自動(dòng)傳感器原理的知識(shí)點(diǎn)(已整理)

1、第一章傳感器的一般特性1、傳感器的作用是什么在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、能源、交通、災(zāi)害預(yù)測(cè)、平安防衛(wèi)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面代替人的觀感功能,并檢查人感官不能感受的參數(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中,起到了工業(yè)耳目的作用,冶金工業(yè)中為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù).工廠自動(dòng)化的機(jī)械手或機(jī)器人中,實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量,保證產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量在微型計(jì)算機(jī)中提供可靠準(zhǔn)確的信息2、傳感器技術(shù)的三要素.傳感器由哪三局部組成三要素：檢測(cè)傳感原理材料科學(xué)工藝加工三局部：敏感元件轉(zhuǎn)換元件測(cè)量電路3、傳感器的靜態(tài)特性有哪些并理解其意義.線性度非線性誤差靈敏度精確度精度最小檢測(cè)量和分辨力遲滯重復(fù)性零漂溫漂4、畫(huà)出傳感器的組成方框圖,理解各局部的作用.傳感器的組成方

2、框圖(1)敏感元件：能夠完成預(yù)變換的器件稱為敏感元件,又稱為預(yù)變換器,將被測(cè)非電量預(yù)先轉(zhuǎn)換為另一種易于變換為電量的非電量.(2)轉(zhuǎn)換元件：將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為轉(zhuǎn)換元件.(3)信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成易于處理、顯示和記錄的電信號(hào)(4)輔助電源：為傳感器提供能源5、什么是傳感器的精度等級(jí)一個(gè)0.5級(jí)電壓表的測(cè)量范圍是0100V,那么該儀表的最大絕對(duì)誤差為多少伏傳感器的精度等級(jí)：是傳感器和測(cè)量?jī)x表在規(guī)定條件下其允許的最大絕對(duì)誤差值相對(duì)于其測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù),表示測(cè)量結(jié)果的可靠程度.測(cè)量范圍內(nèi)允許的最大絕對(duì)誤差滿量程輸出解彳導(dǎo)X=0.5V該儀表的最大絕對(duì)

3、誤差為0.5V6、傳感器工作在差動(dòng)狀態(tài)與非差動(dòng)狀態(tài)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)有哪些差動(dòng)狀態(tài)：傳感器的感受部件傳感出信號(hào)后產(chǎn)生兩個(gè)相反的只剩下變化量局部的信號(hào),是放大器只放大變化信號(hào),因此(1)提升了靈敏度,改善非線性.外界影響作用下產(chǎn)生的是在兩個(gè)磁通線圈的電磁力之差,因此(2)有一定補(bǔ)償作用,抗干擾水平提升7、最小檢測(cè)量與分辨力的定義與計(jì)算.最小檢測(cè)量：傳感器能確切反映被測(cè)量的最低級(jí)限量.分辨力：數(shù)字傳感器一般用分辨力表示,即輸出數(shù)字指示值最后一位數(shù)字所代表的輸入量.公式：一M:最小檢測(cè)量K:系數(shù)(一般取1到5)N:噪聲電平K:傳感器靈敏度例題：電容式電壓傳感器的噪聲電平N為0.2mV,靈敏度K為5mV/mm,

4、假設(shè)取C=2,那么計(jì)算最小檢測(cè)量為多少解：第二章應(yīng)變式傳感器8、應(yīng)變片有那些種類(lèi)?金屬絲式應(yīng)變片、金屬箔式應(yīng)變片、半導(dǎo)體式應(yīng)變片.9、什么是壓阻效應(yīng)單晶硅材料受到應(yīng)力作用后,其電阻率發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)10、應(yīng)變式傳感器接成應(yīng)變橋式電路的理解、輸出信號(hào)計(jì)算.應(yīng)變片橋式傳感器為什么應(yīng)配差動(dòng)放器單個(gè)應(yīng)變片的額定輸出較低、靈敏度較低,利用橋式電路可以成倍提升其靈敏度,并使輸入和輸出呈線性關(guān)系由于兩電橋相對(duì)橋臂的極性相反,輸出為差模信號(hào),因此用差動(dòng)放大器.電阻應(yīng)變片應(yīng)變梁直流穩(wěn)壓電源測(cè)量電路差動(dòng)放大模塊輸出顯示模塊直流穩(wěn)壓電源12、電阻應(yīng)變片/半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理各基于什么效應(yīng)電阻應(yīng)變片基

