《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

敏感件轉(zhuǎn)換件信號(hào)節(jié)與換電路輔助源技術(shù)與修正技術(shù)、隔離與干擾抑制基本分器性敏感件轉(zhuǎn)換件信號(hào)節(jié)與換電路輔助源技術(shù)與修正技術(shù)、隔離與干擾抑制基本分器性能的改善基礎(chǔ)理論研究器的集成化器的智能化器的網(wǎng)絡(luò)化器的微型化技術(shù)性處理新原理獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”《傳器與檢技術(shù)（傳感器部分）知識(shí)點(diǎn)總結(jié)第一章概述感器的定組成（定義：能感受被測(cè)照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。（共性：利用物理定質(zhì)的物理、化學(xué)、生物等特性，將非電量轉(zhuǎn)換成量。（功能：檢測(cè)和轉(zhuǎn)換。（組成：弱被測(cè)

信號(hào)

輸出元件圖1傳感器的成轉(zhuǎn)換元件器中能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)信電量）的元件器中能將敏感元件的感受（或響應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的部分感器的分類量（即被測(cè)、速度、溫度、壓力傳感器等式和數(shù)字式原理式、電容式、電感式、壓電式、熱電式傳感效應(yīng)型、化學(xué)型、生物型型和結(jié)構(gòu)型變換關(guān)系（能量變換型能量控制型感器技術(shù)感器性能展基礎(chǔ)理新材料新工藝新材料新工藝新功能同樣功能的傳感器集成化，即將同一類型的感元件用集成工藝在同一平面起來(lái)，形成一維的線性傳感器，從而使一個(gè)量變成對(duì)一個(gè)面和空間的測(cè)量功能的傳感器集成化，即將具有不同功能的與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)润w化，組裝成一個(gè)器件，從而使一個(gè)傳感器時(shí)測(cè)量不同種類的多個(gè)參數(shù)。獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”感器的集第二章傳感器的基特性性度（傳的靜之一（定義：傳感器的輸出間成線性關(guān)系的程度（非線性特性的線性化處理

y

y

yo

割

X

x

o

b轉(zhuǎn)

X

x

o

c平

X

x（非線性誤差??=

??????????中非誤性??????——輸均擬直的大對(duì)；—程輸出。敏度感器態(tài)特性之二）器在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下輸出量變化對(duì)輸入量變值。y

y0

S

yxx

0

S

n

dydx

x(a)線量

(b)性系y

0

S

yfxdydxCx

y

0

S

yfxdydxx

y

0

S

yfxdydxx(c)度數(shù)

(d)靈隨增增

(e)敏輸加小辨率辨力感器的靜特性之三）率是指?jìng)鞲衅髂軌蚋兄驒z測(cè)到的最小輸入量用增量的對(duì)值或增量與滿量程的百分比來(lái)表示。滯/誤差感器靜態(tài)特性之（定義：在相同測(cè)量，對(duì)應(yīng)于同一大小信號(hào)，傳感器正、反行程的輸出信小不相等的現(xiàn)獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”

（產(chǎn)生原因：傳機(jī)械部分存在摩擦、間隙、松、積塵等（回程誤差：??

=±

????????????復(fù)性（傳的靜之五在輸入量按同一方向量程多次測(cè)試時(shí)所得輸－輸出特性曲線一致的程Y

o

??

=±

????????????移（器的特性六）（定義：傳感器在輸變的情況下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象（產(chǎn)生原因①傳感器自身構(gòu)參數(shù)老化②測(cè)試過(guò)程中環(huán)境發(fā)生變化階傳感器率響態(tài)特性分傳感器的微分方程為1

????)????

+??=??(??)改寫為??

????(??)????

+??(????(??)中傳感器的時(shí)間常時(shí)間量綱—傳器的靈敏度??使輸出量增加??的作用，方便起見(jiàn)，令??1。（傳遞函數(shù)??(??)

1????+1（頻率響應(yīng)特性??(=

1??(??1（幅頻特性212??212??獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”??(??)=

1√1+(????)

2（相頻特性??(??)???????????(??2-1階傳感器測(cè)量100的正信號(hào)，如果要求誤差限制±以內(nèi)時(shí)應(yīng)取多少？如果用該器測(cè)5??正信號(hào)，其值誤差和相位誤一階傳感器頻率響應(yīng)特性：??(????)

1??(????)+1特性：??(??)

1√1+(????)意|??(≤，√1+(????)

?≤5%又??=

2????

=2????=??：0??0.523??取??=，??=2????=2??×50=??誤差：????)=

1√1+(????)1

2

?1

×=有?1.32%≤△??)0誤差eq\o\ac(△,)??)=?????????????)o有?9.3o△??(<02-2水銀溫度計(jì)玻璃溫包將熱量傳給，可用一階微分方程示?，F(xiàn)玻璃水銀溫度計(jì)特性分方程是2

????????

