检测与转换复习重点.pdf

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1、第一章1、检测系统的组成检测系统的组成：被检测的信息（传感器）（检测电路）（输出单元）2、传感器的定义传感器的定义（敏感元件、检测器、转换器、发讯器）：传感器是一种以一定精确度把被测量（非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的物理量（电量）的测量装置。3、传感器的组成传感器的组成：敏感元件敏感元件：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。转换元件转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。转换电路转换电路：将上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量参数。4、误差的分类误差的分类：按出现的规律，系统误差系统误差：同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保

2、持不变，或在条件改变时按一定规律变化的误差。不可避免的。（准确度准确度）随机误差随机误差：同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差。（精密度精密度）粗大误差粗大误差：超出规定条件下预期的误差。（可取性可取性）精确度精确度是反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响。测量误差的表示方法测量误差的表示方法：绝对误差绝对误差：是示值与被测量真值之间的差值。x=x-A0 x=x-A0(x x是示值，A0A0 为真值)，常以示值误差代表绝对误差x=x-A(A A 是实际值)相对相对误差误差：实际相对误差实际相对误差：A=A=x/A*100%x/A*100%示值相对误差：

3、示值相对误差：x=x=x/x*100%x/x*100%满满度度（引引用用）相相对对误误差差：n=n=x/xn*100%x/xn*100%最最大大满满度度误误差差nm=nm=xm/xn*100%xm/xn*100%a%a%(xmxm 是仪表示值中的最大绝对误差的绝对值，xnxn 为仪表的测量上限，a a 为准确度的等级指数)5、正态分布的随机误差分布规律的特点正态分布的随机误差分布规律的特点：对称性单峰性有界性抵偿性6、最小二乘法原理最小二乘法原理：是指测量结果的最可信赖值应在残余误差平方和为最小的条件下求出。7、传感器的静态特性传感器的静态特性(1,2,3,4,5,6)(1,2,3,4,5,6

4、)：被测量的值处于稳定状态时传感器的输出与输入的关系。线性度线性度：指传感器的输出与输入之间的线性程度。越小误差越小。灵敏度灵敏度：指传感器在稳态下的输出变化量y 与引起此变化的输入变化量x之比，用k 表示。越大越好。表征传感器对输入量变化的反应能力。迟滞迟滞：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间，其输出-输入特性曲线不重合的现象。小好。重复性重复性:R R指在同一工作条件下，输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度 5,零点漂移 6 温度漂移。第二章第二章1、电阻应变效应电阻应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械形变（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现

5、象。R=l/A2、电阻应变片的温度误差及其补偿电阻应变片的温度误差及其补偿：补偿原补偿原因：应变片由于温度变化所引起的电阻变化与试件（弹性元件）应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级。（1）温度误差：温度误差：电阻温度系数的影响。阻值随温度变化的关系式：RT=R0(1+T)（RT为温度为 T 时的电阻值，R0 为温度为 T0 时的电阻值，T=T-T0，为敏感栅材料的电阻温度系数）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不一致的影响。当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻。温度补偿方法温度补偿方法：1.电桥补偿法（包括补偿片法和差动电桥补偿法）。

6、应变片的自补偿法（选择式自补偿应变片，双金属敏感栅自补偿应变片）热敏电阻补偿法3、单臂电桥单臂电桥：由一个应变片构成，U=uk/4。差动半桥差动半桥：由两个应变片构成，U=uk/2。差动全桥差动全桥：由四个应变片构成，U=uk。单臂电桥的相对非线性误差=-0.5K.常采用半桥差动或全桥差动电路，以改善非线性误差和提高输出灵敏度。第三章1、电感传感器分为：电感传感器分为：自感式传感器【分为变气隙式自感传感器（适用于测量微小位移场合，非线性）、变面积式自感传感器（线性）、螺线管式自感传感器】，差动传感器，电容传感器,电涡流传感器。自感式传感器自感式传感器是把被测量变化转换成自 感 L 的 变 化，

7、通 过 一 定 的 转 换 电 路 转 化 成 电 压 或 电 流 输 出。2、调幅电路调幅电路的主要形式是交流电桥。Z11U ZUjLU LUU U0UAUBZ1 Z222Z2 r jL02L03、相敏检波电路的作用（相敏整流电路的优点）相敏检波电路的作用（相敏整流电路的优点）：使用相敏整流电路，输出电压U0不仅能反映衔铁位移 x 的大小和方向，而且还消除了零点残余电压的影响。4、当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压零点残余电压，记作 Ux。危害：它的存在使传感器的输出特性在零点附近不灵敏，限制分辨率的提高。零点残余电压太大

