傳感器(唐文彥)總復(fù)習(xí)

—?電阻式傳感器基本原理:將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。應(yīng)變式傳感器工作原理：金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形（伸長或縮短）的大小發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，靈敏度較高，適用于動態(tài)測量。1） 橫向效應(yīng)：將直的電阻絲繞成敏感柵之后，雖然長度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應(yīng)。為了減少橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測量誤差，一般多采用箔式應(yīng)變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻變化量也就小得多。2） 機(jī)械滯后應(yīng)變片安裝在試件上以后，在一定溫度下，其（△R/R）-￡的加載特性與卸載特性不重合，在同一機(jī)械應(yīng)變值sg下，其對應(yīng)的AR/R值（相對應(yīng)的指示應(yīng)變百）不一致。加載特性曲線與卸載特性曲線的最大差值A(chǔ)sm稱應(yīng)變片的滯后。機(jī)械滯后產(chǎn)生的原因：敏感柵、基底和粘合劑在承受機(jī)械應(yīng)變后所留下的殘余變形所造成的.3） 零漂（P0）:粘貼在試件上的應(yīng)變片，在溫度保持恒定、不承受機(jī)械應(yīng)變時(shí)其電阻值隨時(shí)間而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零漂。4） 蠕變（。）：如果在一定溫度下，使其承受恒定的機(jī)械應(yīng)變其電阻值隨時(shí)間而變化的特性，稱為應(yīng)變片的蠕變.一般蠕變的方向與原應(yīng)變量變化的方向相反。5） 最大工作電流：是指允許通過應(yīng)變片而不影響其工作的最大電流值。6） 絕緣電阻：是指應(yīng)變片的引線與被測試件之間的電阻值。通常要求50MQ?100MQ以上.7）電阻式應(yīng)變片的溫度誤差：當(dāng)測量現(xiàn)場環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測量帶來的附加誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。對應(yīng)變片溫度誤差產(chǎn)生的主要因素進(jìn)行分析：1。電阻溫度系數(shù)的影響;2。測試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)影響.（完整word版）傳感器（唐文彥）總復(fù)習(xí)溫度補(bǔ)償方法：（1）線路補(bǔ)償法（加溫度補(bǔ)償電阻）：利用電橋的和、差原理來達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康?（2）自補(bǔ)償法（選材）：主要是通過精心選配敏感柵材料與應(yīng)變片結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償.2。壓阻式傳感器工作原理：對半導(dǎo)體材料施加外力作用時(shí)，除了產(chǎn)生形變之外，材料的電阻率也要發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為"壓阻效應(yīng)"。特點(diǎn)：壓阻式應(yīng)變片的靈敏度比金屬絲式的要高50?80倍；半導(dǎo)體材料的應(yīng)變片尺寸小、橫向效應(yīng)小、滯后和蠕變都很小。二.電感式傳感器基本原理：將電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量（自感或互感）的一種裝置.可用來測位移、壓力、振動等多種非電量，既可用于靜態(tài)測量，又可用于動態(tài)測量。1。自感式傳感器一變磁阻式傳感器原理：銜鐵移動導(dǎo)致氣隙變化導(dǎo)致電感量變化，從而得知位移量的大小方向.1） 變氣隙式自感傳感器（改變l5——磁路中氣隙長度）須保持氣隙磁通截面積不變；輸出特性是非線性的；靈敏度隨著氣隙的增加而減??；為保證一定的測量范圍和線性度，通常5=0.1?0.5mm,AS=（1/5?1/10）5。2） 變面積式自感傳感器（改變S）須保證氣隙長度保持不變；磁通面積隨著被測量改變，即銜鐵水平方向移動；輸出特性呈線性；（完整word版）傳感器（唐文彥）總復(fù)習(xí)可以得到較大的線性范圍.3）螺管式自感傳感器（改變M）由于空氣氣隙大,磁路的磁阻大，所以靈敏度比前面兩種要低；可以使線圈繞組均勻排列，來得到較大的線性工作范圍。