1、傳感器與測試技術(shù)總復(fù)習(xí)第一章 緒論一、測試系統(tǒng)構(gòu)成傳感器、信號(hào)變換、顯示記錄等環(huán)節(jié) P3 二、傳感器組成敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路。 傳感器定義：以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換成另一種便于檢測量的裝置。三、傳感器的分類按工作機(jī)理、能量轉(zhuǎn)換、輸入量、物理原理（常用）按工作機(jī)理分：結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化（實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換）物性傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，而僅依靠內(nèi)部物體，化學(xué)性質(zhì)變化而實(shí)現(xiàn)傳感的功能。第二章 傳感器的一般特性一、傳感器的靜特性1、定義傳感器在輸入量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入關(guān)系，即當(dāng)輸入為常量或變化極慢時(shí)輸出與輸入的關(guān)系。2、主要指標(biāo)測量范圍與量程測量的下限和測量上限表示的測量區(qū)間稱測量

2、范圍。量程=上限-下限線性度輸出輸入校正曲線與其擬合直線間的最大偏差。遲滯傳感器在正反行程中輸出輸入曲線不重合稱遲滯。重復(fù)性全量程輸入按同一方向會(huì)連續(xù)多次測量所得曲線不一致的程度。靈敏度輸出變化量與引起此變化量的輸入變化量之比靈敏誤差分辨力在測量范圍內(nèi)能檢測出輸入量的最小變化值閾值（起始靈敏度）在零點(diǎn)附近的分辨力（它是死區(qū)概論）穩(wěn)定性在室溫條件下，經(jīng)一段時(shí)間間隔后，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出間的差異。漂移零點(diǎn)漂移、靈敏度漂移、時(shí)漂和溫漂誤差的表示a 絕對(duì)誤差（式中為測量值，為約定真值），修正值b 相對(duì)誤差c 引用（相對(duì)）誤差 常用定義儀表精度等級(jí)靜態(tài)誤差（精度）定義在全量程內(nèi)任何一點(diǎn)輸出值

3、與理論輸出值偏離程度二、動(dòng)特性1、定義傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)程度2、指標(biāo)響應(yīng)時(shí)間，的63%；上升時(shí)間，的10%90%；穩(wěn)定時(shí)間，超調(diào)量 見P30三、標(biāo)定與校準(zhǔn)1、標(biāo)定利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)度概念：對(duì)新研制或生產(chǎn)的傳感器全面技術(shù)檢定稱標(biāo)定。 對(duì)使用中或儲(chǔ)存后進(jìn)行性能復(fù)測稱校準(zhǔn)。 2、方法利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)輸入量，輸入到傳感器，傳感器輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量作比較，得一系列數(shù)據(jù)或曲線。對(duì)傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)確定。3、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定研究動(dòng)態(tài)響應(yīng)。零階為靜態(tài)靈敏度；一階為時(shí)間常數(shù)；二階為固有頻率和阻尼比四、提高傳感器性能方法1、非線性校正開環(huán)非線性補(bǔ)償、非線性反饋補(bǔ)償法2、溫度補(bǔ)償減小傳

4、感器零位輸出溫度誤差靈敏度；減小傳感器靈敏度對(duì)溫度的敏感度。3、閉環(huán)技術(shù)4、平均技術(shù)誤差平均效應(yīng)、數(shù)據(jù)平均處理5、差動(dòng)技術(shù)電感、電容傳感器應(yīng)用（一正一負(fù)組成差動(dòng)形式）6、集成和智能化7、抑制干擾屏蔽、隔離、濾波是減小電磁干擾的措施第三章 電阻式傳感器一、應(yīng)變式傳感器1、定義電阻稱在外力作用下機(jī)械變形阻值變化，這一現(xiàn)象稱電阻絲應(yīng)變效應(yīng)。具體分析： 定義 ，式中為泊松比金屬絲 計(jì)算公式2、結(jié)構(gòu)與類型應(yīng)變片類型電阻絲式、金屬箔式 P56應(yīng)變片結(jié)構(gòu)敏感柵、絕緣基片、覆蓋片3、主要特性應(yīng)變片電阻靈敏度系數(shù) ，式中K實(shí)驗(yàn)測得(抽樣5%)，電阻絲靈敏度系數(shù)，橫向效應(yīng) 縱向力，但也會(huì)有變動(dòng)，這就是橫向效應(yīng)。這

