檢測技術(shù)復(fù)習(xí)-最終版-較完善(共28頁)

1、SMU 測控專業(yè)檢測技術(shù)考試基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料 測控122班委會(huì)編輯PAGE PAGE 49檢測(jin c)技術(shù)復(fù)習(xí)資料檢測(jin c)技術(shù)的基本知識(shí)1、檢測(jin c)技術(shù)定義： 以研究自動(dòng)檢測系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換以及信息處理的理論和技術(shù)為主要內(nèi)容的一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。2、檢測技術(shù)三大功能：參數(shù)測量功能、參數(shù)監(jiān)測控制功能、測量數(shù)據(jù)分析判斷功能 。3、檢測技術(shù)包括：尋找某種信號(hào)，確定被測量與顯示量兩者間的定性、定量關(guān)系，并進(jìn)一步提高測量精度、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法以及測量裝置能提供可行一句的整個(gè)過程。5、任務(wù) 1.尋找與自然信息具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的種種表現(xiàn)形式的信號(hào)，以及確定二者間的定性、定量關(guān)系；(確定

2、傳感器類型及輸入輸出關(guān)系) 2.從反映某一信息的多種信號(hào)表現(xiàn)中挑選出在所處條件下最為合適的表現(xiàn)形式，以及尋求最佳的采集、變換、處理、傳輸、存儲(chǔ)、顯示等的方法和相應(yīng)的設(shè)備。(確定傳感器輸出信號(hào)及其調(diào)理電路) 4、測量過程的核心是比較，在大多數(shù)情況下，是將被測量和標(biāo)準(zhǔn)量變換為雙方易于比較的某個(gè)中間量來進(jìn)行比較。5、為提高測量精度以及動(dòng)態(tài)性能，通常將被測量轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)，利用電子裝置完成 比較、示差、平衡讀數(shù)的測量過程，因此，轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)測量的必要手段，也是非電量電測法的核心。6、被測參數(shù)主要有電工量（電壓、電流、電功率、電阻、電感、電容、磁場強(qiáng)度等）、熱工量（溫度、熱量、壓力、壓差、流量、液位

3、等）、機(jī)械量（位移、形狀、應(yīng)力、力矩、重量、轉(zhuǎn)速、線速度、噪聲等）、物性量（氣體成分）、狀態(tài)量(顏色)等。 7、非電量電測法：利用傳感器，將非電量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，再使用豐富、成熟的電子測量手段對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行各種處理和顯示記錄。非電量電測法便于對(duì)被測量進(jìn)行連續(xù)的測量、記錄和遠(yuǎn)距離集中控制；便于實(shí)驗(yàn)測量過程的自動(dòng)化，電測裝置具有，精度高、頻率響應(yīng)高、人機(jī)交互性好等優(yōu)點(diǎn)。8、評(píng)定檢測設(shè)備的性能指標(biāo)有：精確度、穩(wěn)定性（隨時(shí)間、和外部環(huán)境）、輸入輸出特性。9、測量三要素：一是(測量單位)、二是(測量方法)、三是(測量儀器與設(shè)備)。10、測量分類：按測量方式分 直接測量 、間接測量 和 聯(lián)立測量；

4、按測量方法分偏差式測量、零位測量和微差式測量；按測量精度分等精度測量、非等精度測量。 偏差式測量 定義：用儀表指針(zhzhn)的位移（即偏差）決定被測量的方法，稱為偏差式測量法。特點(diǎn)：這種測量方法過程比較簡單、迅速(xn s)，但精度低，廣泛用于工程測量中。零位(ln wi)式測量 定義：用指零儀表的零位指示檢測系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的測量方法，稱為零位式測量。特點(diǎn)：這種測量方法精度較高，但過程比較復(fù)雜，不適于測量變化迅速的信號(hào)。微差式測量 定義： 綜合了偏差式測量法和零位式測量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的測量方法，它是將被測的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得

5、差值后，用偏差法測得此值。特點(diǎn)：是反應(yīng)快、精度高，適用于在線控制參數(shù)的檢測。11基本誤差大小的表示方法：i 絕對(duì)誤差：帶量綱的實(shí)際誤差值，以絕對(duì)數(shù)值表示。ii相對(duì)誤差：以被測量的百分?jǐn)?shù)表示。 實(shí)際相對(duì)誤差、 標(biāo)稱相對(duì)誤差iii引用誤差（又稱為相對(duì)百分誤差）：以儀表的絕對(duì)誤差與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示12、相對(duì)誤差較絕對(duì)誤差更能說明測量的精確程度。選用儀表量程時(shí)，應(yīng)盡可能將測量值接近儀表滿量程值，一般不小于滿量程值的2/313、系統(tǒng)誤差 是指在一定條件下，數(shù)值遵循某一確切函數(shù)規(guī)律的誤差，如不平衡的零電位、溫濕度、電磁干擾引起的誤差。系統(tǒng)誤差 在同一測量條件下，對(duì)同一被測參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測量時(shí)，誤

6、差的大小和符號(hào)保持不變或按一定規(guī)律變化特點(diǎn)：有一定規(guī)律的，一般可通過實(shí)驗(yàn)或分析的方法找出其規(guī)律和影響因素，引入相應(yīng)的校正補(bǔ)償措施，便可以消除或大大減小。誤差產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)誤差主要是由于檢測儀表本身的不完善、檢測中使用儀表的方法不正確以及測量者固有的不良習(xí)慣等引起的。發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的常用方法如下： （1）實(shí)驗(yàn)對(duì)比法 （2）剩余誤差觀察法 （3）不同公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差比較法 （4）計(jì)算數(shù)據(jù)比較法 系統(tǒng)誤差的校正 ：1）替代法 2）零位式測量法 3）差值法（微差法）4）補(bǔ)償法 5） 引入修正值法 6）對(duì)稱觀測法7）正負(fù)誤差補(bǔ)償法 隨機(jī)誤差，服從某些(mu xi)規(guī)律，如正態(tài)分布、均勻分布、離散雙值分布

