#傳感器與測試技術總復習第一章緒論一、測試系統構成——傳感器、信號變換、顯示記錄等環節P3二、傳感器組成——敏感元件、轉換元件、轉換電路。傳感器定義：以一定的精度把被測量轉換成另一種便于檢測量的裝置。三、傳感器的分類——按工作機理、能量轉換、輸入量、物理原理（常用）按工作機理分：結構型傳感器——結構參數變化（實現信號變換）物性傳感器——結構參數不變，而僅依靠內部物體，化學性質變化而實現傳感的功能。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值處于穩定狀態時的輸出與輸入關系，即當輸入為常量或變化極慢時輸出與輸入的關系。2、主要指標①測量范圍與量程——測量的下限和測量上限表示的測量區間稱測量范圍。量程=上限-下限②線性度—輸出輸入校正曲線與其擬合直線間的最大偏差。③遲滯—傳感器在正反行程中輸出輸入曲線不重合稱遲滯。④重復性—全量程輸入按同一方向會連續多次測量所得曲線不一致的程度。⑤靈敏度一輸出變化量Ay與引起此變化量的輸入變化量A%之比K=dydx靈敏誤差Y=AK義100%SK⑥分辨力—在測量范圍內能檢測出輸入量的最小變化值閾值（起始靈敏度）—在零點附近的分辨力（它是死區概論）⑦穩定性一在室溫條件下，經一段時間間隔后，傳感器的輸出與起始標定時的輸出間的差異。⑧漂移一零點漂移、靈敏度漂移、時漂和溫漂⑨誤差的表示a絕對誤差b=X-Q（式中X為測量值，Q為約定真值），修正值C=-b相對誤差e=5 _相對誤差e=x100%Q5 5c引用（相對）誤差丫=——X100%= X100%y x-xFS maxmin常用丫 定義儀表精度等級Smax5S<Y=一X100%myFS⑩靜態誤差（精度）定義——在全量程內任何一點輸出值與理論輸出值偏離程度二、動特性、定義——傳感器對隨時間變化的輸入量的響應程度、指標一一響應時間t,yQ）的3上升時間t,yQ）的r穩定時間t，超調量o 見w三、標定與校準1、標定——利用某種標準器具對傳感器進行標度概念：①對新研制或生產的傳感器全面技術檢定稱標定。②對使用中或儲存后進行性能復測稱校準。2、方法——利用標準儀器產生標準輸入量，輸入到傳感器，傳感器輸出量與輸入的標準量作比較，得一系列數據或曲線。對傳感器靜態特性指標確定。3、靜態和動態標定——研究動態響應。零階為靜態靈敏度K；一階為時間常數t；二階為固有頻率攻和阻尼比己0n四、提高傳感器性能方法1、非線性校正——開環非線性補償、非線性反饋補償法2、溫度補償一一①減小傳感器零位輸出溫度誤差靈敏度；②減小傳感器靈敏度對溫度的敏感度。3、閉環技術4、平均技術——誤差平均效應、數據平均處理5、差動技術——電感、電容傳感器應用（一正一負組成差動形式）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、應變式傳感器1、定義一一電阻稱在外力作用下一機械變形一阻值變化，這一現象稱電阻絲應變效應。/具體分析：R=P兀r28=如縱向應變定義8(犬 8=~^8，式中N為泊松比dr橫向應變 rrdR

Rdp=[(1+2N)+—]8=K8人dR金屬絲 =(1+2日)8R….AR計算公式r二K082、結構與類型①應變片類型一一電阻絲式、金屬箔式②應變片結構一一敏感柵、絕緣基片、覆蓋片3、主要特性—,AR/R 一 〃,①應變片電阻靈敏度系數K= ，式中實驗測得抽樣，K電阻絲靈敏8 0度系數,K<Ko②橫向效應縱向力-8，但也會有8變動，這就是橫向效應。r③溫度效應這是與用絲式應變片有關，若用箔式就可減小橫向效應帶來測量誤差。環境溫度變化At引起③溫度效應=At-at=k(P-P=At-at=k(P-P)At，式中P為應變IR一八一……一八一……」AR}敏感元件和試件膨脹系數不同|--IR2片，P為試件膨脹系數g補償方法一一單絲自補償法、雙絲自補償法、橋路補償法(差動、熱敏電阻橋路)④絕緣電阻一一引線與被測試件之間的電阻⑤應變權限一一 使非線性達到 時的真實應變值

