传感器总结

第一篇：传感器总结

1.7 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？

答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时传感器的输出与输入的关系，指标：线性度，灵敏度，迟滞，重复性等。

1.8什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？

答：传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化量的输入量的能力。可以从时域和频域两个方面，采用瞬态响应法和频率响应法分析。2.2金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？

答：金属应变片的工作原理是基于金属的应变效应。半导体应变片的工作原理是基于半导体的压阻效应。半导体应变片的主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍，且它的横向效应和机械滞后极小。但半导体应变片的温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多。2.5试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿方法？

答：由于测量现场环境温度改变而给测量带来的附加误差，成为应变片的温度误差。产生原因：电阻温度系数的影响，材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。补偿方法：电桥补偿法，应变片的自补偿法，热敏电阻补偿法。3.1何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因以及消除方法。

答：零点残余电压的存在使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨率的提高，零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至回使放大器饱和阻塞有用信号的通过，致使一起不在反映被测量的变化。

产生原因：（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同；（2)由于铁心的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。

消除方法：（1）在设计和工艺上，力求做到此路对称、线圈对称，铁心材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。两个二次侧线圈窗口一致，两线圈绕制要均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀；（2）采用拆圈的试验方法减小残余误差。其思路是，由于两个二次侧线圈的等效参数不相等；（3）在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻、加并联电容、加反馈电阻或加反馈电容等。

3.2如何改善单极式边极距型电容传感器的非线性？

答：在实际中，为了改善非线性，电容传感器常做成差动形式。3.3为什么电容式传感器易受干扰？如何减少干扰？

答：电容式传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制，一般为几十到几百皮法，使传感器的输出阻抗很高。因此传感器的负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象。3.11什么是压磁效应？什么是正压磁伸缩，什么是负压磁伸缩？

答：某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变，这种现象称为压磁效应。

当某种材料受拉时，在受力方向上磁导率升高，而在与作用力相垂直的方向上，磁导率降低，这种现象称为正压磁伸缩。相反，某些材料受拉时，在受力方向上，磁导率降低，而在与作用力相垂直的方向上，磁导率升高，这种现象称为负压磁伸缩。

4.1光电传感器的特点是什么？若采用光电传感器可能测量的物理量有哪些？

答：光电传感器就是以光电器件为检测元件的传感器。电绝缘抗电线位移，线速度，角位移，角速度。

4.3二进制码和循环码各有何特点？

答:二进制：（1）n位的二进制码盘具有2种不同编码，其容量为2，其最小分辨率

nn（2）二进制码为有权码，编码Cn，Cn1……C1对应于1=360°/2n，它的最外圈角节距为21。由零位算起的转角为=C12i11（3）码盘转动中，C1变化时，所有Cj（j

i1n

循环码：（1）n位循环码码盘与二进制码一样具有2种不同码制，最小分辨率为

n1=360°/2n。最内阻为Rn码道，一半透光，一半不透光。其它第i码道相当于二进制码盘第i+1码道向零位方向转过1角，它的最外圈R1码道的角节距为41；（2）循环码码盘具有轴对称性，其最高位相反，而其余各位相同；（3）循环码为无权码；（4）循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，不会产生粗大误差。

4.7说明光导纤维的组成并分析其导光原理，指出光导纤维导光的必要条件是什么？

答：光导纤维是用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的，每一根光导纤维由一个圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率。真空中光是沿直线传播的，然而入射到纤维中的光栈都能限制在光导纤维中，随光导纤维弯曲而走弯曲的路线，并能传播很远的距离，在光导纤维中，传输信息的载体为光，当光导纤维的直径比光的波长大的多时，可以用几何光学原理，说明光在光纤内的传播。

5.1试述磁电式传感器的基本结构及其工作原理。

答：磁电式传感器由两部分组成，一部分是磁路系统，由它产生恒定直流磁场，为减少传感器的体积，一般采用永久磁铁；另一部分是线圈，有它运动切割磁力线产生感应电动势。另外，还有一些外壳、支撑、阻尼器、接线装置。磁电式传感器以电磁感应原理为基础。根据法拉第电磁感应定律dE=—kdt,如果线圈是N匝，磁场强度为B，每匝线圈平均长度为la，线圈相对磁场运动的速度为ddx=-NBla=-NBlav，可以用来来直接测量速度，如果dtdt在传感器的信号调节电路上加一个积分电路或微分电路，就可以用来测量位移或加速度。v=dx/dt,则整个线圈产生的电动势为E=-N5.2试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的告你工作原理。

