傳感器與檢測(cè)技術(shù)期末要點(diǎn)復(fù)習(xí)

1、傳感器概念1 .傳感港是一種以一定精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于 應(yīng)用某種物理量測(cè)量裝置。2 .傳感器組成按定義一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路三部 分組成。3 .靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞅粶y(cè)輸入量各個(gè)值為不隨時(shí)間變化恒定信號(hào)時(shí)，系 統(tǒng)輸出與輸入之間關(guān)系。主要包括線性度，靈敏度，遲滯，重復(fù)性，漂 移，分辨力等。4 .線性度又稱非線性，是表征傳感器輸入量-輸出量之間實(shí)際關(guān)系曲線偏 離擬合直線成程度指標(biāo)。5 .靈敏度是傳感冷靜態(tài)特性一個(gè)重要指標(biāo)，為傳感器在穩(wěn)態(tài)條件下輸出變 化量與相應(yīng)輸入變化量之比。6 .提高傳感器性能技術(shù)途徑：1采用線性化技術(shù)，2采用閉環(huán)技術(shù)，3采 用補(bǔ)償和校正

2、技術(shù)，4采用差動(dòng)技術(shù)。測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1 .測(cè)量就是借助專用手段和技術(shù)工具，通過實(shí)驗(yàn)方法，把被測(cè)量與同種性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，2 .根據(jù)測(cè)量過程特點(diǎn)分類可分為直接測(cè)量，間接測(cè)量和組合測(cè)量。3 .根據(jù)測(cè)量方式可分為偏差式測(cè)量，零位式測(cè)量與微差式測(cè)量。4 . 一個(gè)完整檢測(cè)控制系統(tǒng)通常由傳感器測(cè)量電路，顯示記錄裝置或調(diào) 節(jié)執(zhí)行裝置和電源等幾部分組成。5 .傳感器通常以電信號(hào)形式輸出，以便于傳輸，轉(zhuǎn)換，處理和顯示。6 .傳感器是感受被測(cè)量大小，并輸出相對(duì)應(yīng)可用輸出信號(hào)器件或裝置。7 .絕對(duì)誤差是指測(cè)量結(jié)果測(cè)量值與被測(cè)量真值之間差值。相對(duì)誤差定 義為絕對(duì)誤差與真值比值，通常用絕對(duì)誤差來評(píng)價(jià)相同被測(cè)量精度

3、高低，用相對(duì)誤差評(píng)價(jià)不同被測(cè)量測(cè)量精度高低。引用誤差為絕對(duì) 誤差與測(cè)量儀表滿量程百分比，分為，0. 1 , 0. 2, 0. 5, 1. 0, 1. 5, 2. 5, 5. 0,七個(gè)等級(jí)。8 .隨即誤差服從正態(tài)分布，1對(duì)稱性2有界性3單峰性4抵償性。9 .測(cè)量精度可細(xì)分為準(zhǔn)確度，精密度和精確度。10 .減小系統(tǒng)誤差方法，1消除系統(tǒng)誤差產(chǎn)生根源2引入更正值法3采 用特殊測(cè)量方法消除系統(tǒng)誤差，直接比較法，替代法，交換法，微 差法。電阻式傳感器1 .電阻式傳感器通過電阻參數(shù)變化來達(dá)到非電量電測(cè)目。它基本原理是將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成電阻值變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸 出。2 .金屬應(yīng)變片又有絲式，箔式

4、，薄膜式之分。3 .應(yīng)變片其核心部分是敏感柵，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換?；?，蓋層4 . 一根金屬導(dǎo)線受軸向力作用而被拉長或伸縮時(shí)，其電阻值將發(fā)生變 化，這種效應(yīng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。電感式傳感器1 .電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)變化來實(shí)現(xiàn)非電量電 測(cè)一種裝置。它有結(jié)構(gòu)與簡單，靈敏度高，輸出功率大，輸出阻 抗小，抗干擾能力強(qiáng)及測(cè)量精度高等特點(diǎn)。2 .電感式傳感器種類很多，一般分為自感式和互感式兩大類，通常 講電感式傳感器指是自感師傳感潛，而互感式傳感潛由于是利用 變壓器原理，有往往做成差動(dòng)形式，所以常稱為差動(dòng)變壓器式傳 感器。3 .自感式傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶氣隙鐵心線圈，按磁路幾何參數(shù)變 化形式不