7、等。在相同條件下多次重復(fù)測量同一量時(shí)，誤差的大小、符號(hào)(fho)均為無規(guī)律變化，又稱偶然誤差。 特點(diǎn)：變化(binhu)難以預(yù)測，無法修正，只能通過理論的方式給與估計(jì)。 誤差產(chǎn)生的原因：隨機(jī)誤差主要是由于測量過程中某種尚未認(rèn)識(shí)的或無法控制的各種隨機(jī)因素（如空氣擾動(dòng)、噪聲擾動(dòng)、電磁場等）所引起的綜合結(jié)果。粗大誤差 是指顯然與事實(shí)不符、無規(guī)律的誤差。14、測量誤差的來源：原理性誤差、構(gòu)造誤差、環(huán)境誤差、人員誤差15、誤差測量值和真實(shí)值之間的差值誤差產(chǎn)生的原因：選用的儀表精確度有限，實(shí)驗(yàn)手段不夠完善、環(huán)境中存在各種干擾因素，以及檢測技術(shù)水平的限制等原因.16、完整的監(jiān)測系統(tǒng)包括：傳感器、測量電路和顯

8、示測量電路以及電源和傳輸通道等部分組成。分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。一、測量的一般概念 用專門的技術(shù)工具，并實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測量的值。二、測量過程： 1、能量形式的一次或多次轉(zhuǎn)換過程。 2、將被測參數(shù)與相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程。三、測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成： 1、傳感器：功能、技術(shù)特點(diǎn) 2、變送器：功能、技術(shù)特點(diǎn)、盤后、現(xiàn)場的區(qū)別 3、顯示、記錄儀表：常規(guī)型、新型四、測量方法的分類 1、直接測量法： a）偏差法 b）零位法 c）微差法 2、間接測量法 3、組合測量法五、測量儀表的基本構(gòu)成 1、直接變換型結(jié)構(gòu) 2、平衡變換型結(jié)構(gòu)六、測量儀表的基本性能及主要技術(shù)指標(biāo) 1、測量儀表的誤差

9、：1）基本誤差 2）附加誤差 2、誤差的表示方法： 1）絕對(duì)誤差： ， ， 2）相對(duì)誤差：a）實(shí)際相對(duì)誤差 b）標(biāo)稱相對(duì)誤差 3）引用誤差： 3、測量儀表的精度 4、測量儀表的幾種常見誤差 1）非線性誤差 2）變差 5、儀表的測量范圍和量程 6、儀表的輸入、輸出特性 1）靈敏度 2）分辯力 3）靈敏限 7、儀表的動(dòng)態(tài)特性七、測量儀表(ybio)的分類八、檢測(jin c)過程及誤差二、傳感器概述(i sh)傳感器 1、定義：是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 2、含義：（1）傳感器是測量裝置，能完成信號(hào)的獲取任務(wù)； （2）它的輸入量是某一被

10、測量； （3）它的輸出量是某種物理量，這種物理量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等； （4）輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。3、傳感器的組成 功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路三部分組成。 有時(shí)還需要加上輔助電源。4、傳感器的主要應(yīng)用表現(xiàn)：信息的收集、信息數(shù)據(jù)的交換、控制信息的采集等。5、傳感器的分類方法：按工作原理、能量關(guān)系、轉(zhuǎn)換原理、用途、信號(hào)變換的特征、測量方式、輸出信號(hào)等。按作用原理可分為：應(yīng)變式、電容式、熱電式等；按輸入量分為；位移、壓力、流量等。6、傳感器的發(fā)展趨勢：微型化、智能化、多功能化。傳感器靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)輸入輸出特性

11、靜態(tài)特性是指輸入的被測參數(shù)不隨時(shí)間而變化 或隨時(shí)間變化很緩慢時(shí)，傳感器的輸出量與輸入量 的關(guān)系衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)有：線性度、遲滯、重復(fù)性和靈敏度。 線性度 遲滯 傳感器在正反行程中輸出輸入特性曲線不重合程度稱為遲滯，遲滯誤差大小用下式表達(dá)：遲滯誤差又叫回程誤差，用絕對(duì)誤差表示。 重復(fù)性 重復(fù)性是指傳感器的輸入在按同一方向變化時(shí)，在全量程內(nèi)連續(xù)進(jìn)行重復(fù)測試時(shí)，所得到的各特性曲線的重復(fù)程度，用下式表示：靈敏度 靈敏度表示傳感器的輸入增量x 與由它引起 的輸出增量y之間的函數(shù)關(guān)系。即靈敏度 S 等于 傳感器輸出增量與被測增量之比，它是傳感器在穩(wěn)態(tài)輸出輸入特性曲線上各點(diǎn)的斜率，用下式表示：

12、靈敏度 表示單位(dnwi)被測量的變化所引起傳感器輸出值的變化量。S值越高表示傳感器越靈敏。 傳感器的動(dòng)態(tài)(dngti)特性 1、動(dòng)態(tài)(dngti)特性 是指傳感器對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。只要輸入量是時(shí)間的函數(shù)，則其輸出量也將是時(shí)間的函數(shù)。研究動(dòng)態(tài)特性是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入特性來考慮傳感器的響應(yīng)特性。通常標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有正弦信號(hào)、階躍信號(hào)。2、動(dòng)態(tài)響應(yīng)有：頻率響應(yīng)、階躍響應(yīng)等。三、溫度的測量溫度 是表征物體冷熱程度的物理量； 溫度是描述系統(tǒng)不同自由度能量分布狀況的物理量；溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量； 溫度的宏觀概念是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。溫標(biāo) 為了定量地描述溫度高低，必須建立溫度標(biāo)

13、尺，即溫標(biāo)。 溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺，它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)和測量溫度的基本單位。各種溫度計(jì)的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。 歷史上提出過多種溫標(biāo)，如早期經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)），理論上熱力學(xué)溫標(biāo)，當(dāng)前世界通用的國際溫標(biāo)。 攝氏溫標(biāo) 所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計(jì)。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對(duì)應(yīng)每份溫度定義為1攝氏度，單位為華氏溫標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)為32度，沸點(diǎn)是212度，分為180等份，每份溫度定義為華氏1度，單位為F，攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為熱力學(xué)溫標(biāo) 這種溫標(biāo)的最大特點(diǎn)是與選用的測溫介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，克服了經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)隨

14、測溫介質(zhì)而變的缺陷，故稱它為科學(xué)的溫標(biāo)或絕對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)。由此而得的溫度稱為熱力學(xué)溫度。從此所有的溫度測量都以熱力學(xué)溫標(biāo)作為基準(zhǔn)。國際實(shí)用溫標(biāo)為了使用方便，國際上經(jīng)協(xié)商，決定建立一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)，這就是國際溫標(biāo)的由來。在ITS-90中同時(shí)使用國際開爾文溫度（符號(hào)為T90）和國際攝氏溫度（符號(hào)為t90），其關(guān)系為t90 = T90 273.15 T90單位(dnwi)為開爾文（K），t90單位(dnwi)為攝氏度（）。這里所說(su shu)的攝氏度符合國際實(shí)用溫標(biāo)（ITS-90）的規(guī)定。溫度測量方法及分類：測量方法按感溫元件是否與被測介質(zhì)接觸, 可以分成接觸法與非接觸