答：半导体薄片至于磁场中，当他的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行与电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。

工作原理：在垂直与外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前、后两个端面之间产生霍尔电势UH，霍尔电动势的大小和激励电流I和磁场的磁感应强度成IB,RH为霍尔常数。d5.7说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。答：（1）石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，正比，与半导体薄片厚度d成反比，级UH=RH 2 在光轴方向时，不产生压电效应。

压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F（2）石英晶体作为常用的压电传感器具有转换效率和装换精度高，线性范围宽，重复性好，固有频率高，动态特性好，工作温度高达550℃（压电系数不随温度变化而改变），工作湿度高达100％等优点，它的稳定性是其它压电材料无法比拟的，刚刚极化后的压电陶瓷的特性是不稳定的，经过两三个月以后，压电系数才近似保持为一定常数，经过两年以后，压电常数又会下降，所以做成的压电传感器要经常校准，另外，压电陶瓷也存在逆压电效应。5.9简述压电传感器的特点及应用

答：压电式传感器具有体积小，重量轻，结构简单，工作可靠，动态特性好，静态特性差的特点，该传感器多用于加速度和动态力或压力的测量。6.4什么是电阻温度计的三线制连接？有何优点？

答：如图所示（背面），G为检流计，R1,R2,R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻，热电阻Rt通过电阻为r1，r2，r3的三根导线与电桥连接，r1和r2分别接在相邻的两桥臂内，当温度变化时，只要他们的长度和电阻温度系数相等，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态。电桥在零位调整时，使用R3=Ra+Rt0，Rt0为热电阻在参考温度时的电阻值。优点，能够有效的消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差。6.5简述热电偶的工作原理

答：热电偶传感器是一种将温度变化转换为电势变化的传感器，它由两种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即T>T0时，回路中会产生热电势EAB(T，T0)，其中，T称为热端，T0称为冷端，A和B称为热电极。热电势的大小由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定。

6.6试用热电偶的基本原理，证明热电偶的中间导体定则

6.7简述热电偶冷端补偿的必要性，常用的冷端补偿有几种方法？并说明补偿原理？p175 答：由热电偶的测温公式可知，热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且也与冷端温度有关。只有当冷端温度恒定时，才能通过测量热电势的大小得到热端的温度。当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为0℃，这就是热电偶的冷端处理和补偿。

补偿导线法：补偿导线在100℃（或200℃）以下的温度范围内，具有与热电偶相同的热电特性，用它连接热电偶可起到延长热电偶冷端的作用。

热电偶冷端温度恒温法：在一个保温瓶里放冰水混合物，1个标准大气压（101.325KPa）的冰和纯水的平衡温度为0℃。在密封的盖子上插上若干支试管，试管的直径应尽量小，并有足够的插入深度。试管底部有少量高度相同的水银或变压器油，若放水银则可把补偿导线与铜导线直接插入试管中的水银里，形成导电通路。不过在水银面上应加少量蒸馏水并用石蜡封结，以防止水银蒸发和溢出。

计算修正法：在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0℃，而是环境温度T1，这时测量出的回路热电势要小。因此，必须加上环境温度T1与冰点T0之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。根据连接导体和中间温度则有：E=(T，0)=E(T，T1)+E(T1，0)。可用室温计测出环 境温度T1，从分度表查出E(T1，0)的值，然后加上热电偶回路热电势E(T，T1)，得到E=(T，0)的值，反查分度表即可得到准确的被测温度T值。6.8简述热电偶冷端补偿导线的作用。答：

1、实现冷端迁移。

2、降低电路成本

6.9在一测温系统中，用铂铑——铂热电偶测温，当冷端温度为t0=30℃时，在热端温度t时测的热电势E=(t，30℃)=6.63mV，求被测对象的真实温度。解：查表可得：E=(30，0)=0.173mV，E(t，30℃)=6.63mV，所以E(T，0)=6.63+0.173=0.803 mV 反查铂铑——铂分度表可得，t=121℃

6.10有哪些非接触式测温方法？请简述其工作原理 答：（1）光学高温计：它是目前工业中应用较广的一种非接触式测温仪表。精密光学高温计用于科学实验中的精密测试；标准光学高温计用于量值的传递。光学高温计可用来测量800℃到3200℃的高温。由于用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。光学高温计测量的温度称为亮度温度（TL），被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真是温度。

