传感器期末总结.pdf

传感器期末总结资料传感器期末总结资料 填空 填空 传感器组成 由敏感元件和转换元件组成 传感器的特性分为静态特性和动态特性 传感器的静态特性 在稳态信号 X t 常量 作用下 其输入 输出关系 传感器的静态特性的衡量指标 线性度 灵敏度 分辨率 迟滞 重复性 量程等 P9 线性度 指传感器的输出与输入之间的线性程度 灵敏度 指传感器在稳态下的输出变化对输入变化的比值 分辨率 表示传感器能够检测被测量的最小值的性能指标 迟滞 表明传感器的正向和反向行程输出 输入特性不重合的程度 传感器的精度 指测量结果的可靠程度 它以给定的准确度表示重复某个读数的能力 误差越小 则传感器的精度越高 P11 传感器的动态特性三种模型 时域中的微分方程 复频域中的传递函数 H s 频 率域中的频率特性 H jw 传感器的动态特性由其本身固有属性决定 第二章第二章 电阻应变片的工作原理是基于金属导体的电阻 应变效应 即当金属导体在外力作用 下发生机械变形时 其电阻值将相应发生变化 温度补偿的方法两种 应变片温度自补偿法和电路补偿法 应变片有串联和并联两种工作接法 弹性敏感元件 电阻应变片要测量其他被测量 就需要先将这些被测量转换成应变 然 后再用应变片进行测量 完成这种转换过程的元件就是弹性敏感元件 交流电桥的平衡必须满足下面两个条件 幅值表示 Z1 Z4 Z2 Z3 幅角表示 3241 第三章第三章 电感式传感器 是基于电磁感应原理 利用线圈自感或互感的变化来实现非电量的一 种装置 通常所说的电感式传感器是基于自感原理的自感式传感器 而采用互感原理的互感式传 感器有差动变压器式传感器和电涡流式传感器 电感式传感器有气隙型和螺旋型两种结构 差动式传感器的灵敏度是单线圈电感传感器灵敏度 2 倍 差动式电感传感器的线性失真 小 电涡流式传感器就是一种基于电涡流效应原理的传感器 电涡流式传感器主要两种类型 高频反射式和低频透射式 当电涡流传感器的线圈靠近金属块时 线圈的等效电阻变大 其等效电感变小 第五章第五章 压电式传感器以某些电解质的压电效应为基础 它是典型的有源传感器 发电型传感 器 压电材料有石英晶体和压电陶瓷两种 石英晶体中的电轴也即 X X 轴 垂直于此轴的棱面上压电效应最强 机械轴也即 Y Y 轴在电场作用下 沿该轴方向的机械形变最明显 压电元件的结连接方法 串联连接和并联连接 A u t h o r l m 学校 西安邮电大学 压电式传感器可以等效为一个与电容相并连的电荷源 也可等效为与电容串联的电压 源 压电式传感器不能测静态量 压电式传感器的高频响应相当好 压电元件的 5 种基本变形 厚度变形 长度变形 面剪切变形 厚度剪切变形 弯曲变 形 第七章第七章 热电阻是利用物质的电阻率随温度变化的特性制成的电阻式测温系统 百度电阻比的概念 通常用百度电阻比 W 100 表示铂的纯度 即 W 100 R100 R0 W 100 越高 表示铂电阻丝纯度越高 测温精度也越高 半导体热敏电阻有正温度系数 临界温度系数 负温度系数三种类型 热电偶是将温度量装换为电势大小的热电势传感器 热电偶的基本原理是热电动势效应 热电偶的基本定律 均质导体定律 中间导体定律 中间温度定律 标准电极定律 第八章第八章 外光电效应 光线照射在某些物体上 使物体内电子逸出物体表面的现象称为外光电效 应 基于外光电效应的光电器件有光电管和光电倍增管 内光电效应 当光照射在物体上 使物体的电阻率发生变化 或产生光生电动势的现象 称为光电效应 内光电效应分为 光电导效应和光生伏特效应两类 光电导效应 在光线作用下 材料内电子吸收光子能量从键和状态过渡到自由状态 而 引起材料电阻率变化 光生伏特效应 在光线作用下 使物体能产生一定方向电动势的现象 光生伏特效应的光电器件有光电池和光敏晶体管 光电管有两个电极 光电阴极和阳极 光电倍增管由光电阴极 倍增管和阳极三部分组成 光敏电阻有暗电阻 亮点阻和光电流特性 伏安特性 光照特性 光谱特性 响应时间 和频率特性 温度特性 稳定性 伏安特性 在一定照度下 光敏电阻两端所加的电压与电流之间的关系 光照特性 在一定偏压下 光敏电阻的光电流与照射光强之间的关系 光谱特性 光敏电阻对于不同波长的光 其灵敏度也是不一样的 当温度升高时 