5、是與用絲式應(yīng)變片有關(guān)，若用箔式就可減小橫向效應(yīng)帶來測量誤差。溫度效應(yīng) 環(huán)境溫度變化 引起 電阻絲阻值變化敏感元件和試件膨脹系數(shù)不同，式中為應(yīng)變片，為試件膨脹系數(shù)補(bǔ)償方法單絲自補(bǔ)償法、雙絲自補(bǔ)償法、橋路補(bǔ)償法（差動(dòng)、熱敏電阻橋路）絕緣電阻引線與被測試件之間的電阻應(yīng)變權(quán)限P59 使非線性達(dá)到10%時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值對(duì)角電阻乘積兩者相等平衡4、轉(zhuǎn)換電路，EI1R1ER3R2R1R1R4I2U0 單臂 雙臂 P80例題已知：，應(yīng)變?yōu)椋鸵粋€(gè)受拉，另一個(gè)受壓，求輸出解：歐姆，5、應(yīng)變片的選擇類型選擇箔式或半導(dǎo)體應(yīng)變片材料選擇阻值選擇，一般120，提高靈敏度也可使阻值增加為 350500尺寸選擇6、應(yīng)用測力、

6、壓力、加速度測力彈性元件為力敏元件將力的大小應(yīng)變量變化，通常有柱式、環(huán)式、梁式。二、壓阻式傳感器1、壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體應(yīng)變片受應(yīng)力后，材料電阻率變化，阻值中半導(dǎo)體應(yīng)變片阻值變化主要由材料電阻率變化引起的，式中為壓阻系數(shù)，彈性模置，應(yīng)變2、主要特性：了解3、測量電路：P72恒壓供電，它與電源的大小精度有關(guān)，電路簡單，不能消除溫度影響，與溫度有關(guān)，它還是非線性恒流供電，它與電源的大小精度有關(guān)，但不受溫度影響。4、溫度補(bǔ)償零點(diǎn)溫度補(bǔ)償它是由4個(gè)擴(kuò)散電阻值及它們溫度系數(shù)不一致造成P73 解決辦法串并聯(lián)電阻靈敏度溫度補(bǔ)償壓阻系數(shù)隨溫度變化 解決辦法串聯(lián)二極管5、應(yīng)用測量壓力、加速度三、熱電阻傳感器1、工作原

7、理 要求：a、電阻溫度系數(shù)大；b、良好線性；c、物理、化學(xué)性能驗(yàn)定d、尺寸小e、復(fù)制性好（純度高）價(jià)格便宜。 2、類型特點(diǎn) 鉑電阻和 -200850 穩(wěn)定性好、精度高銅電阻和 -50150 線性、價(jià)廉、易氧化3、測量電路及應(yīng)用三線制克服引線電阻受環(huán)境溫度變化帶來測量誤差四線制精確測量四、電位計(jì)式（變阻器式）傳感器 位移電阻變化1、類型直線位移型、角位移型、非線性型2、測量電路電阻分壓電路 用于測量線位移、角位移RLU0第四章 電容式傳感器一、原理及特性變極距型（或稱變間隙型）、變面積，變解電常數(shù)1、變極距（間隙）型當(dāng)間隙變小（，增加），則只有當(dāng)時(shí)，與呈線性關(guān)系常用差動(dòng)式（P83圖4-1） 可減

