传感器考试资料

检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。

测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的实践过程。 所谓“定量”，就是使用一定准确度等级的测量仪器、仪表，比较准确地测得被测量的数值。

在测量过程中，被测量与仪表内部的标准量相比较，当测量系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值，这种测量方式称为零位式测量。

在测量过程中，被测量作用于仪表内部的比较装置，使该比较装置产生偏移量，直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式称为偏位式测量。

微差式测量法是综合了偏位式测量法速度快和零位式测量法准确度高的优点的一种测量方法。这种方法预先使被测量与测量装置内部的标准量取得平衡。当被测量有微小变化时，测量装置失去平衡。用上述偏位式仪表表示出其变化部分的数值。

相对误差用百分比的形式来表示，一般多取正值。相对误差可分为示值相对误差和引用相对误差等。。 一个被测量值x A 与真值0A 之间总是存在着一个差值，这种差值称为绝对误差。

测量不确定度的含义是指：由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度，也表明该结果的可信赖程度。它是测量结果质量的指标。不确定度愈小，所述结果与被测量的真值愈接近。

大气的水气含量通常用3

m 1湿空气中所含水气的克数来表示，也就是空气的水气密度，单位为3m /kg 绝对湿度。

相对湿度是空气的绝对湿度与同温度下的饱和状态空气绝对湿度的比值，它能较好地说明空气的干、湿现象。

→→→→?电量电参量非电量非电量（被测量）测量

转换电路传感元件敏感元件

温度较高的空气所含水蒸气较多，将此空气冷却，其所含水蒸气的量没有变化，而相对温度增加。当降低到一定温度，RH 达到100%时，称为水气饱和。若将该空气继续冷却，其中一部分水蒸气将凝聚成露水。此时的温度称为露点温度。

电阻应变传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成。电阻应变片是一种将被测量元件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件，测量电路进一步将该电阻阻值的变化再转换成电流或电压的变化，以便显示或记录被测的非电量的大小。

半导体材料二氧化钛（TiO2）属于N 型半导体，对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。当氧气浓度下降时，氧原子析出，使晶格结构出现空缺，导致电阻值降低。

安全栅又称安全保持器、本安回路的安全接口等。它能在安全区和危险区之间双向传递电信号，并安全区的危险能量进入危险区，送往危险区的电压和电流。

电感传感器是利用绕组自感量或互感量的变化来实现非电量电测的一种装置。电感传感器种类很多，可分为自感式和互感式两大类。人们习惯上讲电感传感器通常是指自感传感器；而互感传感器是利用变压器原理，做成差动式，故常称为差动变压式传感器。

在绕组匝数N 确定后，若保持气隙厚度0δ为常数，则电感L 是气隙有效投影截面积

A 的函数。故称

这种传感器为变截面式电感传感器。

单绕组螺线管式电感传感器结构简单，主要元器件是一只螺线管和一根圆柱形衔铁。衔铁插入绕组后，将引起螺线管内部的磁阻的减小，电感量随插入的深度而增大。

两个完全相同的绕组共用一根活动衔铁就构成了差动式电感传感器。在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位

置时，两个绕组的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。

根据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中时，导体的表面就会有感应电流产生。电流在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应。

电容传感器以各种类型的电容器作为传感器元件，通过它将被测物理量的变化转换为电容的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。

接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号，而不像机械式行程开关那样，需要施加机械力。它给出的是开关信号（高电平或低电平），多数接近开关具有较大的负载能力，能直接驱动中间继电器。

（1）平板形直线位移式变面积式电容传感器

通过定极板固定，左右移动动极板，改变两极板的遮盖面积，从而改变电容。

（2）同心圆筒形变面积式电容传感器

通过外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内做上、下直线运动，改变这两个同心圆筒的遮盖面积，从而改变电容。

（3）角位移变面积式电容传感器

定极板不动，动极板的轴由被测物体带动而旋转一个角位移，两极板的遮盖面积A 就减小，从而电容也随之减小。

当动极板受被测物体作用引起上下位移时，改变了两极板之间的距离d ，从而使电容发生变化。 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极极板间插入不同介质时，电容器的电容也就不同，利用这种原理制作的电容传感器称为变介电常数电容传感器。

为了提高传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差动形式。中间为动极板（接地），上下两块为定极板。当动极板向一侧

