传感器的原理及应用.doc

Chapter1
1．传感器的静态特性主要有那些？说明什么是线性度？
传感器的特性主要是指传感器的输入（被测量）与输出（电量）的关系。静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。传感器的静态特性主要有：线性度、迟滞性、灵敏度、稳定性、重复性、阈值等。
传感器的静特性曲线可实际测试获得，用下列多项式程表示为：

式中y为输出量、x为输入量、为零点输出、为理论灵敏度、为非线性项系数。在获得特性趋向之后，可以说问题已经得到解决。但是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，进行显性化处理。一般来说，这些办法都比较复杂。所以在非线性误差不太大的情况下，总是采用直线拟合的方法来线性化。
在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线之间的最大偏差，就称为非线性误差，也就是线性度： %
由此可见，非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得来的。拟合直线不同，非线性误差也不同。所以，选择拟合直线的主要出发点，应是获得最小的非线性误差。另外，还应考虑使用是否方便，计算是否简便。

2．什么是传感器的静态误差？传感器的静态误差是如何评定的？
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。
静态误差的求取方法如下：把全部输出数据与拟合直线上对应值的残差，看成是随即分布，求出其标准偏差，即

式中—各测试点的残差；n—测试点数。
取2和3值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相对误差来表示，即
（1-15）
静态误差也是一向综合指标，他基本上包括了前面叙述的非线性误差、迟滞误差、重复性误差、灵敏度误差等，若者几项误差是随机的、独立的、正态分布的，也可以把这几个单项误差综合而得，即：

3.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：
铂电阻温度传感器：0.45Ω/℃
电桥：0.02V/Ω
放大器：100(放大倍数)
笔式记录仪：0.2cm/V
求：(1)测温系统的总灵敏度；
(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。
解：（1）测温系统的总灵敏度为cm/℃
（2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值为:
℃

4.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?
解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器。

5.何谓结构型传感器?何谓物性型传感器?试述两者的应用特点。
结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。对于传感器来说，这些方程式也就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。
物理型传感器是利用物质定律构成的，如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，物理型传感器的性能随材料的不同而异。例如，光电管就是物理型传感器，它利用了物质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等特性能变化的传感器，都属于物理型传感器。

6．图1所示为一种膜合式压力传感器。试用这个例子说明传感器的组成原理。
答：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路组成，它是一种典型的结构型传感器。
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。图1中，膜盒2的下半部分与壳体1固接，上半部分通过连杆与磁芯4相连，磁芯4置于两个电感线圈3中，后者接入转化电路5。这里的膜盒就是敏感元件，其外部与大气压力相通，内部感受被测压力。当变化时，引起膜盒上半部分移动，即输出相应的位移量。

图1气体压力传感器
转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。在图0-2中，转换元件是可变电感线圈3，它把输入的位移量转换成电感的变化。
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。传感器只完成被测参数至电量的基本转换，然后输入到测控电路，进行放大、运算、处理等进一步转换，以获得被测值或进行过程控制。
7.什么叫传感器?它由哪几部分组成?它们的作用与相互关系