5、于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)原理,是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的應(yīng)變半導(dǎo)體應(yīng)變片基于壓阻效應(yīng),單晶硅在收到應(yīng)力作用后其電阻率發(fā)生明顯變化.13、半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬應(yīng)變片各有哪些特點(diǎn).半導(dǎo)體應(yīng)變片優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高機(jī)械滯后小,橫向效應(yīng)小,精度高,體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)頻響高,易于集成缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性差,靈敏度分散度大,較大的應(yīng)力作用下非線性誤差大,機(jī)械強(qiáng)度低.金屬應(yīng)變片優(yōu)點(diǎn)：1精度高,測(cè)量范圍廣；2使用壽命長(zhǎng),性能穩(wěn)定可靠；3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,重量輕；4頻率響應(yīng)較好,既可用于靜態(tài)測(cè)量又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量；5價(jià)格低廉,品種多樣,便于選擇和大量使用.缺點(diǎn)：不適于高溫環(huán)境下測(cè)量第三章電容式傳感器14、電容式傳感器按工作

6、原理可分為哪3種變面積S型變介質(zhì)介電常數(shù)以型變極板間距d型15、寄生電容和分布電容對(duì)電容式傳感器有什么影響解決電纜電容影響的方法有那些寄生電容：寄生電容是傳感器極板間電容的極板與周?chē)矬w產(chǎn)生的電容聯(lián)系,改變了電容傳感器的電容量,由于傳感器本身電容很小,寄生電容極不穩(wěn)定,導(dǎo)致傳感器特性不穩(wěn)定.分布電容：分布電容與傳感器相并聯(lián),使傳感器相對(duì)變化量大為降低,導(dǎo)致靈敏度顯著下降.解決方法：1驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)2抗雜散電容的電荷轉(zhuǎn)移法16、什么是電容電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)理解等位環(huán)的工作原理.電容電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)：實(shí)際平行板電容器的電場(chǎng)并非均勻分布,而是有邊緣效應(yīng),它的影響相當(dāng)于傳感器并聯(lián)一個(gè)附加電容,引起了傳感器的靈

7、敏度下降和非線性增加.等位環(huán)工作原理：除AB極板外,在極板A的同一平面內(nèi)加一個(gè)同心圓環(huán),AC在電氣上相互絕緣,使用時(shí)A和C兩面始終保持等電位,于是傳感器電容極板A與B之間的電場(chǎng)接近理想狀態(tài)的均勻分布.17、運(yùn)算法電容傳感器測(cè)量電路的原理及特點(diǎn).C電容量S極板間相互覆蓋面積d兩極板間距離真空介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)根本原理：在、S、d三個(gè)參數(shù)中,保持其中兩個(gè)不變,改變另一個(gè)參數(shù)即可使電容C改變.特點(diǎn)：(1)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍大、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、機(jī)械損失小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)性強(qiáng).(2)缺點(diǎn)：寄生電容影響較大、當(dāng)用變間隙原理測(cè)量時(shí)具有非線性輸出特性.第四章電感式傳感器18、了解差動(dòng)變壓器的用途及

8、特點(diǎn).用途：但凡與位移有關(guān)的物理量均可通過(guò)它轉(zhuǎn)換成電量輸出.常用于測(cè)量振動(dòng)、厚度、應(yīng)變、壓力、加速度等各種物理量特點(diǎn)：一般變壓器是閉合磁路,而差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路；一遍變壓器原、副邊的互感是常數(shù),而差動(dòng)變壓器原、副邊的互感隨銜鐵移動(dòng)做相應(yīng)變化.19、差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)剩余電壓產(chǎn)生的原因理想狀態(tài)下,差動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí),輸出電壓為零.實(shí)際中,差動(dòng)變壓器因使用橋式電路,在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值第五章壓電式傳感器20、什么是壓電效應(yīng)什么是逆壓電效應(yīng)常用壓電材料有哪些壓電效應(yīng)：在某些電介質(zhì)中,當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χa(chǎn)生而使它形變時(shí),內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時(shí)在它的兩個(gè)外表上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；

9、當(dāng)外力去掉后,又重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài),這種現(xiàn)象叫作壓電效應(yīng).逆壓電效應(yīng)：相反,在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng),這些電介質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生形變.這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)(電致伸縮效應(yīng))常用壓電材料：天然形成的石英晶體、人工制造的壓電陶瓷、錯(cuò)鈦酸鉛21、壓電傳感器能否測(cè)量緩慢變化和靜態(tài)信號(hào)為什么由于由等效電路可知,只有傳感器內(nèi)部信號(hào)電荷無(wú)“漏損,外電路負(fù)載無(wú)窮大時(shí),壓電傳感器受力產(chǎn)生的電壓或電荷才能長(zhǎng)期保存下來(lái),而實(shí)際中,傳感器內(nèi)部不可能沒(méi)有泄漏,外電路負(fù)載也不可能無(wú)窮大,電路將以某時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電,這對(duì)于測(cè)量測(cè)量緩慢變化和靜態(tài)信號(hào)極為不利,只有外力以高頻率不斷地作用,傳感器的電荷才能得以補(bǔ)充.22、壓電