（2）光电高温计：光电高温计是由人工操作来完成亮度平衡工作的，其测量结果带有操作者的主观误差。它不能进行连续测量和记录，当被测温度低于800℃时，光学高温计对亮度无法进行平衡。它采用新型的光电器件自动进行平衡，达到连续测量的目的。

（3）辐射温度计：它是根据全辐射强度定理，即物体的总辐射强度与物体的四次方成正比的关系来测量的。它由辐射感温器和显示仪表两部分组成，可用于400℃到2000℃的高温。辐射高温计测量的温度称为辐射温度TE.。被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。

（4）比色温度计：比色温度计是通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的。其特点是准确度高，响应快，可观察小目标（最小可到2mm）。用比色温度计测得的温度称为比色温度Ts，它与物体的真实温度T很接近，一般可以不进行校正。7.3差压式流量计由哪几部分组成？简述每部分的功能

答：差压式流量计由节流装置、引压导管和差压变送器组成。

节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：将节流装置前后产生的差压传送给差压变送器。

差压变送器：将节流装置前后产生的差压转换为标准电线号（4—20mA）。7.6：质量流体计可以分为哪几种类型？科里奥利流体计的工作原理？

答：质量流量计可分为两类：一类是直接式，即直接输出质量流量；另一类为间接式或推导式，如应用超声流量计和密度计组合，对它们的输出再进行乘法运算以得出质量流量。答（1）该流量计是一种直接精密地测量流体质量流量的新颖仪表，以结构主体采用两根并排的U形管，让两根管的回弯部分相向微微振动起来，则两侧的直管会跟着振动，即它们会同时靠拢或同时张开，即两根管的振动是同步的，对称的。科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利原理而制成的一种直接式质量流量仪表。

7.11比较差压流量计，电磁流量计，涡街流量计的优缺点。

答：差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。优点:(1)应用最多的孔板式流量, 计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;

(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;

(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。缺点:(1)测量精度普遍偏低;(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1;

(3)现场安装条件要求高;(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。优点:(1)结构简单牢固;(2)适用流体种类多;(3)精度较高;(4)范围度宽;(5)压损小。

缺点:(1)不适用于低雷诺数测量;(2)需较长直管段;(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。电磁流量计

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。优点:(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等;(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;(3)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响;(4)流量范围大,口径范围宽;(5)可应用腐蚀性流体。

缺点:(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;(3)不能用于较高温度。

7.12：电磁流量计由哪几部分组成以其各部分的功能？

答：电磁流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器有一个测量管，测量管上下装有励磁线圈，通过励磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。励磁电流则由转换器提供。8.1简述成分分析仪器的基本组成。

答：包括取样装置，预处理系统，分离系统，检测系统，信号处理系统，显示环节等。

8.2热导池的结构和工作原理是什么？双桥检测电路怎样把热导池电阻丝的信号转换为被测气体含量的信号？

答：实现将混合气体导热系数的变化转换为电阻值变化的部件，称为热导池或检测器。它包括圆柱形腔体（由铜、铝或不锈钢制造）和悬在热导池中央的电阻原件（细长电阻丝）组成。当电阻原件通过电流I时，电阻从电源吸收的功率将全部转换成热量，即dQ=I2R。

双桥检测电路中除了测量电桥Ⅰ外，还增加了参比电桥Ⅱ。在测量电桥Ⅰ中，R2和R4是两个密封在测量下限气体的热导池中的电阻丝，而R1和R3的电阻值要随着被分析气体的浓度而变化，因此也使测量电桥Ⅰ的输出电压Ucd发生变化。Ucd的极性和Ugh相反，Ucd和Ugh的差值△U送到放大器中，带动可逆电机，推动滑线电阻RAB上的滑点C左右滑动去寻找平衡点，滑线电阻RAB上面的标尺可以直接刻度被测气体的浓度值。双桥检测由于采用了差动测量方式，可以有效地克服电源电压波动和环境温度变化给测量带来的影响。

8.4磁压式氧量分析仪是怎样把氧浓度转变为电信号的? 答：在不均匀磁场中，氧分子具有瞬时性，朝强磁场方向移动，当不同氧气浓度的两种气体在同一磁场相遇时，它们之间会产生一个压力差，参比气从参比气入口进入，样气从样气入口进入，参比气经过两个参比通道进入样气室，其中一路参比气在磁场区域与样气相遇，由于样气中的氧分子朝磁场方向移动以及左右两个参比通道是想通的，所以与氧气浓度成正比的压力差使得两路参比气在微流量传感器处形成压力气流，安装在微流量传感器处的微流量传感器感知该气流并将其转变为电信号。