+??=????銀柱(??,輸入溫度(。求溫度計(jì)的時(shí)間常靈敏度。一階傳感器的微分方程為??

????(??)????

+??(????(??)中傳感器的時(shí)間常數(shù)；??傳感器的靈敏度?！鄬?duì)照玻璃水銀溫度計(jì)特性的微分方程和一階傳感器性的通用微分方程，有該溫度計(jì)的常數(shù)為2??，靈敏度為。階傳感器態(tài)標(biāo)階傳的時(shí)數(shù)）傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為??)=1??

????并整理后可得??=???(?或??=?，即????成線性關(guān)系，且有??

???????11??2????(??)??(??0)50?10222222222???11??2????(??)??(??0)50?10222222222獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”??=?

??????此測(cè)量出一系列的???)應(yīng)值以根據(jù)??=通過(guò)數(shù)據(jù)處理確定一???器的時(shí)間常數(shù)。2-3度傳感器為常??=3??的階系統(tǒng)，當(dāng)器突變溫度作用后器指示出溫差的時(shí)間。32一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)??(??)1???∴?=????[???(??)]??∴??=??????1???(

????∴??

13

1=?????1?]=?????3

]=?3?(?0.405465)??，??3

1=????1?]=2??????

1]=?3?(?0.693)=2.08??22-4感器為一階，受階躍函數(shù)作用??=出為10????；??=550????；??時(shí)，出為100??該傳感器的時(shí)間常數(shù)：??)???)=[?????

????

，∴?=????[???

]=??1???(??)??(??)

]=?0.587787100∴??==8.5??階傳感器率響態(tài)特性分的二階傳感器的微分方程為??2

????)??

+1

????(????

+??

0

??(??)0

??(??)有（1傳遞函數(shù)??(=

????+2????+??

2（頻率響應(yīng)特性??(??=

1?(??/??)]2????(??)（幅頻特性1??)=?(??/??)]+??(??)}2（相頻特性??(?????

2??(??/??)1?(??)

2中??

=√

??0??2

感器的固有角頻率=

??12√0

??2

傳感器的阻尼系數(shù)2-5一力傳感器可簡(jiǎn)典型的質(zhì)量彈簧階系統(tǒng)已該傳感固有頻0

=??，試600??400??的2222)}22222222222222221.42222)}22222222222222221.4獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”與輸入幅值??(和位差??(??)各少？二階傳感器的頻率響應(yīng)特性??)=

??/????

1)????(??/????

)特性：??(??)?(??/??

)]+4????

2??(??/????)特性：??)=?????????????1??/????)∴當(dāng)??=????，??)=?]+4××}

=0.947??(??)???????????

2×0.7×(600/1000)1

=???????????

0.840.64

=當(dāng)??=時(shí)??)=?]+4××}

=0.99，??(??)???????????

2×0.7×(400/1000)1

=???????????

0.560.84

=。二階傳感器的動(dòng)態(tài)定（固有頻率尼系（阻尼比??=

1??√()??????

中??為調(diào)量+1（阻尼振蕩頻率：??

??

=

2????（無(wú)阻尼時(shí)的固有角頻率：??=??（峰值時(shí)間：??=????

????√1??

22-6質(zhì)量--系統(tǒng)在受到階躍輸，出現(xiàn)的超調(diào)量大約終穩(wěn)40%。如果從階躍輸入開(kāi)超調(diào)量出現(xiàn)所需的時(shí)0??，估算阻尼比和固的大小。：??=

1??√()+1??????

=

√(

1??????0.4

)+1

=

13.5714568

=0.28，據(jù)??=

??????

得????

??????

=

??0.8

=3.927??

????√1???

2

=

3.927?

=4.09????共振現(xiàn)象??=??附近，系統(tǒng)發(fā)生共振，幅特性受阻尼系數(shù)影響極大，此時(shí)??(??)??????

際測(cè)量時(shí)應(yīng)避免此情況。為了使測(cè)試結(jié)果能再現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的波形，在傳感時(shí)，必須使其阻尼系數(shù)??1，有角頻率??

少應(yīng)大于被測(cè)信號(hào)頻率??的3倍。2-7二階傳感器率特性測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在頻216????處得到值比1.4試算該傳感的阻尼比和固有大小。當(dāng)??=??時(shí)振，則??(??????

??

=

1

解得??=?????421124?????421124：??

獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”=2????=2??×=??????第三章電阻式傳感變式傳感基本定義：利用電阻應(yīng)應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。工作原理被測(cè)物理量作用于彈性元件上，彈元件在力、力矩或壓力等的作用下變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值，通過(guò)測(cè)量電路，以電量形式輸出。輸出的小反映被測(cè)量的大小。結(jié)構(gòu)：應(yīng)變式傳感性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成。應(yīng)用：廣泛用于力、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測(cè)量。向應(yīng)變和應(yīng)變??????