5、同，有變氣隙式，變面積式與螺管式三種。4 .變氣隙型靈敏度高，但非線性誤差較大，且制作裝配比較困難。 變面積型靈敏度比變氣隙型靈敏度低，但線性較好，量程較大， 使用比較廣泛。螺管式靈敏度低，量程大，結(jié)構(gòu)簡單且易于制 作和批量生產(chǎn)，常用于測(cè)量精度要求不高場(chǎng)合。5 .電渦流效應(yīng)置于變化磁場(chǎng)中塊狀金屬導(dǎo)體或在磁場(chǎng)中做切割磁 感線塊狀金屬導(dǎo)體，則在此塊狀金屬導(dǎo)體內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生漩渦狀感應(yīng) 電流現(xiàn)象，稱為電渦流效應(yīng)。6 .差動(dòng)變壓器式傳感潛應(yīng)用它由懸臂梁和差動(dòng)變壓器構(gòu)成，測(cè)量 時(shí)，將懸臂梁底座及差動(dòng)變壓器線圈骨架固定將銜鐵A端與被測(cè) 振動(dòng)體相連，此時(shí)傳感潛作為加速度測(cè)量中慣性元件，它位移與 被測(cè)加速度成正比，

6、使加速度測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰茰y(cè)量，當(dāng)被測(cè)體帶 動(dòng)銜鐵以xt震動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致差動(dòng)變壓器輸出電壓也按規(guī)律變化。7 .電渦流式傳感潛在軟磁材料制成輸入軸上加工一鍵槽，在距輸 入表面d初設(shè)置電渦流傳感器，輸入軸與被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸相連。當(dāng)被 測(cè)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電渦流傳感器與輸出軸距離變?yōu)閐+d,由于電 渦流效應(yīng)使傳感器線圈阻抗隨d變化而變化，這種變化將導(dǎo)致震 蕩諧振回路品質(zhì)因發(fā)生變化，它們將直接影響震蕩器電壓幅值和 振蕩頻率。因此隨著輸入軸旋轉(zhuǎn)，從震蕩潛輸出信號(hào)中包含有與 轉(zhuǎn)速成正比脈沖頻率信號(hào)。該信號(hào)由檢波潛檢出電壓幅值變化量, 然后經(jīng)整形電路輸出頻率為f脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)電路處理便可 得到被測(cè)轉(zhuǎn)速。8 .可實(shí)現(xiàn)非接觸

7、式測(cè)量，抗污染能力很強(qiáng)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)600000.9/10電容式傳感器1 .電容式傳感器是以各種類型電容器作為敏感元件，將被測(cè)物 理量變化轉(zhuǎn)換為電容量變化，再由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓，電 流或頻率，一達(dá)到測(cè)量目。2 .變極距型具有很高靈敏度，用一測(cè)量微小位移如納米級(jí)，變 面積型有較大量程，變介質(zhì)型主要用以測(cè)量液體位移，材 料厚度，空氣濕度，3 .電容式傳感器結(jié)構(gòu)加有預(yù)張力不銹鋼膜片作為感壓敏感 元件，同時(shí)作為可變電容活動(dòng)極板。電容兩個(gè)固定極板是在 玻璃基片上鍍有金屬層球面基片。在壓差作用下，膜片凹向 壓力小一面，導(dǎo)致電容量發(fā)生變化。磁敏式傳感器1 .磁敏式傳感器是基于磁電轉(zhuǎn)換原理傳感器,2 .當(dāng)蟲

8、遮垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)和電 流方向兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差,這一現(xiàn)象就是霍爾效 應(yīng)。3 .不等位電勢(shì) 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,霍爾元件激勵(lì)電流為額 定值時(shí)，則其輸出霍爾電勢(shì)應(yīng)該為0,但實(shí)際不為0,用直 流電位計(jì)可以測(cè)得空載霍爾電勢(shì)，這時(shí)測(cè)得空載霍爾電勢(shì) 稱為不等位電勢(shì)。4 .不等位電勢(shì)原因，1霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同 一等位面上。2半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻或是 兒何尺寸不均勻，3激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均 勻分布。5 .分析不等為電勢(shì)時(shí)，可以把霍爾元件等效為一個(gè)電橋，用 分析電橋平衡來補(bǔ)償不等位電勢(shì)。6 .根據(jù)兩點(diǎn)電位高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定電阻， 使