移动时，电容1C 和2C 形成差动变化，经过信号测量转换电路后，灵敏度提高将近一倍，线性也得到改善。外界的影响诸如温度、激励源电压、频率变化等也基本能相互抵消。

1.检测技术的发展趋势

（1）不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性

（2）应用新技术和新的物理、化学效应，开拓检测领域 （3）发展集成化、功能化的传感器

（4）采用计算机技术，使自动检测技术智能化 （5）发展网络化传感器及网络化检测系统 2.自动检测系统的组成

→→?→??→→?执行机构数据处理装置显示器信号调理电路传感器），（电量非电量f I U 00

3.测量误差分类

按误差性质分类：粗大误差、系统误、、随机误差、静态误差和动态误差

4.测量误差表示方法 （1）绝对误差

（2）相对误差1示值（标称）相对误差2引用误差有时也称满度相对误差

5.测量系统静态误差合成

一个测量系统一般由若干个单元组成，这些单元在系统中称为环节。为了确定整个系统的静态误差，需将每一个环节的误差综合起来，称为误差的合成。两种方法1静态误差合成2方均根合成法

6.测量结果数据处理

两点要求：一是得到最接近被测量的近似值；二是估计出测量结果的误差，即给出测量结果的近似值范围。 传感器分类

7、传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有： （1）按被测量分类 可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速

度、温度、压力、 流量、流速等传感器。

（2）按测量原理分类 可分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。

8.传感器基本特性

灵敏度、分辨力、线性度、迟滞误差、稳定性、电磁兼容性、可靠性

9.桥式测量转换电路输出电压 ))(()(

43214231434211R R R R R R R R U R R R R R R U U U U i i da ba o ++-=+-+=-= )(44321R R R R R R R R U U i o ?-?+?-?≈

由于i i i

i K R R ε=?，当各桥臂应变片的灵敏度K 都相同时，有4321K K K K ===,则有 )(44321εεεε-+-≈

K U U i o 10.应变片类型与特点

半导体应变片金属薄膜式应变片金属箔式应变片金属丝式应变片金属应变片应变片 应变片具有体积小、价格便宜、准确度高、频率响应好等优点，被广泛应用于应变、应力、力、重量、扭矩等非电量测量中。

)()()(PTC CTR NTC 正温度系数热敏电阻临界温度型突变型负指数型负温度系数热敏电阻电阻）半导体热敏电阻（热敏

热敏电阻具有尺寸小、响应速度快、灵敏度高等优点。1、正温度系数：电阻的变化趋势与温度的变化趋势相同2、负温度系数：当温度上升时，电阻值反而下降

12.还原性气敏电阻类型及特点

测量还原性气体的气敏电阻一般是用322O Fe ZnO

SnO 或、等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂及其他添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。

气敏电阻的灵敏度较高，在被测气体浓度较低时有较大的电阻变

化，而当被测气体浓度较大时，其电阻率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性。

13.湿敏电阻类型及特点

湿敏电阻有金属氧化物湿敏电阻、高分子材料湿敏电阻1湿敏电阻对湿度的变化具有“湿滞特性，在吸湿和脱湿两种情况下的特性曲线不相重复，造成测量误差。2高分子湿敏电阻具有响应时间快、线性好、成本低等特点。

14.齐纳安全栅的组成

电流回路、电压回路、快速熔断器 自感传感器原理：

常用的自感传感器主要由绕组、铁芯、衔铁通过测杆与被测物体相接触、被测物体的位移引起绕组电感量的变化：变隙式、变截面角位移式、螺旋管式、差动

热敏电阻应用

热敏电阻用于测温2、用于温度补偿、用于温度控制及过热保护、高分子PTC自恢复熔断器、用于液面测量

还原性气敏电阻应用

用于气体测量检漏、浓度检测或超限报警1、煤气报警器、2酒精呼出检测仪

测量系统放大电路设计

放大电路类型的选择、放大倍数的选择、、放大器4个主要电阻阻值的确定、滤波电容的选择、放大器电源的选择

安全栅的接线

1安装在危险区的一次仪表电缆接到安全栅右端接线端子3.4上2、置于安全区的二次仪表电缆接到安全栅的右端接线端子1.2上3、安全栅在正常情况下不影响系统的功能，他被设置在安全区一侧4、安全栅必须可靠接地

电容传感器特点

可获得较大的相对变化量、能在恶劣的环境条件下工作、电容工作所需的激励源功率小、动态响应快