傳感器與檢測技術復習提綱第0章 傳感器與檢測技術概念u 什么是傳感器？傳感器在檢測系統中有什么作用？u 作用：傳感器處于研究對象與測試系統的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。敏感元件：指傳感器中直接感受被測量的部分。 信號調理器：對于輸入和輸出信號進行轉換的裝置。 變送器：能輸出標準信號的傳感器。u 傳感器一般由哪幾部分組成？各部分分別起什么作用？P1u 傳感器有哪幾種常見的分類方法？P2u 傳感器的發展趨勢是什么？P2-P3第1章 傳感器的特性u 傳感器的主要特性是什么？什么是傳感器的靜態特性？什么是傳感器的動態特性？u 傳感器的靜態特性指標常見的有那些（產生誤差的幾方面原因或因素）？各是如何定義的？（如：某位移傳感器，在輸入量變化5mm時，輸出電壓變化為300mV，求其靈敏度。）u 研究傳感器動態特性的目的是什么？傳感器的動態特性可以從哪兩個方面進行分析？u 在時域內研究傳感器動態特性時，可以采用哪幾種典型輸入信號？采用什么數學模型？有哪幾個動態性能指標？一階、二階傳感器的時域動態性能指標有哪幾個？u 在頻域內研究傳感器動態特性時，采用的是哪種典型輸入信號？采用什么數學模型？有哪些主要性能指標？第2章 電阻式傳感器u 主要內容：電位器式電阻傳感器（比較簡單，不作為重點）應變片式電阻傳感器u 線性電位器結構、工作原理及輸入輸出關系u 非線性電位器工作原理（以變骨架式電位器為例）u 線性電位器應用實例u 電阻應變片的工作原理u 按所使用的材料劃分，電阻應變片一般分哪兩類？u 金屬絲式電阻應變片與金屬箔式電阻應變片相比，各有什么特點？u 電阻應變片溫度誤差的電橋補償法工作原理u 電阻應變片的測量電路：電橋直流電橋的平衡條件（單臂橋、雙臂橋、全橋）；電橋的電壓靈敏度；同相變化或差動變化的傳感器如何接入電橋。u 電阻應變片應用實例第3章 電感式傳感器u 主要內容：自感式傳感器變壓器式傳感器（互感式傳感器）渦流式傳感器壓磁式傳感器感應同步器u 自感式傳感器的工作原理；線圈自感與哪些因素有關？u 幾種類型自感式傳感器：氣隙型截面型差分型變氣隙式自感傳感器差分型變截面積式自感傳感器u 上述幾種類型自感傳感器靈敏度及非線性結論變截面積型為線性；變氣隙長度型為非線性。差動式比單極式靈敏度提高一倍。u 自感式傳感器轉換電路主要有哪幾類？具體線路原理（了解）：調幅；調頻；調相u 自感式傳感器特點u 應用實例u 什么是變壓器式傳感器u 差動氣隙型、差動截面積型結構及工作原理u 差動變壓器式傳感器測量電路（了解）相敏檢測電路；差分整流電路；u 應用實例u 什么是渦流效應u 渦流式傳感器的工作原理u 渦流式傳感器轉換電路：主要類型，線路工作原理（了解）u 應用：可有哪幾個主要方面的應用？u 壓磁效應、磁致伸縮效應、正磁致伸縮、負磁致伸縮u 壓磁效應與磁場強度的關系（磁場強度、外力、磁導率之間關系）u 壓磁式傳感器工作原理u 利用單一方向磁導率變化的壓磁式傳感器：結構及工作原理；與自感式傳感器結構類似的壓磁式傳感器（單線圈）；與互感式傳感器結構類似的壓磁式傳感器（雙線圈）；壓磁應變片；互感型壓磁應變片u 利用兩個方向磁導率變化的壓磁式傳感器：利用材料不受力時，磁阻各向相同；受外力時，磁阻各向異性。u 維捷曼效應、逆維捷曼效應、順維捷曼效應；維捷曼效應傳感器實例（測扭矩、氣體壓力）第4章 電容式傳感器u 電容式傳感器的工作原理u 電容式傳感器的類型：變極距型、變極板面積型、變介電常數型；差動型；u 電容式傳感器的線性性、靈敏度（），結論u 電容式傳感器的轉換電路類型、電路原理（了解）u 電容式傳感器應用實例第5章 磁電式傳感器u 主要內容：磁電感應式傳感器霍爾式傳感器u 磁電式傳感器基本特點u 磁電式傳感器總體工作原理u 結構類型及工作原理變磁通式：開磁路式，閉磁路式恒定磁通式：動圈式，動鐵式u 霍爾效應u 霍爾傳感器基本測量電路u 霍爾傳感器的不等位電勢（不等位電阻）補償（為什么補償，如何補償）u 霍爾傳感器的溫度補償（為什么補償，如何補償）u 霍爾傳感器的應用實例第6章 壓電式傳感器u 壓電效應、正壓電效應、逆壓電效應u 有源性、雙向性、效應的各向異性u 石英晶體壓電效應的特點u 壓電陶瓷壓電效應的特點u 壓電元件的兩種等效電路：電荷源等效電路、電壓源等效電路u 壓電元件的串聯、并聯u 應用實例第7章 光電式傳感器u 光電效應、外光電效應、內光電效應、光電導效應、光生伏特效應u 外光電效應方程、紅限頻率u 光的頻率、光強與光電效應強弱之間的關系u 利用幾種效應制成的典型光電器件u 