传感器原理及其应用 复习知识点总集（李艳红、李海华主编版）

1. ▲传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。由敏感元件、转换元件和测量电路组成。 2. ▲光电效应分类：外光电效应、光电导效应、光伏特效应。

3. ▲电容式传感器分类：改变极板面积的变面积式；改变极板距离的变间隙式；改变介电常数的变介常数式。 4. ▲晶体X轴Y轴Z轴分别叫什么X:电轴，Y：机械轴，Z：光轴

5. 电感式传感器分类：自感式传感器、差动变压式传感器、电涡流传感器。

6. 热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成

7. 应变片从制作材料上看可以分为金属电阻应变片和半导体应变片；金属电阻应变片从制

作方法和结构形式可以分为丝式、箔式、薄膜式

8. 智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维、判断功能的传感器，它不仅具有传统传感器的所有功能，而且具有数据处理、故障诊断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通信等很多功能。它向多功能化、网络化、微型化、数字化发展。 9. 传感器的静态量是指不随时间变化的信号或变化极其缓慢的信号（准静态），动态量是指周期信号、瞬时信号或随机信号。

1. ▲电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下会产生机械形变，其电阻值也发生相应改变

2. ▲涡流效应：根据法拉第电磁感应原理，块状金属置于变化的磁场中，导体内将产生呈

涡旋状的感应电流。 3. ▲压阻效应：由于应力的作用而使材料电阻率发生变化的现象。

4. ▲不等位点势：由于两个霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上，半导体材料的电阻率率不均匀或几何尺寸不均匀，以及控制地电路接触不良等原因使得霍尔电势不为零，则此时的霍尔电势为不等位点势。

5. ▲热电效应：把不同的金属组成一个闭合回路，加热其中一个节点，则在回路中就有电

流产生 6. 温度补偿：由于温度变化会引起应变片电阻阻值变化，对测量造成误差，因此要进行消

除误差或对桥路输出进行补偿。 线路补偿方法：利用电桥相邻两臂同时产生大小相等、符号相同的电阻增量不会破坏电桥平衡的特性来达到补偿的目的

7. ▲正电压效应：将机械能转化为电能的现象

8. 霍尔效应：半导体薄片置于磁场中，当他的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片

上平行于电流和磁场方向的两个面之间会产生电动势 9. 传感器的静态特性：

线性度是指其输入量与输出量之间的实际关系曲线（即静态特性曲线）偏离直线的程度。

灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化量与引起次变化的输入变化量之比 迟滞是传感器在正反行程期间，其输出-输入特性曲线不重合的现象 重复性是指在输入按同一方向连续多次变动时所的特性曲线不一致的程度

分辨率是指在规定测量范围内所能检测到的输入量的最小变化量

漂移是指在外界干扰下，输出量发生与输入量无关的变化，包括零点漂移和灵敏度漂移等。

10.压电元件并联时Q=2q，C=2c，U=u；串联时Q=q,C=0.5c，U=2u 二．▲误差的分类：工具误差、方法误差、环境误差、人员误差。 按照误差的特点和性质可分为

随机误差：产生误差的原因及误差数值的大小和正负是随机的，没有确定的规律性。

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系统误差：在同一条件下多次测量同一物理量，其误差不变或按一定规律变化。 粗大误差：误差数值特别大，超出规定条件的预算值，测量结果中有明显错误的误差。 误差的表达方式：绝对误差△x是指测得值x与真值x0之差。

相对误差是指绝对误差与被测真值的比值，通常用百分数表示。

一．▲直流电桥的平衡条件：U为电源电压，给电桥供电，RL为负载电阻。 当RL→∞时，可以求得电桥的输出电压为

当U0=0时，电桥处于平衡状态，此时电桥无输出，则有R1R3=R2R4但R1≠R2≠R3≠R4 单臂电桥电路：接入桥臂的4个电阻只有1个为应变片，假如R1为应变片， 受力时产生的电阻增量为△R≠0，其他3个为固定阻值电阻， 即△R2=△R3=△R4=0.在这种单臂工作状态下，电桥输出电压变化为

把电桥的平衡条件R1R2=R3R4代入并化简，忽略高阶无穷小量可得

二．双T形电桥电路

高频电源u提供幅值为U的方波, 当电源电压u处于正半周时， VD1导通，VD2截止。C1被快速充电至电压U，电源U经R1以电流 I1向负载电阻RL供电。如果电容C2在初始时已充电，则C2经电阻R2

和RL放电，放电电流为I2，所以流经RL的电流IL为I1和I2的代数和。 当电源电压u处于负半周时, VD1截止VD2导通。C2被快速充电至电

压U，电源U经R2以电流I′2向负载电阻RL供电。而电容C1则经电阻R1和RL放电，放电电流为I′1，所以流经RL的电流 I′L为 I′1和 I′2的代数和。

由于VD1和VD2特性相同，R1=R2=R,且在初始状态时C1=C2，则在电源电压的一个周期内流过负载RL的电流IL与 I′L的平均值大小相等，方向相反，即平均电流为零，在RL上无信号输出。

三．变电器电桥电路的差动接法

C1和C2以差动形式接入相邻两个桥臂，另外两个桥臂为次级线圈。 在交流电路中，C1和C2的阻抗分别为Z1=1/jwC1；Z2=1/jwC2； 则有 I=ù/(Z1+Z2),所以,当输出为开路时,电桥的空载输出电压为

1. 差动电容式压力传感器的主要结构为一个膜片动电极和两 个在凹形玻璃上电镀成的固定电极组成的差动电容器。当被测 电压或压力差作用于膜片并使之产生位移时，形成的两个电容 器的电容量，一个增大，一个减小。该电容值德尔变化经测量 电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。

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VD1 2. 相敏检波电路的工作原理

（1） 当差动衔铁处于中间位置时，Z1=Z2=Z，输出电压U0=0. （2） 当衔铁偏离中间位置而使Z2=Z+△Z增加时，Z1=Z-△Z

u 减少，当电源u上端为正，下端为负时，电阻R2上的压降大于 R1上的压降；当u上端为负，下端为正时，电阻R2上的压降小 于R1上的压降，则电压表的输出都是下端为正，上端为负。

（3） 当衔铁偏离中间位置而使Z2=Z-△Z增加时，Z1=Z+△Z减少，当电源u上端为正, 下端为负时，电阻R2上的压降小于R1上的压降；当u上端为负，下端为正时，电阻R2上的压降大于R1上的压降，则电压表的输出都是下端为负，上端为正。 3. 光电管的工作原理

正常工作时，阳极电位高于阴极。在入射光频率大于“红限”频率的前提下，光电管的阴极表面受到光照射后便发射光电子，从阴极逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流。如果在外电路中串入电阻，则电阻上就会产生电压降，该电压和电流随光照强度而变化，与光强成一定的函数关系，从而实现光/电转换 4. ▲光敏电阻的工作原理

光线照射光敏电阻时，若光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够的强，光导材料价带上的电子将激发到椡带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，因材料中的电子空穴对增加，其电导率变大，电阻值会急剧减小，电路中电流增加；光照消失时，电阻会恢复原值。

5. 热电偶的工作原理

通常把两种不同金属的组合称为热电偶，两端称为热点极，温度高的结点称为测量 端，而温度低的结点称为参考端。利用热电偶把被测温度信号转变为热电势信号，用电测仪表测出电势大小，就可间接求得被测温度值。T与T0的温差越大，热电偶的输出电动势越大；温差为零时，热电偶的输出电动势为0

Z1 Z2 VD2 V VD4 VD3 R2 RU0 3

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