8、小非線性，提高靈敏度2、變面積型電容量與位移量線性關(guān)系線位移 角位移 容柵傳感器它是在變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展成的一種新型傳感器，它有長容柵和圓容柵二種。P85它可看成一對(duì)對(duì)小電容并聯(lián)連接而成。具有電容傳感器的特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單，溫度穩(wěn)定性好（本身發(fā)熱很小），易實(shí)現(xiàn)非接觸測量，還具有分辯力高、精度高，對(duì)刻制精度和安裝要求不高，量程大，應(yīng)用數(shù)顯量具（數(shù)顯千分尺，數(shù)顯卡尺）3、變解電常數(shù)型 正比于液位高度它可以測量厚度、位移、液位使用最多二、設(shè)計(jì)及應(yīng)用1、特點(diǎn)優(yōu)：a、溫度穩(wěn)定性好；b、結(jié)構(gòu)簡單；c、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；d、可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量缺：a、輸出阻抗高，負(fù)載能力差； b、寄生電容影響大

9、引線電容、分布電容，對(duì)電容傳感器本身小電容影響大 c、輸出特性非線性 變本身非線性。變和只有忽略邊緣效應(yīng)，才是線性。(即當(dāng)極片尺寸極距，圓筒高度直徑)2、誤差分析及補(bǔ)償減小環(huán)境溫度、濕度等影響常用差動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)消除和減小邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)不僅使傳感器靈敏度降低，而且產(chǎn)生非線性減小方法：a、尺寸上極片尺寸間距，圓筒高度直徑 b、結(jié)構(gòu)上增設(shè)等位環(huán)P92 等位環(huán)與電極電位相等，使電極邊緣處電力線平直或理解等位環(huán)外電場不影響平板電容正常工作。消除和減小寄生電容影響防止和減小外界干擾3、轉(zhuǎn)換電路電橋電路 P96運(yùn)放電路 可使4、應(yīng)用P98差壓（可測流量）、加速度、液位、荷重第5章 電感式傳感器 自感式傳感器

10、 互感式傳感器1自感式傳感器間隙磁阻變面積式,線性小位移，常用差動(dòng)式1、閉磁路2、螺線管式位移量可增大，特別是差動(dòng)式位移量可增大，P107差動(dòng)式與單線圈比較變氣隙式靈敏度高，非線性嚴(yán)重，量程小；變面積式靈敏度低，線性好，量程較大，制造裝配較方便；螺管型靈敏度最低，量程大，線性較好，制造方便，批量生產(chǎn)互換性強(qiáng)，應(yīng)用廣P108轉(zhuǎn)換電路，交流電橋，當(dāng)，2差動(dòng)變壓器-其工作原理類似變壓器，并做成差動(dòng)形式，故稱差動(dòng)變壓器1、原理 它也有變間隙，變面積和螺線管式三種2、轉(zhuǎn)換電路利用整流電路 變化 見P1173、誤差分析 零位誤差（零點(diǎn)殘余電壓）原因，解決辦法 見P117U 3 電渦流傳感器P119原理-當(dāng)

11、一塊金屬導(dǎo)體放置在一變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)感應(yīng)電流，電流在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，故稱電渦流，利用此原理做成的傳感器稱電渦流傳感器。 電渦流最大特點(diǎn)它是非接觸式 高頻反射式 式中導(dǎo)體厚度式中：變化可測位移、厚度、振動(dòng)。 電阻率變化測量表面溫度、材質(zhì)。 磁導(dǎo)率變化測應(yīng)力、硬度。 同時(shí)改變可對(duì)導(dǎo)體探傷。低頻透射式P121圖5-24發(fā)射線圈兩端加低頻電壓，通過金屬板在接收線圈感應(yīng)出交變電動(dòng)勢金屬板厚度越大，產(chǎn)生電渦流越大，損耗磁場越大，就越小。電流穿透度（大，適用高頻，小，適用低頻； ，適用薄板，適用厚板。）4 壓磁式傳感器1、壓磁效應(yīng)鐵磁材料在外力作用下，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變產(chǎn)生應(yīng)力各磁疇間的界限發(fā)生移動(dòng)磁疇的磁化