8、，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，阻塞有用信号的通过，致使仪器不再反映被测量的变化。产生原因产生原因：（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称（2）由于铁心的 B-H 特性的非线性，产生高次谐波不同，不能相互抵消。措施措施；（1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称、线圈对称（2）采用拆圈的实验方法减小零点残余电压（3）在电路上进行补偿（线路补偿方法有加串联电阻、加并联电容、加反馈电阻或反馈电容）。5、a（半波电压输出）和b（全波电压输出）适用于高阻抗负载，c（斑驳电流输出）和 d（全波电流输出）适用于低阻抗负载，R0用于调整零点残余电压。6、电容传感器有电容传感器有：变极距型电

9、容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。常用于压力，差压，液位，振动，位移，加速度，成分含量的测量。7、电容传感器测量电路电容传感器测量电路常用的有：调频电路（用于数字测量仪）、运算放大器电路（适用于非线性严重的情况,输出 U0 成线性）、差动脉宽调制电路（适用于变极距及变面积差动式电容传感器具有线性特性且转换率高）、双 T 型电桥电路（输出电压较高，可用来测量高速的机械运动，若传感器输入不为 0，则 c1 不等于 c2,I1不等 I2,此时在一个周期类通过 RL 的平均电流不为 0,应为产生输出电压 U0,且 U0 是电容c1,c2,的函数）等。8、当导体置于交变磁场或在固定磁

10、场中运动时，导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合，称为涡流涡流。涡流大小涡流大小与导体电阻率、磁导率、线圈与被测体的尺寸因子 r、线圈与导体的距离 x 以及线圈的激磁电流频率 f 等参数有关。9、电涡流传感器类型电涡流传感器类型：高频反射式（应用广泛）和低频透射式(要有一定厚度)第四章1、在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象称为外光电效应外光电效应，如光电管、光电倍增管。在光线的作用下使物体电阻率改变的现象称为内光电效应内光电效应，如光敏电阻等。在光线的作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象，称为阻挡层光电效用（即光生伏特效应），如光电池、光敏晶体等。2、光敏电阻光敏电阻的暗电阻越大，亮

11、电阻越小，则性能越好。也就是说，暗电流越小、光电流大的光敏电阻的灵敏度就高。3、光敏电阻的光电流与光强之间的关系，称为光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性。由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此它不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。4、光敏二极管在电路中一般是出于反向反向工作状态的。5、光电池光电池作为测量元件使用时，应把它当做电流源（线性）的形式使用，利用短路电流与光照度成线性关系的优点，而不要把它当做电压源（非线性）使用。6、n 位二进制码盘与循环码码盘都具有 2 n 种不同编码，其最小分辨力为种不同编码，其最小分辨力为：1 360/2n7、光导纤维光导纤维是

12、用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的，每一根光导纤维由一个圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率。BCWW8、横向莫尔条纹横向莫尔条纹（亮带与暗带）之间的距离为BH AB sin2sin22W 为光栅常数，/2 为亮（暗）带的倾斜角。9、莫尔条纹的技术特点莫尔条纹的技术特点：（1）调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了放大作用，又提高了测量精度 BH=W/0。（2）莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信号作进一步细分，即采用“倍频技术”，莫尔条纹移动量移动方向与光栅的移动量移动方向相对应。（这样可以提高测量精度或可以采用较粗的光栅）。（3）光电元件接受的并不只是固定一

13、点的条纹，而是在一定长度范围内所有刻线产生的条纹。（对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻线的局部误差和周期误差对于精度没有直接的影响。因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。）10、细分细分就是在莫尔条纹变化一周期时，不只输出一个脉冲，而是输出若干个脉冲，以减小脉冲当量提高分辨率。第五章1、半导体薄片置于磁场中，当它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产生电动势，这种现象称为霍尔尔效应效应。该电动势称为霍尔电势，半导体薄片称为霍尔元件。霍尔元件广泛用霍尔元件广泛用于电流、磁场、位移、压力等物理量的测量。霍尔传感器

14、是将被测物理量转换为电动势.的传感器。2、霍尔传感器工作原理霍尔传感器工作原理：1.1.答：如图所示的金属或半导体薄片，若在它的两端通过控制电流 I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强 度为 B 的磁场，那么，在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势 UH。这种现象称为霍尔效应。（4 分）霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果，当电场作用在运动电子上的电场力 fE与洛伦兹力 fc相等时，电子积累便达到动态平衡。这时，在薄片两横断面之间建立的电场称为霍尔电场 EH，相应的电动势称为霍尔电动势UH,其大小表示为：（4 分）R IBUHHd3、当霍尔元件的控制电流为额定值 IN时，若元件所

