檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課件

電感傳感器

2.1概述1、定義：電感傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感的變化來測量的裝置。2、特點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠，輸出功率高，分辨力高（0.01μm),靈敏(幾百mV/1mm)

線性較好(0.05～0.1%），穩(wěn)定，抗干擾能力強。但頻率響應(yīng)低，不宜進行快速動態(tài)測量。一、簡單自感傳感器工作原理1、結(jié)構(gòu)：由線圈、鐵心和銜鐵組成。2.2自感傳感器2、線圈自感電動勢：3、線圈自感電動勢：一般導(dǎo)磁體的磁阻與空氣隙的磁阻相比很小，可忽略?？諝庀断鄬孛娣e空氣隙厚度可變磁阻式自感型--可變磁阻式位移傳感器dm202SwL=(a)(b)(c)(d)（a）可變導(dǎo)磁面積型；（b）差動型；（c）單螺管線圈型；（d）雙螺管線圈差動

靈敏度線性行程制造變δ

高差小難變S

較高好大較易螺管式低差大易二、自感傳感器類型分三個類型：三、差動自感傳感器1、組成：由兩個具有公共銜鐵的完全相同的自感傳感器組成，銜鐵處于中間位置時，U0=02、特點：抗干擾能力強，靈敏度提高一倍，線性好，精度及特性變好，電磁吸力對測量力的影響相互抵消。四、測量電路（L→I/V

的幅值、頻率、相位的變化）基本測量電路通常都采用交流橋路四、測量電路基本測量電路通常都采用交流橋路1、一般電橋Z1=Z+ΔZZ2=Z-ΔZUUU0U0四、測量電路基本測量電路通常都采用交流橋路四、測量電路基本測量電路通常都采用交流橋路如銜鐵上移：δ1↓→ωL1↑→Z1=Z+ΔZδ2↑→ωL2↓→Z2=Z-ΔZ2、變壓器電橋如銜鐵下移：Z1=Z-ΔZZ2=Z+ΔZ相差1800變壓器電橋簡單，輸出阻抗小，應(yīng)用廣泛。結(jié)論：輸出U0的大小與位移的大小相關(guān)；輸出U0的方向與位移方向相關(guān)，可相差1800

但交流表只能反映輸入的大小，無法辯向。

殘余電壓是由于結(jié)構(gòu)上不對稱及勵磁電壓中有高次諧波等原因造成。3、相敏整流電路：既反映輸入的大小，又能辯向在中間位置時，Z=Z1=Z2輸出為零如銜鐵上移：Z1=Z+ΔZZ2=Z-ΔZ當電源上正下負時,VR1<VR2輸出下正上負當電源上負下正時，VR1>

VR2輸出仍下正上負所以：當銜鐵上移時，輸出下正上負，其大小與位移相關(guān)同理：如銜鐵下移：Z1=Z-ΔZZ2=Z+ΔZ

當電源上正下負時,VR1>VR2輸出上正下負當電源上負下正時,VR1<

VR2輸出仍上正下負所以：當銜鐵下移時，輸出上正下負，其大小與位移相關(guān)。4、特點簡單，輸出功率大，精度較高，但輸出與激勵電源頻率相關(guān)，要求有穩(wěn)頻電源。5、應(yīng)用測位移。派生量：壓力、流量、厚度、震動等，量程<100mm一、概念：差動變壓器是互感傳感器，是把被測位轉(zhuǎn)換為傳感器線圈的互感的變化量，由于常做成差動的，故稱差動變壓器。二、工作原理主要由一個線框和一個鐵心組成。一次線圈一組，二次線圈兩組。2.3差動變壓器PPS1S2PS1PS2(a)三段式(b)二段式Es2Es1EpEsx-x當鐵芯在平衡位置時，U21=

U22

空載時的等效電路

中間位置時，M1=M2輸出為零如鐵芯上移：M1=M+ΔMM2=M-ΔM如鐵芯下移：M1=M-ΔMM2=M+ΔM與U21極性相同與U21極性相反三、特性1、靈敏度：一般大于50mV/mm/V

提高靈敏度的措施：提高Q值，增大尺寸，長度：直徑=1.2:2.0

增大鐵芯直徑，采用導(dǎo)磁率高的材料；提高勵磁電壓。2、頻率特性：激磁頻率一般?。?0～50KHZ，也可在5～400KHZ內(nèi)。但頻率太高引起溫度及頻率誤差增大頻率太低引起鐵損及偶合電容影響增大

矛盾：f↑→φ↑→U2↑f↑→ωL↑→U2↓4、溫度特性溫度誤差主要受機械部分的熱脹冷縮和一次線圈中的電阻的溫度系數(shù)影響。5、零點殘余電壓及其消除方法零點殘余電壓主要由結(jié)構(gòu)的不對稱、和高諧波等引起。采用相敏整流電路使輸出同時反映鐵芯移動的大小與方向，并大大減少零點殘余電壓。也可附加調(diào)零電路解決。取最佳值

差動變壓器的輸出特性加相敏整流的輸出特性

一、渦流的概念 渦流—成塊的金屬置于變化著的磁場中或者在磁場中運動時，金屬體內(nèi)都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢形成電流，這種電流在金屬體內(nèi)是自己閉合的，稱為渦流。其大小與（μ、ρ、ω、δ、x）有關(guān)。2.4渦流傳感器二、渦流傳感器的特點可進行非接觸測量，動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高。主要測量位移、厚度、振動以及探傷等，應(yīng)用極為廣泛。三、分類高頻反射渦流傳感器低頻透射傳感器五、高頻反射渦流傳感器1、基本工作原理

i→Φi→ie→Φe→原線圈L變化當傳感器與被測導(dǎo)體靠近時，傳感器的等效阻抗Z將發(fā)生變化，Z可表示為：

Z=R+rω2M2/（r2+ω2l2

）

+jω[L-lω2M2/（r2+ω2l2）]

URLMrliie等效電路分析：R`——rω2M2/（r2+ω2l2）反射電阻L`——(L-lω2M2)/（r2+ω2l2）反射電感受渦流影響，電阻增加，電感變化，Q下降可用函數(shù)式表示如下：2、單值函數(shù)關(guān)系 3、結(jié)構(gòu)形式主要是一個安裝在框架上的線圈，線圈內(nèi)可繞成一個扁平圓形粘貼于框架上；也可在框架上開一條槽，導(dǎo)線繞制在槽內(nèi)而形成一個線圈。4、測量方法

1）調(diào)頻法震蕩器f計f-V

電壓表fx2）調(diào)幅法5、影響高頻反射渦流傳感器靈敏度的因素

1）并非真正的單值函數(shù)

2）被測物體形狀對測量的影響（D/d>3.5）

3）材質(zhì)的影響U0

石英震蕩器

放大

檢波

指示x滲透深度與勵磁電流的頻率相關(guān)六、低頻透射渦流傳感器U→i

→

Φi→ie→Φe→Φ→E

下面線圈的感應(yīng)電壓E主要與M的厚度相關(guān)