、轉換電路對角電阻乘積

兩者相等平衡單臂U(RR—RR、轉換電路對角電阻乘積

兩者相等平衡單臂U(RR—RR) 1-3 2~4 E(R+R)(R+R)1 23 44AR一iE4R0雙臂UAR一lE2R0P80例題已知：R=R=120Q，K=2，應變為1003￡，U=5V，R和R一個受拉，12 12一個受壓，求輸出U0解：AR=KR￡=2x120x0.001=0.24歐姆，AR 024=——U= x5=0.005V=5mV2R 2x1205、應變片的選擇①類型選擇——箔式或半導體應變片②材料選擇③阻值選擇，一般。，提高靈敏度也可使R阻值增加為 ?。④尺寸選擇6、應用——測力、壓力、加速度測力彈性元件為力敏元件將力的大小一應變量變化，通常有柱式、環式、梁式。二、壓阻式傳感器1、壓阻效應——半導體應變片受應力后，材料電阻率變化，阻值中dpAR,—[(=[(1+2MO+~^~]eR e半導體應變片阻值變化主要由材料電阻率變化引起的ARApA—= =兀Ee，式中兀為壓阻系數，E彈性模置，e應變Rp2、主要特性：了解、測量電路：恒壓供電一一U=U力A力，它與電源U的大小精度有關，電路簡單，不能消除0 R+ART溫度影響，與溫度有關，它還是非線性恒流供電一一U=IAR，它與電源I的大小精度有關，但不受溫度影響。04、溫度補償①零點溫度補償一一它是由個擴散電阻值及它們溫度系數不一致造成解決辦法一一串并聯電阻②靈敏度溫度補償一一壓阻系數e隨溫度變化tT一eJ解決辦法——串聯二極管5、應用——測量壓力、加速度三、熱電阻傳感器1、工作原理R=R(1+at) tTfRTt0 t要求：a、電阻溫度系數a大；b、tTfRT良好線性；tc、物理、化學性能驗定d、尺寸小e、復制性好(純度高)價格便宜。2、類型特點①鉑電阻P10和P100 。-?℃穩定性好、精度高tt②銅電阻C50和C100 。?℃線性、價廉、易氧化uu3、測量電路及應用三線制——克服引線電阻受環境溫度變化帶來測量誤差四線制——精確測量四、電位計式（變阻器式）傳感器位移一電阻變化、類型——直線位移型、角位移型、非線性型、測量電路——電阻分壓電路用于測量線位移、角位移第四章電容式傳感器一、原理及特性C=強5變極距型（或稱變間隙5型）、變面積S，變解電常數81、變極距（間隙）型8S 8S8SAS「A8當間隙變?。–T，增加AC），則AC=一去■一^_=玉_?^一而=C一K5-AS5 55-AS o5-AS①只有當5?A5時，AC與A5呈線性關系②常用差動式（圖）可減小非線性，提高靈敏度2、變面積型——電容量與位移量線性關系Aa⑴線位移AC=C—0aAa⑵角位移AC=C0a⑶容柵傳感器它是在變面積型電容傳感器的基礎上發展成的一種新型傳感器，它有長容柵和圓容柵二種。它可看成一對對小電容并聯連接而成?！哂须娙輦鞲衅鞯奶攸c：動態響應快、結構簡單，溫度穩定性好（本身發熱很?。讓崿F非接觸測量，還具有分辯力高、精度高，對刻制精度和安裝要求不高，量程大，應用數顯量具（數顯千分尺，數顯卡尺）3、變解電常數型C=C+AC AC正比于液位高度x0它可以測量厚度、位移、液位一使用最多二、設計及應用1、特點優：a、溫度穩定性好；b、結構簡單；c、動態響應快；d、可實現非接觸式測量缺：a、輸出阻抗高，負載能力差；b、寄生電容影響大—一引線電容、分布電容，對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8和S只有忽略邊緣效應，才是線性。