光敏电阻的暗电阻减小 其灵敏度下降 光敏电阻是基于内光电效应 光 电导效应 的 其阻值随着光照变大而减小 也就是光照增强 其电流增大 光电式传感器按其输出量性质分为 模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器 模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流 它与被测量间呈单值对应关 系 模拟光电式传感器分为 吸收式 反射式 遮光式 辐射式 简答 简答 1 试简述电阻应变片产生温度误差的原因 并简要说明电桥补偿法和选择式自补偿法的补 偿原理 敏感珊金属丝电阻本身随温度变化而变化 其大小为 tRR t 试件材料与应变片材料线膨胀系数不一 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化 其大小为 tsmKRR t 温度补偿有两种方法 应变片温度自补偿法和电路补偿法 应变片温度自补偿法 它是粘贴在被测试的元件上的一种特殊的应变片 当温度变化 时 产生附加的应变为 0 或者相互抵消 电路补偿法 利用应变片的测量电路 电桥 的特点来进行补偿的 2 热电偶与热敏电阻的区别 热面电阻是利用物质的电阻率随温度变化的特性制成的电阻式测温系统 由纯金属敏感 元件制成的热电阻为金属热电阻 由半导体材料制成的热电阻是半导体热敏电阻 一般而言 半导体材料比金属具有更大的电阻温度系数 而热电偶是将温度量转化为电势大小的热电势传感器 3 压电式传感器不能测量静态和变化缓慢的信号 压电式传感器的阻尼比很小却可以响应 很高频率的输入信号且失真很小 由电压幅值比和相角与频率比的关系可以知道 当做用在压电元件上的力是静态力的 时候 则前置放大器的输入电压等于 0 因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身 的泄露电阻而泄露掉 因此不能测量静态信号 如果被测量是缓慢变化的动态量 而测量回路的时间常数 又不大 则会造成传感器 的灵敏度下降 当 1n 即1 时 也即作用力的变化频率与测量回路的时间常数的乘积 远大于 1 时 前置放大器的输入电压幅值随频率变化不大 当3 n 可以近似看做 输入电压与作用力的频率无关 所以 压电式传感器的高频响应特性是相当好的且失真很小 4 热电偶冷端处理及补偿原因 几种连接方式 通常采用哪种连接方式 为什么 热电偶的热电势大小与热电极材料和两接点温度有关 由于冷端工作温度不恒定且热 电偶的标准分度表是在冷端处于C 0的条件下测得的电势值 因此需要冷端处理及补偿 方式有 延长导线法 C 0恒温法 冷端温度修正法 冷端温度自动补偿法 原因 由于冷端温度修正法是用于对于温度不等于C 0 但能够保持恒定不变或能 用普通室温计测出冷端温度的情况 这种方式操作简单 因此在工程上应用比较广泛 5 压电式传感器的前置放大器的作用 一是把压电式传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出 二是放大压电式传感器输出的微 弱信号 而压电式传感器采用串联接法时 以电压作为输出信号 采用并联接法时 以电荷 作为输出信号 所以前置放大器有两种形式 电压放大器和电荷放大器 6 简答题中也很有可能存在解释名词的问题 传感器定义 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件 或者装置 传感器组成 由敏感元件和转换元件组成 电涡流 成块金属导体置于变化的磁场中时 金属导体内就要产生感应电流 这 种电流的流线在金属导体内自动闭合 通常称为电涡流 电涡流式传感器主要两种类型 高频反射式和低频透射式 横向效应 应变片敏感珊的电阻变化较直的金属丝小 灵敏度系数降低 压电效应 某些单晶体或多晶体陶瓷电介质 当沿着一定方向对其施力而使他变 形时 内部就产生极化现象 同时在它的两个对应晶体上便产生符号相反的等量电荷 当外力消失后 电荷也消失 又重新恢复不带电状态 这种现象就是压电效应 7 简述电涡流式传感器三种测量电路 横频调幅式 变频调幅式 调频式 横频调幅式 传感器远离被测物 调节 x f0 得到最大输出电压 保持 f0 和幅值不