還與U的幅值、頻率以及兩線圈的匝數(shù)以及相對位置相關(guān)。ρ小，選f500HZρ大，選f2kHZ

七、渦流傳感器的應(yīng)用特點:

為非接觸測量；線性度好,分辨率好;

大量程,重0.01m-40mm;體積小,重量輕,驅(qū)動功率小;

靈敏度好,0.1-1V/mm.利用：x

可測位移，派生量為厚度，震幅，轉(zhuǎn)速，熱膨脹系數(shù)鋼水的液位；ρ可進行材質(zhì)判別，非磁性材料；

可測量應(yīng)力，硬度；

ρ

x綜合影響可進行金屬的探傷。四電容式傳感器將被測量的量轉(zhuǎn)化為電容量變化的裝置.兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++傳感器及應(yīng)用技術(shù)

A

應(yīng)用舉例：連續(xù)油管的橢圓度測量EddySensor

CoiledTubeReferenceCircle渦流式說明:(1)連續(xù)油管；(2)橢圓度；(3)在線測量系統(tǒng)。四電容式傳感器傳感器及應(yīng)用技術(shù)本章結(jié)束作業(yè)試論述差動電感傳感器的特點并比較其常用的測量電路的特點。思考：設(shè)計一個用接近開關(guān)進行測速的相關(guān)電路。

熱電偶傳感器

7.1熱電偶效應(yīng)及相關(guān)定律

熱電偶屬電量傳感器(將非電量轉(zhuǎn)換為電量T——mV)，有源傳感器。一.熱電偶效應(yīng)將兩種電子密度不同的導(dǎo)體如圖連接成閉合回路,如果兩端所處的溫度不同時，在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電動勢和溫差電動勢。熱電偶工作原理熱電效應(yīng)（西拜克效應(yīng)，1821年）（1）接觸熱電勢

兩種材料電子密度不同。如NA>NB，在熱端從A擴散到B的電子數(shù)目多，使冷端AB之間形成電位差。其大小取決于A、B的性質(zhì)及接觸點的溫度，而與其形狀尺寸無關(guān)。（2）溫差電動勢

是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢.高溫側(cè)電子受熱能運動加劇,高溫側(cè)失去電子而帶正電,低溫側(cè)得到電子帶負電即形成一個靜電場,使兩端出現(xiàn)電位差（湯姆森電勢）?；芈房傠妱荩汉雎詼夭铍妱莺笥校汗潭═0后有：AB二.熱電偶的幾點結(jié)論:1、若組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體相同（均質(zhì)導(dǎo)體）,則無論兩接點溫度如何,熱電偶回路內(nèi)的總電動勢為零。2、如熱電偶兩接點溫度相同,即T=T0,盡管導(dǎo)體A、B的材料不同，熱電偶回路內(nèi)的總熱電動勢為零。3、熱電偶AB的熱電動勢與A、B材料的中間溫度無關(guān)，只與接觸點溫度有關(guān)。三、熱電偶的重要定律：1.中間溫度定律：

熱電偶AB在接點溫度為T1、T3時的熱電動勢，等于熱電偶在接點溫度為T1、T2和T2、T3時的熱電動勢總和。AB2.中間導(dǎo)體定律:

在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)線，只要這第三種材料的導(dǎo)體兩端溫度相同，第三種材料導(dǎo)線的引入不會影響熱電偶的熱電動勢，這一性質(zhì)稱為中間溫度定律。ABCCmVABt1t2t23.標準電極定律:

當溫度為T1、T2時，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和。

EAB（

T1,T2）=EAC（T1,T2

）+ECB（T1,T2）

導(dǎo)體C稱為標準電極（一般由鉑組成），故把這一性質(zhì)稱為標準電極定律。T1T1T1T2T2T2AABBCC

四、工業(yè)用熱電偶

1、材料要求：穩(wěn)定，溫度系數(shù)↓，電導(dǎo)率↑，熱電勢大，線性，重復(fù)性好純金屬熱電極20μv/0C，半導(dǎo)體為103μv/0C保護套管接線盒引線2、結(jié)構(gòu)：

凱裝熱電偶

3、常用熱電偶：鉑銠鉑（S/R/B）

范圍最廣，3000C以上精度最高銅康銅（T）

在-160～2500C精度最高鎳鉻鎳硅/鋁（K）

在廉金屬中上限溫度最高五、熱電偶冷端的溫度補償1、當冷端不為時，分度表的使用例如：E型300度時有:當冷端為儀表顯示?查：則：熱電偶分度表2、補償導(dǎo)線的引入不論如何變化，只要不變則即不變但兩種材料的熱電特性一定要相同3、熱電偶在工業(yè)測量中的冷端補償1）提供冷端2）冷端不變時，查表補償3）冷端變化時，加補償導(dǎo)線4）加冷端補償電路補償電橋，用集成溫度傳感器進行補償。集成溫度傳感器：

80年代出，線性好，靈敏，精度適中電流型：1μA/0K；電壓型：1μV/0KLM134：電流型1μA/0K-55～1250C作業(yè)：1、試比較熱電阻、熱敏電阻、熱電偶三種測溫傳感器的特點及其對測溫電路的要求。2.糧倉測溫:測溫傳感器的選擇.

磁敏傳感器

8-1概述一、定義磁敏傳感器是基于磁電轉(zhuǎn)換原理的傳感器。

1856年發(fā)現(xiàn)磁阻效應(yīng)，1879年發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)

60年代初開始應(yīng)用。二、分類體型：霍爾傳感器，磁敏電阻結(jié)型：磁敏二極管，磁敏晶體管8-2霍爾傳感器

一、霍爾效應(yīng)在金屬或半導(dǎo)體薄片的兩端通過控制電流I,并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強度為B的磁場,+++++++++IUHBFLFEv

那么,在垂直于電流和磁場方向上將產(chǎn)生電動勢UH（霍爾電壓）.d為霍爾元件的厚度洛倫茲力：FL=-ev

B電荷聚集，UH產(chǎn)生靜電場產(chǎn)生反力：FE=-eEU

=-eUH

/b平衡時：FL=FE

，-ev

B=-eUH

/bUH=bvBI為控制電流：I=dQ/dt=bdvn(-e)bv=I/[dn(-e)]則：UH=IB/[dn(-e)]取RH=1/[n(-e)]

霍爾常數(shù),由半導(dǎo)體材料決定則：UH=RHIB/d取KH=RH/d則：UH=KHIB

霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運動電荷受磁場中洛倫茲力作用的結(jié)果：UH=KHIBb為霍爾元件的寬度n為單位體積內(nèi)自由電子數(shù)