15、法兩大類。 接觸法測量精度較低接觸法測溫：敏感元件直接與被測對(duì)象接觸，通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，反映被測對(duì)象的溫度。 優(yōu)點(diǎn)：直觀、可靠。 缺點(diǎn)：存在負(fù)載效應(yīng)，受到測量條件的限制，不能充分接觸，使檢測元件溫度與被測對(duì)象溫度不一致。熱量傳遞需要一定時(shí)間造成測溫滯后現(xiàn)象。（動(dòng)態(tài)誤差）非接觸法 利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度，這種測溫方式稱為非接觸法。 特點(diǎn)：不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。膨脹式溫度傳感器根據(jù)液體、 固體、 氣體受熱時(shí)產(chǎn)生熱膨脹的原理，這類溫度傳感器有液體膨脹式、 固體膨脹式和氣體膨脹式。在有刻度的細(xì)玻璃管里充入液體（稱為工作液，如水銀、 酒精

16、等）構(gòu)成液體膨脹式溫度計(jì)。誤差分析（1）玻璃材料有較大的熱滯后效應(yīng)。（2）溫度計(jì)插入深度不夠?qū)⒁鹫`差，（3）非線性誤差（4）工作液的遲滯性（5）讀數(shù)誤差固體膨脹式 是以雙金屬元件作為溫度敏感元件受熱而產(chǎn)生膨脹變形來測溫的。它由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金屬片為提高靈敏度常作成螺旋形。螺旋形雙金屬片一端固定, 另一端連接指針軸, 當(dāng)溫度變化時(shí), 雙金屬片彎曲變形, 通過指針軸帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)顯示溫度。 抗震性能好，讀數(shù)方便, 但精度不太高, 用于工業(yè)過程測溫、 上下限報(bào)警和控制。 氣體膨脹式是利用封閉容器中的氣體壓力隨溫度升高而升高的原理來測溫的, 利用這種原理測溫的溫度計(jì)又稱壓力計(jì)式

17、溫度計(jì), 組成 溫包、毛細(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）壓力溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、抗振及耐腐蝕性能好, 與微動(dòng)開關(guān)組合可作溫度控制器用, 但它的測量距離受毛細(xì)管長度限制, 一般充液體可達(dá)20m, 充氣體或蒸汽可達(dá)60m。 熱電偶傳感器熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍、最廣泛的溫度測量(cling)元件。它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢（mV）信號(hào)，配以測量(cling)毫伏的儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、性能(xngnng)穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。它既可以用于流體溫度測量，也可以用于固體溫度測量。既可以測量靜態(tài)溫度

18、，也能測量動(dòng)態(tài)溫度。并且直接輸出直流電壓信號(hào)，便于測量、信號(hào)傳輸、自動(dòng)記錄和控制等。熱電效應(yīng)兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路，如圖所示。當(dāng)兩個(gè)接觸點(diǎn)(稱為結(jié)點(diǎn))溫度t和t0不相同時(shí)，回路中既產(chǎn)生電勢，并有電流流通，這個(gè)電動(dòng)勢的大小同材料的性質(zhì)以及節(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，稱回路電勢為熱電勢。兩金屬絲稱為偶極或熱電極。兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中與被測介質(zhì)接觸的一個(gè)稱為測量結(jié)稱工作端、熱端，另一個(gè)稱為參考端或自由端、冷端。熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢由兩部分組成: 溫差電動(dòng)勢和接觸電動(dòng)勢。接觸電動(dòng)勢 兩種不同導(dǎo)體接觸的時(shí)候，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子密度不同，如果NANB電子密度大的導(dǎo)體A

19、中的電子就向電子密度小的導(dǎo)體B擴(kuò)散，從而由于導(dǎo)體A失去了電子而具有正電位。相反導(dǎo)體B由于接收到了擴(kuò)散來的電子而具有負(fù)電位。這樣在擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)A、B之間就形成了一個(gè)電位差。這個(gè)電位差稱為接觸電勢。從理論上可以證明該接觸電勢的大小和方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)（電子密度）和接觸面溫度的高低。溫度越高，接觸電勢越大；兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢也越大。溫差電勢 （湯姆遜溫差電勢） 同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí), 高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大, 因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多, 結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電, 低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電, 因此, 在導(dǎo)體

20、兩端便形成接觸電勢,。熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢。熱電偶的兩個(gè)熱電極材料確定之后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒定，則f（T0）為常數(shù)，回路總熱電勢EAB（T，T0）只是溫度T的單值函數(shù)。 工程(gngchng)上所使用的各種類型的熱電偶均把E(t)和t的關(guān)系制成易于(yy)查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度表。熱電偶基本(jbn)定理；1）均質(zhì)導(dǎo)體定律：由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中, 不論導(dǎo)體

21、的截面和長度如何以及各處的溫度分布如何, 都不能產(chǎn)生熱電勢。這條定理說明, 熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。如材料不均勻、由于溫度梯度的存在，將會(huì)有附加電動(dòng)勢產(chǎn)生。 （2）等值定理（中間導(dǎo)體定律）：在熱電偶測溫回路內(nèi), 接入第三種導(dǎo)體, 只要其兩端溫度相同, 則對(duì)回路的總熱電勢沒有影響。 3）中間溫度定律：熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢EAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度t、tc和tc、t0時(shí)的熱電勢EAB(t, tc)和EAB(tc, t0)的代數(shù)和兩端點(diǎn)在任意溫度時(shí)的熱電勢為：4）疊加定理 5）交換定理熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測溫要求和條件, 熱電偶

22、的結(jié)構(gòu)形式有 金屬套管熱電偶（普通型熱電偶）、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)：熱電極，絕緣材料，保護(hù)套管。特點(diǎn)：測量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，耐高壓，耐振動(dòng)，壽命長，適用各種工業(yè)測量。薄膜熱電偶 （小慣性熱電偶）具有熱容量小, 反應(yīng)速度快等的特點(diǎn), 熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí), 適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測量。為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？ 1.在測溫時(shí)，冷端溫度T0隨著環(huán)境溫度變化，因而產(chǎn)生測量誤差，故應(yīng)采取補(bǔ)償措施。熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線及參考端溫度補(bǔ)償方法由熱電偶原理可知，只有熱電偶冷端溫度恒定時(shí)，熱電偶才是被測溫度的單一函數(shù)關(guān)系，但實(shí)際應(yīng)用中，冷端溫

