传感器原理与应用复习范围

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1、绪论一、传感器：将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等），按照一定的规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。二、传感技术：是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，是检测（传感）原理、材料科学、工艺加工等三要素的最佳结合。三、传感器的组成：传感器一般有敏感元件、转换原件和测量电路三部分组成，有事还需要加辅助电源。四、传感器分类：1.按输入量分类如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。2.按测量原理分类现有传感器的测量原理主要是基于

2、电磁原理和固体物理学理论。如根据变电阻的原理，相应的有电位器式、应变式传感器；根据变磁阻的原理，相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。3.按结构型和物性型分类所谓结构型传感器，主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号，这种传感器目前应用的最为普遍。物性型传感器则是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。五、传感器的发展趋向1.传感器的固态化，2、传感器的集成化和

3、多功能化3.传感器的图像化4.传感器的智能化第1章传感器的一般特性§1-1传感器的静态特性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静态特性。传感器静态特性的主要指标有以下几点：一、线性度(非线性误差)在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。二、灵敏度传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。线性传感器校准曲线的斜率就是静态灵敏度K。三、迟滞迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中对应同一输入量的正行程和反行程其输出值间的最大偏差(见图1-6)。其

4、数值用最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出值的百分比表示。四、重复性重复是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性§1-2传感器的动态特性动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。动态特性指标：上升时间tr、稳定时间ts、峰值时间tp、超调量σ%。第二章应变式传感器§2-1金属应变片式传感器金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。应用时将应变片用黏结剂牢固地粘贴在被测试件表面上。当试件受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，引起应变片电阻值变化，通过测量电路将其转换为电压或电流信号

5、输出。应变片的结构：敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和黏结剂等组成。§2-2压阻式传感器单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。(二)影响压阻系数的因素影响压阻系数的因素主要是扩散电阻的表面杂质浓度和温度。扩散杂质浓度NS增加时，压阻系数就会减小。第三章电容式传感器§3-1电容式传感器的工作原理用两块金属平板作电极可构成最简单的电容器。当忽略边缘效应时，其电容量为式中C—电容量；S—极板间相互覆盖面积；d—两极板间距离；ε—两极板间介质的介电常数一般电容式传感器可以分成以下三种类型：一、变面积(S)型二、变介质介电常数(ε)型三、变极板间

6、距(d)型§3-3电容式传感器的误差分析一、温度对结构尺寸的影响二、电容电场的边缘效应三、寄生与分布电容的影响§3-4电容式传感器的应用一、电容式差压变送器二、电容式测微仪三、电容式液位计第四章电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等参数。根据转换原理不同，可分为自感式和互感式两种；根据结构型式不同，可分为气隙型和螺管型两种。第五章压电式传感器压电式传感器是一种典型的有源传感器(或发电型传感器)。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量电测的目

7、的。§5-1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，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，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。相反，在电介质的极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩效应)。一、石英晶体压电效应天然结构石英晶体是一个正六面体，在晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示。其中纵向轴Z-Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的X-X轴称为电轴；与X-X轴和Z-Z轴同时垂直的Y-Y轴(