傳感器復(fù)習(xí)資料

PAGEPAGE4檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)復(fù)習(xí)提綱傳感器的基本概念傳感器的定義、地位、作用和發(fā)展方向。傳感器的定義：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某些物理量的測(cè)量裝置。傳感器的作用：傳感器是獲取自然領(lǐng)域中信息的主要手段，在檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，相當(dāng)于人的五官。傳感器的地位：傳感器位于自控系統(tǒng)的最前端，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)之一（即信息采集技術(shù)）。自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器的依賴越大；檢測(cè)系統(tǒng)越先進(jìn)，設(shè)備的生命力越強(qiáng)傳感器技術(shù)是“頂天立地”的技術(shù)，是社會(huì)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)：它是一門以研究自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換、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、了解傳感器的分類：電量傳感器、電參數(shù)傳感器3、傳感器的基本特性靜特性：線性度（要求掌握端基線性度的擬和直線）、遲滯、重復(fù)性、靈敏度等動(dòng)特性4、測(cè)量誤差的概念和分類P4掌握測(cè)量技術(shù)中的部分名詞測(cè)量誤差，按表示方法可被分為絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差，重點(diǎn)要求掌握絕對(duì)誤差、各種相對(duì)誤差的基本概念和用法。應(yīng)用見作業(yè)題。例：傳感器A測(cè)溫范圍0～1000C,精度為1級(jí),問其測(cè)200C,500C,800C時(shí)的示值相對(duì)誤差分別為多少?結(jié)論?另外,如有傳感器B的測(cè)溫范圍50～5500C,精度為0.5級(jí),如要求測(cè)溫50～900C,誤差不超過10C,應(yīng)選擇何種傳感器?如果要量0～2000C，要求測(cè)量示值相對(duì)誤差不大于要求掌握系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差的基本概念及與準(zhǔn)確度、精密度、精確度的關(guān)系。四、電阻應(yīng)變傳感器1、概念：電阻應(yīng)變計(jì)是將被測(cè)量的力（壓力、荷重、扭力等）通過它所產(chǎn)生的金屬彈性變形轉(zhuǎn)換成電阻變化的敏感元件。它是由電阻應(yīng)變片和測(cè)量線路兩部分組成。2、特點(diǎn)：參量類——外加物理量引起參數(shù)變化（R、L、C），屬無源式。3、電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)：重點(diǎn)掌握四個(gè)電阻相等情況下：?jiǎn)伪?、差?dòng)和全橋的測(cè)量方法、測(cè)量特點(diǎn)及相關(guān)計(jì)算（重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，電橋平衡時(shí)對(duì)邊電阻相乘相等）為了提高輸出電壓，也可在每個(gè)橋臂串聯(lián)多個(gè)應(yīng)變電阻，此時(shí)要注意輸出隨串聯(lián)的電阻個(gè)數(shù)成比例增加。提高電橋輸出靈敏度的方法。4、了解半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)并與電阻絲的應(yīng)變片進(jìn)行比較（靈敏系數(shù)、溫度穩(wěn)定性）5、結(jié)構(gòu)：將電阻應(yīng)變片貼在受力的彈性元件上，就可以分別做成測(cè)力、位移、加速度等參數(shù)的傳感。附作業(yè)：1）一應(yīng)變電阻R=120Ω，K=2，用作800μm/m的傳感器元件，求ΔR，ΔR/R。若用電橋測(cè)量電路，試畫出相關(guān)測(cè)量電路,如電橋電源U=4V，求相應(yīng)的輸出U0。如應(yīng)變片所受應(yīng)力減少，使相應(yīng)的輸出U0降至1mV，求此時(shí)的應(yīng)變值。如四片均為應(yīng)變電阻，應(yīng)該怎樣貼在受力結(jié)構(gòu)上？五、溫度傳感器熱電阻傳感器：特點(diǎn)：測(cè)溫精度較高，范圍廣，穩(wěn)定性、重復(fù)性好，特別適于測(cè)低溫。但熱慣性大，靈敏度低。測(cè)溫電路：用電橋作為傳感器的測(cè)量電路，工業(yè)上用的鉑電阻的引線為三根，目的是消除連接線電阻的影響。2、熱敏電阻分類：NTC：具有負(fù)溫度系數(shù)，阻值隨溫度升高而下降；PTC：具有正溫度系數(shù)，阻值隨溫度升高而升高。NTC與PTC均有突變型與緩變型，但NTC以緩變型多，PTC以突變型多。一般選擇NTC突變型為溫度開關(guān)，性能較好。3、熱電偶傳感器掌握熱電偶測(cè)溫的基本原理，理解熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論和幾個(gè)定律。重點(diǎn)掌握熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償?shù)囊饬x和方法：熱電偶冷端溫度恒溫法、計(jì)算修正法、補(bǔ)償導(dǎo)線法（將熱電偶冷端延長(zhǎng)到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方）和冷端補(bǔ)償例如補(bǔ)償電橋法等。復(fù)習(xí)熱電偶實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)會(huì)溫度補(bǔ)償?shù)挠?jì)算。