自感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路：將傳感器的電感量接入不同的轉(zhuǎn)換電路之后，可以被轉(zhuǎn)換成電壓（或者電流）的幅值、頻率、相位的變化，這些轉(zhuǎn)換電路相應(yīng)的被稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。2。 互感式傳感器一差動變壓器原理：把非電量的變化轉(zhuǎn)化為互感量的變化，互感式傳感器是一種線圈互感隨著銜鐵位移變化的變磁阻式傳感器。）零位誤差-一零點(diǎn)殘余電壓：差動自感式傳感器當(dāng)銜鐵位于中間平衡位置時(shí)，電橋的輸出在理論上應(yīng)該為零，但實(shí)際總是存在一個(gè)零點(diǎn)不平衡電壓輸出。零點(diǎn)殘余電壓的危害：（1）過大的零點(diǎn)殘余電壓會導(dǎo)致放大器提前飽和；（2）使電路產(chǎn)生零點(diǎn)錯(cuò)誤動作；（3）零點(diǎn)殘余電壓中的基波正交分量會使傳感器的輸出產(chǎn)生大小隨輸入信號而變化的相移。消除零點(diǎn)殘余電壓：（1）銜鐵、骨架等零件保證足夠的加工精度，兩線圈的繞制要一致;（2）合理選擇磁性材料與激勵電流，使傳感器工作在磁化曲線的線性區(qū)；磁性材料要選擇磁滯小的材料，并保證其加工精度，消除內(nèi)部應(yīng)力；（3）減少激勵源的諧波成分、采用屏蔽外殼進(jìn)行電磁屏蔽（4）采用適當(dāng)?shù)碾娐反胧热缣砑哟?lián)電阻消除基波零位電壓、添加并聯(lián)電容去除基波正交分量等.3。 電渦流電感式傳感器特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單，易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強(qiáng).1） 電渦流效應(yīng):塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動，磁通變化，產(chǎn)生電動勢，電動勢將在導(dǎo)體表面形成閉合的電流回路.2） 趨膚效應(yīng)：電渦流只集中在導(dǎo)體表面的現(xiàn)象。3） 電渦流的貫穿深度是指把電渦流強(qiáng)度減小到表面強(qiáng)度的1/e處的表面厚度。（完整word版）傳感器（唐文彥）總復(fù)習(xí)影響渦流傳感器靈敏度的因素：（1）被測體材料對測量影響（2）被測體大小和形狀對測量的影響（3）傳感器形狀和大小對傳感器的靈敏度影響三.電容式傳感器工作原理：電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、分辨力高、適應(yīng)性強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、易實(shí)現(xiàn)非接觸測量等.由于材料、工藝，特別是測量電路及半導(dǎo)體集成技術(shù)等方面已達(dá)到了相當(dāng)高的水平，因此寄生電容的影響得到較好地解決，使電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮.1。 變面積型電容傳感器2。 變介質(zhì)型電容傳感器）邊緣效應(yīng)：當(dāng)極板厚度h與極距8之比較大時(shí)，邊緣效應(yīng)的影響就不能忽略.此時(shí)，計(jì)算電容時(shí)必須引入邊緣效應(yīng)因子。消除邊緣效應(yīng):采用保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。）寄生電容:寄生電容對傳感器的輸出特性有嚴(yán)重干擾，甚至?xí)蜎]有用信號.消除寄生電容：（1）增加傳感器原始電容值（2）注意傳感器的接地和屏蔽（3）集成化，將傳感器與測量電路本身或其前置級裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去傳感器的電纜引線（4）驅(qū)動電纜法（5）整體屏蔽法）溫度影響：溫度變化使傳感器內(nèi)各零件的幾何尺寸和相互位置及某些介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變從而改變傳感器的電容量，產(chǎn)生溫度誤差.消除溫度影響：設(shè)計(jì)電容式傳感器時(shí)，需根據(jù)使用環(huán)境適當(dāng)選擇材料（結(jié)構(gòu)尺寸對溫度不敏感、介電常數(shù)溫度系數(shù)較小）。.磁電式傳感器工作原理：磁電式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器1）磁電感應(yīng)式傳感器分為恒定磁通式和變磁通式1?