????=?=???????中??為阻絲材料的泊松比負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。阻絲的靈系數(shù)（物理意義：?jiǎn)巫兯鸬碾娮柘鄬?duì)變化量。（公式表達(dá)：??

??????

=12??+

????（分析：靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素影響，一是應(yīng)變片力后材料幾何尺寸的變化，1+2??，于確定的材料，1+2??為常數(shù)，值約1之；二是應(yīng)變片受力后材料率發(fā)生的變化。大實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，阻的相對(duì)變化應(yīng)變????比，即常數(shù)。??=

?????=????中—電阻絲的軸向相對(duì)變化量（軸向應(yīng)變）;被測(cè)試件的彈性模量;??——被件的應(yīng)力。??=

????中受力;??—受力面屬電阻應(yīng)??1+2??3-1100變性試件上，如果截面??=×10??彈性??=2×5×的起應(yīng)變電阻化為1電應(yīng)變的系數(shù)。????/??解：??=??知????=1??,∴

??????

=

11003=???42929=??11?3I??1??1??32+23=???42929=??11?3I??1??1??32+2??=

??50×10

獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”??/1×10??/????=

??12×10

=5×10

?3以??=

????/????

=

1/1005×10

=2導(dǎo)體電阻????=?????????中??—半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)—半導(dǎo)體材料的彈性模量——半導(dǎo)體材料應(yīng)量電路—流電橋B

R

R

A

R

R

R

（平衡條件：??

→時(shí)，橋輸電壓為：??

=??(??1??2

?

??3??3??4

)橋平衡時(shí)??（電壓靈敏度

=0則有：。??2??4??

=

??4中為源的電壓（非線性誤差??=

1111（減小和消除非線性誤差的方法①半橋差B

B1

R

R

AC

U

AC

U

R

D

R

R

D

R

E

E??

=??(

1

)??1+1+1+2???2

?

3

3+4

)

)??1=??，1=，3=，則得：??

12??1

??I??I獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”??

1??1

關(guān)系非而且敏度??

=2兩倍。②全橋差

片兩個(gè)受拉

變應(yīng)變兩符號(hào)相同的接對(duì)橋臂上。1=??2=??3=??，且1=2=3=，則：??=??

??11????：全橋差動(dòng)電路不僅沒(méi)有非線性誤差，而且敏度為單片工作4。3-2圖所示，設(shè)電阻為無(wú)窮大（開(kāi)路=41234=100，：B

R

R

A

R

R

R

電阻應(yīng)變片，其外接電阻，當(dāng)量為??1=??橋的輸出電壓??,都是電阻應(yīng)變片且批相同，感應(yīng)應(yīng)變的極大小都相同，其余為電橋的輸出電??

1

,2

電阻應(yīng)變片，且相同，感應(yīng)應(yīng)變的大為

=??2

=??但極其余為外接電阻，電輸出電壓??

臂電橋中??=??[

??1????1(??1????1??2

?

??3??3??4

]=4×(

101101+100

1?)≈??2（若極性相同????[

??1????1(??1+????)+(??????2)

?

??3??34

]=4×(

101101+101

1?)=02（若極性相反，即為半橋差動(dòng)??=??[

(1

1+??1+)(2

???2

)

?

3

3+4

]=4×(

1011?)=0.02??1019923-3應(yīng)變靈敏系數(shù)??=2.05時(shí)

=力變片承受平均應(yīng)變值??800????。試求阻應(yīng)變片的電阻變量和阻相對(duì)變化；電阻應(yīng)變片置于單測(cè)量橋電電源電壓為直流3V求橋輸出電壓性?????6?3?3112?????6?3?3112獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”如果要減小非線性，應(yīng)取何種措施？分析其輸出電壓及非線性誤大小。??=

????????

=，????/1

=????=×800×10×??1

=1

×(/)=120×

=0.1968??（??=??[

??1????1(????12

?

??3??3??4

]=3×(

120.1968120.1968+120

1?)≈0.00123??2??=

??/12??/1

×

2+

×（可以采用差動(dòng)電橋若采用半橋差動(dòng)??1差動(dòng)，????此時(shí)也沒(méi)有非線性誤差。??1

=

2??1

此時(shí)有非線性誤若采用阻式力傳器——）式感器

應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻的中地粘貼多片性元件上阻片貼的盡消心矩響3串接和于橋路相對(duì)橋臂上減小彎矩影響向作溫度用。3-4量程1????的應(yīng)測(cè)力傳感器，其彈性為薄壁圓筒軸向受力徑????1????,其表面粘貼應(yīng)變，個(gè)粘貼，4沿向粘貼，應(yīng)阻值均為120??,靈敏度2.0，波比為0.3料彈性模量??=×10??/繪出彈性元件貼片及全電路；算傳感器在滿量程，各變片電阻變化；橋路的供電電壓為10V，算傳感器的輸出彈性元件貼片置及全橋電路如下圖所示：U22?9)=×??????3?611dr3?611U22?9)=×??????3?611dr3?611獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”R

5

R

6

R

7

R

8R

1

R

2

R

3

R

4(c)R

1

R

3

R

5

R

7U

oR

6

R

8

R

2

R

4??