23、度很難恒定，因此要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線 作用 使熱電偶冷端遠(yuǎn)離熱源 在實(shí)際測溫時(shí), 需要把熱電偶輸出的電勢信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場數(shù)十米的控制室里的顯示儀表或控制儀表, 這樣參考端溫度t0也比較穩(wěn)定。熱電偶一般做得較短 需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來。工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線, 它通常由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬導(dǎo)線制成, 而且在0100溫度范圍內(nèi), 要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。 參考端溫度補(bǔ)償(bchng)方法冷端恒溫法、基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的溫度(wnd)校正（計(jì)算補(bǔ)償法）、冷端溫度自補(bǔ)償（補(bǔ)償電橋法；利用電橋不平衡原理(yunl)，橋臂熱電阻隨溫度變化，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓V）利用不平衡電

24、橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢 。例用鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫，冷端Tn=25，EAB(T，Tn)=40.347mV，求被測對(duì)象的實(shí)際溫度。由分度表知： EAB(25 ，0 )=1mV EAB(T， 0 )=40.347+1.00mV41.347mV由分度表知，T1002 熱電偶的串并聯(lián)串聯(lián)，同極性串聯(lián)：總電動(dòng)勢為單個(gè)熱電偶的倍數(shù)，可增強(qiáng)輸入信號(hào)，也可檢測多個(gè)測點(diǎn)的平均溫度；反極性串聯(lián)：目的測溫差，采用時(shí)間常數(shù)不等的兩熱電偶反極性串聯(lián)，當(dāng)溫度恒定不變時(shí)，總電動(dòng)勢為零。應(yīng)注意避免短路或短路。熱電偶測量誤差1.熱電偶分度誤差2.補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的熱電特性不完全相同帶來的誤差3.冷

25、端溫度變化引起的誤差 4.熱電極變質(zhì)產(chǎn)生的誤差5.絕緣不良引起的誤差6.二次儀表的基本誤差熱電阻測溫原理對(duì)于一個(gè)給定電阻，其電阻值是溫度的單值函數(shù)，因而可以通過測量電阻值來推算溫度。金屬與半導(dǎo)體作為測溫元件要具備的條件（1）電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度； （2）在測溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定；（3）復(fù)現(xiàn)性要好；（4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而保證熱容量和熱慣性小，使得對(duì)溫度變化的響應(yīng)比較快；（5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數(shù)；（6）價(jià)格相對(duì)低廉。 熱電阻的類型金屬熱電阻 鉑熱電阻 銅熱電阻 鎳熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻鉑熱電阻特點(diǎn)(tdin)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好、性能

26、可靠、有較高電阻率，廣泛應(yīng)用于基準(zhǔn)(jzhn)、標(biāo)準(zhǔn)化儀器中，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。使用(shyng)范圍：-200850。電阻純度：W（100）= 1.3850規(guī)格型號(hào)：Pt100、Pt10、Pt1000。結(jié)構(gòu)：電阻絲、絕緣管、保護(hù)套管、接線盒缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價(jià)格較貴。 銅熱電阻特點(diǎn)：線性度高、電阻溫度系數(shù)高、價(jià)格便宜、電阻率低、易氧化。使用范圍：-50180。標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻Cu50, Cu100銅熱電阻線性好, 價(jià)格便宜, 但它易氧化, 不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。半導(dǎo)體熱敏電阻隨著溫度的增高阻值降低，具有負(fù)的溫度系數(shù)，測溫范圍-

27、40350。電阻值隨溫度按指數(shù)曲線變化，半導(dǎo)體熱敏電阻大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，其電阻值與溫度的關(guān)系為RT = AeB/T半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)?結(jié)而成。 半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的典型特性分為三種類型，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻器（CTR）。 與金屬熱電阻比較：電阻溫度系數(shù)大，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)約為-（36）%，金屬熱電阻約為0.40.6%。電阻率大，可將電阻作的很大而體積很小，電阻阻值大，連接導(dǎo)線所用的電阻可忽略不計(jì)。結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可用于測量點(diǎn)溫度

28、熱慣性小缺點(diǎn) 是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差，精度較低。溫度變送器工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用(shyng)的溫度變送器大多是與各種熱電偶或熱電阻配合, 把溫度（或溫差）信號(hào)(xnho)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出, 其中(qzhng)又分為輸出直流010mA和輸出直流420mA的兩類。半導(dǎo)體溫度傳感器按照工作機(jī)理，半導(dǎo)體溫度傳感器可分為電阻性和PN結(jié)兩大類，它們分別以半導(dǎo)體材料的電阻率和PN結(jié)特性對(duì)溫度的依賴關(guān)系作為工作基礎(chǔ)。 溫敏二極管及其應(yīng)用 PN結(jié)型溫敏器件，它是根據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的正向電壓與溫度之間具有良好的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)溫度檢測。溫敏二極管測

29、溫的基本原理 當(dāng)正向電流I一定時(shí)，PN結(jié)正向電壓U與被測溫度T之間呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系；且隨著溫度的升高，正向電壓將下降，表現(xiàn)出負(fù)的溫度系數(shù)，這就是溫敏二極管測溫的基本原理 且正向恒定電流I越小，靈敏度越高。溫敏晶體管具有成本低、性能好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而比溫敏二級(jí)管應(yīng)用范圍廣，可用于測某一點(diǎn)的溫度、測兩點(diǎn)的溫差，或用于過程監(jiān)視或控制場合。 熱敏晶體三極管溫度傳感器晶體管溫度傳感器具有蠕變效應(yīng)，隨著時(shí)間的推移會(huì)有溫度漂移。熱敏晶閘管溫度傳感器 四層PNPN三個(gè)PN結(jié)元件。集成溫度傳感器是將作為感溫器件的溫敏晶體管及外圍電路集成在同一單片上的集成化溫度傳感器。優(yōu)點(diǎn)是在于小型化、使用方便和成本低廉