8.7气相色谱仪的分析原理和工作流程是什么？

答：在气相色谱分析中，流动相为载气，多数使用N2，H2，He等气体。载气由高压气瓶供给，经干燥净化装置除去杂质和水分，再经过计量、调节仪表使之以稳定的压力和精确的流量先后键入汽化室、色谱柱、检测器，然后放空。被分析试样常用微量注射器打进汽化室，当试样为液体时，要经过汽化室加热使之瞬间汽化，成为气体试样。试样被载气带进色谱柱进行分离，其不同组分将按顺序依次进入检测器（如热导池）。

原理：色谱柱中填充固定相，样品中各组分在固定相和流动相之间的分配情况是不同的。以气—液色谱法为例，在一定温度、压力下，组分在气液两相间分配达到平衡时的质量浓度比称为分配系数，即ki= si。式中，si为组分i在固定相中的质量浓度，mimi为组分

i在流动相中的质量浓度。

第二篇：传感器总结

传感器总结

当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。

传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。

传感器的定义

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

结构

很多非电学量(包括物理量,化学量,生物量等),早期都采用非电学

量方法测量。随着科学技术的飞速发展,对被测量的准确度、速度和精度提出了新的要求,传统方法已不能满足测量要求,必须采用传感器电测技术,把非电学量信号转换为电信号。在现代化生产过程中,需用各种传感器来监控生产过程的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态。特别是传感器与计算机结合,使自动化过程更具有准确、快捷、效率高等优点。

传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，能完成检测任务,它的输入量是某一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等;输出量是某种物理量,便于传输、转换、处理、显示等,可以是气、光、电物理量，主要是电物理量;输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。传感器的作用包括信息的收集、信息数据的转换和控制信息的采集。传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。有时也将转换电路及辅助电路作为其组成部分。

材料

传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料四大类。

半导体传感器材料主要是硅，其次是锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉等。主要用于制造力敏、热敏、光敏、磁敏、射线敏等传感器。

陶瓷传感器材料主要有氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化

钛、氧化铝、钛酸钡等，用于制造气敏、湿敏、热敏、红外敏、离子敏等传感器。

金属用作传感器的功能材料不如半导体和陶瓷材料广泛，主要用在机械传感器和电磁传感器中，用到的材料有铂、铜、铝、金、银、钴合金等。

有机材料用于传感器还处在开发阶段，主要用于力敏、湿度、气体、离子、有机分子等传感器，所用材料有高分子电解质、吸湿树脂、高分子膜、有机半导体聚咪唑、酶膜等。

性能

传感器性能指标主要有：灵敏度、使用频率范围、动态范围、相移。

灵敏度：指沿着传感器测量轴方向对单位振动量输入x 可获得的电压信号输出值u，即s=u/x。与灵敏度相关的一个指标是分辨率，这是指输出电压变化量△u 可加辨认的最小机械振动输入变化量△x 的大小。为了测量出微小的振动变化，传感器应有较高的灵敏度。

使用频率范围：指灵敏度随频率而变化的量值不超出给定误差的频率区间。其两端分别为频率下限和上限。为了测量静态机械量，传感器应具有零频率响应特性。传感器的使用频率范围，除和传感器本身的频率响应特性有关外，还和传感器安装条件有关（主要影响频率上限）。

动态范围：动态范围即可测量的量程，是指灵敏度随幅值的变化

量不超出给定误差限的输入机械量的幅值范围。在此范围内，输出电压和机械输入量成正比，所以也称为线性范围。动态范围一般不用绝对量数值表示，而用分贝做单位，这是因为被测振值变化幅度过大的缘故，以分贝级表示使用更方便一些。

相移：指输入简谐振动时，输出同频电压信号相对输入量的相位滞后量。相移的存在有可能使输出的合成波形产生崎变，为避免输出失真，要求相移值为零或Π，或者随频率成正比变化。

有机材料用于传感器还处在开发阶段，主要用于力敏、湿度、气体、离子、有机分子等传感器，所用材料有高分子电解质、吸湿树脂、高分子膜、有机半导体聚咪唑、酶膜等。

优缺点

从传感器分类看优缺点 按传感器输出信号分类 模拟式：输出信号为模拟信号。数字式：输出信号为数字信号。

按结构形式分类：柱式、桥式、轮辐式、悬臂梁式、板环式等。柱式：特点是结构简单、紧凑，易于加工，成本费用低，密封性能良好，对于潮湿环境很适用，可设计成压式或拉式的，可以承受很大的载荷；其缺点是位移量小、灵敏度低。

