传感器考试重点

1、传感器分类方法：（1）按被测量参数分类：温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器。（2）按工作原理：应变式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器。2、压力变送器采用哪种传感器：电容式、压阻式3、光电耦合器件：光电耦合器、光电开关金属电阻应变片工作原理：电阻应变效应：导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化半导体电阻应变片工作原理：压阻效应（半导体材料电阻率ρ随作用力的变化而发生变化的现象）2、电阻应变片的温度补偿方法：线路补偿、应变片自补偿5、电容式传感器：将被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。可用于（压力、加速度、液位、物位）。电容式传感器：变极距型、变面积型、变介电常数型8、电感式传感器：利用电磁感应原理将被测非电量：如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转成电压或电流的变化量输出。分类：1）自感式传感器（电感式传感器）2）差动变压器式传感器3）电涡流式传感器11、零点残余电压：把传感器在零位移时的输出电压称为零点残余电压12、把被测量的变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感传感器。将变压器的结构改造，将被测量的变化转换为铁芯的位移，就构成了差动变压器式传感器14、辨别移动方向和消除零点残余电压，实际测量时，常采用整流电路和相敏检波电路。超声波：2*10^4Hz;（1）纵波：（2）横波（3）表面波15、电涡流效应：根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈旋涡状的感应电流，此电流叫电涡流电涡流传感器：高频反射式、低频透射式。优点：对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另体积小灵敏度高。（1）如何测量：z=F(e,u,r,f,x),保持上式中其他参数不变，而只改变其中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配用的测量路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。（2）主要距离变化：当x改变时，电涡流强度和密度随距离x的变化而变化。（非线性关系）（3）最大功能：测微位移18、在实际应用中，为了提高灵敏度（减小起始间隙d0），减小非线性误差，大都采用差动式结构。电容传感器做成差动式之后，灵敏度增加了一倍，而非线性误差则大大降低了。1、差动式自感传感器对于单极式自感传感器的性能。1、非线性减小2、灵敏度提高19、电容式传感器的测量电路：为了检出微小电容增量，需加电容转换电路：调频电路、运算放大器式电路、二极管双T形交流电桥、脉冲宽度调制电路等。调频电路的基本原理：调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。但此时系统非线性，不易校正，必须加入鉴频器。20、电容式传感器应用：电容式压力传感器、电容式加速度传感器、差动式电容测厚传感器压力传感器用途：电容力、电容加速度、液位高度、（位移）、电容水分21、压电式传感器的工作原理：基于某些介质材料的压电效应，是一种典型有源传感器。压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，称为正压电效应。当在电介质极化方向施加电场时，这些电介质也会产生几何变形，这种称为逆压电效应。22、压电传感器的测量电路接入高输入阻抗前置放大器的原因：1、把它的高输出阻抗变换成低输出阻抗（阻抗匹配）2、放大传感器输出的微弱信号。（信号放大）23、简述霍尔效应以及霍尔电动势（只有半导体材料适于制造霍尔片）置于磁场中的静止载流导体，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的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电动势称为霍尔电动势。EH=UH/bUH=KHIB(KH=RH/dRH:霍尔系数，KH：霍尔片的灵敏度，EH电场强度，UH电位差)（霍尔电动势正比与激励电流和磁感应强度，灵敏度与霍尔系数成正比、与d成正比，为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片状。）24、霍尔元件的基本结构：（1、1’两根引线加激励电压或电流，称为激励电极（控制电极）；2、2’引线为霍尔输出引线，称霍尔电极），4个输入，4个输出霍尔不等位电势：采用分析电桥平衡来补偿不等位电势霍尔元件温度补偿：为了减小霍尔元件的温度误差，除先用温度系数小的元件或采用恒温措施外，由UH=KHIB可看出：采用恒流源供电，可使霍尔电势稳定。霍尔传感器的应用：霍尔式微位移传感器、霍尔式转速传感器23、比较霍尔线性电路与霍尔开关电路：线性：测磁场的大小、连续、电机控制、液位传感、电流检测、磁读器开关：测磁场的有无、1，O、测转速、速度、位置24、（1）光电式传感器：将被测量的变化转换成光信号的变化，再通过光电器件把光信号的变化转换成电信号的一种传感器。光电器件：将光信号变化转换成电信号的一种器件，构成光电式传感器最主要的部件。光电器件工作原理：光电效应（外光电效应、内光电效应）2）、外光电效应：在光线作用下，物体内的电子溢出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电器件：光电管、光电倍增管。3）、内光电效应（光敏二极管、光敏晶体管）：在光电作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应（光电导效应：光敏电阻、光生伏特效应：光电池）光电导效应：在光线作用下，半导体导电性增加，阻值减小光生伏特效应：在光线的作用下，能够使物体产生一定方向的电动势。27、光敏电阻又称光导管，无光照时，光敏电阻阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流很小，当光敏收到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大）（光照与电阻成反比）光敏电阻主要参数：暗电阻与暗电流M、亮电阻与亮电流K。