传感器原理及工程应用期末复习 .doc

传感器原理及工程应用第一章测量-测量是以确定被测定的值或获取结果为目的的一系列操作测量:直接测量，间接测量，组合测量 引用误差- 仪表精度等级是根据最大引用误差来确定的。例：0.5级表的引用误差的最大值不超过±0.5%；1级表的引用误差的最大值不超过±1%。随机误差 在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变幻着的误差称为随机误差。系统误差 在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律（如线性、多项式、周期性等函数规律）变化的误差称为系统误差。前者为恒值系统误差，后者为变值系统误差。粗大误差 超处在规定条件下预期的误差称为粗大误差，粗大误差又称疏忽误差。3准则 通常把等于3的误差成为极限误差，对于正态分布的随机误差，落在±3以外的概率只有0.27%，它在有限次测量中发生的可能性很小。3准则就是如果一组测量数据中某个测量值的残余误差的绝对值Vi>3，则该测量值为可疑值（坏值），应剔除。 3准则又称莱以达准则。3准则是最常用也是最简单的判别粗大误差的准则，它应用于测量次数充分多的情况。例1-1， P11第二章传感器 传感器是能感受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装置。传感器是由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路和辅助电源组成。被测量信号调理转换电路转换元件敏感元件 辅助电源（传感器组成框图）敏感元件 是指传感器能直接感受或响应被测量的部分。转换原件 是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分 。 信号调理转换电路 进行放大、运算调制等。传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。P29灵敏度 灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量y与引起输出量增量y的相应输入量增量x之比。用S表示灵敏度，它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然，灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。线性度 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。迟滞 传感器在相同工作条件下，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称为迟滞。重复性 重复性是指传感器在相同工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。（重复性误差属于随机误差）漂移 传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。（产生的原因：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等），最常见的漂移是温度漂移）传感器的动态特性 传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。P31传感器的基本动态特性方程 （1）零阶系统，k为传感器的静态灵敏度或放大系数。（2）一阶系统，传感器的时间常数（3）二阶系统，n传感器的固有频率P33第三章电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应，即导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化。热电阻效应 热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。 灵敏系数 P46电阻应变片的温度补偿方法 P49全桥的补偿和计算方法 P53电阻应变片的测量电路 P5054第四章自感式传感器的工作原理 P62 变磁阻式传感器是非线性的差动变隙式电感传感器 P65差动变压器式传感器：把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。P70图螺线管式差动变压器 P71电涡流现象（效应） 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈旋涡状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。工作原理 P77涡流式传感器的应用（1）低频透射式涡流厚度传感器（2）高频反射式涡流厚度传感器（3）电涡流式转速传感器。电涡流式传感器的测量电路：1，调频式电路 2，调幅式电路 P81第五章电容式传感器的几种类型：（1）变极距型电容式传感器（非线性的） （2）变面积型电容式传感器（线性的）（公式） （3）变介质型电容式传感器（线性的）电容式传感器的测量电路 （1）调频电路 P93 （2）运算放大器式电路 P93 （3）二极管双T形交流电桥P93 （4）环形二极管充放电法 （5）脉冲宽度调制电路第六章压电式传感器 压电式传感器是一种有源传感器，它是以某些物质的压电效应为基础实现能量转换。它可以用于力、加速度、速度、振动以及流量等参数的测量。正压电效应 某些介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的表面上便产生符号相反的的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。这种现象称为正压电效应，可将机械能转换为电能。逆压电效应 当在电解质的极化方向上施加电场，这些电解质也会产生变形，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。（可将电能转化为机械能）压电式传感器用的是正向压电效应 压电式传感器的基本原理就是利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷（或电压）输出。压电式传感器不能用于静态测量。压电材料在应变力的作用下，电荷可以不断补充，以供给测量回路一定的电流，故适用于动态测量。P105图6-5压电式传感器的测量电路（1）电压放大器（阻抗变换器）（2）电荷放大器压电式传感器的应用 （1）压电式测力传感器 （2）压电式加速度传感器 （3）压电式金属加工切削力测量 振动 （4）压电式玻璃破碎报警器 第七章磁电式传感器的两种结构：変磁通式和恒磁通式霍尔效应及霍尔原件 *霍尔效应 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。*霍尔元件不等位电势补偿 P120*霍尔元件的温度补偿 图7-14霍尔元件基本结构 由霍尔片、四根引线和壳体组成的其它P119第八章光电感式传感器 是将被测量的变化转换成光信号的变化，在通过光电器件把信号的变化转换成电信号的一种传感器外光电效应 在外线作用下，物体内的电子逸出物体表面的=向外发射的现象称为外光点效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管，光电倍增关，发光二极管，激光等内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。可以分为：（1）光电导效应（2）光生伏特效应。 例如：光敏电阻，晶体管光敏电阻 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻原件，使用时既可以假直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光明电阻阻值（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，他的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。光敏电阻的主要参数 （1）暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流 （2）亮电阻与亮电流 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。 （3）光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。光电池 P131 图8-16光电耦合器件：原理 P132第九章半导体气敏传感器 是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的半导体气敏元件的分类 电阻型 非电阻型P153电阻型半导体气敏传感器 组成部分 敏感元件、加热器和外壳湿敏传感器：色敏传感器：实用酒精测试仪P163 （弄清楚）