15、处位置的磁感应强度为 0，则他的霍尔电势应该为 0，这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势不等位电势U0。不等位电势不等位电势 U0U0 的补偿的补偿：一个矩形霍尔片有两对电极，各个相邻电极之间有 4 个电阻 R1、R2、R3、R4，因而可以把霍尔元件视为一个4 臂电阻电桥，不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。理想状况下，不等位电势为零，即电桥平衡，相当于 R1=R2=R3=R4，则所有能够使电桥达到平衡的方法均可用于补偿不等位电势，使不等位电势为零，所以补偿的方法很多，各有自己的特点。（温度误差的补偿方法并联电阻）4、为减小霍尔元件的温度误差减小霍尔元件的温度误差，除选用温度系数小的元

16、件或采用恒温措施外，采用恒流源供电是个有效的措施。5、石英晶体石英晶体：沿电轴（x 轴）方向的力作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；把沿机械轴（y 轴）方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应，在光轴（z 轴）方向时不产生压电效应。6、7、前置放大器的作用前置放大器的作用：一是把压电式传感器的微弱信号放大，二是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出。8、电压放大器，输出电压与输入电压成正比，与电荷放大器相比，它电路简单，元件少，价格便宜，线性度及稳定度好，工作可靠。电压放大器的特点：输出电压与输入电压成正比，线路简单，但易受电缆电容的影响，低频特性较差。电荷放大器电荷放大器，输出电

17、压与输入电荷成正比，它能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源。在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。电荷放大器的特点电荷放大器的特点：输出电压与输入电荷成正比，线路复杂，不易受电缆电容影响，低频特性较好。第六章1、常用热电阻常用热电阻：（1）铂热电阻：铂的物理、化学性能非常稳定，是目前制造热电阻的最好材料。工业用标准铂电阻在 0 度时，R0分别为 50和 100，分度号分别为 Pt50 和 Pt100.（2）铜热电阻：阻值 Rt=R0（1+t）2、热敏电阻可分为热敏电阻可分为正温度系数（PTC）、负温度系数（NTC）和临界温度系数（CTR）3 种类型。3、经常使用电桥电桥作为传感器的测量

18、电路，精度较高的是自动电桥。为了消除由于连接导线电阻环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。4、热电偶组成的两个因素热电偶组成的两个因素：接触电势（主要），温差电势。5、热电偶的基本定率：热电偶的基本定率：匀质导体定律匀质导体定律：由一种均匀导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不产生热电势。中间中间导体定律导体定律：在热电偶回路中，冷端断开接入与 A，B 电极不同的另一导体（称为中间导体 C），只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电势不受导体接入的影响。连接导体定律连接导体定律：在热电偶回路中，如果热电极 A 和 B 分别与连接导体 A和

19、 B相接，其接点温度分别为 T，Tn和T0，则回路的总热电势等于热电偶的热电势 EAB（T，Tn）与连接导体的热电势 EAB(Tn,T0)之代数和。6、热电偶的冷端处理原因热电偶的冷端处理原因：热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定时，才能通过测量热电势的大小得到热端的温度。方法方法：补偿导线法、热电偶冷端温度恒温法、计算修正法、冷端补偿电桥法。无油时，起始电容无油时，起始电容 Cx=Cx0Cx=Cx0，若使，若使 Cx0=C0Cx0=C0，此时输出为零，指针指零，电桥无，此时输出为零，指针指零，电桥无输出，系统处于平衡状态输出，系统处于平衡状态 E1C

20、x0=E2C0;E1Cx0=E2C0;油量变化时，油量变化时，Cx=Cx0+Cx=Cx0+CxCxCx=k1Cx=k1h h电桥不平衡输出电桥不平衡输出 U U 放大两相电机转动减速放大两相电机转动减速指针指示电位器电刷转动指针指示电位器电刷转动 改变改变 E E电桥恢复平衡输出电压为零、电桥恢复平衡输出电压为零、电机停止转动、电机停止转动、指针停在某角度上。指针停在某角度上。指针转角与指针转角与 h h 成线性关系成线性关系在新的平衡位置：E（1Cx0Cx)(E2 E)C0EEE 1Cx1k1h代入初始平衡条件：CC0指针转角与指针转角与 h h 成线性关系成线性关系0线性电位器 k2EE1k1k2hC0