传感器试卷及答案5.doc

### 传感器基础知识与应用 #### 一、传感器概述 传感器是一种能够感知被测量，并将其转换为可用输出信号的装置。它通常由敏感元件、转换元件和信号调节转换电路组成。敏感元件直接响应被测量的变化，转换元件则负责将敏感元件的输出转化为易于处理的信号形式，如电信号。信号调节转换电路进一步对信号进行放大、滤波等处理，使其更适合后续的数据处理或显示。 #### 二、传感器的主要类型与工作原理 1. **光电传感器**： - **光电效应**：根据光线照射到物体表面后产生的效果，光电效应可以分为三类。 - **外光电效应**：当光线照射到物体表面时，光电子从物体表面逸出的现象。基于这一原理制作的器件包括光电管和光电倍增管。 - **内光电效应**：光线照射导致材料内部电阻率发生变化。光敏电阻就是基于这一原理的典型代表。 - **光生伏特效应**：在光线作用下，物体内部产生一定方向的电动势。光电池和光电仪表利用的就是这一效应。 2. **热电偶**： - **热电势**：热电偶产生的热电势由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。数学表达式为 \(E_{ab}(T, T_0) = \int_{T_B}^{T_A} (N(T) - N(T_0)) dT\)。 - **温度补偿**：通过使用补偿导线（即冷端延长线）的方法，可以将热电偶的参考端移动到远离热源且环境温度较为稳定的地方，以此来减少冷端温度变化的影响。 3. **霍尔元件**： - **霍尔效应**：霍尔元件在磁场中的电磁效应（霍尔效应）会使其输出电势。霍尔元件的灵敏度指的是单位磁感应强度和单位控制电流下霍尔电势的大小。 - **应用**：霍尔元件可用于测量电流、磁场、位移和压力等多种物理量。 4. **压磁式传感器**： - **工作原理**：当某些铁磁物质在外力作用下产生机械压力时，会发生极化现象，这种现象被称为正压电效应；相反，当这些物质处于外部磁场中时，则会产生机械变形，这种现象被称为负压电效应。 5. **变气隙式自感传感器**： - 当衔铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量会随着气隙的变化而变化。具体来说，如果气隙增大，则电感量会减小；反之亦然。 6. **电容传感器**： - 电容传感器的输入被测量与输出被测量之间的关系通常是线性的，除了在变极距型的情况下，这种情况下两者之间的关系是非线性的。 7. **电位器传感器**： - 电位器传感器根据特性可以分为线性和非线性两大类。对于线性电位器而言，其理想空载特性曲线呈严格的线性关系。电位器全长 \(X_{\text{max}}\) 与其总电阻 \(R_{\text{max}}\) 的关系可以通过公式 \(R_x = \frac{X}{X_{\text{max}}} R_{\text{max}}\) 来计算。 8. **仪表精度**： - 仪表的精度等级通常用仪表的引用误差来表示。 #### 三、传感器的静态特性 测量系统的静态特性是指在静态条件下，传感器输出与输入之间的关系。主要的静态特性指标包括但不限于： - **线性度**：衡量传感器输出与输入是否呈线性关系的程度。 - **迟滞性**：指在同一输入量上，传感器前进和后退时输出读数之间的差异。 - **重复性**：同一输入量多次测量时输出的一致性。 - **分辨力**：传感器能检测到的最小输入量变化的能力。 - **稳定性**：传感器在长时间内的输出保持一致的能力。 - **温度稳定性**：温度变化对传感器输出的影响程度。 - **抗干扰稳定性**：传感器对外部干扰因素的抵抗能力。 以上是对传感器基本原理及其主要类型的详细介绍，希望能帮助读者更好地理解传感器的工作原理和技术特点。