桥式：传感器弹性体为桥式，其两端用两只螺栓紧固到下面的支撑体上，其弹性体与支撑体之间有一间隙，为弹性体的受力变形空间。

该类传感器的特点如下：由于传感器与秤体之间的连接为要求很低的间隙配合，所以安装方便，维护简单，重复性好。

轮辐式：高度低、精度高、抗偏心载荷和侧向力强。

剪切梁式：该类传感器有以下特点：输出信号不受称重点位置变化的影响；线性好、精度高；传感器受拉伸与压缩时，切应力的幅度与分布基本相同，即传感器的拉伸、压缩灵敏度基本相同，所以特别适用于同时受拉和压的测量；外形低、体积小、重量轻，易于安装和维修；结构简单易于密封；抗侧向力强。

板环式：特点是输出灵敏度高、受力状态稳定、温度均匀性好、结构简单、易于加工，可制成拉压2种型号，对于0.5～30吨的拉压方式称重传感器，这种方式是很好的。

发展方向

对比传感器技术的发展历史与研究现状可以看出，随着科学技术的迅猛发展以及相关条件的日趋成熟，传感器技术逐渐受到了更多人士的高度重视。当今传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。

由于传感器具有频率响应、阶跃响应等动态特性以及诸如漂移、重复性、精确度、灵敏度、分辨率、线性度等静态特性，所以外界因素的改变与动荡必然会造成传感器自身特性的不稳定，从而给其实际应用造成较大影响。这就要求我们针对传感器的工作原理和结构，在

不同场合对传感器规定相应的基本要求，以最大程度优化其性能参数与指标，如高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度等。

同时，根据对国内外传感器技术的研究现状分析以及对传感器各性能参数的理想化要求，现代传感器技术的发展趋势可以从四个方面分析与概括：一是开发新材料的开发与应用；二是实现传感器集成化、多功能化及智能化；三是实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化；四是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化。

第三篇：传感器总结

传感器总结

传感器，顾名思义就是传递自身感受的仪器，听起来好似很简单，那为什么我们需要单独开设这门课程呢？

传感器是新技术和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋。日本把传感器技术列入十大技术之首，日本商业界人士称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。世界技术发达的国家对传感器技术都十分的重视。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅速发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。从以上可以看看出传感器是一项非常重要的技术。而作为一名测控技术与仪器专业的学生，既然要测量，肯定就会用各种各样的传感器，以达到不同的测量要求，那么学好传感器这门课就显得异常重要。

与传感器的接触下，经常会思考一些有关传感器的问题，比如：在传感器的发展初期，当还没有出现“传感器”这个词语的时候，人们是怎么想到要发明这些东西的，它是怎么感受四周的变化的？通过什么感受到的？又是怎么传递这种感觉的？想着，想着，缺乏传感器专业知识的我就会陷入困境。迫使自己去查阅书籍文献，来解决这些问题。

在这一学期中，我们学到了很多种传感器，霍尔式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器和超声波传感器等等，而这些传感器有的不仅可以测出位移，还可以测量加速度等。一种传感器有多种用途，这就决定了我们要活学活用。初次见到这些名字的传感器的时候，实在很难想象它们是怎么测出我们所需要的量的，同时还能测出其他的量。

所以，传感器其实是一门生动的课，我们只有认真地听课，再加上积极地思考平时出现在生活中的传感器的应用，同时努力尝试着去做一些简易的传感器仪器，才能真正地不愧于一学期的学习。我觉得传感器是一门绝对离不开PPT的课程，如果光是老师在讲台上拿着书本一阵狂念，还不如我们自己去琢磨。当老师每次举出一个传感器的实际应用时，就颇为受用，难以理解的传感器一下子变得生动能够想象它的工作模式了，所以非常支持老师选用PPT教学，但唯一美中不足的是PPT跟课本不配套。非常喜欢老师的教学模式，不仅教会我们专业知识，还时常与我们谈论一些大道理，讲一些文学渊源，虽然我们每次都是让老师大失所望，老师也会毫不留情的说出对我们的评价，但是相信在老师的鞭策下，我们会成长的更快。

第四篇：传感器要点总结

传感器：能够把特定的被测量信息（如物理量﹑化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。2.1.1 线性度