UH=KHIB

霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強度B的乘積。KH稱為霍爾元件的靈敏度，它是表征在單位磁感應(yīng)強度和單位控制電流時輸出霍爾電壓大小的重要參數(shù)當控制電流方向或磁場方向改變時，輸出電動勢方向也將改變二、靈敏度1）材料電阻ρ與載流子濃度n和其遷移率μ相關(guān)，RH=(μ,ρ)(RH=1/[n(-e)])2）KH=RH/d，則d要小，霍爾片要?。?μm）3）霍爾片長邊/短邊>4，輸出不受影響（一般長邊/短邊=2,短邊通以電流，長邊輸出UH）建立霍爾效應(yīng)的時間很短：10-2～10-14ｓ控制電流用交流時，頻率可以很高（幾千兆赫）

接觸要求：歐姆接觸（無PN結(jié)）老式：焊接新方法：離子注入工藝濺射工藝霍爾元件外形及結(jié)構(gòu)：尺寸：4mm×2mm×0.1mm1324由于建立霍爾效應(yīng)的時間很短，因此控制電流用交流時，頻率可以很高（幾千兆赫）

在磁場作用下，負載上有電壓輸出。實際使用時,以I或B,或同時作為輸入信號，而輸出信號則正比于I或B,或兩者的乘積。

三、基本電路控制電流由E供給

RP為調(diào)節(jié)電阻

Rf為負載電阻

四、電磁特性

1）ＵH—I特性：UH=KHIB

在磁場和環(huán)境溫度一定時，霍爾輸出電動勢UH與控制電流I之間呈線性關(guān)系，直線的斜率稱為控制電流靈敏度用KI表示。KI=KHB→UH=KII（線性）

KH↑→

KI↑

KI↑、

I

↑→UH↑六、材料及結(jié)構(gòu)特點一般采用以下半導(dǎo)體單晶材料制成：N型鍺、砷化銦、銻化銦輸出大受溫度影響大輸出小溫度和線形度較好線形度好受溫度影響比銻化銦小輸出沒有銻化銦大敏感元件一般測量七、誤差分析及誤差補償方法１）元件的幾何尺寸、電極的接點大小對性能的影響UH=

fH()RHIBdLlfH(L/l)為元件的形狀系數(shù)當L/l>2

時,形狀系數(shù)fH(L/l)接近于1實際上,取L/l=2b)霍爾電極的大小對霍爾電動勢輸出有影響當S/L<0.1時,電極寬度的影響才可以忽略不記.a)UH=

fH()RHIBdLlS/L<0.1

2）不等位電動勢及其補償主要零位誤差，制作時不能保證將霍爾電動勢極焊在同一等位面上.3）寄生直流電動勢a）非歐姆接觸造成控制電流極和霍爾電動勢極上的整流效應(yīng)b）電動勢極的的焊點不一致,兩焊點的熱容量不一致產(chǎn)生溫差寄生直流電動勢自身補償法4）感應(yīng)電動勢在交變磁場中工作時,在輸出回路中產(chǎn)生附加感應(yīng)電動勢,其大小正比于磁場變化的頻率和磁感應(yīng)強度的幅值,并與霍爾電動勢極引線構(gòu)成的感應(yīng)面積成正比a合理布線：在磁路氣隙中安置一輔助霍爾元件(特性相同)b自身補償法5）溫度誤差補償由于半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度隨溫度變化，故霍爾元件的內(nèi)阻、霍爾電動勢也將隨溫度變化a選用溫差系數(shù)小的元件（砷化銦）b恒流供電：減少元件內(nèi)阻隨溫度變化引起的控制電流變化。c其它溫度補償法八、霍爾傳感器的特點：霍爾傳感器基于霍爾效應(yīng)將被測量轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。雖然其轉(zhuǎn)換效率低，溫度影響大，但簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬（從直流到微波）、可靠性高、易于集成化九、應(yīng)用1、功能可分為：霍爾線性器件（輸出模擬量）霍爾開關(guān)器件（輸出數(shù)字量）

2）按被檢測的對象的性質(zhì)可分為：直接應(yīng)用：直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性（高斯計）間接應(yīng)用：檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它將許多非電、非磁的物理量例如力、位移、速度以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制

為了精確地測量磁場,常用恒流源供電,使被測磁場的磁感應(yīng)強度B可用霍爾電壓來量度電流傳感器電功率計電機控制（直流無刷電機）

光電式傳感器

8-1光電效應(yīng)一、外光電效應(yīng)及器件：1、外光電效應(yīng)：在光線的作用下，物體內(nèi)的電子吸收光的能量逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)（如光電管）。紅線頻率：物體對應(yīng)的光頻閾值。

f光線<f紅線,再大的光強也不能導(dǎo)致電子發(fā)射；

f光線>f紅線，微弱的光線即可導(dǎo)致電子發(fā)射。2、外光電器件：光電管紅外光源：銀氧銫為陰極，構(gòu)成紅外探測器、夜視鏡等

光電倍增管：可方法幾萬倍到幾十萬倍二、內(nèi)光電效應(yīng)及器件1、內(nèi)光電效應(yīng)：

1）光電導(dǎo)效應(yīng)：光照在物體上，使其電阻率ρ發(fā)生變化的效應(yīng)。即電子吸收光能后，從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，從而引起電導(dǎo)率的變化。照射光波長限：只有照射光波長<λC方可產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)

2）光生伏特效應(yīng)：勢壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）：接觸的半導(dǎo)體或PN結(jié)中，當光線照射其接觸區(qū)時，引起光電動勢。原理：入射光照射在PN結(jié)上時，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg時，則在PN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，它們的移動使PN結(jié)產(chǎn)生電勢。-+PN三價空穴五價電子-++-

三、內(nèi)光電效應(yīng)器件

1、光敏電阻結(jié)構(gòu)：

原理：照射光強↑→RG↓→I↑

光照停止，RG恢復(fù)。

主要參數(shù)：暗電阻：不受光照射時的電阻（大好）亮電阻：受光照射時的電阻（小好）暗電流：對應(yīng)暗電阻的電流（小好）

亮電流：對應(yīng)亮電阻的電流（大好）光電流：亮電流-暗電流（大好）伏安特性光照特性

特點：靈敏度高（光照后阻值急劇下降），光譜特性好，使用壽命長，穩(wěn)定，體積小。但頻率低，非線性，宜用作開關(guān)量。

2、光電池：特點：頻率特性好，轉(zhuǎn)換效率高，頻譜寬，穩(wěn)定性好。+-

光電池的光譜特性：

硒光電池用于可見光注意光源與光電池的匹配硅光電池的光照特性短路電流：（測量用）線性，負載電阻小好開路電壓：非線性硅硒

光電池的頻率特性：硅光電池頻率響應(yīng)高，可用于高速場合

光電池的溫度特性：設(shè)計中應(yīng)考慮溫度的補償

3、光敏二極管原理：入射光照射在PN結(jié)上時在PN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，在內(nèi)電場作用下定向運動形成光電流

照射光↑→I↑光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)光照停止，光敏二極管處于截止狀態(tài)正向電阻：類似普通二極管反向電阻：∞，隨光照變化

