传感器与检测技术复习.ppt

第1章 传感器与检测技术基础,1.传感器的定义、组成与各部分的作用。,5. 误差的表示方法：绝对误差、相对误差、引用误差。,2.传感器的分类。,3.传感器的静态特性：灵敏度、非线性度、重复性、回程误差、分辨率。,4.传感器的动态特性：,第2章 电阻式传感器,电阻式传感器是将被测量的变化转换成电阻变化 的传感器。,电阻式传感器包括：应变式电阻传感器、压阻式传感 器和电位计式传感器。,1. 应变效应,2.金属应变片：金属丝式和箔式、灵敏度,3.压阻效应,4.半导体应变片：灵敏度,5.单臂、双臂、四臂电桥输出电压、灵敏度、非线性误差计算,6. 电桥和差特性以及应变片的合理布片,5.交、流电桥平衡条件,计算：有一受拉轴，它的弹性模量 E=210 11 （N/M），u=0.4，四个电阻的标准值均为200（），电阻灵敏度K=2，桥路电压为2伏，测得输出电压为5.2（mV）。 要求：（1）画出由四个电阻组成的全桥电路图； （2）求出轴上的纵向及横向应变。,计算：如图所示为一直流电桥，供电电源电动势E=3V，R3=R4=100，R1和R2为同型号的电阻应变片，其电阻均为100，灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5000，试求此时电桥输出端电压U0。,应变式电阻传感器的用途：测量力、加速度、压力等。,压阻式传感器的用途：测量压力、加速度等。,7.电位器式传感器通过改变电位计触头位置，将位移 变化转换为电阻的变化。 简答题：画图说明电位器式电阻传感器的工作原理，导出电阻、电压灵敏度的表达式。,如图所示，电位器式传感器的输出电压与位移成一定的比例关系：,当电刷移动时就会引起输出电压的改变，从而进行位移的测量。其电阻、电压灵敏度为：,第3章 电容式传感器,1.电容式传感器工作原理、分类及应用。,2.电容式传感器的优缺点,3.电容式传感器的测量电路。,4.容栅式传感器的特点。,第4章 电感传感器,2、自感传感器的三种类型：,变间隙式、变面积式、螺管型,1、电感传感器的工作原理：非电量L/M 分类：自感、互感、电涡流,3、测量电路,4、电涡流效应,5、电涡流传感器的工作原理与特点,就某一确定的差动变压器式位移传感器而言，当激励电压的幅值恒定时，其输出电压的幅值和相位分别取决于被测位移的哪些信息? 答：取决于被测位移的大小和方向。,磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。 1.磁电感应式传感器分为两种：恒磁通式和变磁通式,即动圈式和磁阻式传感器。 2.霍尔传感器根据霍尔效应将被测量转换成霍尔电动势输出。,第5章 磁电式传感器,计算：已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求： (1)被测轴的转速是每分钟多少转？ (2)在上述情况下，如果计数装置的读数误差为1个数字，其最大转速误差是多少？,第6章 热电式传感器,热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。,将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶； 将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。,1.热电效应,2.热电势是由接触电势和温差电势两部分组成,3.热电偶测温原理,4.热电偶基本定律：中间导体定律、参考电极定律、中间温度定律、 均质导体定律,5.薄膜热电偶 说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。 答：主要特点是：热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。,7.热电偶冷温度补偿方法,8. 热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化 而变化的原理进行测温,9.热敏电阻的分类及温度特性,式中： RT、R0温度T、T0时的阻值； T热力学温度； B热敏电阻材料常数，一般取20006000K。,2、图示串联式测温电路，其中Rt=R01+,(t-t0)为感温热电阻，Rs为常值电阻，E为工作电压，U0为输出电压，,=0.02/.当给定温度为0，Rt的电阻值为10k，若测温范围为0400， 输出电压U0的范围是1V5V，试计算工作电压E和常值电阻Rs各取多少? (,),计算：一热敏电阻在0和100时，电阻值分别为200k和10k。试计算该热敏电阻在20时的电阻值。,解：热敏电阻的一般表达式为：,式中：RT为温度T=t+273.15(K)时的热敏电阻的电阻值；R0为温度T0=t0+273.15(K) 时的热敏电阻的电阻值； 设t0=20,T0=t0+273.15=293.15(K)。则上式中的R0即为所求的值。 根据题中所给条件，有,（1）,（2）,（1）、（2）两式两边取对数有,因此该热敏电阻在20的电阻值为：,压电传感器,1.压电效应,并联接法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以电荷量作为输出的场合。串联接法输出电压高，本身电容小，适用于以电压作为输出量以及测量电路输入阻抗很高的场合。,2.压电元件的联接形式特点,3.压电传感器等效电路：电压源和电荷源,4.压电传感器前置放大器的作用,5.简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。,答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。,第七章 光电式传感器,1.光电效应的三种类型及常用光电元件,2.光电耦合器结构,发光元件和接收元件都封装在一个外壳内,3.基本光电开关电路,4.透射式光电式转速传感器工作原理,5.光纤传感器可以分为两大类: 一类是功能型（传感型）传感器; 另一类是非功能型（传光型）传感器。 功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质。,6.光栅按应用类型：长光栅和圆光栅,7.莫尔条纹的形成及其特征,7.光栅传感器利用光闸莫尔条纹测量位移,8.为辨别主光栅的移动方向,需要有两个具有相差的莫尔条纹信号同时输入来辨别移动方向,且两个莫尔条纹信号相差90相位。,9.四倍频细分 原理：在一个莫尔条纹宽度上并列放置四个光电元件，得到四个相差依次为/2的电压信号，在光栅作相对运动时，经过微分电路，在正向运动时，得到四个微分脉冲（加计数脉冲）；反向运动时，得到四个微分脉冲（减计数脉冲）。,1.感应同步器的作用是测量( C ) A、电压 B、电流 C、位移 D、相位差 2、下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是( B ) A、自感式传感器 B、磁电感应式传感器 C、电容式传感器 D、应变式传感器 3、极对数为4的永磁式交流测速发电机，当其轴与转速为600(转/分) 的被测轴相连接时，则其输出交变电动势的频率为(A ) A、40Hz B、300Hz C、600Hz D、2400Hz 4、莫尔条纹光栅传感器的输出是( A ) A、数字脉冲式 B、调幅式 C、调频式 D、正弦波,选择题,5、将电阻应变片贴在( C )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 A、质量块 B、导体 C、弹性元件 D、机器组件 6、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B ) A、上升 B、迅速下降 C.保持不变 D、归零 7、结构型传感器是依靠传感器( C )的变化实现信号变换的。 A、材料物理特性 B、体积大小 C、结构参数 D、电阻值 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( A ) A、数字脉冲式 B、调幅式 C、调频式 D、正弦波,9、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（C ） A、压力 B、力矩 C、温度 D、厚度 10、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为(C )的输出。 A、电阻 B、电容 C、电压 D、电荷 11、通常采用的压力敏感元件有( D ) A、柱形弹性元件 B、环形弹性元件 C、梁形弹性元件 D、波登管,填空题,1、为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用 细分技术 技术。 2、在热电偶中，当引入第三个导体时，只要保持其两端的温度相同，则对总热电动势无影响。这一结论被称为热电偶的 中间导体 定律。 3、有一个电阻式传感器，它在量程为50mV范围内的最大绝对误差是0.2mV，则其非线性误差应该是 +-0.2%。 4、涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小