傳感器原理及工程應(yīng)用

1、傳感器原理及工程應(yīng)用第一章測(cè)量-測(cè)量是以確定被測(cè)定的值或獲取結(jié)果為目的的一系列操作測(cè)量:直接測(cè)量，間接測(cè)量，組合測(cè)量 引用誤差- 儀表精度等級(jí)是根據(jù)最大引用誤差來(lái)確定的。例：0.5級(jí)表的引用誤差的最大值不超過(guò)0.5%；1級(jí)表的引用誤差的最大值不超過(guò)1%。隨機(jī)誤差 在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量被測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變幻著的誤差稱為隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差 在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量被測(cè)量時(shí)，絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)，按一定規(guī)律（如線性、多項(xiàng)式、周期性等函數(shù)規(guī)律）變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。前者為恒值系統(tǒng)誤差，后者為變值系統(tǒng)誤差。粗大誤差 超處在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差，粗

2、大誤差又稱疏忽誤差。3準(zhǔn)則 通常把等于3的誤差成為極限誤差，對(duì)于正態(tài)分布的隨機(jī)誤差，落在3以外的概率只有0.27%，它在有限次測(cè)量中發(fā)生的可能性很小。3準(zhǔn)則就是如果一組測(cè)量數(shù)據(jù)中某個(gè)測(cè)量值的殘余誤差的絕對(duì)值Vi3，則該測(cè)量值為可疑值（壞值），應(yīng)剔除。 3準(zhǔn)則又稱萊以達(dá)準(zhǔn)則。3準(zhǔn)則是最常用也是最簡(jiǎn)單的判別粗大誤差的準(zhǔn)則，它應(yīng)用于測(cè)量次數(shù)充分多的情況。例1-1， P11第二章傳感器 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路和輔助電源組成。被測(cè)量信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件敏感元件 輔助電源（傳感器組成框圖）敏感元件 是指?jìng)?/p>

3、感器能直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。轉(zhuǎn)換原件 是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分 。 信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路 進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等。傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系。P29靈敏度 靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義是輸出量增量y與引起輸出量增量y的相應(yīng)輸入量增量x之比。用S表示靈敏度，它表示單位輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化，很顯然，靈敏度S值越大，表示傳感器越靈敏。線性度 傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。遲滯 傳感器在相同工作條件下，輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大

4、到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。重復(fù)性 重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谙嗤ぷ鳁l件下，輸入量按同一方向作全程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。（重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差）漂移 傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。（產(chǎn)生的原因：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等），最常見(jiàn)的漂移是溫度漂移）傳感器的動(dòng)態(tài)特性 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的響應(yīng)特性。P31傳感器的基本動(dòng)態(tài)特性方程 （1）零階系統(tǒng)，k為傳感器的靜態(tài)靈敏度或放大系數(shù)。（2）一階系統(tǒng)，傳感器的時(shí)間常數(shù)（3）二階系統(tǒng)，n傳感器的固有頻率P3

5、3第三章電阻應(yīng)變片的工作原理 電阻應(yīng)變片的工作原理基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。熱電阻效應(yīng) 熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。 靈敏系數(shù) P46電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法 P49全橋的補(bǔ)償和計(jì)算方法 P53電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 P5054第四章自感式傳感器的工作原理 P62 變磁阻式傳感器是非線性的差動(dòng)變隙式電感傳感器 P65差動(dòng)變壓器式傳感器：把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，故稱差動(dòng)變壓器式傳感

6、器。P70圖螺線管式差動(dòng)變壓器 P71電渦流現(xiàn)象（效應(yīng)） 塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈旋渦狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量。工作原理 P77渦流式傳感器的應(yīng)用（1）低頻透射式渦流厚度傳感器（2）高頻反射式渦流厚度傳感器（3）電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器。電渦流式傳感器的測(cè)量電路：1，調(diào)頻式電路 2，調(diào)幅式電路 P81第五章電容式傳感器的幾種類型：（1）變極距型電容式傳感器（非線性的） （2）變面積型電容式傳感器（線性的）（公式） （3）變介質(zhì)型電

7、容式傳感器（線性的）電容式傳感器的測(cè)量電路 （1）調(diào)頻電路 P93 （2）運(yùn)算放大器式電路 P93 （3）二極管雙T形交流電橋P93 （4）環(huán)形二極管充放電法 （5）脈沖寬度調(diào)制電路第六章壓電式傳感器 壓電式傳感器是一種有源傳感器，它是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。它可以用于力、加速度、速度、振動(dòng)以及流量等參數(shù)的測(cè)量。正壓電效應(yīng) 某些介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。逆壓電效應(yīng) 當(dāng)在電解質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電解質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生變形，

8、這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。（可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）壓電式傳感器用的是正向壓電效應(yīng) 壓電式傳感器的基本原理就是利用壓電材料的壓電效應(yīng)這個(gè)特性，即當(dāng)有力作用在壓電材料上時(shí)，傳感器就有電荷（或電壓）輸出。壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。壓電材料在應(yīng)變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，以供給測(cè)量回路一定的電流，故適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。P105圖6-5壓電式傳感器的測(cè)量電路（1）電壓放大器（阻抗變換器）（2）電荷放大器壓電式傳感器的應(yīng)用 （1）壓電式測(cè)力傳感器 （2）壓電式加速度傳感器 （3）壓電式金屬加工切削力測(cè)量 振動(dòng) （4）壓電式玻璃破碎報(bào)警器 第七章磁電式傳感器的兩種結(jié)構(gòu)：変磁通式和恒磁通式霍

9、爾效應(yīng)及霍爾原件 *霍爾效應(yīng) 置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。*霍爾元件不等位電勢(shì)補(bǔ)償 P120*霍爾元件的溫度補(bǔ)償 圖7-14霍爾元件基本結(jié)構(gòu) 由霍爾片、四根引線和殼體組成的其它P119第八章光電感式傳感器 是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，在通過(guò)光電器件把信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器外光電效應(yīng) 在外線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面的=向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光點(diǎn)效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管，光電倍增關(guān)，發(fā)光二極管，激光等內(nèi)光電效應(yīng) 在光線作用下，物體的導(dǎo)電

10、性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)?？梢苑譃椋海?）光電導(dǎo)效應(yīng)（2）光生伏特效應(yīng)。 例如：光敏電阻，晶體管光敏電阻 光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻原件，使用時(shí)既可以假直流電壓，也可以加交流電壓。無(wú)光照時(shí)，光明電阻阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，他的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。光敏電阻的主要參數(shù) （1）暗電阻與暗電流 光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱為暗電流 （2）亮電阻與亮電流 光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱為亮電流。 （3）光電流 亮電流與暗電流之差稱為光電流。光電池 P131 圖8-16光電耦合器件：原理 P