光敏二極管的伏安特性

1）類似普通二極管

2）無意義

3）反向工作：電流與光照相關(guān)光照一定時相當于恒流源4）不加反壓類似光電池

21344、光敏三極管原理：入射光照射在PN結(jié)上時在PN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，在內(nèi)電場作用下定向運動形成光電流。光照發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的光電流相當于三極管的基極電流，其集電極電流是它的β倍。光敏三極管的伏安特性光敏三極管的光照特性光敏三極管的溫度特性光電流暗電流

光敏三極管的光譜特性紅外探測用鍺管，大部分情況下用硅管（暗電流小）

普通光敏二極管檢測，高速帶放大，可直接驅(qū)動轉(zhuǎn)換效率高，頻率高

光電偶合器鋁板光孔ABC

門控

計數(shù)電路：在規(guī)定的時間內(nèi)計數(shù)。

N=fATB

計數(shù)器的測頻功能TX=T0NT0N

計數(shù)器的測周期功能5應(yīng)用將被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕淖兓?具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、高可靠性、高精度和反映快等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。5應(yīng)用1）模擬量光電傳感器檢測系統(tǒng)：輻射式吸收式反射式遮光式2）開關(guān)量光電傳感器檢測系統(tǒng)

作業(yè)試比較光電阻、光電池、光敏二極管、光敏三極管特點。試設(shè)計一測試水濁度的電路。

位移-數(shù)字傳感器

10-1概述一、位移-數(shù)字傳感器的特點：大量程，高精度，高分辨率，抗干擾能力強，穩(wěn)定性好，易于與計算機接口。二、分類

角度數(shù)字編碼器光柵傳感器感應(yīng)同步器10-2編碼器一、分類

脈沖盤式編碼器（增量編碼器）接觸式編碼器編碼器碼盤式編碼器電磁式編碼器（絕對編碼器）光電編碼器二、碼盤式編碼器（絕對編碼器）1、接觸式碼盤1）四位二進制碼盤電刷α=3600/2n循環(huán)碼盤2）循環(huán)碼盤相鄰的兩個數(shù)碼間只有一個是變化的?？山档蛯Υa盤的制作與電刷的安裝要求。2、光電式編碼器（非接觸式）結(jié)構(gòu)：采用照相腐蝕工藝，刻出透光、不透光的碼形。裝有與碼道相同個數(shù)的光電轉(zhuǎn)換元件替代電刷。提高分辨率的方法：插值法

特點：非接觸式，分辨率高，精度高（10-8），n可達16，體積小，易于集成，允許高速旋轉(zhuǎn)。但復(fù)雜，光源壽命較短。

三、脈沖盤式編碼器（增量編碼器）1、結(jié)構(gòu)與工作原理光電轉(zhuǎn)換器光柵盤縫隙(1度1個)光電管

三、脈沖盤式編碼器（增量編碼器）

實際碼盤零位外圈內(nèi)圈零位脈沖A相脈沖B相脈沖光電轉(zhuǎn)換n決定了碼盤的精度，受電刷數(shù)量的限制特點：簡單對碼盤的制作與電刷的安裝要求嚴辯向電路：

2、輸出例：國產(chǎn)SZGH-01600P/rA、B相脈沖，相差90度

1P/rC脈沖，作零位標記

30KHZ

最高可達25000P/r3、精度取決于碼盤本身的精度分辨率取決于每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)4、利用C相脈沖，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次，因而無論正、反轉(zhuǎn)，計數(shù)器每次反映的都是相對于上次角度的增量，故稱為增量法。10-3柵式數(shù)字傳感器一、分類1、光柵：物理光柵：利用光的衍射原理，主要用于光譜分析，波長等的測定。計量光柵：利用莫爾（Moire）現(xiàn)象，主要用于測量長度、角度、v、a

、震動等。2、磁柵：一種磁電轉(zhuǎn)換器，工作原理類似錄音帶。本節(jié)主要介紹計量光柵二、計量光柵1、分類

透射光柵長光柵幅值光柵（黑白光柵）反射光柵圓光柵相位光柵（閃耀光柵）新型：激光全息光柵，偏振光柵此處主要講透射光柵2、工作原理

光柵：柵尺，尺面刻有排列規(guī)則、形狀規(guī)則、平行的刻線，透明（白）、不透明（黑）。

a=b

光柵距：

d=a+babdw莫爾條紋兩個亮條紋之間的寬度既為其間距。莫爾條紋：兩塊柵尺面對面相迭合，并使兩塊柵線形成很小的夾角θ，由此出現(xiàn)的明暗相間的條紋。ww1）柵尺：標尺光柵：主光柵，長度由測量范圍定，不移動指示光柵：移動，需有足夠長以獲得足夠的莫爾條紋區(qū)。2）莫爾條紋：

w=d/θ

當θ很小時w對d有幾百倍的放大作用例：令d=0.02mm,θ=0.00174532rad

則w=d/θ=11.4592mmK=w/d=573

柵尺移動一個d

，莫爾條紋移動一個w

；柵尺移動的方向與莫爾條紋移動的方向相對應(yīng)誤差平均效應(yīng)：柵線標準均方差σ莫爾條紋均方差：σ=√n3）光能分布：理想：三角波實際：正弦波四、光柵測量系統(tǒng)組成：光柵光學(xué)系統(tǒng)電子系統(tǒng)（細分、辯向、顯示）機械部分1、光柵光學(xué)系統(tǒng)（簡稱光柵系統(tǒng)）1）組成與功能a照明系統(tǒng)；b光柵副：標尺光柵與指示光柵，在平行光照射下形成莫爾條紋。測量裝置的精度主要由標尺光柵決定。c光電接收系統(tǒng)：光電接收元件，把由光柵副形成的莫爾條紋的明暗強弱轉(zhuǎn)換為電量輸出。

光電元件輸出信號的周期數(shù)與移過的柵距數(shù)相等。

光柵讀數(shù)頭：照明系統(tǒng)，指示光柵，光電接收系統(tǒng)（除標尺光柵外）組合在一起。在它與標尺光柵作相對位移的過程中，根據(jù)標尺光柵讀出移動部件的位移量。辯向：2、電子系統(tǒng)1）電子細分目的：提高分辨率措施：倍頻、插補，在信號的一個周期內(nèi)插入許多計數(shù)脈沖，以提高信號的重復(fù)頻率和分辨率。分類：直接細分、矢量細分、電橋細分等向a四倍頻直接細分電路：在一個w內(nèi)依次放四個光電接收元件，相差

90度，移動一個d，可獲得四相信號。整形、辯向。

10

倍頻矢量圖b矢量細分(P201)2、光柵測量的特點高精度：0.2-0.4μm/m，僅次于激光高分辨率：0.1μm

大量程：可大于1米抗干擾能力強，可實現(xiàn)動態(tài)測量。3、應(yīng)用范圍長度與角度的精密測量（如數(shù)控機床，測量機等），以及能變?yōu)槲灰频奈锢砹浚ㄈ缯饎印?yīng)力、應(yīng)變等）。

作業(yè)1、試述光柵傳感器的基本原理及特點。2、電子細分電路的目的是什麼？3、用四只光敏二極管接受莫爾條紋信號。如果光敏二極管的響應(yīng)時間為10-6S，柵線密度為50線/mm，計算光柵所允許的移動速度。