（即當極片尺寸＞＞極距，圓筒高度＞＞直徑）2、誤差分析及補償⑴減小環境溫度、濕度等影響——常用差動對稱結構★⑵消除和減小邊緣效應邊緣效應不僅使傳感器靈敏度降低，而且產生非線性減小方法：a、尺寸上一一極片尺寸＞＞間距，圓筒高度＞＞直徑b、結構上一一增設等位環P92等位環與電極電位相等，使電極邊緣處電力線平直或理解等位環外電場不影響平板電容正常工作。⑶消除和減小寄生電容影響⑷防止和減小外界干擾3、轉換電路⑴電橋電路 P96C⑵運放電路可使U=-U—0§0 8s4應用一差壓（可測流量）、加速度、液位、荷重

第5章電感式傳感器Ax-AL 自感式傳感器Ax-AM互感式傳感器§1自感式傳感器間隙AS-AR磁阻—ALm變面積式，線性,N2四S一變面積式，線性1、閉磁路L=--^―2S、小位移，常用差動式2、螺線管式位移量可增大，特別是差動式位移量可增大，P107差動式與單線圈比較變氣隙式——靈敏度高，非線性嚴重，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，批量生產互換性強，應用廣AZ ALP108轉換電路，交流電橋U=--U，當3L?r，U=--U02Zi 02Li00§2差動變壓器--其-工作原理類似變壓器，并做成差動形式，故稱差動變壓器1、原理Ax-AM-AU它也有變間隙，變面積和螺線管式三種2、轉換電路—利用整流電路-2、轉換電路—利用整流電路-AI直流電流-AU直流電壓變化見P1173、誤差分析零位誤差（零點殘余電壓）一原因，解決辦法見P117§3電渦流傳感器原理 當一塊金屬導體放置在一變化的磁場中，導體內就會感應電流，電流在導體內轉圈，故稱電渦流，利用此原理做成的傳感器稱電渦流傳感器。電渦流最大特點它是非接觸式①高頻反射式z=f(P,N,t,攻,x) 式中t導體厚度式中：x變化一一可測位移、厚度、振動。電阻率P變化一一測量表面溫度、材質。磁導率N變化一一測應力、硬度。同時改變x、P和N可對導體探傷。②低頻透射式■圖 發射線圈兩端加低頻電壓U，通過金屬板在接收線圈感應出交變電動勢1E金屬板厚度越大，產生電渦流越大，損耗磁場越大，E就越小。電流穿透度h電流穿透度h(t)(P大，適用高頻，P小，適用低頻;fT，適用薄板，fJ，適用厚板。)§4壓磁式傳感器i壓磁效應一一鐵磁材料在外力作用下，內部產生應變一產生應力一各磁疇間的界限發生移動一磁疇的磁化強度矢量轉動一破壞平衡一材料總磁化強度發生變化。測量繞組就會有感應電動勢E E=f(F) 即fTfeT2工作原理感應電場E=f(F)外力3、應用——輸出功率大，抗干擾能力強，過載性好(重機業和化工行業)§5感應同步器i工作原理一利用兩個平面繞組互感系數隨定尺和滑尺的相對位置的變化而變化，W構造一滑尺兩繞組錯開4(卬為節距)，滑尺通入激勵電壓一定尺得感應電勢。根據感應電勢周期變化次數，即可反映節距卬移動個數，也就反映了定尺和滑尺的相對位置的變化。2、輸出信號的處理—檢測系數①鑒相式一根據感應電勢的相位變化測出位移X-e-ex②鑒幅式一根據感應電勢的幅值變化測出位移X-sin（e-e）-eX1式中e一定1、感應同步器誤差—零位誤差（定尺精度造成）細分誤差（滑尺精度造成）第六章磁電式傳感器一、磁電感應式傳感器i工作原理一一線圈在磁場中作切割磁力傳運動一產生感應電動勢只要磁通量發生變化，就會產生感應電動勢磁通量變化主要有：①線圈與磁場發生相對運動 ②磁路中磁阻變化③線圈中磁通量發生變化——恒定磁場中線圈面積變化還反映磁電式傳感器的優點二、類型（）變磁通式一一變磁阻式 氣隙變化一磁阻變化閉磁路變磁通式 （圖6-）1開磁路變磁通式 （圖6-）2（）恒定磁通式一一測速度速度變化一感應電勢①磁鐵不動，線圈運動圖 ez②線圈不動，磁鐵運動圖3、應用P143二、霍爾傳感器RIBi工作原理 霍爾效應 第題 -H-霍爾系數，霍爾靈敏度系數，半導體厚度、結構與特性一看書后面練習（1）材料與結構 （2）主要技術參數、驅動電路 恒流驅動（線性度高、精度高、受溫度影響?。┖銐候寗樱ê唵?、但性能較差、用于精度要求不高的場合）、誤差分析及補償（1）不等位電勢及補償—通過外接電阻實現補償（2）溫度誤差及補償（）恒流源提供 （）恒壓供電熱敏電阻t一!（）串并聯電阻 （）補償電路、應用——壓力、磁場、電流、轉速