(a)（圓桶截面積=???)=變片13、4感受軸應(yīng)變，即：

(d)22?6?621=2=34??變片57、8感受徑應(yīng)變，即：5

=6

=7

=8

=??程時(shí)：由應(yīng)變片靈敏度公式??=

????/????

得????=??????力與應(yīng)變的關(guān)??及應(yīng)力與受力面積的關(guān)??=??=，????????1=??2=??3=4=????=???可得=?r??

??????

??=×

×59.7××10

×1200.19143????5

=??6

=??7

=??8

=???1

=?0.3×0.19143??（）????=??[??1

????1

??1????1??????33????3????5

??7

??7

?

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????6

??6????6??8????8????8??2????2

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????4

]21+2????1=??[41+2??12????1

]≈??

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+????121

=

??2

(

??11

+??

??11

)=

??2

+??)

??10=××+×????2

××××

=??第四章電感式傳感感式傳感（工作基礎(chǔ)：電應(yīng)，利用線圈或互感的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。（工作原理：W22W22獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”

（分類：變磁阻式、式、渦流式磁阻式傳（自（工作原理：變式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料

芯和銜鐵之間有氣隙感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連當(dāng)銜動(dòng)時(shí)厚度δ改變起路中磁阻化電感線圈的電感值變化只要測(cè)出這種電的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向??=

??

=

????02上式表明：當(dāng)線圈常數(shù)時(shí)，電感??僅是磁路磁阻??

函數(shù)，改變??

0

可電感變化因此變磁阻式感器又可分為變氣隙度的感器和變氣隙面積??目前使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。（變隙式電壓傳感器的???特性LL＋LL－

0

o

圖.2變磁阻傳感器的-鐵處于初始位置時(shí)，初始電感量為??

0

=

??0

??20

2性處理后，有????0

=

??0（靈敏0=

????01=??02?7????23000×4??×10?2?3?3?22?7????23000×4??×10?2?3?3?2獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”（差動(dòng)變隙式電感傳感器①線性處理結(jié)????0

=2

??0②靈敏度0

=

????02=??0③比較單線圈式和差動(dòng)式式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的差動(dòng)式的線性度得到明顯改善。例】已知變氣隙厚傳感器的鐵芯截面積??=????，磁路長(zhǎng)??=????，導(dǎo)率????

=5000隙初始厚度0

=????,=±0.1磁導(dǎo)??0

=4×10??，匝數(shù)??=單線圈式傳的靈敏度????/??將其做成，靈敏度將如何變化：根據(jù)線性處理結(jié)????

0

??????0

,得單線圈式傳的靈敏度??==????

??0??0初始電感公??

0

=

????02??0

2

得??

0

=

??????02??0

=

2?72×0.5×10

??=??×10??,，??=

54??×100.5×10

=10.8??34差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，靈敏度將提高一倍感式傳感測(cè)量—交橋式感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂和，另兩個(gè)鄰的橋臂選用純電阻鐵上移時(shí)，設(shè)有1=0+?12=0?2中0

=??+??????00鐵中時(shí)圈阻?1

?2

銜離心位置兩的復(fù)阻抗變化量。高的差動(dòng)電感式傳感器，有.2????21222?322?32.2????21222?322?32獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”?1

=??1?2

=?????

20

≈????

0，此時(shí)電橋的輸出電壓為2??=??[12

?

????+??

]=??

2?12(1+)

=???

?1+?22(1+)差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，=???1=?，則有??=?

?????20可見(jiàn)，電橋輸出電壓與氣隙厚度的變化量正比。鐵下移時(shí)1

、2

化方向相反，類似地，可推得??

=

????2??0.例】有一只差動(dòng)電感器，已知電源電壓=4，??=400????，傳器線圈感分別為??=????=??，用匹阻計(jì)成四臂等阻抗，如題所求：（1電阻3

4

少能電壓靈敏度達(dá)到。（2）eq\o\ac(△,)??=??別接成單電橋后的輸出電壓值：(1)根據(jù)??=??[

12

?

????

.]=??

知電橋的輸出壓、靈敏度與匹配電2(1)大小無(wú)關(guān)，但是題目要求用兩只匹配電阻設(shè)計(jì)成臂等阻抗電橋123=41

=2

=??+????=????2??????34|??+??2????|√+(??2??????)=√40+(2??××30×10)=Ω(2)若采臂電橋：據(jù)??=

????41

??=

??????41

=

44

√40

2

+??×××10

?3

)

2

=0.117??用差動(dòng)電據(jù)??

=

????21

??

=

??????21

=

42

√40+(2??×400××)

=0.234???12?12獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”第五章電容式傳感容式器概述式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的測(cè)量。電式傳感器廣泛用于位動(dòng)、角度、加速度，以及壓力、差壓、液面（料或物量等量。容式傳感結(jié)構(gòu)式傳感器的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)包括平板狀和圓筒狀，板電容器或圓筒電容器。??