12、強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)破壞平衡材料總磁化強(qiáng)度發(fā)生變化。測量繞組就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢 即2、工作原理 感應(yīng)電場3、應(yīng)用輸出功率大，抗干擾能力強(qiáng)，過載性好（重機(jī)業(yè)和化工行業(yè)）5感應(yīng)同步器1、工作原理利用兩個(gè)平面繞組互感系數(shù)M隨定尺和滑尺的相對(duì)位置的變化而變化，構(gòu)造滑尺兩繞組錯(cuò)開（為節(jié)距），滑尺通入激勵(lì)電壓定尺得感應(yīng)電勢。根據(jù)感應(yīng)電勢周期變化次數(shù)，即可反映節(jié)距移動(dòng)個(gè)數(shù)，也就反映了定尺和滑尺的相對(duì)位置的變化。2、輸出信號(hào)的處理檢測系數(shù)鑒相式根據(jù)感應(yīng)電勢的相位變化測出位移鑒幅式根據(jù)感應(yīng)電勢的幅值變化測出位移 式中 一定3、感應(yīng)同步器誤差零位誤差（定尺精度造成） 細(xì)分誤差（滑尺精度造成）第六章磁電式傳感器一、磁電感應(yīng)式

13、傳感器1、工作原理線圈在磁場中作切割磁力傳運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢只要磁通量發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢磁通量變化主要有：線圈與磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 磁路中磁阻變化線圈中磁通量發(fā)生變化恒定磁場中線圈面積變化P141還反映磁電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)二、類型（1）變磁通式變磁阻式 氣隙變化磁阻變化 閉磁路變磁通式 （圖6-1） 開磁路變磁通式 （圖6-2）（2）恒定磁通式測速度 速度變化感應(yīng)電勢磁鐵不動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng) 圖6-3 v線圈不動(dòng)，磁鐵運(yùn)動(dòng) 圖6-4 3、應(yīng)用 P143二、霍爾傳感器1、工作原理 霍爾效應(yīng)(P159 第5題 ) UH=KHIB (RH霍爾系數(shù)，KH霍爾靈敏度系數(shù)，d半導(dǎo)體厚度)2、結(jié)構(gòu)與特性看書

14、后面練習(xí)（1）材料與結(jié)構(gòu) （2）主要技術(shù)參數(shù)3、驅(qū)動(dòng)電路 恒流驅(qū)動(dòng)（線性度高、精度高、受溫度影響小）恒壓驅(qū)動(dòng) （簡單、但性能較差、用于精度要求不高的場合）4、誤差分析及補(bǔ)償（1）不等位電勢及補(bǔ)償通過外接電阻實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償（2）溫度誤差及補(bǔ)償 （a）恒流源提供I （b）恒壓供電熱敏電阻tRt（c）串并聯(lián)電阻 （d）補(bǔ)償電路5、應(yīng)用壓力、磁場、電流、轉(zhuǎn)速三、磁柵式1、它由磁柵、磁頭、檢測電路組成。 當(dāng)磁柵與磁頭相對(duì)位是發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生電信號(hào)數(shù)字顯示 它有長磁柵測位移 圓磁柵測角位移2、輸出信號(hào)處理 兩個(gè)靜態(tài)磁頭相位差 3、誤差零位誤差細(xì)分誤差 P1574、應(yīng)用大位移高精度位移檢測第七章 壓電式傳感器一、壓

15、電效應(yīng) 見P161二、壓電傳感器及其等效電路邊 C= 極板上積累電荷Q=dF（作用力） d為壓電系數(shù) Ca U Q Ca 電壓源 電流源三、壓電材料 壓電晶體常用精密和穩(wěn)定性高的場合，可制成標(biāo)準(zhǔn)傳感器壓電陶瓷制作工藝簡單、耐濕、耐高溫使用最廣泛壓電半導(dǎo)體既有壓電性又有半導(dǎo)體性高分子壓電材料高分子薄膜、高分子陶瓷四、變換電路電荷放大器電纜長度影響可不計(jì) Ua=五、應(yīng)用測加速度、測力、測壓力第八章 光電傳感器一、光電效應(yīng)及光電器件1、 光電效應(yīng)物體吸收光能后產(chǎn)生電效應(yīng)的現(xiàn)象，它是光電傳感器的理論基礎(chǔ)。2、外光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng)（光導(dǎo)電效應(yīng)） 光生伏特效應(yīng)光電管 光敏電阻 光敏二、三極管，光電池3、