10、傳感器的前置放大器電路形式與各自的特點(diǎn).(1)電壓放大器：輸出電壓與輸入電壓(傳感器的輸出電壓)成正比(2)電荷放大器：輸出電壓與輸入電荷成正比第六章數(shù)字式傳感器23、光柵傳感器的原理.采用什么技術(shù)可測(cè)量小于柵距的位移量?光柵傳感器主要根據(jù)莫爾條紋原理制成.細(xì)分技術(shù)24、莫爾條紋的形成及特點(diǎn).把光柵常數(shù)相等的主光柵和指示光柵相對(duì)疊合在一起,并使兩者柵線之間保持很小的夾角,于是在近于垂直柵線的方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋.特點(diǎn)：明暗相間、條紋方向與刻線方向垂直.25、數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的主要特點(diǎn).(1)適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍：3.05.5V,在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電(2)多

11、點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫(3)可編程的分辨率為912位,可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫第七章熱電式傳感器26、熱電偶的熱電勢(shì)由那幾局部組成(1)接觸電勢(shì)(2)溫差電勢(shì)(3)熱電偶回路熱電勢(shì)27、熱電偶的三定律的理解.28、掌握熱電偶的熱電效應(yīng).ATo(1)中間導(dǎo)體定律(2)標(biāo)準(zhǔn)電極定律(3)連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律B熱電偶的根本工作原理是熱電效應(yīng),兩種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí),當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生電流,這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì).通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶29、熱電偶冷端補(bǔ)償原理和必要性及補(bǔ)償電橋法的補(bǔ)償原

12、理補(bǔ)償電橋法原理：由熱電偶測(cè)溫的原理可知,只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí),熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù).必要性：由于熱電偶工作端與冷端距離很近,冷端又暴露于空間,容易受到周?chē)h(huán)境溫度的影響,因而冷端溫度難以保持恒定,因此需要進(jìn)行熱電偶的冷端補(bǔ)償.補(bǔ)償電橋法：如圖四個(gè)橋臂,有一個(gè)銅電阻,其電阻溫度系數(shù)較大,阻值隨溫度變化大,其余三個(gè)臂由阻值恒定的懵銅電阻制成,銅電阻必須和電熱偶冷端靠近,使之處于同一溫度.在20時(shí),四個(gè)電阻的阻值相等,電橋處于平衡狀態(tài),=0,此時(shí)對(duì)熱電勢(shì)沒(méi)有補(bǔ)償作用冷端溫度時(shí),熱電勢(shì)E()減小,但此時(shí)阻值增大,上的電壓降比上的多,因此a點(diǎn)電位比b點(diǎn)低,即a為負(fù),b為正,止匕時(shí)電壓

13、方向與熱電勢(shì)相同,回路總電壓U=E()+,此時(shí)補(bǔ)償了熱電勢(shì)減少的那局部電壓冷端溫度時(shí),熱電勢(shì)E()增大,但此時(shí)阻值減小,上的電壓降比上的少,因此a點(diǎn)電位比b點(diǎn)高,即a為正,b為負(fù),止匕時(shí)電壓方向與熱電勢(shì)相反,回路總電壓U=E()-,此時(shí)補(bǔ)償了熱電勢(shì)增多的那局部電壓因此,如果銅電阻選擇的適宜,可使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓正好補(bǔ)償由于冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化量,儀表即可指示出正確溫度.30、熱電阻采用三線制/四線制接線方式的原理和特點(diǎn)三線制：熱電組的一端與一根導(dǎo)線相連,另一端同時(shí)接兩根導(dǎo)線.這種情況下,雖不能完全消除連接導(dǎo)線電阻r對(duì)于測(cè)溫的影響,但是能減少它的影響四線制：熱電阻兩端各用兩根導(dǎo)線連

14、接在儀表上,一般是用直流電位差計(jì)作為指示或記錄儀表.四線制和電位差計(jì)配合測(cè)量熱電阻是比擬完善的方法,它不受任何條件的約束,總能消除連接導(dǎo)線電阻對(duì)于測(cè)量的影響.31、采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻穩(wěn)定晶體管放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的原理.利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻來(lái)補(bǔ)償晶體管溫度特性：當(dāng)溫度升高使晶體管集電極電流增加,同時(shí)由于溫度升高也使NTC熱敏電阻器阻值相應(yīng)的減小,那么晶體管基極電位下降,從而使基極電流減小,到達(dá)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的目的特點(diǎn)：1靈敏度高、體積小、反響快、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、校準(zhǔn)方便、價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單2電流輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)外加電阻很容易變成電壓輸出第八章固態(tài)傳感器33、何為霍爾效應(yīng)霍爾集成傳感器一一線

