传感器原理及应用(复习题)

传感器是指那些被测对象的某一确定的信息具有感受与检测功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置.(P1)

2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？

敏感元件:感受与检测被测对象的待测信息

转换元件:将敏感元件感受出的信息直接转换成电信号

信号调节电路:将转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。

3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？

1、将被测的非电物理量信号转化为电量信号。 2、将采集到的电量信号放大、调理后向上位机传输。

（答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、 获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取 并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。）

4．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？

答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、灵敏度、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器

5．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。

答：应变效应：导体在收到外界拉力或压力的作用时会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值变化的现象称为电阻应变效应。

压阻效应：是指当半导体受到某一轴向上的外应力作用时，会引起半导体能带变化，使载流子迁移率的发生变化，进而造成电阻率发生变化的现象。

横向效应：将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但应变状态不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为应变传感器的横向效应

相同点：都引起两个方面的变化；材料几何尺寸变化（1+2µ） ；材料电阻率的变化

不同点：金属的尺寸变化大，半导体电阻率变化大，据此灵敏度去不同的等效。 半导体应变片比金属应变片在性能上有哪些优缺点。优点：灵敏度高，体积小，耗电少，动态响应好，精度高，测量范围宽，有正负两种符号的应力效应，易于微型化和集成化。缺点：受温度影响较大

6.什么是电涡流效应？

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,且呈闭合回路,类似于水涡流形状,故称之为电涡流

7.为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？

答：差动式结构，出了可以改善非线性，提高灵敏度外，对电源电压。频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用：作用在衔铁上的电磁力，是两个线圈磁力之差，所以对电磁力有一定的补偿作用，从而提高测量的准确性 提高传感器的灵敏度和改善非线性关系

8.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？

某 些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷当外力去掉后恢复到不带电的状态而当作用力方 向改变时电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之如对晶体施加一定变电场晶体本身将产生机械 变形外电场撤离变形也随之消失称为逆压电效应。 压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料。 结构和应用特点： 在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系,因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的。所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力。电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。

9．超声波传感器利用压电材料制成发射器和接收器，说明它们各利用哪种压电效应？

前者逆压电效应，后者正压电效应

10.为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？

如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以。。。（p79）

11.什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？影响霍尔电势的因素有哪些？ （P174） 霍尔效应：课件

与电流大小和方向有关，与磁场大小和方向有关

影响因素：电流的大小，载流子浓度，电子速度，薄片面积。 12. 霍尔元件能够测量哪些物理参数？

霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速

13.什么是外光电效应？内光电效应？光生伏特效应？光电导效应？

外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为。。。 内光电效应：当光照射在物体上，使物体的电阻1/R发生变化，或产生光生电动势的效应。。。

半导体受到光照时会产生光生电子－空穴对，使导电性能增强，光线愈强，阻值愈低。这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应。

当光照射到结区时，光照产生的电子－空穴对在结电场作用下，电子推向N区，空穴推向P区；电子在N区积累和空穴在P区积累使PN结两边的电位发生变化，PN结两端出现一个因光照而产生的电动势，这一现象称为光生伏特效应（光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象）

14.试述光敏电阻、光敏晶体管、光电池的器件结构和工作原理。（P130）

15.为什么多数气敏传感器要加加热器工作？（实际应用时，加热器能使附着在器件上的油雾、尘埃等烧掉，从而提高了器件的灵敏度和响应速度。）加热器有哪些作用。（P158）

16．如果需要测量1000℃（热电偶温度传感器）和20℃（热敏电阻

温度传感器）温度时，分别宜采用哪种类型的温度传感器？ 17．什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。

答：①热电动势：两种不同材料的导体（或半导体或半导体或半导体或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势,通称热电动势。 ②接触电动势：接触电动势是由两种不同导体的自由电子势，其密度不同而其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电动势。④热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的 “热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小就可测得温度的大小。

18．试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点。

将温度转换为电动势大小的热电式传感器叫做热敏电偶,将温度转换成电阻值大小的热电式传感器为热电阻.