傳感器原理及工程應(yīng)用期末復(fù)習(xí)要點

1、傳感器原理及工程應(yīng)用第一章測量 測量是以確定被測定的值或獲取結(jié)果為目的的一系列操作測量:直接測量，間接測量，組合測量引用誤差 - 儀表精度等級是根據(jù)最大引用誤差來確定的。 例：0.5 級表的引用 誤差的最大值不超過± 0.5%； 1 級表的引用誤差的最大值不超過± 1%。隨機誤差 在同一測量條件下， 多次測量被測量時， 其絕對值和符號以不可預(yù)定方式變 幻著的誤差稱為隨機誤差。系統(tǒng)誤差 在同一測量條件下，多次測量被測量時，絕對值和符號保持不變， 或在條件改變時，按一定規(guī)律（如線性、多項式、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

2、差 超處在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差，粗大誤差又稱疏忽誤 差。3準則通常把等于 3的誤差成為極限誤差，對于正態(tài)分布的隨機誤差，落在± 3以外的概率只有 0.27%，它在有限次測量中發(fā)生的可能性很小。 3準則 就是如果一組測量數(shù)據(jù)中某個測量值的殘余誤差的絕對值Vi >3，則該測量值為可疑值（壞值），應(yīng)剔除。 3 準則又稱萊以達準則。 3準則是最常用也是 最簡單的判別粗大誤差的準則，它應(yīng)用于測量次數(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)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信 號的器件或裝置 傳感器是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路和輔助電源

3、組成 被測量 敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路輔助電源傳感器組成框圖）敏感元件 是指傳感器能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。轉(zhuǎn)換原件 是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸 或測量的電信號部分 。信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路 進行放大、運算調(diào)制等。傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸 出與輸入的關(guān)系。 P29靈敏度 靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個重要指標。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

4、性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(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 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)性是指傳感器在相同工作條件下， 輸入量按同一方向作全程連續(xù) 多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。 （重復(fù)性誤差屬于隨機誤差）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），最常見的漂移是溫度漂移）傳感器的動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應(yīng)特性。 P31傳感器的基本動

5、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)，傳感器的時間常數(shù)（ 3）二階系統(tǒng)， n傳感器 的固有頻率 P33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)生機械變形（拉伸或壓縮）時，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)進行溫度測量的，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)變片的溫度補償方法 P49全橋的補償和計算方法 P53電阻應(yīng)變片的測量電路 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變隙式電感傳感器 P65差動變壓器式傳感器 ：把

6、被測的非電量變化轉(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， 并且次級繞組用 差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。 P70 圖螺線管式差動變壓器 P71電渦流現(xiàn)象（效應(yīng)） 塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁 力線運動時， 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 是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量工作原理 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

7、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)型電容式傳感器（線性的） 電容式傳感器的測量電路 （1）調(diào)頻電路 P93（ 2）運算放大器式電路 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)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。它可以用于力、加速度、速度、振動以及流量等參數(shù)的 測量。正壓電效應(yīng) 某些介質(zhì)，當沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生 極化現(xiàn)象， 同

8、時在它的表面上便產(chǎn)生符號相反的的電荷， 當外力去掉后， 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)，可將機械能轉(zhuǎn)換為電能。逆壓電效應(yīng) 當在電解質(zhì)的極化方向上施加電場， 這些電解質(zhì)也會產(chǎn)生變形， 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)這個特性， 即當有力作用 在壓電材料上時，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)測量。 壓電材料在應(yīng)變力的作用下， 電荷可以不斷補 充，以供給測量回路一定的電流，故適用于動態(tài)測量。 P105 圖 6-5壓電式傳感器的測量電路 （1）電壓

9、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量 振動（ 4）壓電式玻璃破碎報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爾效應(yīng)及霍爾原件* 霍爾效應(yīng) 置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體， 當它的電流方向與磁場方向不一致 時，載流導(dǎo)體上垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢， 這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。* 霍爾元件不等位電勢補償 P120* 霍爾元件的溫度補償 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 是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，在通過光電器件 把

10、信號的變化轉(zhuǎn)換成電信號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 稱為外光點效應(yīng)。 向外發(fā)射的電子叫光電子。 基于外光電效應(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)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的 效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。可以分為： （ 1）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 光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻原件，使用時既可以假直流 電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光明電阻阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，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的 阻值稱為暗電阻，此時流過的電流稱為暗電流（ 2）亮電阻與亮電流 光敏電阻在受光照射時的電阻稱 為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。（ 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