15、性、開(kāi)關(guān)兩類(lèi)內(nèi)部構(gòu)成.霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn).當(dāng)帶電粒子電子或空穴被約束在半導(dǎo)體材料中,這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)的方向半導(dǎo)體上下外表上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積,從而形成附加的橫向電場(chǎng),即霍爾電場(chǎng)(1)霍爾開(kāi)關(guān)集成器件霍爾開(kāi)關(guān)集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器由霍爾器件、放大器、施密特整形電路、輸出電路組成.穩(wěn)壓電路可使傳感器工作在較寬的電源電壓范圍,集電極開(kāi)路可使傳感器方便的與其他邏輯電路銜接.(2)霍爾線性集成器件里端輸出線性霍爾集成器件線性霍爾集成傳感器的輸出電壓與外加磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系.有單端輸出和雙端輸出兩種電路34、探測(cè)微弱光

16、應(yīng)采用何種傳感器光電傳感器35、什么是光電效應(yīng),什么是光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)光電效應(yīng)包含外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng).(1)外光電效應(yīng)：在光線作用下,物體內(nèi)的電子逸出物體外表,向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng).(2)內(nèi)光電效應(yīng)：受光照的物體導(dǎo)電率發(fā)生變化,或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng),稱為內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)包括光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng).(1)光電導(dǎo)效應(yīng)：光線作用下電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài),而引起材料電阻率的變化,這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng).(2)光生伏特效應(yīng)：在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng).36、什么是內(nèi)/外光電效應(yīng)利用此效應(yīng)制作的典型傳感器有那些?定義見(jiàn)35題,

17、利用此效應(yīng)制作的傳感器：外觀電效應(yīng)：光電管、光電倍增管內(nèi)光電效應(yīng)：其中(1)光電導(dǎo)效應(yīng)的器件為：光敏電阻(2)光生伏特效應(yīng)的器件為：光電池,光敏晶體管37、光電池測(cè)照度時(shí)采用什么電路連接形式I/V變換器原理與計(jì)算光光電池工作原理示意圖根本電路光電池、負(fù)載電阻、電流計(jì)串聯(lián)電路連接形式I/V變換器原理：光作用在光電池上產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì),因而產(chǎn)生光電流,用電流計(jì)測(cè)流過(guò)負(fù)載電阻的光電流,不同照度,對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)和電流大小不一樣,并在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系38、硅光電池的最大開(kāi)路電壓是多少0.5V39、目前工業(yè)化量產(chǎn)硅光電池的轉(zhuǎn)換效率是多少理論值最大可達(dá)24%,實(shí)際上只達(dá)10%15%40、在電路中使用光敏二極

18、管怎樣偏置反向偏壓狀態(tài)41、光電隔離耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的?絡(luò)緣效璃發(fā)光二I及管光電耦合器結(jié)構(gòu)圖42、氣敏傳感器的原理,掌握可燃?xì)怏w報(bào)警電路工作原理氣敏傳感器的原理可分為半導(dǎo)體式氣敏傳感器和接觸燃燒式氣敏傳感器半導(dǎo)體式氣敏傳感器：利用半導(dǎo)體氣敏元件(主要是金屬氧化物)同待測(cè)氣體接觸時(shí),通過(guò)測(cè)量半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理量的變化檢測(cè)特定氣體的成分或者濃度.接觸燃燒式氣敏傳感器：可燃?xì)怏w與空氣中的氧氣接觸,發(fā)生氧化反響,產(chǎn)生反響熱(無(wú)焰接觸燃燒熱)使得作為敏感材料的粕絲溫度升高,電阻值相應(yīng)增大,空氣中可燃性氣體濃度越大,氧化反響產(chǎn)生的反響熱越多,粕絲溫度變化越大,電阻值增加越多,因此,只要測(cè)定作為敏感元件的粕絲的電阻變化值()便可檢測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的濃度.43、用電阻式濕度傳感器測(cè)量濕度時(shí),鼓勵(lì)電源為何用交流電源由于直流電壓會(huì)引起水分子的電解,因此,鼓勵(lì)電源要用交流電源.44、用光敏傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)路燈的限制電路.45、用熱敏電阻設(shè)計(jì)一個(gè)溫度限制電路.第九章光纖式傳感器46、光纖傳感器的特點(diǎn)原理及分類(lèi)特點(diǎn)：(1)電絕緣(2)抗電磁干擾(3)非