??0=??

????

??中??兩平行板所覆蓋的面積及之間的距離????電容極板間介質(zhì)的介電常相對(duì)介電常數(shù)0

—自由空間（真空）介電常數(shù)，0

≈×??/式可見(jiàn)，當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化引??

或變時(shí)，將導(dǎo)致平板電容式傳感器的電量隨發(fā)生變化。在實(shí)際使中，通常保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而只變其中一參數(shù)，參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，通過(guò)測(cè)量換為電量輸出。因此，平板電容式器可分為三種：變極板覆蓋面積的變面積型質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型和變極板間的變極距型。介質(zhì)型電傳感板結(jié)結(jié)構(gòu)變介質(zhì)型電容式傳感器的原理如下圖所示。于在兩極板間所加介質(zhì)（其介數(shù)）的布位置不同可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種情況。串聯(lián)型，可認(rèn)為是上下兩個(gè)不同介質(zhì)）電式傳器的串聯(lián)，此時(shí)1=

??12=

????0的電容值為??

21+2

=

????0+1????0??′′′′′????????????0??′′′′′????????加入介1

獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”初始電容為0

=

????0+1改變后的電容改變量為?????0=0

111+11，介質(zhì)改變后的電容改變量與所加介質(zhì)的介數(shù)線性關(guān)系。并聯(lián)型，可認(rèn)為是左右兩個(gè)不同介質(zhì)）電式傳器的并聯(lián)，此時(shí)1=

1??2

=

????

2的電容值為??1

+2

=

0

1

1+0??

??

2加入介時(shí)初始電容0=

(1+??)??改變后的電容改變量為???=???0=

(1?1)??，介質(zhì)改變后的電容改變量與所加介質(zhì)的介數(shù)性關(guān)系。5-1導(dǎo)題圖所示變質(zhì)型電容式位移傳感特性方程??=??)。真空的2>板寬度為。參數(shù)如題圖所示：總體來(lái)看，該電容相當(dāng)左側(cè)只有一種介質(zhì)（1

電容器1

右側(cè)有兩種介質(zhì)的電器2

聯(lián)；局部來(lái)看，電容器2

當(dāng)于一個(gè)介電常數(shù)為1

容2

′

個(gè)介電常為的電容器2串聯(lián)1=

??

0

????????

2

??

0

??(??)

，2=

??

0

??2

(????)??

2=

′′′22′′′22

=

??????????+??(??)

電容量為??=1+2=

(???+????+(?????)上題設(shè)??=??=1????，極板正方形（邊長(zhǎng)5????=12=4。試??=????圍，繪出此位移傳的特性曲線，并給以說(shuō)明。：特征方程??1+2=

??????

+

2

(????)?????11?121?11?121獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”=

0??

[1

????+2

(????)??]=×???極距型電傳感板結(jié)板電容式傳感介電數(shù)和面積為常數(shù)板間距為??時(shí)始電值為

??????0，一般將平板電容器個(gè)極板固定（稱為定極極板與被測(cè)體相動(dòng)極板被測(cè)參數(shù)改變而位移板電容器極板間縮小??，量增大??，則有??0+??

??????0?????

=

0????1???0式可知感器的輸出性????)非線性關(guān)系可平板電容器極板化引起電容量的相應(yīng)變化關(guān)系如下圖所示：

1

2

1

2

2

性化處理后，可得????=

0??0

????5-3容測(cè)微器的形板半??=4間??=????：(1)作時(shí)，如果傳感工件的間隙變化量????=2????容變化量為多少如量電路的靈敏度1=100????/數(shù)儀表的敏度2=5??，在??2??時(shí)，讀數(shù)儀表的示值變多少?(1)變極距式傳感器性化處理后，有?12?32?3?6?3?3?12?32?3?6?3?3獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”=

0??0

????=

??????????=??0??08.854×××)×10

×

2×10×10=×????(2)????=×1=1????,??2=5第六章壓電式傳感電效正壓電效是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)使其表面出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。在外力去除新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，是機(jī)械能轉(zhuǎn)電能。逆壓電效當(dāng)在片狀壓電材料的兩個(gè)電極面上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮形變，即電致縮效應(yīng)。電式傳感器定義：基于正壓電效應(yīng)可制成機(jī)械能的敏感器（測(cè)器傳感器當(dāng)有于壓電材料上時(shí)，傳感器就有電荷（電壓）。式傳感器型的有源傳感特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、工作頻帶寬靈敏度高、信噪比高、工作可靠、范圍廣。用途：主要用于與力相關(guān)的動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試，若動(dòng)力、機(jī)械沖擊、振動(dòng)等，可以把加、壓力、位移、溫度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電見(jiàn)的壓電（石英晶體（單晶體）

y

晶體形

軸定

(c)割晶獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”f

x

f

x

-------

+++++++

f

+++++++

f

---------

+++++++(a)X向受壓力

---------(b)X向受拉

---------+++++++向受力向受力軸向施加作用力。將在????平面上產(chǎn)生電荷，其大小????中11

—方受力的壓電系；??