如果理想的输出（y）―输入（x）关系是一条直线，即y = a0x，那么称这种关系为线性输出―输入特性。

传感器的实际特性曲线与拟合直线不吻合的程度，在线性传感器中称“非线性误差”或“线性度”。

常用相对误差的概念表示“线性度”的大小，即传感器的实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差的绝对值对满量程输出之比为

式中

elmaxyFS10000e1——非线性误差（线性度）；

——实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差；

yFS ——满量程输出。

2.1.3 迟滞

迟滞表示传感器在输入值增长的过程中（正行程）和减少的过程中（反行程），同一输入量输入时，输出值的差别。

该指标反映了传感器的机械部件和结构材料等存在的问题，如轴承摩擦、间隙不适当、元件磨损（或碎裂）以及材料的内部摩擦等。

迟滞的大小通常由整个检测范围内的最大迟滞值Dmax与理论满量程输出之比的百分数表示，即

etmax10000 yFS 2.1.4 重复性

在同一工作条件下，对同一输入值，按同一方向多次测量的输出值之间的(不)一致程度，称为“重复性”。

重复性是输入量按同一方向作全程连续多次测量时，所得特性曲线间一致程度的标志。

产生原因:同迟滞。

重复性误差eR通常用输出最大不重复误差Dmax与满量程输出yFS之比的百分数表示，即

 eRmax10000

yFS Dmax——D1max与D2max两数值之中的最大者； D1max——正行程多次测量的各个测试点

输出值之间的最大偏差；

D2max——反行程多次测量的各个测试点输出值之间的最大偏差。变形:物体在外力作用下改变原来的尺寸或形状的现象。

弹性变形:如果外力去掉后物体能够完全恢复原来的尺寸和形状的变形。弹性圆柱上各点在垂直于轴线的截面上（a = 90°）的应力、应变为

FF  AAE在平行轴线的截面上（a = 0°）应力、应变为

F F AEA圆柱应变的一般表达式为

悬臂梁 根据梁的截面形状不同又可分为等截面梁和等强度梁。

LR` A

轴向应变

径向应变

泊松关系：

金属丝式电阻应变片与半导体式应变片的主要区别在于：前者是利用金属导体形变 引起的电阻的变化；后者是利用半导体电阻率变化引起的电阻的变化。

 某应变片的电阻R=350 ，灵敏系数K=2.05，用作应变 800m/m 的传感元件。

 求：  解： R

RK8002.05106drrx0.00164RKR0.001643500.574如果将100 的电阻应变片粘贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5*10-4m2，弹性模量E=2*1011N/m2，若有 F=5*104N的拉力引起电阻变化为1 。试求该应变片的灵敏度系数。E,为测试的应力；（提示： 为应变； E为材料的弹性模量）

RRFSE11005100.5104411

RR1100 K2应变片的灵敏系数

0.005

电阻应变片由----引出线、覆盖层、基片、电阻丝四部分构成。

2100.005一个K=2.1的350 应变片粘贴在铝支柱（其弹性模量E=73GPa）上。支柱的外径为50mm，内径为47.5mm。试计算当支柱承受1000kg负荷时电阻的变化。E为测试的应力；（提示： 为应变； E为材料的弹性模量）RKRKR/EKR(F/S)/E解：

S  Dd 97.5mm2.5mmS 44 R350 K2.1 F1000kg9800N E73GPa R2.13509800N191106191mm2m7310Pa290.517 URUEULE  K 4R4温度误差及其产生原因：

1.温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变

2、试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变

温度补偿方法

1、桥路补偿法

2、应变片自补偿法

一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图a所示。R1、R2、R3、R4按要求贴在等截面作业： 轴上。已知:等截面轴的截面积为0.00196m2，弹性模量E=2×1011N/m2，泊松比0.3，且R1=R2=R3=R4=120Ω, 所组成的全桥型电路如题图b所示，供桥电压U=2V。现测 得输出电压U0=2.6mV。求：①等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？②力F为多少？ 作业2 解： 2112 R1R2R3R4120;0.3;S0.00196m;E210N/m;U 2V;U02.6mV

全桥计算：RU0R0.156按U

lR/RR/R轴0.0008125 向应变：lk12

rl横 向应变：0.0004875rl 5力：FSE3.18510N

电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。极板面积为A，初始距离为d0，以空气为介质（er=1），电容器的电容为

