容式传感器的信号变换电路差动脉宽调制电路、运算放大电路七、电容式传感器的应用1. 电容式压力传感器；2. 电容式物位传感器（物位计）工作原理、转换电路、计算。

推导差动式电容传感器的灵敏度，并与单极式相比较。

根据电容式传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？电容传感器的转换电路及信号调制电路。

总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合及使用中应注意的问题。

简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作原理。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝五、磁电式传感器磁电感应式速度传感器是一种利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的原理，实现振动、速度、扭矩等动态参数测量。

变磁通式、恒定磁通式按运动性质分为直线运动磁电传感器和旋转运动磁电传感器。

前者定义为e=NBlv；其灵敏度K=e/v=NBL；后者定义为e=NBSW，其灵敏度则为K=e/w=NBS。

提高磁电感应式传感器灵敏K值应考虑几个因素。

一是线圈直流电阻R与负载电阻R L的匹配问题，一般要求R=R L；二是线圈发热问题，要求满足S0≥I2RSn；及温度影响问题，要求采用热磁分路对磁通量进行补偿和线圈采用温度系数小的金属导体。

磁电式速度传感器可用相对速度和绝对速度来表示。

目前工程界最常用，性能价格比高的速度测量传感器有磁敏电阻测速传感器和霍尔齿轮测速传感器。

它们的共同特点是：一、被测对象为运动着的铁磁材料。

（齿轮、齿条、凸轮等）；二、输出信号为脉冲信号。

具有安装方便，配用检测电路简单，测量精度高等优点而被广泛应用。

磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？什么温度补偿的方法有哪几种？简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能用的场合。

5.2霍尔传感器霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，有普通型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关式的霍尔元件。

一、霍尔效应——霍尔效应是导体中自由电荷受洛仑兹力作用而产生的。

霍尔元件的灵敏度不仅与元件材料的霍尔系数有关，还与霍尔元件的几何尺寸有关。

霍尔元件灵敏度KH与霍尔元件的厚度 d 成反比。

霍尔元件的霍尔效应是置于磁场中的静止截流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势的现象，其数学定义式为U H=R H IB/d =K H IB/d。

霍尔元件外部有两对电极，一对用来施加激励电压或电流，叫控制电极；另一对用来引出霍尔电势，叫霍尔电极。

霍尔元件是采用半导体材料制成的，因而其有关的量和参数都随温度的变化而变化，使用时，霍尔式传感器有温度误差。

减少温度误差的措施用恒流源供电；减少由于输入电阻引起的误差起的误差。

不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，实际应用中需要对它进行补偿。

若将霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，则不等位电势相当于电桥的初始不平衡输出电压，因而所有能使电桥达到平衡的方法均可用于不等位电势的补偿。

霍尔式传感器基本上由两部分组成，一是弹性元件，另一是霍尔元件和磁路系统。

要求霍尔元件所使用的气隙磁场具有均匀梯度。

二、霍尔元件的主要技术参数1．额定功耗P0霍尔元件在环境温度T＝25℃时，允许通过霍尔元件的控制电流I和工作电压V的乘积即为额定功耗。

一般可分为最小、典型、最大三档，单位为mw。

当供给霍尔元件的电压确定后，根据额定功耗可以知道额定控制电流I。