三、磁柵式1、它由磁柵、磁頭、檢測電路組成。當磁柵與磁頭相對位是發生變化時一產生電信號一數字顯示它有長磁柵一測位移 圓磁柵一測角位移2輸出信號處理 兩個靜態磁頭相位差卬n鑒幅式一幅值正比于位移X4 鑒相式一相位正比于位移x3誤差一零位誤差一細分誤差4、應用——大位移高精度位移檢測第七章壓電式傳感器第七章壓電式傳感器一、壓電效應見二、壓電傳感器及其等效電路邊極板上積累電荷（作用力）為壓電系數電壓源三、壓電材料壓電晶體——常用精密和穩定性高的場合，可制成標準傳感器壓電陶瓷一一制作工藝簡單、耐濕、耐高溫一使用最廣泛壓電半導體——既有壓電性又有半導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一電纜長度影響可不計 Q-Ca五、應用—測加速度、測力、測壓力第八章光電傳感器一、光電效應及光電器件1、光電效應——物體吸收光能后產生電效應的現象，它是光電傳感器的理論基礎。2、外光電效應內光電效應（光導電效應）光生伏特效應光電管 光敏電阻 光敏二、三極管，光電池3、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、三極管半導體色敏器件結型場效應光敏管一可檢測微弱電流5、應用——測量尺寸、轉速二、光纖傳感器——要掌握其優點及應用i工作原理工作基礎一一光的全反射全射角a＞a（臨界角）2、主要參數 C3、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 W62、結構與原理——辨向原理、細分技術四、激光傳感器1、原理及特點受激吸收，受激輻射特性—方向性強亮度高單色性強相干性好2、激光器3和一將入射光照在器件感光面不同位置一電信號 XI21測肝得 一2"電壓.勢阱7照＞光生電子進入勢阱 ＞象素光強光生電子多第九章 超聲波傳感器一、超聲波的物理性質1、什么叫超聲波——頻率高的聲波特點：頻率高可達 （波長短） 方向性好穿透本領大（在液體、固體中衰減?。?碰到雜質或分界面有明顯反射它是一種機械波符合機械波一般規律——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、藍姆波四種波形并在分界面上出現波型的轉換2聲波的衰減—-原因聲波在擴散 散射 介質吸收衰減以衰減系數a表示二、超聲波轉換器功能——把超聲波發出去，再接收回來轉換成電信號型式——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發射一一外加應力加在壓電元件（晶體）上，機械變形 ^發出超聲波電壓晶體接收一一接收超聲波 ^電信『■?放大輸出正壓電效應聲能 ?電能三、超聲波探傷——3種方法1、共振法——根據聲波（頻率連續可調）在工作中呈共振狀態來測工件厚度和探傷。調節發射頻率，使發射波與反射波同相位，引起共振。共振法測量精度高，但對工件表面質量要求高2、穿透法——二個探頭。一個發射，另一個接收。根據穿透工件后的能量變化來判斷工件內部的質量。優點：方法簡單、可避免盲區，便于自動探傷。缺點：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