30、。商品化的集成溫度傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于需要溫度監(jiān)測、控制和補(bǔ)償?shù)脑S多場合。優(yōu)點(diǎn)：測溫精度高、復(fù)現(xiàn)性好、線性優(yōu)良、體積小、熱容量小、穩(wěn)定性好、輸出信號(hào)大等優(yōu)點(diǎn)， 有模擬溫度傳感器 和 數(shù)字溫度傳感器（智能溫度傳感器）集成溫度傳感器分類：1.電壓型：直接輸出電壓，且輸出阻抗低，易于讀出或控制電路接口。2.電流型：電流輸出型輸出阻抗極高，因此可以簡單地使用雙股絞線進(jìn)行數(shù)百米遠(yuǎn)的精密溫度遙感或遙測，而不必考慮長饋線上引起的信號(hào)損失和噪聲問題。也可以用于多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)中，而不必考慮開關(guān)或多路轉(zhuǎn)換開關(guān)或多路轉(zhuǎn)換器引入的接觸電阻造成的誤差。頻率輸出型具有與電流輸出型相似的特點(diǎn)。 3.頻率輸出型器件：具有與

31、電流輸出型相似的特點(diǎn)。 AD590型溫度傳感器簡介 電流輸出型集成溫度傳感器，其輸出電流與絕對(duì)溫度成正比（1A/K），具有恒流特性，測溫范圍-50+150，電源電壓為430。當(dāng)25（298.2）時(shí)，能輸出298.2A的電流。 在電源電壓430內(nèi)，該器件為溫控電流源，其電流 為標(biāo)度因子，靈敏度1A/K； 為冷端絕對(duì)溫度， （273.2+t） t為攝氏溫度。 優(yōu)點(diǎn)(yudin)：采用激光修正、精度高、測量誤差小、動(dòng)態(tài)(dngti)阻抗高、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等。 AD590將被測溫度轉(zhuǎn)換(zhunhun)為電流中間采用雙絞線作為引線，防止引入干擾。AD590在冷端補(bǔ)償中的作用 L

32、M35 P55輻射式溫度計(jì)任何物體，其溫度超過絕對(duì)零度，都會(huì)以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能的那部分輻射，稱為熱輻射。而把能對(duì)被測物體熱輻射能量進(jìn)行檢測，進(jìn)而確定被測物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計(jì)。特點(diǎn)(1)輻射式測溫是非接觸測溫，特別適合用于較遠(yuǎn)距離的高速運(yùn)動(dòng)物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測量；(2)輻射式測溫反應(yīng)速度快，它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過程，只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可測定溫度，反映時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)；3）輻射式測溫準(zhǔn)確度較高，由于是非接觸測量，不會(huì)破壞物體原來溫度分布狀況，因此

33、測出的溫度比較真實(shí)，其測量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1以內(nèi)，甚至更??；輻射式溫度計(jì)分類：光電型：有光電倍增管、硅光電池、鍺光電二極管等，響應(yīng)速度快，一致性差，互換性差。熱敏型：熱敏電阻、熱電堆等，對(duì)波長響應(yīng)無選擇，靈敏度高，一致性好，但響應(yīng)時(shí)間較長我國目前生產(chǎn)的 光譜輻射溫度計(jì) 有 光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、全輻射高溫計(jì)、光導(dǎo)纖維高溫計(jì)和硅輻射溫度計(jì)等。光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)(gungxu)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)。物體(wt)的 光譜(gungp)發(fā)射率和光譜輻射亮度是 確定物體溫度的兩個(gè)決定因素。用光學(xué)高溫計(jì)測量被測物體的溫度時(shí)，讀出的數(shù)值將不是該物體的實(shí)際溫度，而是這個(gè)物體此時(shí)相當(dāng)于絕對(duì)黑

34、體的溫度，即所謂的“亮度溫度”。紅外探測器 分 熱電型、量子型。量子型：靈敏度高、響應(yīng)快，波長響應(yīng)范圍窄；熱電型：靈敏度低、響應(yīng)慢，但價(jià)廉、波長響應(yīng)范圍寬。熱釋電紅外探測器這里需要提起注意的是：熱釋電材料只有在溫度變化的過程中才產(chǎn)生 熱釋電效應(yīng)，溫度一旦穩(wěn)定，熱釋電就消失。所以，當(dāng)對(duì)靜止物體成像時(shí)，必須對(duì)物體的輻射進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體，可在無調(diào)制的情況下成像。電容溫度傳感器電容量隨溫度而變化，溫度越高，電容量越小，可作為LC或RC諧振回路中的電容。可將溫度轉(zhuǎn)換為頻率。但電容還隨濕度的變化而變化，所以要進(jìn)行防濕處理。光纖溫度傳感器可分為功能性、非功能型（傳光型）、和拾光型；按原理有可分為相位調(diào)

35、制型、熱輻射型、傳光型等。第四章壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的傳感器。通常把壓力測量儀表中的電測式儀表稱為壓力傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應(yīng)變計(jì)）組成。常用壓力傳感器主要類別有 電位器式、應(yīng)變式、霍爾式、電感式、壓電式、壓阻式、電容式及振弦式等壓力的表示方式：絕對(duì)壓力（絕壓）、表壓力（表壓）、真空度（負(fù)壓）、差壓大氣壓力：指由于空氣的重量垂直作用在單位面積上產(chǎn)生的壓力絕對(duì)壓力：指流體的實(shí)際壓力，它以絕對(duì)真空為零壓力。表壓力（表壓） 處于大氣壓下壓力儀表所測得的壓力，是高于大氣壓力的絕對(duì)壓力與大氣壓力的差壓力檢測儀表一般由傳感器、測量裝置和線路、以及輔助電源所組成。

36、壓力檢測儀表的分類 液體壓力計(jì) 彈性式壓力計(jì) 電遠(yuǎn)傳式壓力儀表 物性型壓力傳感器液柱式壓力計(jì)：U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、斜管微壓計(jì)原理：利用液柱所產(chǎn)生的壓力與被測壓力平衡封液： 水、酒精、水銀 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，物理本質(zhì)清晰。液體壓力計(jì)的誤差分析溫度誤差：工作介質(zhì)密度改變 安裝誤差：工作管傾斜 重力加速度變化誤差傳壓介質(zhì)誤差 讀數(shù)誤差彈性(tnxng)式壓力計(jì)：采用(ciyng)彈性元件作為壓力檢測元件，把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移，并經(jīng)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械傳動(dòng)和放大機(jī)構(gòu)，通過指針指示被測壓力大小的一種壓力表。彈性(tnxng)式壓力計(jì)：彈簧管壓力表、波紋管差壓計(jì)、其它彈性式壓力表：膜合、膜片差動(dòng)變壓器 利