光照特性：光敏电阻的光照特性是描述光流I和光照强度之间的关系，绝大多数是非线性的（具有饱和趋势，只适合作光电开关，不适合光测量元件）28、光敏二极管：一般处于反向工作状态。（不受光照射时处于截止状态，否则是导通状态）原理：在没有光照射外，反向电阻很大，反向电流很小，该反向电流称为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高，但在需要需要高增益和大电流输出时，需采用达标顿光敏管。它是一个光敏晶体管和一个晶体管以共集点集连接方式构成的集成器件。30、光纤传感器原理：实际上是研究光在调制区内，外界信号（温度、压力、应变、位移、振动、电场等）与光的相互作用，即研究光被外界参数的调制原理。外界信号可能引起光的强度、波长、频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而形成不同的调制。光纤传感器：功能型、非功能型（传光型传感器）光纤传感器的应用：光纤加速度传感器、光纤温度传感器、光纤旋涡传流量感器31、按超声振动辐射大小不同大致：用超声波使物体或物性变化的功率应用称为功率超声；用超声波获取若干信息，称之为检测超声。都借助于超声波探头（换能器或传感器）来实现。33、利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研发的装置可称为超声波传感器、换能器或探测器。超声波发射器和接受器简称为超声波探头。压电式超声波探头常用材料是：压电晶体和压电陶瓷A、发射探头：利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波B、接收探头：利用正压电效应将超声波转换成电信号。34、超声波传感器的应用;超声波物位传感器、超声波流量传感器、超声波无损探伤（用途：液位、距离、流量）1、超声波无损探伤：利用超声波可以检测金属内部的缺陷，这是一种非破坏性检测当材料内部有缺陷时，材料内部的不连续造成超声波传输的障碍，只能适射一部分，在超声波波束的通道中出现任何缺陷都会使接收信号下降甚至完全消失，表明缺陷存在。2、超声盲区：为什么？答：1、探头余震，超声波是由压电陶瓷材料的机械振动产生盲区。壳体的余震，壳体的余震直接传到接收头。3、电路干扰，瞬时大电流对电源的影响，并干扰接收电路（盲区实际上就是传感器的余震产生的）34、微波波长：0.1m~1mm频率300MHz~3000GHz。特点：1）似光性和似声性2）分析方法的独特性3共度性4穿透性5信息性（6）非电离性微波传感器：反射式微波传感器、遮断式微波传感器；组成;微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三部分；应用;微波液位计、微波温度传感器、微波测厚仪、微波辐射计、微波测定移动物体的速度和距离35、红外辐射俗称红外线。红外辐射的物理本质是热辐射，一个炽热的物体向外辐射的能量大部分通过红外线辐射出来。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。红外探测器是红外传感器的核心。分类：热探测器：光子探测器36、热释电红外传感器的含义：热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在完成阻抗变换。由于输出的是电荷信号，并不能直接引用，引入n沟道型场效应管来完成阻抗变换和信号放大。由传感探测元干涉滤光片和场效应管品配器三部分组成。（在热释电红外传感器表面罩一块菲涅尔透镜，可以提高传感器的灵敏度，扩大监视范围）37、红外气体分析仪的原理：根据气体对红外线具有选择性吸收的特性来对气体成分进行分析，不同的气体其吸收的波段不同。2、红外光谱的横坐标为波长或者波数，纵坐标为透光率或者吸光度。38、代码型数字传感器又称编码器。编码器是将角位移和线位移转换成数字量的一种数字传感器。根据编码方式分为：增量式（脉冲量式）编码器、绝对式（码盘式）编码器1、绝对式：测量角度、位置，光电式编码器精度由码盘的位数确定，为了消除粗误差，可用格雷码代替二进制码，抗干扰能力更强39、TEDS：智能传感器（TransducerElectronicDataSheets,TEDs）表示传感器自带数字存储器。储存器内包含有传感器型号、序列号、灵敏度、最后校准日期等信息，通过信号适调仪向其发送指令下载传感器存储器内的相关信息。标准特点1）具有内置读写存储器，存储关于传感器应用信息2）“即插即用”和“自校准”能力3）可选择典型的模拟输出或者数字输出4）可与ICP传感器调理连接使用，但ICP支持ＴＥＤＳ功能。标准：ＩＥＥＥ１４１.４标准40、国际统一信号：模拟直流电流信号为4~20mA，模拟直流电压信号为：1~5V。对于非标准信号的传感器，需要把传感器的输出信号通过变送器变成标准信号（变送器：输出标准信号的传感器）41、热电偶传感器：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。这两种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，导体A、B称为热电极。两个接点，一个称为热端，又称测量端或工作端，测温时将它置于被测介质中；另一个称冷端，又称参考端或自由端，它通过导线与显示仪表相连。42、热电偶基本定律：均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律(利用这性质，这参考端温度不为0修正，为热电偶回路中应用补偿导线提供理论依据)43、不同的热电偶在相同温度下具有不同的电动势，所以不同热电偶有不同的分度表（分度表：参考端温度为0度）44、热电偶的结构形式：普通型热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶、多点热电偶铠装热电偶与薄膜热电偶的区别：铠：抗性好，可任意弯曲，结构坚实，抗冲击和抗震性能好。薄：热容量小，反应速度快，适用于微小面积上的表面温度以及快速度变化的动态温度测量。45、热电偶补偿导线及冷端温度补偿方法：热电偶补偿导线、冷端温度修正法、冷端0度恒温法、冷端温度自补偿法（补偿电桥法）42、（1）差压式流量传感器：又称节流式流量传感器，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。比例关系：流量-压差关系虽然简单，但流量系数a却是一个影响因素。（2）电磁流量传感器：根据法拉第电磁感应定律来测量导电性液体的体积流量与金属导体在磁场中的运动一样，在导体（流动介质）的两端也会产生感应电动势。Ex=Kqv=（4B/πD）qv（3）涡轮