9、電橋達(dá)到平衡，從而使不等位電勢(shì)為0,壓電式傳感器1 .壓電式傳感器是一種能量型傳感潛，是利用某些電介質(zhì) 材料具有壓電效應(yīng)現(xiàn)象制成，有些電介質(zhì)材料在一定方 向上受到外力作用而變形時(shí)，在其表面上產(chǎn)生電荷從而 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非電量檢測(cè)。2 .壓電式傳感器具有體積小，質(zhì)量輕，頻帶寬等特點(diǎn)，適 用于對(duì)各種動(dòng)態(tài)力，機(jī)械沖擊與振動(dòng)測(cè)量，廣泛應(yīng)用在 力學(xué)，聲學(xué)，醫(yī)學(xué)，宇航等方面。3 .某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘油饬Χ顾冃?時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)在它兩個(gè)表面上產(chǎn)生符 號(hào)相反電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)， 這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。4 .當(dāng)外力方向改變時(shí)，電荷極性也隨之改變，這種機(jī)械 能轉(zhuǎn)換

10、為電能現(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)。其中電荷大小與 外力大小成正比，5 .相反當(dāng)在電介質(zhì)極化方向施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)產(chǎn) 生一定機(jī)械變形或機(jī)械應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng), 也稱位電致伸縮效應(yīng)，其應(yīng)變大小與電場(chǎng)強(qiáng)度大小成正 比，方向隨電場(chǎng)方向變化而變化。它屬于將電能轉(zhuǎn)換為 機(jī)械能一種效應(yīng)。6 .壓電材料能實(shí)現(xiàn)機(jī)-電能量相互轉(zhuǎn)換，具有一定可逆性， 分為，1壓電晶體，2壓電陶瓷，3新型壓電材料，其 中有壓電半導(dǎo)體和有機(jī)高分子壓電材料。7 .壓電傳感潛特點(diǎn) 1靈敏度和分辨率高,線性范圍大， 結(jié)構(gòu)簡單，牢固，可靠性好，壽命長。2體積小，質(zhì)量 輕，剛度，強(qiáng)度，承載能力和測(cè)量范圍大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻 帶寬，動(dòng)態(tài)誤差小

11、。3易于大量生產(chǎn)，便于選用，使用 和校準(zhǔn)方便，并適用于近測(cè)，遙測(cè)。8 .利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)微位移，可不必像傳統(tǒng) 系統(tǒng)那樣，須通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng), 從而避免了機(jī)構(gòu)造成誤差，而且具有位移分辨力極高, 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，發(fā)熱少，無雜質(zhì)散磁場(chǎng)和便于遙控 等特點(diǎn)。熱電式傳感器1 .熱電傳感器是一種能夠?qū)囟茸兓D(zhuǎn)換為電信號(hào)裝 置。2 .熱電偶傳感器是工業(yè)中使用最為普遍接觸式測(cè)溫裝 置。這是因?yàn)闊犭娕季哂行阅芊€(wěn)定，測(cè)溫范圍大， 信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡單，使用 方便。熱電偶能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且 輸出直流電壓信號(hào)，使得顯示，記錄和傳輸都很容 易。3 .熱電偶傳感器測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)，將兩種不 同材料導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)溫度 不同時(shí)，則在該回路就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱 為熱點(diǎn)效應(yīng)。4 .熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線及冷端溫度補(bǔ)償方法只有當(dāng)冷端溫度恒定時(shí)，熱電偶熱電勢(shì)和熱端溫度才有單一 函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。此外熱電偶分度表是以冷端為0最 為基準(zhǔn)進(jìn)行分度，而在實(shí)際使用過程中，冷端溫度 往往不為0,所以必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行處理，以消除 冷端溫度影響。當(dāng)熱端溫度為t時(shí)，分度表所對(duì)應(yīng) 熱電勢(shì)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生熱電勢(shì)之間關(guān)系，可見是 冷端溫度t函數(shù),因此需要對(duì)熱電偶冷端進(jìn)行處理。對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理方法主要有冷端0恒溫 法，補(bǔ)償