—軸方向作用力。??方向施加作用力。仍然在平上產(chǎn)生電荷，但極性方向相反，其大小??

=12

????

??

=?11

????

??中12—??受力的壓電系數(shù)（石英軸對(duì)稱，12=???——切的長(zhǎng)度和厚；??—??方向作用力。（壓電陶瓷（多晶體）陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內(nèi)粒有許多自發(fā)極化的電疇，它定的極化方向，從而存在電場(chǎng)。在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)電疇在晶體中雜亂分，它們各極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具電性質(zhì)。在陶瓷上施加外電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)，趨向于按外電場(chǎng)方向的排列，從材料得到極化。外電場(chǎng)愈強(qiáng)，就有更多的電全地轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向。讓外電場(chǎng)強(qiáng)到使材料的極化達(dá)到飽和的程度，即所有電方向都整齊地與外電場(chǎng)方向一當(dāng)外電場(chǎng)去掉后，電疇的極化方向基本變化余極化強(qiáng)度很大，這時(shí)的材料才具電特性。極化電場(chǎng)極化

向量域極化后陶瓷材料整體的極化方向不變的剩余極化具有壓電特性，瓷材料受到外力作用時(shí)界限發(fā)生移動(dòng)疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)而引起剩余極化強(qiáng)度化，因而在垂極化方向的平面上將出現(xiàn)極化荷的變化。量的大小與外力成如下的正比關(guān)系??=??33

??中??33

壓電陶瓷的壓電；—作用力。使用的壓電陶瓷材料是鈦酸（??????????3（????系列。

較多壓電陶瓷材料是鋯＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－2?12?126?12=???3?14?12＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－2?12?126?12=???3?14?12?12?143?12=???3?12獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”（壓電高分子材料子材料屬于有機(jī)分子半結(jié)晶或結(jié)晶聚合物效應(yīng)較復(fù)雜要考晶格中的內(nèi)應(yīng)變對(duì)壓電效應(yīng)的貢獻(xiàn)高分子材料非均勻內(nèi)應(yīng)變所產(chǎn)生各種高次以及同整個(gè)體系平均變形無(wú)關(guān)的電荷位移而來(lái)的壓電特性。高分子材料可以降低材料的密度和介電常數(shù)加的柔性電性較壓電有所改善。電式傳感等效電C

aQ

C

a

U壓材)

壓片荷聚集

b)電荷等效電路

)

電等電路式傳感器可以等效為一個(gè)電容器聚集的表面相當(dāng)于電容的兩極板，間物質(zhì)相當(dāng)于一種介質(zhì)，其電容量??=

??????中??,—壓電片的面積和厚度??

——壓電材料的相對(duì)電常數(shù)。電元件受外力作用時(shí)表面產(chǎn)生等量的正負(fù)電量此時(shí)壓電件路電壓為??

????電式傳感器可以等效為一個(gè)電荷個(gè)電容器??聯(lián)以等效為一個(gè)容相串聯(lián)的電壓源。6-1電晶體210????壓力??=10????，的電荷量及輸出電壓（1X切的縱向石??

=4.5，11

=×10??/??（2縱向效應(yīng)的BaTiO3

??

=1900，??33

=191??/：由題意知，壓電晶體受為??=????×××10=200??（根據(jù)等效電容公式有??

????×××××

?6

=×10據(jù)單晶體軸方向施加作用，在????平面上產(chǎn)生電荷式有??=??=2.31×10×=462×10??根據(jù)壓電元件的開(kāi)路電壓公式有??

????

=

462××

=×??（根據(jù)等效電容公式有??=

????××1900××

?6

=×??據(jù)陶瓷材料產(chǎn)生電荷公式?12?8?8?123?12?1262?12并?12?22?3?12并?????12?12獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”??=??33

??=×10×200=×10??根據(jù)壓電元件的開(kāi)路電壓公式有??

????

=

××

=×??電式傳感的測(cè)量壓電式傳感器身的內(nèi)阻抗很高能量較小此它測(cè)量電路通常需要接入高輸入阻抗的前置放大器用是把輸入阻抗變換為低輸出阻抗對(duì)傳輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大據(jù)壓電式傳感器的種等效方式可知電式傳感器可以電壓信號(hào)或電荷信號(hào)，因此前置放大器也有式：電荷放大器和電壓放大器電元連接粘結(jié)劑

＋－＋粘結(jié)劑

－極性粘結(jié)

不極性粘結(jié)電元件產(chǎn)生的電荷量，為了提高壓電傳感器輸出靈敏度，實(shí)際應(yīng)用中用兩片（或兩片以上）同型號(hào)的壓電元件粘起。從電路上看，這是并聯(lián)接法類似兩個(gè)容的并聯(lián)。所以，外力用下正負(fù)極電荷量增加了倍容量也增出電與單片時(shí)相同量慢變信號(hào)電荷作為輸出量的場(chǎng)合。電路上看是串聯(lián)的電片中間粘接處正負(fù)電中和、下極板的荷量片時(shí)相同電容片的一半出電增大了宜以壓作輸出信號(hào)且測(cè)路輸入阻抗很高的場(chǎng)合。6-2】某式壓傳感片石聯(lián)，每片度?=??????=1????=4.5型11=×10??/0????垂直作用于傳感電荷和極間電壓??