真空光電管、充氣光電管、光電倍增管工作原理u 光敏電阻工作原理u 光敏二極管、光敏三極管工作原理u 光電池工作原理u 光纖傳感器結構及光纖傳光原理第8章 熱電式傳感器u 熱電阻傳感器的工作原理、材料特點、常用的熱電阻材料u 熱電阻傳感器的測量電路（測量電橋，三線、四線熱電阻在測量電橋電路中的接法、目的和區別）u 熱電效應、熱電偶、溫差電勢、接觸電勢u 熱電偶的基本定律u 熱電偶的測溫電路u 熱敏電阻的測溫原理u 熱敏電阻材料特點u 熱敏電阻的應用實例一、選擇與填空題：（30分）1、變面積式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（增大，減小，不變）。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系中，（變面積型，變極距型，變介電常數型）是線性的關系。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方線圈的匝數成（正比，反比，不成比例），與副方線圈的匝數成（正比，反比，不成比例），與回路中磁阻成（正比，反比，不成比例）。4、傳感器是能感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件 和產生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號調節轉換電路組成。5、熱電偶所產生的熱電熱是由兩種導體的接觸電熱和單一導體的溫差電熱組成。6、偏差式測量是指在測量過程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的方法；零位測量是指在測量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測測量系統的平衡狀態；在測量系統達到平衡時，用已知的基準量決定被測未知量的方法；微差式測量是綜合了偏差式測量法與零位式測量法的優點而提出的方法。二、簡答題：（50分）1、 簡述霍爾電動熱產生的原理。（6分）答：一塊長為l、寬為d的半導體薄片置于磁感應強度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢Uh。這種現象稱為霍爾效應，也是霍爾電動熱的產生原理。2、 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”。所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產生電動勢的現象。兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大。引入適當的測量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。3、 以石英晶體為例簡述壓電效應產生的原理。（6分）答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現象同時在兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態；而當作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。這種現象稱為正壓電效應。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。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，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。4、 簡述電阻應變片式傳感器的工作原理（6分）答：電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發生變化。5、 什么是傳感器動態特性和靜態特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態特性就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動態特性？（10分）答：傳感器的動態特性是指當輸入量隨時間變化時傳感器的輸入輸出特性。靜態特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入輸出特性。在時域條件下只研究靜態特性就能夠滿足通常的需要，而在頻域條