ACd

C0 0 d0C0d0

练习1：一平板式电容位移传感器初始状态时两极板完全正对，已知：

极板长度a以及宽度b都为4mm，极板间隙0.5mm，极板间介质

为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿长度方向移动2mm，求

此时电容量。

解：对于平板式变面积型电容传感器，它的静态灵敏度为：

C0b12111 88.85107.0810Fm kga0

极板沿x方向相对移动2mm后的电容量为：

12b(aa)8.85100.004213 C1.41610F 00.5

2W0S

0L自感式、互感式、涡流式三种传感器。2常见的自感式传感器有变间隙式、变面积式和螺线管式三类。6.3.1 电涡流式传感器的工作原理及特性

电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，故称之为电涡流。

电涡流式传感器是以电涡流效应为基础，由一个线圈和与线圈邻近的金属体组成.电涡流传感器变换原理：

涡流式传感器的变换原理，是利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应。如图所示，金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为为δ，当线圈输入一交变电流i时，便产生交变磁通量Φ，金属板在此交变磁场中会产生感应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为“涡电流”或“涡流”。涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h，金属板与线圈的距离δ，激励电流角频率ω等参数有关。若改变其中某二参数，而固定其他参数不变，就可根据涡流的变化测量该参数。

电涡流式传感器结构形式

1、变间隙式

2、变面积式

3、螺线管式

4、低频透射式

有一个石英晶体，其面积Ｓ＝３ｃｍ２，厚度ｔ＝0.3mm，压电系数d11=2.31*10-12C/N。求受12到压力p=10MPa作用时产生的电荷q及输出电压U。已知 08.85*10F/m;r4.qd11Fd11pS2.31*1012*10*106*3*1046.93*10 9CC 晶体电容：0*r*St-128.85*10*4.5*3*10340.3*10UqC3.98*10911F 晶体电压：

6.93*103.98*1011174V压电式传感器的测量电路：

1、电压放大器

2、电荷放大器

压阻效应:固体受到力的作用后，其电阻率（或电阻）就要发生变化的现象。压阻式传感器是利用固体的压阻效应制成的一种测量装置。

影响压阻系数大小的主要因素是扩展杂质的表面浓度和环境温度。

热电偶：利用导体或半导体材料的热电效应将温度的变化转换为电动势变化的元件。

已知在某特定条件下，材料A与铂组成热电偶的热电动势为13.967mV，材料B与铂组成热电偶的热电动势为-8.345mV。求出在此特定条件下材料A与材料B组成热电偶的热电动势。解：根据参考电极定律，有 EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）依题意可知，EAC（T, T0）=13.967mV，ECB（T, T0）=-8.345mV 则： EAB（T, T0）=13.967mV-8.345mV=5.622mV

导体（或半导体）的电阻值随温度变化而改变，通过测量其电阻值推算出被测物体的温度，——电阻温度传感器的工作原理。

1.某热电偶的热电势在E(600,0)时，输出E=5.257 mV，若冷端温度为0℃时，测某炉温输出热电势E=5.267 mV。试求该加热炉实际温度是多少？ 解：已知：热电偶的热电势E（600.0，0）=5.257 mV，冷端温度为0℃时，输出热电势E=5.267 mV，热电偶灵敏度为：K = 5.257 mV/600 = 0.008762 mV/℃ 该加热炉实际温度是：T= E/K = 5.267 mV/0.008762 mV/0℃ = 601.14℃

2.将一支灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为50 ℃。电压表读数为60mV，求热电偶热端温度。解：电压表接线端温度为冷端温度，电压表上的读数由热端温度t和冷端温度50 ℃产生，即E（t，50）=60mV。E（t，50）= E（t，0）-E（50，0），则 E（t，0）= E（t，50）+E（50，0）=60+50*0.08 =64mV 所以热端温度t=64/0.08=800 ℃ 计算题 3

一个变间隙式平板电容传感器，其极板直径D=8mm，极板间初始间距

d0=1mm，极板间介质为空气，其介电常数ε0=8.85×10-12F/m。

试求：(1)初始电容C0；

(2)当传感器工作时，间隙减小d=10µm，则其电容量变化C；(3)如果测量电路的灵敏Ku=100mV/pF，则在d=±1µm时的输出电压U0。计算题3 解：(1)初始电容： C00Sd00rd028.851012(41033)21104.451013F0.445pF(2)由CC0dd0，则当Δd=10um时，有 101013CC0dd00.445pF4.45103pF(3)当Δd=±1µm时，有 CC0dd00.445pF1m110m30.445103pF 由 Ku=100mV/pF=U0/ΔC，则 U0=KuΔC=100mV/pF×(±0.445×10-3pF)=±0.0445(mV)