壓電傳感器

11-1壓電傳感器的工作原理一、壓電效應(yīng)1、正壓電效應(yīng)：沿某些電介質(zhì)的一定方向施加力而使之變形時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，兩個表面產(chǎn)生符號相反的電荷，去掉外力后復(fù)原。2、逆壓電效應(yīng)：在介質(zhì)的極化方向施加（交變）電場，它會產(chǎn)生機械變形，取掉外加電場后變形消失。3、壓電效應(yīng)是可逆的。以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)制作的傳感器，又稱為發(fā)電式傳感器、雙向傳感器、有源傳感器。二、石英晶體的壓電特性1、結(jié)構(gòu)：單晶體，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，機械軸（橫向壓電效應(yīng)）

2、計算dmn

m—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：極化強度Px=d11σx=d11Fx/lb=qx/

lb則：qx=d11Fx與尺寸無關(guān)。2）沿y方向施加力Fy，產(chǎn)生長度變形：極化強度Py=d12σy=d11Fy/hb=qx/

lb則：qx=d12Fylb/hb=d12Fyl/h與尺寸相關(guān)

Sx=lbSy=hb由于：d11=-d12（各向異性）則：qx=-d11Fyl/h3）沿Z軸方向施加力，無變形，無極化。4）無體積變形，無極化。3、分析偶極距：p=ql；矢量方向：從負指向正無壓力時：p

=p1+p2+p3=0

正負電荷中心重合施加Fy：Py=(p1+p2+p3)

<0,

Px=0,Pz=0上負下正施加Fx：Px=(p1+p2+p3)

>0,

Py=0,Pz=0上正下負

施加

Fz：P

=0

施加

Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z：P

=0

結(jié)論：qx只與Fx，F(xiàn)y的大小和方向有關(guān)，但剪切力、扭力會引起形變。各向異性

4、石英晶體（天然晶體SiO2）的特點穩(wěn)定，在居里點（5750C）內(nèi)其壓電系數(shù)（d11=2.31×10-12C/N

）不隨溫度而變；很大的機械強度和穩(wěn)定的機械性質(zhì)；但壓電系數(shù)比其它材料要低得多。三、壓電陶瓷（人造多晶體）1、極化：在100～1700C和外電場（1～4kv/mm）的作用下，電疇的極化方向趨于按外電場排列，從而使材料得到極化。極化后，其內(nèi)部存在很強的剩余極化，當其受到外力作用時，電疇的界限發(fā)生移動，因此引起極化強度的變化，產(chǎn)生了壓電效應(yīng)

2、計算：

q

=d33F

=-d32FSx/Sy=-d31FSx/Sy

平面各向同性3、壓電陶瓷的特點：較之石英晶體有很高的靈敏度；穩(wěn)定性和機械強度不如石英晶體。四、壓電元件的聯(lián)接及結(jié)構(gòu)形式1、聯(lián)接串聯(lián)：q`=q,u`=2u,c`=c/2

宜電壓輸出，C小，測快速信號；并聯(lián)：q`=2q,u`=u,c`=2c

宜電荷輸出，C大，測慢速信號。11-2壓電傳感器的等效電路壓電傳感器既是一個電荷發(fā)生器，又是一個電容器。因此可有兩種等效電路：1、電荷源：內(nèi)部的電荷發(fā)生器對C充電；2、電壓源：產(chǎn)生的電荷形成電壓源，對外供電時需通過對等效電容充放電進行。

Ua=q/Ca，Ku=

Ku/Ca2、加預(yù)應(yīng)力：保證在作用力變化時，壓電片始終受力。3、壓電陶瓷的時間常數(shù)隨使用時間的增長而變小，需每半年校正一次，石英晶體穩(wěn)定Ua=q/Caq=UaCa內(nèi)漏電纜輸入內(nèi)漏電纜輸入11-3測量電路一、測量特點：1、對象：力及力的派生物理量（壓力、位移、加速度等）。2、動態(tài)測量：壓電材料上產(chǎn)生的電荷只有在無泄露的情況下才能長期保存。故它不宜做靜態(tài)測量，只能施加交變力，電荷才能得到不斷的補充，才能供給回路一定的電流，故只宜做動態(tài)測量。3、高阻前置放大器：減少晶片的漏電流以減少測量誤差。

二、電壓放大器（阻抗變換器）

R=RaRi/（Ra+Ri

），C=Cc+Cif

=Fmsinωt，q=d

f，

Ua=q/Ca=d

f/Ca內(nèi)漏電纜輸入令則特點：當ω=0時，Uim=0，電荷通過Ra、Ri泄漏掉，故不能測靜態(tài)力，低頻特性差；當ω/ω0>3時，Uim隨頻率變化不大，當ω/ω0>>3時，Uim與頻率變化無關(guān)，故高頻特性好；

U0與Cc相關(guān)，不好。線路簡單，線性度及穩(wěn)定度好。三、電荷放大器設(shè)：Ai

→∞

，C=Cc+Ci+CaRi→∞，Ra→∞，Zi→∞故：Ui=[q-（

Ui–U0）Cf]/C=[q-（

1

–A

）UiCf]/C，q-（

1

–A

）UiCf=CUi，q=[C+（

1

–A

）Cf]UiUi=q/[C+（

1

–A

）Cf]=q/[C–（

A

–

1

）Cf]U0=–qA/[Cc+Ci+Ca–（

A

–

1

）Cf]=–UiA由于：A>>1，CfA>>CC=Cc+Ci+Ca特點：

U0只與Cf及q相關(guān)，與Cc變化不無關(guān)，應(yīng)用廣泛。低頻截止頻率比電壓放大器降低A倍，可測0.3HZ。但對的精度、溫度和時間穩(wěn)定性要求高。價格高，線路復(fù)雜，調(diào)整困難。

11-4應(yīng)用一、正壓電效應(yīng)

1、作為則量元件，可測最終能變?yōu)榱Φ奈锢砹咳鐗毫?、加速度、沖擊（汽車的沖擊檢測）、振動等；差動式加速度傳感器

彎曲型壓電加速度計

2、作為壓電電源，可作為煤氣爐或汽車的自動點火裝置、多種電壓發(fā)生器、計算機鍵盤等；

三向力傳感器YDS-III79B二、逆壓電效應(yīng)超聲波發(fā)生器、壓電揚聲器、壓電諧振器（石英振蕩器）等。三、正、逆壓電效應(yīng)壓電變壓器、壓電陀螺、聲納、壓電聲表面波等。四、生物壓電學(xué)生物都具有壓電性，人的各種感覺實際上都是生物壓電傳感器。正壓電效應(yīng)——治療骨折逆壓電效應(yīng)——對骨頭通電具有矯正畸形等功能。壓電傳感器的特點：體積小，簡單，可靠，靈敏，固有頻率高，應(yīng)用廣泛，但不能測頻率太低的被測量，特別是靜態(tài)力。