37、用彈性元件作為敏感元件，在儀表中增加了轉(zhuǎn)換元件（或裝置）和轉(zhuǎn)換電路，將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)傳。電遠(yuǎn)傳式壓力計(jì)將微位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方法：電感式、霍爾式、諧振式、電容式。電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器應(yīng)變：物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象彈性應(yīng)變：當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變彈性元件：具有彈性應(yīng)變特性的物體金屬電阻絲應(yīng)變片式傳感器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：金屬絲或箔式應(yīng)變片性能穩(wěn)定，精確度高，已得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：靈敏度系數(shù)較?。?.42.6），對(duì)粘貼工藝要求嚴(yán)格。工作原理： 當(dāng)被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓

38、力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。結(jié)構(gòu)：應(yīng)變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成應(yīng)用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測量電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化， 這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。 壓阻效應(yīng)（pressure-resistance effect）物體在壓力作用下發(fā)生的電阻率變化。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)：敏感柵（感受試件的機(jī)械應(yīng)變并將之轉(zhuǎn)換為

39、電阻的變化）、基底和蓋片（固定和支撐敏感柵，隔離）、粘結(jié)劑（覆蓋層）、引線。工作原理：應(yīng)變傳感器變形時(shí)，由于電阻柵的幾何尺寸和電阻率改變，導(dǎo)致其電阻值發(fā)生變化。軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變、材料應(yīng)變K為電阻應(yīng)變系數(shù)或應(yīng)變傳感器的靈敏系數(shù)物理意義(yy)：單位應(yīng)變引起的電阻值的相對(duì)變化，主要(zhyo)取決于敏感柵材料的靈敏系數(shù)K0，但兩者又不相等。橫向(hn xin)效應(yīng)：敏感柵是由軸向縱柵和圓弧橫柵兩部分組成，在測量縱向應(yīng)變時(shí)，圓弧部分產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)值的變化，從而降低了應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)的現(xiàn)象。為了減小橫向效應(yīng)，可采用基長較大的應(yīng)變片。機(jī)械滯后：對(duì)已安裝的應(yīng)變片，在恒定的溫度環(huán)境中，加載和卸載過程中同一

40、載荷下指示應(yīng)變的最大差數(shù) 。 產(chǎn)生的原因：如應(yīng)變片本身特性不好；試件本身的材質(zhì)不好；粘結(jié)劑選擇不當(dāng)；固化不良；粘接技術(shù)不佳，部分脫落和粘結(jié)層太厚等。應(yīng)變計(jì)漂移零漂：對(duì)已安裝的應(yīng)變片，在溫度恒定試件不受力的條件下，指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化稱為零點(diǎn)漂移（簡稱零漂）。產(chǎn)生原因：這是由于應(yīng)變片的絕緣電阻過低及通過電流而產(chǎn)生熱量等原因造成。蠕變定義：對(duì)已安裝的應(yīng)變片，在溫度恒定并承受恒定的機(jī)械應(yīng)變時(shí)，指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化稱為蠕變。產(chǎn)生的原因：主要是由膠層引起，如粘結(jié)劑種類選擇不當(dāng)、粘貼層較厚或固化不充分以及在粘結(jié)劑接近軟化溫度下進(jìn)行測量等。應(yīng)變計(jì)利用的原理電阻應(yīng)變片利用金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)。 半導(dǎo)體應(yīng)變片利

41、用壓阻效應(yīng)。電容式應(yīng)變片利用電容原理。熱輸出：當(dāng)電阻應(yīng)變片安裝在無外力作用、無約束的構(gòu)件表面上時(shí)，在溫度變化的情況下，它的電阻會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為電阻應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。溫度誤差及其產(chǎn)生原因(1) 溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變；(2) 試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。電阻應(yīng)變片的 溫度補(bǔ)償方法 通常有 溫度自補(bǔ)償、橋路自補(bǔ)償。 溫度自補(bǔ)償：單絲自補(bǔ)償（簡單方便，但只能在特定的試件上使用）、雙絲自補(bǔ)償（可調(diào)節(jié)，也有局限性）橋路補(bǔ)償是最常用且效果較好的電阻片溫度誤差補(bǔ)償方法。 完全補(bǔ)償?shù)臈l件：P73電阻應(yīng)變片的信號(hào)調(diào)理電路: 由于將應(yīng)變等機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電

42、阻的變化，此變化的數(shù)量是很微弱的，因此須采用高精度的測量電路電橋測量電路。 測量電橋的任務(wù)： 把電阻的變化量轉(zhuǎn)化成電壓或電流的的變化量，以便于后續(xù)儀表的計(jì)量與測量。電橋(din qio)分類：按橋壓分： 直流電橋(工作頻帶(pndi)寬，能解決電容分布等問題，但造價(jià)高)；交流電橋 （靈敏度高、穩(wěn)定性好、造價(jià)(zoji)低、抗干擾，但工作頻率上限較低，分布電容大）按輸出方式分： 功率電橋（按低阻抗負(fù)載）電壓電橋（按高阻抗負(fù)載） 直流電橋平衡條件： 相對(duì)橋臂電阻之積相等。 對(duì)于等臂全橋，由于 ，電橋輸出公式又可寫成:電橋輸出的八字原則： 相鄰橋臂相減，相對(duì)橋臂相加。交、直流電橋的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：輸出

43、電壓的幅值都與被測的應(yīng)變成正比；直 流 電 橋交 流 電 橋輸出的是正或負(fù)的直流電壓，與應(yīng)變同頻率變化。輸出的是正弦調(diào)幅波；從輸出電壓的正或負(fù)，可以判斷是拉應(yīng)變還是壓應(yīng)變?？赏ㄟ^輸出與參考橋壓的相位相同或是相反來判斷拉、壓應(yīng)變的關(guān)系；只要電阻調(diào)平衡。既有電阻調(diào)平衡，又有電容調(diào)平衡。單臂電橋：單臂結(jié)構(gòu)（1個(gè)應(yīng)變片）電橋半橋：差動(dòng)結(jié)構(gòu)（2個(gè)應(yīng)變片）電橋（相鄰橋臂） 溫度補(bǔ)償，輸出電壓靈敏度2倍。全橋結(jié)構(gòu)：（4個(gè)應(yīng)變片）電橋（4個(gè)橋臂）溫度補(bǔ)償，電壓靈敏度4倍。壓電式傳感器壓電式傳感器的工作原理 是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)，是典型的有源傳感器。某些物質(zhì)沿某一方向受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形，同時(shí)其內(nèi)

44、部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，此時(shí)在這種材料的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，它又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨之改變。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)”或“順壓電效應(yīng)” 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能反之，當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場，這些材料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力；當(dāng)外加電場撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失。這種電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”或“電致伸縮效應(yīng)”。 電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能壓電材料可以分為兩大類：壓電晶體和壓電陶瓷。前者為晶體，后者為極化處理的多晶體。 石英晶體、鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷（PZT）新型壓電材