第五篇：传感器简答总结

1：何为传感器的静态特性？主要技术指标是什么？答：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感

器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复 性、零点漂移、温漂。

2：何为传感器的动态特性？主要技术指标是什么？答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数；对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

3：什么是金属材料的应变效应？什么是半导体材料的压阻效应？答：①金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫 金属材料的应变效应。

（②半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。4：比较金属丝应变片和半导体应变片的相同和不同点。答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化

；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体 材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

5：什么事金属应变片的灵敏度系数？答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；（它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏 度小于金属丝的灵敏度）

6：采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？答：①因为金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（②基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若

它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单 丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。

7：固态压阻器件的结构特点是什么？受温度影响会产生那些温度漂移？如何进行补偿？答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子 技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。（2）受温度影响，会产生零点温度漂移（主要是由个桥臂电阻及其温度系数不一致引起）和灵敏度温度漂移（主要灵敏度系数随温度漂移引起）。（3）对零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）；对灵敏度漂移的补偿主要是在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回 路的桥路电压从而改变灵敏度的。

8：直流电桥的分类 答；直流电桥根据桥臂电阻的不同分成：等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电 桥；

9电容式传感器有哪些优点和缺点？答：优点：①测量范围大。②灵敏度高。

③动态响应时间短。④机械损失小。⑤结构简单，适应性强。不足：①寄生电容影响较大。②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。10分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。

答：改变传感器总的电容量，甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化；使传感器

电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。

11如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。

12为什么高频工作时的电容式传感器其连接电缆不能任意变化？答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容

等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感 器的输入输出特性。

13何为电感式传感器？分类？各有何特点？答：差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线圈磁路的磁阻而使两

个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压器式传感器则是通过 改变衔铁的位置改变两个原副线圈的互感系数来检测相关物理量的。

14说明差动式电感传感器与差动变压式传感器工作原理的区别？？答：差动式电感传感器是利用改变线圈的自感系数来工作的；而差动变压器式虽利用

改变原线圈与两个次级差动式副线圈的系数来工作的。15如何如提高差动变压器的灵敏度？答：（1）增大匝数比可提高灵敏度；（2）增大初级线圈电压可提高灵敏度；（3）若在低频率段，可以增加频率来提高灵敏度。

差动变压器基本元件：衔铁 初级线圈 次级线圈 线圈框架。

16电涡流式传感器有何特点？答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以

非接触测量等特点；

17何为压电效应？正压电效应传感器能否测惊天信号？为什么？答:（1）某些电介质，当沿着一定方向对其施加力而使它形迹时，内部产生极低化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态，这 种现象称为压电效应。（2）不能，因为构成压电材料的电介质，尽管电阻很大，但总有一定的电阻，外界测量电

路的输入电阻也不可能无穷大，它们都将将压电材料产生的电荷泄漏掉，所以正压电式不能 测量静止电荷。

18石英晶体的压电效应有何特点？（1）当沿电轴、机械轴的力的作用下，石英晶体在垂直于电轴的平面都会产生压电电

荷，沿光轴方向则不会产生压电效应。

19压电式传感器前置放大器的作用？比较电压式和电荷式前置放大器各有何特点？答：（1）：作用一是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低 输出阻抗输出，二是放大压电式传感器的输出弱信号。

(2)压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持 输出电压与输入电压成正比。

而电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。20什么叫热效应？热电偶测温计有哪些组成？热偶产生热电势的必要条件是什么？解：（1）把两种不同的导体或半导体材料连接成闭合回路，将它们的两个接点分别置

于不同的热源中，则在该回路就会产生热电动势叫热电效应。（2）热电势由接触电势与温差电势两种组成。（3）A：组成热电极的必须是不同材料；B两个接点必处于不同的温度场中。21热电偶有何特点？分几种类型？答：1）①、电阻温度系数大。②热容量小③电阻率大，尺寸小④在工作范围内，物理和化学性能稳定⑤材料的复制性能好，价格便宜。2）铂电阻和铜电阻两种。

1：电阻应变片组成：由 敏感栅 基底 盖片 引线 黏合剂 构成。

2电容式与电阻式相比优点：①测量范围大②灵敏度高③动态响应时间短④机械损失小⑤结构简单适应性强。缺点：①寄生电容影响较大②当电容传感器用变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性.3电容电场的边缘效应：电容式传感器极板之间存在静电场，边缘处的电场分布不均匀，造成电容的边缘效应。这相当于在传感器的电容里并联了一个电容。加装等位环可以消除边缘效应。4