當(dāng)兩片石英晶體并聯(lián)時(shí)，所產(chǎn)生電??并2??211??2×××10×??××10)=145×??容為??2??=2間電壓為

??

0??

??

=2

××4.5??××)×10

=125.1×????

并并

=

145××

=1.16第八章熱電式傳感電效應(yīng)種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)（串接成一個(gè)路果兩導(dǎo)體接點(diǎn)處溫不?23?19?23?19獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)路中便形成了電流現(xiàn)象產(chǎn)生的動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。A

e(t,t)t

t

e(t)

()Be

(t

圖.1熱電偶結(jié)構(gòu)原理圖導(dǎo)體組成的回路稱為熱電偶兩種體稱為熱電極電偶的兩個(gè)接點(diǎn)個(gè)稱作端或熱端一個(gè)稱自由端或冷端來(lái)源于兩部分部分是兩種導(dǎo)電動(dòng)勢(shì)，另一是單導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)。種導(dǎo)體的接觸（定義：由于兩種不的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。

(t)n

電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和觸點(diǎn)的溫度。（兩接點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢(shì)????

??????(=??????????

(??)(??)????

(0

)=

??0??

??

??(0????(0

))中????

(??)??(0

——A、B材料在溫??、??接觸動(dòng)勢(shì)——玻爾茲曼常（??=×10——兩接觸處的絕對(duì)溫??

(????

(??)(??)????(0

——材料分別在溫度??的自由電子密度單個(gè)子的電荷量=×10。一導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)定義：同一導(dǎo)體的其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。機(jī)理：高溫端的電要比低溫端的電子，從高溫端跑到低的電子數(shù)比溫端跑到高溫端的要多果高溫端因失去電子帶正電端因獲得多余的電子而電，在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)（大小表示：??

(??,????

(??,0

)路的總電??????,??)=[??(??)????()]?[??,)???)]于[??)?????很，則有????

(??,)=????

(??)?????(0

)=??)??電偶的分定義：不同金屬組電偶，溫度與熱電間有不同的函數(shù)關(guān)一般通過(guò)實(shí)方法來(lái)確定將不同度下測(cè)得的結(jié)果列成表格制出熱勢(shì)與溫度的對(duì)照表表。中間值的計(jì)算方法：供閱使用分間值按內(nèi)插法計(jì)算。tttt0ttttt0t獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”??

=??

+

????

????

?(??

???

)（S型(鉑銠10

?鉑)熱電偶分度間導(dǎo)體定熱電定律之一（定義：在熱電偶測(cè)內(nèi)，接入第三種導(dǎo)只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。A

0

A

0CB

B0C1（a)（b)

1

B圖9.3接第三種體的熱電回路結(jié)構(gòu)??????

(??,0

)=????

(??)

(0

)=??

(??,0

)（意義：在實(shí)際的熱電偶測(cè)溫應(yīng)用中，測(cè)量?jī)x表及線作為第三種導(dǎo)體對(duì)待。0A

0

C

1

A

Ct

BBt

C

1

A

Ct(a)(b間溫律（偶基本之二（定義在熱電偶測(cè)溫回路??

熱電極上某一點(diǎn)的熱電B在接點(diǎn)度為??0

的熱電??(??,0

)等熱電偶B點(diǎn)溫度????

??

0

時(shí)的熱電勢(shì)????,????

)和????(??,數(shù)和，即tctctctc獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”????

(??,0

)=??

(??,??

)+??

(??

,0

)At

t

BA

At

t

B

B（應(yīng)用：①根據(jù)這個(gè)可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體，將熱電偶冷伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。②該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)熱電偶測(cè)溫回路中,熱電偶這一質(zhì),可對(duì)參考端溫度為0℃熱電勢(shì)進(jìn)行修正。型，參端溫度為0℃量熱端溫309時(shí)，溫差電1.203??3????參端溫度為30點(diǎn)溫度為900時(shí)的溫動(dòng)勢(shì)？根據(jù)中間溫度定律??

(??,0

)=????

(??,??

)????

(??

,0

，可得????

(900,30)??

(900,0)???