45、料：壓電半導(dǎo)體材料、高分子壓電材料通常把沿電軸(X軸)方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)(y din xio yng)稱為“縱向(zn xin)壓電效應(yīng)”，把沿機(jī)械軸(Y軸)方向的作用力產(chǎn)生(chnshng)的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”，沿光軸(Z軸)方向的作用力不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 X軸 壓=Y軸拉 X軸 拉=Y軸壓 壓電材料應(yīng)具備以下幾個(gè)主要特性：轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大的壓電常數(shù)。機(jī)械性能。機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大。電性能。高電阻率和大介電常數(shù)。環(huán)境適應(yīng)性。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點(diǎn)，獲得較寬的工作溫度范圍。時(shí)間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時(shí)間變化。壓電式傳感器的等效電路當(dāng)壓電晶體承受應(yīng)力作用

46、時(shí)，在它的兩個(gè)極面上出現(xiàn)極性相反但電量相等的電荷。故可把壓電傳感器看成一個(gè)電荷源與一個(gè)電容并聯(lián)的電荷發(fā)生器。壓電傳感器還可以等效為電壓源Ua和一個(gè)電容器Ca的串聯(lián)電路由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)很微弱，通常先把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗交換以后，方可用一般的放大檢波電路再將信號(hào)輸入到指示儀表或記錄器中。(其中，測量電路的關(guān)鍵在于高阻抗輸入的前置放大器。）前置放大器的作用：一是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是放大傳感器輸出的微弱電信號(hào)。 前置放大器電路有兩種形式：一是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比；另一種是用帶電容板反饋的

47、電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。壓電傳感器有很好的高頻響應(yīng)，不能用于靜態(tài)力的測量。 壓電式傳感器內(nèi)含彈性敏感元件和壓力元件，敏感元件接受壓力并傳遞給壓力元件。壓電元件是一類典型的力敏感元件，可用來測量最終能轉(zhuǎn)換成力的多種物理量。電容式傳感器電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容變化量的一種傳感器。 結(jié)構(gòu)簡單、分辨力高、可非接觸測量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈震動(dòng)等惡劣條件下工作 。很有發(fā)展前途的傳感器 。由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，僅改變其中一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路(dinl)就

48、可轉(zhuǎn)換為電量輸出。電容式傳感器工作方式(fngsh)可分為變極距式、變面積式和變介質(zhì)式3種類型(lixng)。 面積變化式電容傳感器在工作時(shí)的極距、介質(zhì)等保持不變，被測量的變化使其有效作用面積發(fā)生改變。 變面積式電容傳感器的兩個(gè)極板中，一個(gè)是固定不動(dòng)的，稱為定極板，另一個(gè)是可移動(dòng)的，稱為動(dòng)極板。 直線位移型、角位移型變極距式：當(dāng)改變電容器兩極板間的距離時(shí)，電容器的電容也會(huì)發(fā)生變化差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式 ：提高測量精度 ，減少動(dòng)極板與定極板之間的相對(duì)極距可能變化而引起的測量誤差。 比單極式的靈敏度提高了一倍，而且非線性度誤差大大降低。變介質(zhì)式電容傳感器 介質(zhì)變化型電容傳感器的極距、有效作用面積不變，被測量

49、的變化使其極板之間的介質(zhì)情況發(fā)生變化。主要用來測量兩極板之間的介質(zhì)的某些參數(shù)的變化，如介質(zhì)厚度、介質(zhì)濕度、液位等。解決電纜寄生電容可采用“雙層屏蔽等電位技術(shù)”或稱為“驅(qū)動(dòng)電纜”電容式傳感器的測量電路常用電路有:變壓器電橋電路、運(yùn)算放大器測量電路、脈沖調(diào)制電路、調(diào)頻電路。1.變壓器電橋電路為了提高靈敏度，減小誤差，常采用差動(dòng)形式，其電路如圖所示。Cx1和Cx2表示差動(dòng)式電容傳感器的兩個(gè)電容。運(yùn)算放大器式測量電路 運(yùn)算放大器的特點(diǎn)就是放大倍數(shù)A很大，輸入阻抗也很大。理想的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)和輸入阻抗都是無窮大。利用運(yùn)算放大器的這些特點(diǎn)就可作為電容式傳感器的測量電路，來解決單個(gè)變極距式電容器傳感器

50、的非線性問題。運(yùn)算放大器式測量電路如圖所示。圖中，C為總的輸入電容，Cx是電容傳感器。脈沖寬度調(diào)制電路要求(yoqi) P88電容式傳感器的誤差(wch)因素 1.溫度(wnd)的影響 3.寄生電容的影響 2.漏電阻的影響電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器不但應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度及荷重等機(jī)械量的精密測量，還廣泛應(yīng)用于壓力、差壓力、液位、料位、濕度、成分含量等參數(shù)的測量。電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器是將由被測壓力引起的彈性元件的位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓瘉韺?shí)現(xiàn)測量的。擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器工作原理：是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率

51、發(fā)生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號(hào)輸出。壓阻式傳感器用于壓力、拉力、壓力差和可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何?、加速度、重量、?yīng)變、流量、真空度）的測量和控制。機(jī)械量的測量包括位移（線位移及角位移）測量、速度（轉(zhuǎn)速）及加速度測量、機(jī)械振動(dòng)以及力和力矩的測量。位移測量是線位移和角位移測量的統(tǒng)稱。實(shí)際上就是長度和角度的測量。位移的測量是通過位移傳感器將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電量，有接觸式和非接觸式。位移測量包括長度、厚度 、高度、距離、物位、鍍層厚度、表面粗糙、角度等的測量。能夠測量位移的傳感器很多，除表中所列的傳感器外，近年來各種新型傳感器，如光導(dǎo)纖維傳感器、電荷耦合器伯（CCD

52、）傳感器等均發(fā)展十分迅速，給位移的測量提供了不少新的方法。電渦流效應(yīng): 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理, 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(yùn)動(dòng)時(shí), 導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流, 此電流叫電渦流, 以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。 根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況, 此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類, 但從基本工作原理上來說仍是相似的。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)測量, 另外還具有體積小, 靈敏度高, 頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn), 應(yīng)用極其廣泛。用于非接觸式測量，可用于無損探傷當(dāng)金屬導(dǎo)體