作業(yè)1、什麼是正、逆壓電效應(yīng)？2、采用電荷放大器有何優(yōu)點？3、與金屬應(yīng)變傳感器相比較，壓電傳感器有何優(yōu)點與缺點？

氣敏、濕敏傳感器

2、分類：體型、表面型電阻型、非電阻型二、SnO2的工作原理表面型/電阻型

12-1半導(dǎo)體氣敏傳感器

一、概述

1、被測量：氣體的類別、成分、濃度氣-電轉(zhuǎn)換SnO2的金紅石結(jié)構(gòu)材料特點：多孔材料在晶體組織上使錫或氧偏離化學(xué)計量，造成氧不足（產(chǎn)生氧空位和錫原子間隙），在靠近禁帶的地方形成施主能級，其上的電子很容易激發(fā)到導(dǎo)帶。

RS、

RU對元件電阻起支配作用，受表面狀態(tài)與晶粒大小的影響。RbRSRURb晶粒等效電阻RS晶粒表面電阻RU晶粒頸部電阻

平時SnO2在空氣中放置，氧吸附在其表面形成吸附氧，從半導(dǎo)體表面獲得電子，形成受主型表面能級，呈負電荷吸附狀態(tài)，形成電子勢壘。

氣體吸附R增加當接觸還原性氣體時，被測氣體同吸附氧發(fā)生反應(yīng)，減少了吸附氧的密度，降低的電子勢壘，使R減少。添加催化劑可促進上述反應(yīng)。二、SnO2的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)1、SnO2半導(dǎo)體氣敏效應(yīng)受以下因素影響：

1）SnO2的結(jié)構(gòu)組成（氧空位多氣敏效應(yīng)明顯）；

2）SnO2的添加物；

3）燒結(jié)溫度和元件工作時的加熱溫度。2、燒結(jié)型SnO2半導(dǎo)體氣敏元件1）分類：SnO2氣敏元件類型：燒結(jié)型、薄膜型、厚膜型；2）主要用途：檢測還原性氣體、可燃性氣體、液體蒸汽，工作時需加熱到300度左右。厚膜型燒結(jié)型薄膜型添加鈀添加鉑添加氧化釷（ThO2）可對CO濃度進行精確測量3）結(jié)構(gòu)直熱式SnO2氣敏元件制作工藝簡單、成本低、功耗小，可在高回路電壓下使用，可制成價格低廉的可燃氣體泄漏報警器（國內(nèi)的QN、MQ型）。

旁熱式SnO2氣敏元件：

加熱絲與測量極分開，避免了回路間的相互影響，增加了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性（型號有QM-N5）。

3、燒結(jié)型SnO2的相關(guān)參數(shù)利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值發(fā)生變化而制成的。

吸附氧化性氣體時，電阻增大；吸附還原性氣體時，電阻減小。1）靈敏度:K=RS/R0

K=RS(C2)

/R0(C1)2）響應(yīng)時間:Tres3）恢復(fù)時間:Trec4、SnO2的相關(guān)測試電路潔凈空氣中的電阻——標準電阻工作條件中的電阻——工作電阻不同濃度中的電阻比直流穩(wěn)壓

0-10V直流穩(wěn)壓

0-20VQM-N5

RL加熱電源工作電源

通過URL與氣敏元件電阻RS電阻的對應(yīng)關(guān)系可測得被測氣體的狀態(tài)。

RSRS1）靈敏度特性：在低濃度氣體中的靈敏度高2）溫濕度特性：SnO2氣敏元件與溫濕度有一定依賴關(guān)系，故需加溫濕度補償。3）加熱特性：元件電阻與加熱電壓有關(guān)，需選擇一合適的加熱電壓。4）初期恢復(fù)與初期穩(wěn)定特性：SnO2長期不通電長期存放，會出現(xiàn)高阻化，通電后電阻急劇變化，隨后趨于穩(wěn)定值。5、燒結(jié)型SnO2氣敏元件的基本特性5）長期工作穩(wěn)定性：可連續(xù)工作數(shù)年，電阻變化小，壽命長。

三、特點簡單，價低，可靠性高，靈敏度高，機械性能好，吸附/脫附時間短，阻值-濃度呈指數(shù)關(guān)系

五、應(yīng)用

1）范圍：檢測易燃、易爆和有毒氣體，環(huán)境氣體（氧氣、水蒸汽、大氣污染），工業(yè)氣體（CO1、CO2燃燒控制，煙霧（火災(zāi)報警）、司機呼出酒精檢測等。2）功能：檢漏、報警、控制（開關(guān)量，靈敏度要求高），檢測儀表（要求精度高，線性好）。3）檢測對象：特定氣體檢測，選擇性氣體檢測，環(huán)境氣氛變化綜合檢測。4）信號提取：吸附平衡狀態(tài)穩(wěn)定值RS（常用），吸附平衡狀態(tài)速度（氣體不同速度不同），平衡值與溫度的依存性5）信號處理方法：絕對值，相對值，微分值，積分值。12-2半導(dǎo)體濕敏傳感器一、概述1、幾個概念：濕度：指空氣中所含有的水蒸汽量。理想空氣：氮78%，氧21%，其它成分1%（無水）潮濕空氣：理想空氣與水蒸汽的混合體。多爾頓定律：潮濕空氣的全壓應(yīng)等于該混合物中各種氣體分壓之和。2、濕度的表示方法和單位1）水蒸氣分壓：根據(jù)多爾頓定律，只要測出潮濕空氣中水蒸氣的分壓即可知道濕度。但我們現(xiàn)在無法直接測出水蒸氣的分壓。2）絕對濕度（AH）：單位體積內(nèi)所含水蒸汽的質(zhì)量（g/m3）。3）相對濕度（RH）：氣體的水蒸氣分壓與同溫度下的飽和水蒸氣壓的比值；另一種表示：絕對濕度同溫度時飽和狀態(tài)的絕對濕度100%RH：4）露點：保持壓力一定而降低待測氣體溫度至某一數(shù)值時，待測氣體中的水蒸汽達到飽和狀態(tài)開始或結(jié)霜，此時的溫度稱為這種氣體的露點或霜點。二、濕度的測量方法與是濕敏元件1、濕度的測量方法：絕對測濕法，干、濕球溫度計，毛發(fā)計等，需目測或換算。2、濕敏元件：水分子親和力型：電解質(zhì)式高分子材料式金屬氧化物膜式金屬氧化物陶瓷式非水分子親和力型：熱敏電阻式紅外吸收式微波式超聲波式三、燒結(jié)型半導(dǎo)體濕敏元件（水分子親和力型）1、工作原理：材料特點：多孔結(jié)構(gòu)的多晶體，半導(dǎo)化過程造成氧元素過?；虿蛔?，造成大量的電子空穴對，使

RU遠大于Rb，成為電阻的主要部分。水分子在其表面和晶粒界面的吸收引起RS、RU的變化，形成負的濕敏特性。RbRSRURb晶粒等效電阻RS晶粒表面電阻RU晶粒頸部電阻吸附過程：第一層吸附：化學(xué)吸附第二層吸附：物理吸附第三層吸附：物理吸附H3O+的濃度進一步增加

