第5章传感器技术..doc

第5章传感器技术5．15.1.1传感器的类型及选用原则 1.什么叫传感器？如何分类？对其性能有何要求？ 传感器是测试系统中的第一级，是能感受和拾取规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或者装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 按被测量分为：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、温度传感器等。 按传感器的工作机理分为：物理型、化学型和生物型或机械式、电气式、光学式、流体式等。 按传感器的构成原理分为：结构型和物性型。 按传感器的能量转换情况分为：能量控制型和能量转换型及能量传递型。 按传感器的物理原理分为：电参量式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热电式传感器、射线式传感器、波式传感器、半导体式传感器等。 按传感器的输出量可分为：模拟式传感器和数字式传感器。 按转换过程是否可逆分为：双向传感器、单向传感器。 对传感器性能要求为：具有快速、准确、可靠而又能经济地实现信号转换的性能，具体有: (1)传感器的工作范围或量程应足够大，具有一定的过载能力。 (2)与检测系统匹配性好，转换灵敏度高：要求其输出信号与被测输入信号成确定关系(通常为线性关系)，且比值要大。 (3)精度适当，且稳定性高：传感器的静态特性与动态特性的准确度能满足要求，并长期稳定。 (4)反应速度快，工作可靠性高，滞后、漂移误差小，复现性好，有互换性。 (5)适应性和适用性强：动作能量小，对被检测对象的状态影响小，内部噪声小并且具有抗外部噪声的性能，不易受外界干扰的影响，防水及抗腐蚀等性能好，使用安全，易于维修和校准，寿命长，成本低等。 2.传感器的发展趋势是什么？ （1）采用新原理、开发新型传感器。 （2）大力开发物性型传感器(因为靠结构型有些满足不了要求)。 （3）传感器的集成化。 （4）传感器的多功能化。 （5）传感器的智能化。 （6）研究生物感官，开发仿生传感器。 3.传感器选用原则有哪些？ （1）灵敏度：传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器即有较大的输出。但灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也容易混入，并且噪声也会被放大。因此，对传感器往往要求有较大的信噪比。过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。 （2）线性范围：为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。 （3）响应特性：传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。在动态测量中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用时，应充分考虑到被测物理量的变化特点(如稳态、瞬变、随机等)。 （4）稳定性：为了保证稳定性，在选用传感器之前，应对使用环境进行调查，以选择合适的传感器类型。 （5）精确度：传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接影响。传感器精确度愈高，价格越昂贵，因此应从实际出发来选择。 （6）可靠性：为了保证传感器应用中具有高度可靠性，事前须选用设计、制造良好，使用条件适宜的传感器。 （7）其它选用原则：传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素，还要兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。 5.1.2电阻式、电感式、电容式传感器 1.什么叫电阻式传感器？有哪些类型？ 电阻式传感器是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。按工作原理可分为变阻器式、电阻应变式两类；按结构和性能可分为：电位差计式传感器、金属电阻应变式传感器、半导体应变式传感器、压阻式传感器、热电阻传感器、湿敏电阻传感器、光敏电阻传感器等。 2.什么叫电阻应变效应和压阻效应？电阻应变片有哪几种？ 金属丝的电阻（R=rL/S）与材料的电阻率（r）及其几何尺寸（长度L和截面积S）有关，而金属丝在承受机械变形的过程中，这三者都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变化。金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化的现象称为金属的电阻应变效应。 半导体材料的电阻率随作用应力而变化的现象称为压阻效应。 电阻应变片是基于金属的应变效应工作的。有丝式应变片和箔式应变片及半导体应变片三种。 3.固态压阻式传感器、热电阻传感器、湿敏电阻传感器和光敏电阻传感器是根据什么效应或机理制成的？ 固态压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上扩散电阻制成的，基片直接作为测量传感元件(甚至有的可包括某些电路)。扩散电阻在基片内组成电桥，当基片受力作用产生变形时，各电阻值发生变化，电桥产生相应的不平衡输出。 热电阻传感器是利用导电物体电阻率随本身温度变化而变化的温度电阻效应制成的传感器。 湿敏电阻传感器是一种检测空气湿度(水分)的传感器。它能将湿度的变化转换成电阻的变化。有些氧化物，主要是