53、置于變化的磁場中或是在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬表面將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬導(dǎo)體內(nèi)是自己閉合的，稱為電渦流或渦流。形成渦流必須具備下列兩個(gè)條件： 1.存在交變磁場； 2.導(dǎo)電體處于交變磁場中; 3.被檢對(duì)象必須是磁導(dǎo)體。1)渦流式傳感器原理渦流式傳感器完整地看，是由一個(gè)傳感器線圈加上被測金屬導(dǎo)體(dot)組成的。一個(gè)傳感器線圈置于金屬導(dǎo)體附近(fjn)，當(dāng)線圈中通有交變電流時(shí)，線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場H1。置于該磁場中的金屬導(dǎo)體(dot)就產(chǎn)生渦流，渦流敢將產(chǎn)生新個(gè)新磁場H2、 H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。線圈的阻抗變化與金屬導(dǎo)體的 電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚

54、度t以及線圈與金屬導(dǎo)體的距離、線圈的幾何參數(shù)r 、線圈激磁電流的角頻率等參數(shù)有關(guān)。渦流式傳感器工作時(shí)的總等效阻抗是以上各參數(shù)的函數(shù)，即電渦流傳感器是利用線圈與被測導(dǎo)體之間的電磁耦合進(jìn)行的，因而被測導(dǎo)體是傳感器的一部分，一般來說，被測導(dǎo)體的電導(dǎo)率越高，靈敏度也越高；而磁導(dǎo)率越高時(shí)，靈敏度越低。渦流傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路有電橋法和諧振法。諧振法是利用諧振回路，將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LC并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為且諧振時(shí)回路的等效阻抗最大，等于式中， 回路的等效損耗電阻當(dāng)電感L發(fā)生變化時(shí)，回路的等效阻抗和諧振頻率都將隨L的變化而變化，因此可以利用測

55、量回路阻抗的方法或測量回路諧振頻率的方法間接測出傳感器的被測值諧振法主要有調(diào)幅式電路和調(diào)頻式電路兩種基本形式。調(diào)幅式由于采用了石英晶體振蕩器，因此穩(wěn)定性較高，而調(diào)頻式結(jié)構(gòu)簡單，便于遙測和數(shù)字顯示。 定頻調(diào)幅電路缺點(diǎn)：線路復(fù)雜，線性度不夠?qū)?。變頻調(diào)幅電路，采用傳感器線圈直接接入電容三點(diǎn)式振蕩回路，優(yōu)點(diǎn)：成本低、線性范圍寬。 諧振調(diào)頻電路：P126電橋電路 P125電渦流傳感器的應(yīng)用低頻透射式渦流厚度傳感器、高頻反射式渦流厚度傳感器 、電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器光柵數(shù)字式傳感器光柵是由很多等節(jié)距的透光的縫隙或不透光的刻線均勻、相間排列而成的光電器件。莫爾條紋（Moire）具有位移放大作用光電式傳感器所謂光

56、電效應(yīng)是指在光的照射下一些金屬、金屬氧化物或半導(dǎo)體材料釋放電子的現(xiàn)象。光電效應(yīng)(un din xio yng)分為內(nèi)光電效應(yīng)(un din xio yng)和外光電效應(yīng)。當(dāng)物體在光的作用下所釋放的電子(dinz)沒有逸出物體表面，而只在物體的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)并使物體的電學(xué)特性發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)多產(chǎn)生于半導(dǎo)體材料內(nèi)。 分為光電導(dǎo)效應(yīng) 和 光生伏特效應(yīng)當(dāng)物體在光的作用下使物體中的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象，叫做外光電效應(yīng)，外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬或金屬氧化物內(nèi)。有光敏管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)：光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料時(shí),材料吸收

57、光子的能量，引起載流子濃度增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大。 主要有本征光電導(dǎo)與非本征光電導(dǎo)。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電元件。它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)光敏電阻在受到光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻（越小越好），此時(shí)流過的電流稱為亮電流。在沒有受到光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻（越大越好），此時(shí)流過的電流被稱為暗電流。亮電流與暗電流之差為光電流。光敏晶體管包括光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管，它們的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏三極管的靈敏度比光敏二極管高，但頻率特性較差，目前廣泛應(yīng)用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器

58、、控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測、光電讀出裝置等場合。光敏晶閘管主要應(yīng)用于光控開關(guān)電路光敏二極管。 通常處于反向偏置狀態(tài) 。當(dāng)沒有光照射時(shí)，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反向電流稱為暗電流。光生伏特效應(yīng) 簡稱為光伏效應(yīng)，指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。PN姐兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢。產(chǎn)生機(jī)制：光生載流子的濃度梯度、光電磁效應(yīng)、勢壘效應(yīng)（PN結(jié)）光電轉(zhuǎn)速傳感器如圖所示為在待測轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過盤上小孔到達(dá)由光敏晶體管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，經(jīng)過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。 N=60f/

59、z 轉(zhuǎn)速=60頻率/調(diào)制盤齒數(shù)霍爾傳感器霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器?；魻杺鞲衅鲝V泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測量?；?爾 效 應(yīng) 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的磁場（磁場方向垂直與薄片）中，當(dāng)有電流I通過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢UH，這種物理現(xiàn)象稱為(chn wi)霍爾效應(yīng)。一塊長為L、寬為W、厚為d的N型半導(dǎo)體薄片，位于(wiy)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，B垂直于L-W平面，沿L通電流I，N型半導(dǎo)體的載流體-電子將受到B產(chǎn)生的洛侖茲力FB的作用 洛侖茲力FL使電子(dinz)向垂直于B和自由電子運(yùn)動(dòng)方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即電子有向某一端

60、積聚的現(xiàn)象，使半導(dǎo)體端面產(chǎn)生負(fù)電荷積聚，另一端面則為正電荷積聚。由于電荷積聚，產(chǎn)生靜電場，稱為霍爾電場。該靜電場對(duì)電子的作用力FE與洛侖茲力FL的方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，其大小為 電場力阻止電子繼續(xù)向原側(cè)面積累，當(dāng)電子所受電場力和洛侖茲力相等時(shí)，電荷的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，由于存在EH，半導(dǎo)體片兩側(cè)面間出現(xiàn)電位差UH ，稱為霍爾電勢常用N型半導(dǎo)體材料做霍爾元件元件的厚度越薄，靈敏度越高不等位電勢：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零時(shí)，元件通以額定激勵(lì)電流時(shí)，霍爾電勢應(yīng)該為零，但實(shí)際卻不為零，這一電勢成為不等位電勢。產(chǎn)生的原因：兩個(gè)霍爾電極不再同一等位面上；材料不均勻或是工藝不良等?；魻柺睫D(zhuǎn)速測量裝置N=60f