(30,0)=?1.203=??準(zhǔn)導(dǎo)體（）定律（熱電偶基定之三）（兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，這兩個(gè)導(dǎo)體、組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)可下式確定，即??)=????(??,)????)t

t

t

tt

t（意義：通常選用高作標(biāo)準(zhǔn)電極，只要與各種金屬組成的的熱電動(dòng)則各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律計(jì)算出來(lái)。℃與的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)2.95mV純鉑組的熱偶的熱動(dòng)勢(shì)為－4.0mV考銅組成熱電偶的熱應(yīng)為多少？：2.95(=6.95(????)質(zhì)導(dǎo)律（偶基本之四（定義：如果組成熱兩個(gè)熱電極的材料無(wú)論兩接點(diǎn)的溫度是否相同，熱電獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”路中的總熱電動(dòng)勢(shì)均為0（意義：有助于檢驗(yàn)電極材料成分是否相同及材料的均勻性熱電偶的冷端溫度????

)之的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式：??勢(shì)????(??,0

(??,0)勢(shì)????

(??,0)=????

(??,)+??,0)可見(jiàn)，??(,0)是冷端溫度的，因此需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理補(bǔ)償導(dǎo)線法（熱電偶傳溫度方法偶一般做得較短，一般實(shí)際溫時(shí)要把熱電偶輸出的電號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯或控制儀表，這,冷端度0

中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線100范圍內(nèi)補(bǔ)償導(dǎo)線所配熱電偶具有熱電特性。冷端恒溫?zé)犭娕紓鞲衅鳒囟确椒ǘ?yàn)室及精密測(cè)量中通常把冷端0恒溫裝滿冰水混合物的容器中以便溫度保持0。這理想的補(bǔ)償方法，但工業(yè)中使用極為不便。冷端度修正法（傳感度補(bǔ)法之溫度于0℃對(duì)熱量電勢(shì)值(??,0為??時(shí)，分度表可查(??,0)與(,0)。據(jù)中間溫度定律得到：

加以修正??(??,0)=??(??,0

)??(,一支鎳鉻電偶與電壓表相連壓表接線端5,計(jì)是6.0??，熱電偶熱端溫度是多？查表，電5對(duì)應(yīng)的電勢(shì)2.022跟據(jù)中間溫度定????

(??,0

)=????

(??,??

)????

(??

,0

，可得??(??)=6+2.022=????據(jù)內(nèi)插值公式??=????+

????????

(???可得熱端溫??=+

??

?=197.125℃鎳電熱爐溫度端溫0=30勢(shì)(??,0為39.17??,加熱爐溫度查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得(30,0)=1.203??。則(??,=??,=(39.171.203)??=??。表中查得最相鄰的兩個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)(970,0)????(980,0)????

)，利用內(nèi)公??

=??

+

????????

?(??

???

，可得顯示儀表溫度補(bǔ)償器顯示儀顯示儀表溫度補(bǔ)償器顯示儀表獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”??=??

+

????

????

?(??

???

)=970+

40.37340.488

?977℃自動(dòng)電橋法（傳感度補(bǔ)法之電偶與儀表間加上一個(gè)補(bǔ)償電橋熱電偶冷端度升高回路總電勢(shì)降低個(gè)電橋感受自由端溫的變化生一個(gè)電位差值剛與熱電偶降低的電，兩者相互補(bǔ)償。這樣，測(cè)量?jī)x表上所測(cè)得勢(shì)將不隨自由端溫度而變化。

熱電偶測(cè)溫電（測(cè)量單點(diǎn)的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線t（a)普通測(cè)溫線路補(bǔ)償導(dǎo)線t

（b)帶溫度補(bǔ)償器的測(cè)溫線路（測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差（反極性串聯(lián)）B

B

1

t

??=????(,??)????(,)=??(,)兩只型熱電偶測(cè)點(diǎn)溫其連接路如1=420℃??0=得兩點(diǎn)的溫差電為5.24問(wèn)兩點(diǎn)的溫度差是少？果測(cè)那只錯(cuò)用的是型熱電偶，其都正確，試求兩實(shí)際度差是多少？顯示儀表R顯示儀表R獲取更多學(xué)習(xí)資料請(qǐng)關(guān)微信公眾號(hào)“識(shí)販賣機(jī)”據(jù)反極性串聯(lián)公式????,??)????(,??)=??(,，可得??=????(,)?????(,)=??

(420,30)???(,跟據(jù)中間溫度定律????

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(30,0)可得????

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,0)已??

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(420,0)??，則有????(,?2????并利用內(nèi)插值公式??

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，可得2=40+

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了熱電，則??

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(30,0)]=?1.801)?[??,0)1.203],??(,0)=?+?=????得的溫度360（讀表，這時(shí)候非常接近，故不需使用內(nèi)插值公式計(jì)算間的溫度差實(shí)際為1

?2

=420?=60（測(cè)量平均溫度（并聯(lián)或正向串聯(lián)）①并R

R

T12ABA

3

B1

t

2

t

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1

+2+33

=

????,??)??(,)????(,??)3顯示儀表