TnTnTnTnT1mVT2T2冷端：Tn測(cè)溫點(diǎn)：T1T2為補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線六、電感傳感器自感和互感傳感器概述：定義：電感傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感的變化來測(cè)量的裝置。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，輸出功率高，分辨力與靈敏高,，線性較好，穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。但頻率響應(yīng)低，不宜進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。自感傳感器：了解其工作原理，重點(diǎn)了解和掌握差動(dòng)自感傳感器原理、組成及特點(diǎn)（抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度提高一倍，線性好，精度及特性變好，電磁吸力對(duì)測(cè)量力的影響相互抵消）。按結(jié)構(gòu)可分為變隙式、變面積式和螺線管式。2）差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器是一種互感傳感器，了解其工作原理與其測(cè)量電路的構(gòu)成，按結(jié)構(gòu)可分為變隙式、變面積式和螺線管式渦流傳感器了解其測(cè)量原理（反射電阻與反射電感）掌握其特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高。主要測(cè)量位移、厚度、振動(dòng)以及探傷等?？捎糜诜墙佑|測(cè)量。渦流傳感器可制成應(yīng)用廣泛的接近開關(guān)。接近開關(guān)（電渦流式傳感器）：它是通過傳感器端部與被測(cè)物體之間的距離變化來測(cè)量物體的位移。電渦流式傳感器還可測(cè)偏心和振動(dòng)、厚度等。掌握以上傳感器的各種測(cè)量電路（如相敏整流電路等）。七、電容傳感器了解電容傳感器的工作原理分類：重點(diǎn)掌握極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型。面積變化型：可測(cè)位移、尺寸。特點(diǎn)：線性，靈敏度低，只可測(cè)cm級(jí)。極距變化型：特點(diǎn)：非線性，C=f（x）是一個(gè)雙曲線函數(shù)，但容抗Zc=f（x）呈線性關(guān)系?？蓽y(cè)量微米級(jí)的位移。3、重點(diǎn)掌握測(cè)量電路：電橋、脈寬調(diào)制電路（原理和輸出）4、電容的特點(diǎn)：加云母片提高電容傳感器的靈敏度，電容傳感器的靜電力較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫度穩(wěn)定性好，可非接觸測(cè)量；寄生電容影響大，抗干擾問題。

八、光電傳感器掌握光電效應(yīng)的分類、原理和相應(yīng)的典型器件。1）結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉w，六角形晶柱Z軸：3，縱向軸，光軸，無壓電效應(yīng)；X軸：1，經(jīng)過正六面體棱線，垂直于光軸，電軸（縱向壓電效應(yīng)）Y軸：2，垂直于X、Z軸，機(jī)械軸（橫向壓電效應(yīng)）2、計(jì)算dmnm—產(chǎn)生電荷的面的軸向；n—施加作用力的軸向1）壓電晶體切片在X方向受壓縮力σx作用，產(chǎn)生厚度變形：與尺寸無關(guān)。2）沿y方向施加力Fy，產(chǎn)生長(zhǎng)度變形：與尺寸相關(guān)由于：d11=-d12（各向異性）3）沿Z軸方向施加力，無變形，無極化。4）無體積變形，無極化。3、壓電傳感器的等效電路Ua=q/Ca1）電荷源：內(nèi)部的電荷發(fā)生器對(duì)C充電；2）電壓源：產(chǎn)生的電荷形成電壓源，對(duì)外供電時(shí)需通過對(duì)等效電容充放電進(jìn)行。3、壓電元件的連接方式：并聯(lián)和串聯(lián)，特點(diǎn)。4、壓電式傳感器的前置放大器的作用是把壓電傳感器的高阻抗變換為低阻抗輸出，并放大壓電傳感器的輸出的微弱信號(hào)。電壓式前置放大器：傳感器與電壓放大器連接的電路，其輸出電壓與輸入電壓（壓電元件的輸出電壓）成正比，線路簡(jiǎn)單，但容易受電纜電容的影響,低頻特性差。電荷式前置放大器：傳感器與電荷放大器連接的電路，其輸出電壓與輸入電荷（壓電元件的輸出電荷）成正比，線路較復(fù)雜，但受電纜電容的影響較小，低頻特性較好。5、測(cè)量特點(diǎn)：1）對(duì)象：力及力的派生物理量（壓力、位移、加速度等）。2）動(dòng)態(tài)測(cè)量：壓電材料上產(chǎn)生的電荷只有在無泄露的情況下才能長(zhǎng)期保存。故它不宜做靜態(tài)測(cè)量，只能施加交變力，電荷才能得到不斷的補(bǔ)充，才能供給回路一定的電流，故只宜做動(dòng)態(tài)測(cè)量。6、應(yīng)用：作為測(cè)量元件，可測(cè)最終能變?yōu)榱Φ奈锢砹咳鐗毫Α⒓铀俣?、沖擊（汽車的沖擊檢測(cè)）、振動(dòng)、玻璃墻的被打碎等。其原理均是利用壓電元件對(duì)振動(dòng)敏感的特性來感知受力時(shí)的振動(dòng)波，并將振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，再放大、濾波、比較等處理后提供給后續(xù)系統(tǒng)。一般將傳感器安放在被測(cè)部位上，然后通過電纜和報(bào)警電路相連。7、壓電傳感器特點(diǎn)：體積小，簡(jiǎn)單，可靠，靈敏，固有頻率高，應(yīng)用廣泛，但不能測(cè)頻率太低的被測(cè)量，特別是靜態(tài)力。十四、電子計(jì)數(shù)器電子計(jì)數(shù)器的組成電子計(jì)數(shù)器的各種測(cè)量原理：測(cè)頻率、周期、頻率比、時(shí)間間隔、計(jì)數(shù)累加、自校驗(yàn)和相位的測(cè)量等。十五、時(shí)域測(cè)量--示波器模擬示波器組成：垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)和主機(jī)。模擬示波器的核心：陰極射線示波管（