R↓負的濕敏特性2、MgCr2O4-TiO2半導(dǎo)體濕度敏感元件1）材料及特點：MgCr2O4為立方尖晶石型結(jié)構(gòu)，P型半導(dǎo)體；TiO2為紅石型結(jié)構(gòu)，

N型半導(dǎo)體，二者的成分適當配比。使用范圍寬，響應(yīng)快，受溫度影響小，工作穩(wěn)定。+O-H+OH-H2O+O-H+OH-H2OH2OH3O+2）元件的結(jié)構(gòu)：

3）元件的性能元件的感濕特性曲線：β為材料常數(shù)松下Ⅱ型：R=R0exp（βRH）

4）元件的加熱清洗：去表面雜質(zhì)，恢復(fù)吸附能力。加熱電壓：9V加熱時間：10S加熱溫度：400～5000C恢復(fù)時間：240S

五、應(yīng)用

汽車擋風(fēng)玻璃自動去濕裝置

H為結(jié)露感濕元件*

電測量指示儀表一.儀表的組成及原理（一）儀表的組成框圖*第一節(jié)儀表的概論

測量線路被測量中間量測量機構(gòu)偏轉(zhuǎn)角測量線路的作用:

由于測量結(jié)構(gòu)中允通過的電流較流較小,故必須通過一定電路將被測量轉(zhuǎn)化為測量機構(gòu)能接受的中間量

測量機構(gòu)的作用:將與被測量呈一定函數(shù)關(guān)系的被測量轉(zhuǎn)化為角位移，并能指示被測量的大小.

它包括四部分:*(二)測量機構(gòu)的工作原理1.驅(qū)動裝置作用:在測量機構(gòu)中接受中間量,并使活動部分產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩.(M表示）它由磁路系統(tǒng),可動線圈或鐵磁元件組成.2.控制裝置作用:在機構(gòu)中,對活動部分產(chǎn)生反作用力矩.

它由彈性元件—游絲或張絲組成.反作用力矩公式:Mα=DαD為反作用力矩系數(shù),α為偏轉(zhuǎn)角.當M=Mα?xí)r，軸受力平衡，指針穩(wěn)定.

3.阻尼裝置作用：產(chǎn)生阻尼力矩(Mp表示).使活動部分較快穩(wěn)定.只影想動態(tài)特性,對結(jié)果無影響.公式：Mp=-P(dα/dt)(P為阻尼力矩系數(shù)）通常阻尼裝置處于臨界狀態(tài)，使活動部件達到穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)時間最短。

4.指示裝置組成：指示器與標度盤作用：顯示處理后的結(jié)果。*二.指示儀表的主要技術(shù)特性(一)指示儀表的誤差和準確度1.誤差:常用最大引用誤差γm表示.定義為:

γm=（Δm/Am）*100%K=γm2.準確度:要注意選擇等級K合適的儀表,更要注意根據(jù)被測量Ax選量限合適的儀表最好使Ax>=2Am/3.

(二)儀表的靈敏度和常數(shù)

1.靈敏度的定義

S=L/x=m（分格）/x2.常數(shù)

C=1/S

儀表常數(shù)愈小,對被測量分辨力愈強*儀表指針的偏轉(zhuǎn)被測量的變化

第二節(jié)磁電系儀表一.用途:測直流電壓,電流,電量與非電量.二.磁電系測量機構(gòu)的工作原理

動圈每一縱向邊受到的力:F=BEWl

動圈受電磁力矩為:M=BIWS(S=ld)

游絲受反作用力矩：Mα=Dα

當儀表的指針平衡時：M=Mα

可得：α=BWSI/D

令BWS/D=SI，則α=SII

由于鋁框,動圈(在鋁框上)本身偏轉(zhuǎn)時，切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而產(chǎn)生阻尼力矩.*反作用力矩系數(shù)

三.多量限磁電系電流表由于測量機構(gòu)允許通過的電流小，為了測量較大的電流必須配上一定的測量線路--分流器。電流表是將一被測的較大電流轉(zhuǎn)化成一個較小的電流,流過表頭,再使電流表表頭標尺按實際刻度.**四.多量限磁電系電壓表1.說明:

由于流過表頭的Ig(滿偏電流)很小，Rg(內(nèi)阻)也不大,所以Ug為毫伏級,故需配上一定的測量線路,達到擴大量限的目的.m1=U1/Ug=(Rg+R1)/RgRf1=(m1-1)Rg同理可求:R2,R3?？捎嬎愀鞲郊与娮柚?.總結(jié):

電壓表是將一被測的較大電壓轉(zhuǎn)化成一個毫伏級電壓經(jīng)過表頭,再使表頭標尺按實際電壓刻度.1

五.磁電系歐姆表1.工作原理通過測量機構(gòu)活動部分偏轉(zhuǎn)大小來反映被測電阻值,故必須將被測電流轉(zhuǎn)化為電阻,所以在測量線路中，既有被測電阻，還要有電源。

I=U/(Rg+R+Rx)

當U,R一定時,Rx與I對應(yīng),只要表頭標尺按阻值刻度,就可測出被測電阻(R起限流作用).說明:當Rx為無窮時,I=0.

當Rx=0時,表頭指針滿偏滿流：Ig=U/(Rg+R)=U/R0

中值電阻：R0=R+Rg*2.歐姆表倍率多檔歐姆表產(chǎn)生原因:測不同電阻時,共用一條標度尺,表筆短接時,Ig應(yīng)相同.如書中例題.3.歐姆表的調(diào)零最常用方法是在表頭上并接分流器.

注意:再測電阻時,每換一檔,都要調(diào)零.一般低于一般為2.5級*六.帶整流器的磁電系儀表與前面儀表的區(qū)別:

測量機構(gòu)與整流元件配合,可以測交流量.但所測的交流量為有效值。一般為1.5級其它與前面相似,結(jié)合書本自學(xué).*七.兆歐表1.作用:

專門用來檢查和測量電氣設(shè)備或供電線路的絕緣.2.組成:

比率型磁電系測量機構(gòu)與手搖發(fā)電機.3.工作原理：

α=F（I1/I2)(兩動圈電流之比)由于I1/I2=Rv/(Rc+Rx)，

Rv與Rc為定值故α=F[Rv/(Rc+Rx)]只與被測Rx有關(guān),故可測電阻.