16、光電器件基本特性光電流 暗電流， 光照 光譜 伏安特性4、光敏電阻光敏二、三極管 半導(dǎo)體色敏器件 結(jié)型場效應(yīng)光敏管可檢測微弱電流5、應(yīng)用測量尺寸、轉(zhuǎn)速二、光纖傳感器要掌握其優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用1、工作原理 工作基礎(chǔ)光的全反射 全射角C（臨界角）2、主要參數(shù) 3、種類4、常見傳感器傳感型、傳光型三、光柵傳感器1、光柵與莫爾條紋 B=2、結(jié)構(gòu)與原理辨向原理、細(xì)分技術(shù)四、激光傳感器1、 原理及特點(diǎn) 受激吸收，受激輻射 特性方向性強(qiáng) 亮度高 單色性強(qiáng) 相干性好2、激光器3、CCD和PSD將入射光照在器件感光面不同位置電信號(hào) X=L（I2-I1）/I1+I2 測得I1 I2X MOS 加正電壓 勢阱 光照 光生電

17、子進(jìn)入勢阱 象素(光強(qiáng)光生電子多)第九章 超聲波傳感器一、超聲波的物理性質(zhì)1、 什么叫超聲波頻率高的聲波特點(diǎn)：a.頻率高可達(dá)109HZ（波長短） b.方向性好 c.穿透本領(lǐng)大（在液體、固體中衰減小） d.碰到雜質(zhì)或分界面有明顯反射它是一種機(jī)械波符合機(jī)械波一般規(guī)律波的疊加、干涉及駐波、波的反射、折射、衰減它有本身的特殊性縱波、橫波、表面波、藍(lán)姆波四種波形并在分界面上出現(xiàn)波型的轉(zhuǎn)換2、聲波的衰減原因 a.聲波在擴(kuò)散 b.散射 c.介質(zhì)吸收 衰減以衰減系數(shù) 表示二、超聲波轉(zhuǎn)換器功能把超聲波發(fā)出去，再接收回來轉(zhuǎn)換成電信號(hào)型式壓電型、磁致伸縮型、電磁伸縮型、振板型、 彈性波型主要采用壓電型 逆壓電效應(yīng)發(fā)

18、射外加應(yīng)力加在壓電元件（晶體）上，機(jī)械變形 發(fā)出超聲波 電壓晶體 接收接收超聲波 電信號(hào) 放大輸出 正壓電效應(yīng) 聲能 電能三、超聲波探傷3種方法1、 共振法根據(jù)聲波（頻率連續(xù)可調(diào)）在工作中呈共振狀態(tài)來測工件厚度和 探傷。調(diào)節(jié)發(fā)射頻率，使發(fā)射波與反射波同相位，引起共振。共振法測量精度高，但對(duì)工件表面質(zhì)量要求高2、穿透法二個(gè)探頭。一個(gè)發(fā)射，另一個(gè)接收。根據(jù)穿透工件后的能量變化來判斷工件內(nèi)部的質(zhì)量。優(yōu)點(diǎn)：方法簡單、可避免盲區(qū)，便于自動(dòng)探傷。缺點(diǎn)：靈敏度低、只能判有無缺陷，不能定位。兩探頭距離位置要求高3、脈沖反射法發(fā)射波為T，一部分聲波遇缺陷反射回來為FT F B另一部分聲源到底部反射回來B根據(jù)F的位置和大小可知缺陷位置和大小優(yōu)點(diǎn) ： 靈敏度高、能準(zhǔn)確定位、可用不同波形探傷，應(yīng)用廣泛。注意 ： 為使工件發(fā)射和接收超聲