传感器技术作业

1、传感器的组成包括哪几个部分？各自的主要作用是什么？

通常由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源等组成。

敏感元件：是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。如：应变式压力传感器的敏感元件是弹性膜片，其作用是将压力转换成膜片的变形。

转换元件：将敏感元件的输出转换成电路参量。如：应变式压力传感器的转换元件是应变片，其作用是将弹性膜片的变形转换为电阻值的变化。

测量电路：将其进一步变换成可直接利用的电信号。

辅助电源：为传感器的元件和电路提供工作电源。

2、何为传感器的静态特性？传感器的静态特性技术指标包括哪几个部分？各自的含义是什么？

当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。

在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式代数方程表示：y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn

式中：y—输出量； x—输入量； a0—零点输出；

a1—理论灵敏度； a2、a3、 …an—非线性项系数。

各项系数不同，决定了特性曲线的具体形式。

理想情况下，y=a0+a1x

静态特性曲线可实际测试获得。为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。

测量范围(measuring range)

传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围。

量程(span)

传感器测量范围的上限值与下限值的代数差，称为量程。

线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。

迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。

重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

分辨力与阈值：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即最小输入增量。

分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。分辨力用绝对值表示，用与满量程的百分数表示时称为分辨率。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。

稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。

静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论值的偏离程度。

精确度：精密度：说明测量传感器输出值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器，在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。

精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。注意：精密度高不一定准确度高。

准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。如，某流量传感器的准确度为0.

3m3/s，表示该传感器的输出值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。

同样，准确度高不一定精密度高。精确度：是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。

在最简单的情况下，可取两者的代数和。

3、何为传感器的动态特性？传感器的动态技术指标包括哪几个部分？

动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

阶跃响应特性和频率响应特性。

4传感器的未来发展趋势主要有哪几个方面？重点发展方向有哪些？

开展新理论研究，采用新技术、新材料、新工艺，实现传感器的“五化” 发展，即智能化、可移动化、微型化、集成化、多样化。

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5、测量误差按照表示方法可以分为哪几类？各自的含义是什么？

按表示方法可分为三类。

绝对误差测量结果减去被测量的约定真值所得的差值。绝对误差有符号和单位，它的单位与被测量相同。

相对误差绝对误差与被测量真值的比值，常用百分数表示，即相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程度。

引用误差以仪表的绝对误差与仪表量程之比的百分数表示。通常以最大引用误差来定义测量仪表的精度等级。

6、测量误差按照误差性质可以分为哪几类？各自的含义是什么？

按性质可分为三类。

随机误差(偶然误差) 在实际相同条件下，对同一被测量进行多次等精度测量时，由于各种随机因素（如温度、湿度、电源电压波动、磁场等）的影响，各次测量值之间存在一定差异，这种差异就是随机误差。

系统误差分析过程中某些确定的、经常性的因素引起的误差。

粗大误差在相同条件下，对同一被测量进行多次等精度测量时，有个别测量结果的误差远远大于规定条件下的预计值。这类误差一般由于测量者粗心大意或测量仪器突然出现故障等造成。称之为粗大误差（或寄生误差）。

7、仪表精度等级是按照哪种误差进行分类的？仪表的精确度与引用误差的关系是怎样的？

引用误差通常以最大引用误差来定义测量仪表的精度等级。

测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。工业仪表常见的精度等级有0.1级，0.

2级，0.5级，1.0级，1.

5级，2.0级，2.5级， 5.

0级。精度密度和精确度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差不超过±1.

0％，也就是说，在整个量程内它的绝对误差最大值不会超过其量程的±1％。在具体测量某个量值时，相对误差可以根据精度等级所确定的最大绝对误差和仪表指示值进行计算。

8、对一个n级、量程为m的仪表，当测量某一电压为x时，如何计算此测量值可能出现的绝对误差和相对误差的最大值？

9、摄氏温度与华氏温度关系是怎么样的？

t=t*(9/5)+32

10、热电偶组成与测温原理是什么？热电偶的热电势组成包括哪几个部分？

11、什么是热电效应？热电偶回路的热电势与哪些因素有关？两种不同的导体或半导体a和b组合成如图所示闭合回路，若导体a和b的连接处温度不同（设t＞t0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。

热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。(同材同温总电势为0

12、热电阻的组成与测温原理是怎样的？常用的热电阻有哪几种？

铜电阻铂电阻。

热电阻主要是利用电阻随温度升高而增大的特性来测量温度的。温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻力增大，宏观上表现出电阻率变大，总电阻值增加。

13、热敏电阻的组成与测温原理是什么？按照热敏电阻阻值与温度的关系可将热敏电阻分为哪几类？各自的特性是什么？

热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的，是半导体测温元件。

1. 分类与特性

热敏电阻的种类很多，按阻值与温度关系特性可分为：

(1)正温度系数热敏电阻器（ptc）

电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称ptc热敏阻器。它的主要材料是掺杂的batio3半导体陶瓷。

(2)负温度系数热敏电阻器（ntc）

电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称ntc热敏电阻器。它的材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。

(3)突变型负温度系数热敏电阻器（ctr)

该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低3～4个数量级，即具有很大负温度系数。其主要材料是vo2并添加一些金属氧化物。

14、热电阻与热电偶的主要区别有哪些？热电阻与热敏电阻的主要区别是什么？

原理与特点不同：热电偶的测温原理是基于热电效应；热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。

信号性质不同：热电阻产生的是阻值变化；热电偶是产生感应电压的变化。

检测的温度范围不一样：热电阻是低温检测；热电偶是高温检测。

材料不同：热电阻是一种金属材料；热电偶是双金属材料。

工作中的现场判断不同：热电阻用万用表判断短路和断路即可；热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分。

热电阻，是通电后，电阻自身发热。主要用于加热使用，常见的热电阻电热毯，电热水器，电蚊香，电络铁里面用的电热丝这些都属于热电阻范畴的。热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的，是半导体测温元件。

热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。热电阻是金属测温元件，热敏电阻是半导体测温元件。

15、湿度是如何定义的？人们通常说的湿度指的是绝对湿度还是相对湿度？

温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。两个不同温度相接触的物体将会产生热交换。

相对湿度。16、何为光电效应？光电效应主要分为哪几大类？举例说明不同光电效应的主要应用器件有哪些。

光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的物理现象。（1）光电导效应

当入射光子射入到半导体时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其电导率增大。

基于这种效应的器件有光敏电阻。

（2）光生伏特效应

在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二/三极管。

（3）热释电效应

一些晶体受到红外线热辐射转化为热量时，两端会产生数量相等、极性相反的电荷，这种由热变化产生的电极化现象称为热释电效应。

能够承受热电效应的晶体称为热释电元件。

17、何为光敏电阻的亮电阻与亮电流？暗电阻与暗电流？当光敏电阻受光照射后，其阻值的变化规律是怎样的？在一定光照度下，两端所加的电压与光电流的关系是怎样的？

暗电阻：光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。

无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。

在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；

在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。

光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。

18、可见光的光谱范围是多少？光敏二极管对不同波长的光的灵敏度是否相同？在实际应用中光敏二极管通常工作在什么状态？

可见光的光谱范围：380~780nm

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