歐姆表：1Ω～0.1M

兆歐表：0.1M以上*八.磁電系檢流計1.作用:測微小電流,電壓與暫短的脈沖電壓2.與一般儀表在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別:(1)采用懸絲或張絲懸掛動圈.(2)采用光指示讀數(shù)裝置(3)動圈無框架基于以上結(jié)構(gòu),檢流計的靈敏度大大提高,可測微小量.**第三節(jié)電磁系列儀表1.主要構(gòu)成:

固定線圈，可動鐵片。2.工作原理:

圓線圈排斥式:給線圈通電后,二鐵片被磁化,產(chǎn)生排斥力;

扁線圈吸入式:給線圈通電后,動鐵片被磁化,產(chǎn)生吸力。

3.特點:

簡單，價廉，利用測量機構(gòu)本身即可測200A電流，過載能力強，可靠，交直流兩用，應(yīng)用廣泛。需屏蔽。有效值1.主要構(gòu)成:

由固定線圈（匝數(shù)多，粗，增強磁場）、活動線圈組成（匝數(shù)少，細，靈活）2.工作原理:

利用載流導(dǎo)線間電動力作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。3.電流表的構(gòu)成將電動系測量機構(gòu)中的定圈和動圈串聯(lián)或并聯(lián)，并且配置一定的分流電阻。雙量限：串聯(lián)接法改成并聯(lián)接法。4.特點:

交、直流兩用，在交流指示儀表中準確度較高，頻率范圍寬，除能測量電流、電壓外，還能測量功率、功率因數(shù)等。功耗大。*第四節(jié)電動系儀表

直流：α=KII1I2

交流：α=KII1I2cosφ（必須同頻率）

α=KII25.電壓表的構(gòu)成將電動系測量機構(gòu)中的定圈和動圈串聯(lián)并且配置一定的附加電阻。

α=KVU26.功率表的構(gòu)成

*6.功率表的構(gòu)成

P=UI

cosφ∝（α）

I1∝I，I2∝U（I2=U/RV）

α=KPUI

cosφ

*PW**電流線圈電壓線圈同極性端電流線圈、電壓線圈的同極性端必須接在電壓的同一極性上。

第五節(jié)感應(yīng)系儀表優(yōu)點轉(zhuǎn)動力矩最大，測電能及功率二.工作原理交變磁通→感應(yīng)流→轉(zhuǎn)動力矩

i1→φ1→ie1（φ2）→T1（左→右）

→φ1’→ie1’（φ2）

i2→φ2→ie2（φ1）→T2（右→左）

T=T1-T2

Tav=KIm1Im2cosφ

*結(jié)論：平均轉(zhuǎn)矩Tav與i1、i2的有效值及cosφ相關(guān)。i1，i2的相位差：ψ=90-φ如ψ=0則Tav為零如ψ=90則Tav為最大如i1，i2為直流，則Tav為零故只可構(gòu)成測量交流量的儀表*

三.感應(yīng)系電度表1.結(jié)構(gòu)與原理電磁鐵A的線圈導(dǎo)線粗，匝數(shù)少，與負載串聯(lián)，故為負載電流電磁鐵B的線圈導(dǎo)線細，匝數(shù)多，與負載并聯(lián)，故負載電壓在線圈中的電流為

轉(zhuǎn)動力矩

*制動力矩：永久磁鐵4的磁場鋁盤中的感應(yīng)電流（與ω成正比）二者相互作用所產(chǎn)生MT=KTω

（KT為永久磁鐵有關(guān)的力矩系數(shù)）鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)n與被測電能的關(guān)系P：

當MT=Tav時，鋁盤穩(wěn)定轉(zhuǎn)動故有：KPP=KTω

P=（KT/KP）ω=Sω

*在時間T內(nèi)所做的功：

P=（KT/KP）ω=Sω

PT=TSω

Tω為在時間T內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)n

W

=Sn（鋁盤轉(zhuǎn)過的圈數(shù)n就是電能）

C=1/S=n/W（電度表常數(shù)：圈數(shù)/度）

1度電：1KW·h（千瓦·小時）*

第六節(jié)電測量指示儀表一.性能比較二.儀表的選擇根據(jù)要求，注意性價比。種類、準確度、量程的選擇內(nèi)阻的選擇（100倍）儀表配套裝置的選擇儀表工作條件的選擇*

總結(jié)磁電系列：α=SIICP

測的是平均值帶整流器的磁電系列：（K為2.22或1.11）

α=SI(

KICP’)

（α與平均值相關(guān)，但按有效值刻度）電磁系列：α=KI2（dL/dα）（α與有效值I的平方相關(guān)，測的是有效值，交直流均可）電動系列：α=KII1I2cosφ→α=KII2（α與I1，I2有效值的乘積相關(guān)，與I1，I2的相位余弦cosφ相關(guān)，測的是同頻率交流有效值）感應(yīng)系列：測電能*簡單，價廉，過載能力強，可靠，交直流兩用，需屏蔽。200A/600V交、直流兩用，準確度較高，還能測量功率、功率因數(shù)等。功耗大。轉(zhuǎn)動力矩最大，測電能及功率，只可測交流應(yīng)用最廣

本章主要介紹用電測量指示儀表對電流、電壓、功率以及電阻、電感、電容、直讀測量方法，包括直接測量和間接測量。同時，對直讀測量所產(chǎn)生的誤差也作粗略介紹。

*電量和電路參數(shù)的測量第一節(jié)直讀測量一、電流、電壓的直讀測量1、測量電流的方法誤差用電流表直接測量某支路中的電流的接線方法如下圖所示。圖中電源電壓為U，支路中的總電阻為R。

*

AUI'X測量電流的接線方法RRA*

當電流表未接入時，支路中電流的實際值為：

Ix=U/R

現(xiàn)接入內(nèi)阻為RA的電流表，電流值變?yōu)椋?/p>

Ix'=U/(RA+R)

由于電流表接入而產(chǎn)生的方法誤差，用相對誤差表示為：

γA=（Ix'﹣Ix)/Ix=-(RA/R)/(1+RA/R)

上式表明，如果電流表的內(nèi)阻RA越小于支路總電阻R，則方法誤差越小。式中的負號表示接入電流表后，被測電流變小了。

*VR0URU'x測量電壓的接線方法2、測量電壓的方法誤差

用電壓表直接測量某負載上的電壓的接線方法如下圖所示，圖中電源電壓為U，負載電阻R與R0（電源的等效內(nèi)阻）串聯(lián)。

RV*

當電壓表未接入時，電阻R上的實際電壓值為：

UX=（R/R0+R）U

現(xiàn)接入內(nèi)阻為RV的電壓表，電壓值變?yōu)椋?/p>

RX'=（R//RV）/（R0+R//RV）

上式表明，如果電壓表的內(nèi)阻RV越大，對原電路的分流作用越小，則方法誤差越小。最后的負號表示接入電壓表后，被測電壓變小了。γV=U'x-UxUx=-R/RV1+R/RV+R/R0*

二、功率的直讀測量

直流電路：P=UI

可分別測出U和I，然后算出P，這種間接測量法方法誤差大。交流電路：負載吸收的有功功率為：

P=UIcosφ一般用功率表直接測量法。

*1、三相電路有功功率的測量1）三功率表法三相負載吸收的總有功功率為：P=PA+PB+PC分別測出PA、PB、PC求和即可。PW1*ABCDPW2PW3ZCZBZA******ZANZCZBABC**PW2）一功率表法：如果三相電路對稱，則：P=3PA