；魻柺絺鞲衅鳎夯诨魻栃?yīng)原理而將被測量，轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器1） 霍爾效應(yīng):金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流與磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢2） 磁阻效應(yīng)：霍爾元件的內(nèi)阻隨磁場的絕對值增加而增加3） 霍爾元件的誤差：零位誤差、溫度誤差零位誤差主要包括：不等位電動勢（主要誤差）寄生直流電動勢不等位電動勢：當(dāng)霍爾元件在額定控制電流作用下，不加外磁場時(shí)，霍爾輸出端之間的空載電動勢4） 不等位電動勢U。產(chǎn)生原因:由于制造工藝不可能保證將兩個(gè)霍爾電極對稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點(diǎn)不可能完全位于同一等位面上.此外，霍爾片電阻率不均勻或片厚薄不均勻或控制電流極接觸不良都將使等位面傾斜，致使兩霍爾電極不再同一等位面上而產(chǎn)生不等動電動勢降低不等位電動勢U。：1。工藝上采取措施2.補(bǔ)償電路5） 寄生直流電動勢：當(dāng)霍爾元件通以交流控制店里路而不加外磁場時(shí)，霍爾輸出除了交流不等位電動勢外，還有直流電動勢分量防止措施:在元件制作和安裝時(shí)，應(yīng)盡量使電極歐姆接觸，并做到散熱均勻，有良好的散熱條件6） 霍爾元件的溫度補(bǔ)償方法：1.采用橫流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻合理選取負(fù)載，電阻Rn的阻值采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻采用溫度補(bǔ)償元件（熱敏電阻、電阻絲等）霍爾元件不等位電動勢U。的溫度補(bǔ)償磁致伸縮效應(yīng)一-焦耳效應(yīng)：鐵磁性材料在磁場中磁化時(shí)，在磁場方向上會伸長或縮短，長度或體積會發(fā)生微小的變化,去掉磁場之后，又恢復(fù)到原來形狀，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)，也被稱為焦耳效應(yīng)。逆磁致伸縮效應(yīng)：磁性材料受力形成磁彈性能，使磁化強(qiáng)度矢量重新取向，從而改變受力方向上的磁導(dǎo)率，這種現(xiàn)象稱為逆磁致伸縮效應(yīng)。對于磁性棒材：磁性棒材在軸向和圓周方向的磁場磁化過程中，棒材發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，被稱為魏德曼效應(yīng)。五.壓電式傳感器1。 正壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在一定方向上受外力而產(chǎn)生變形時(shí)其內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在該電介質(zhì)兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)夕卜力消失，電介質(zhì)又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)夕卜力變向,電荷極性也隨之改變。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象，被稱為"正壓電效應(yīng)"，簡稱壓電效應(yīng)。2。 逆壓電效應(yīng)：在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，同樣會引起電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心的相對位移而導(dǎo)致電介質(zhì)產(chǎn)生形變，這種現(xiàn)象被稱為"逆壓電效應(yīng)"，也被稱為電致伸縮效應(yīng)3）等效電路：從壓電效應(yīng)的現(xiàn)象可以看出，壓電元件既是一個(gè)電荷發(fā)生器，又是一個(gè)有源的電容器.當(dāng)需要壓電元件輸出電壓時(shí)，可以把它等效成一個(gè)與電容串聯(lián)的電壓源：當(dāng)需要壓電元件輸出電荷時(shí)，可以把它等效成一個(gè)與電容并聯(lián)的電荷源。六.光電式傳感器光電效應(yīng)：物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)，稱為光電效應(yīng)。外光電效應(yīng):在光的照射下，使物體內(nèi)的電子逸出物體表面而產(chǎn)生光子發(fā)