传感器复习提纲1.doc

复习主要内容第一章1、 传感器概念、电量、非电量能感受规定的被测量，并将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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。2、 测控系统的构成、特点传感器、测量电路、显示记录装置、电源四部分组成。3、 传感器分类：按被测量，按工作原理，了解表1-14、 传感器静态特性：灵敏度（K=dx/dy）、线性度（掌握端基拟合法、理论直线法）、迟滞、重复性、分辨力（分辨力：输入量从某个任意值（非零值）缓慢增加，直到可以测量 到输出的变化为止，此时的输入量的变化量即分辨力，分辨力的单位为输入量的单位。如：输入量为质量，那分辨力的单位为g/kg）、漂移（时间漂移、温度漂移、零点漂移、灵敏度漂移）5、 传感器动态特性：时间响应法、频率响应法6、 提高传感器性能的方法：线性化技术、差动技术（提高灵敏度、减少系统误差）、数据平均与误差平均、补偿与校正技术、屏蔽隔离和抑制干扰、稳定性处理；7、 了解传感器材料8、 电子测量相关概念：真值、实际值、示值、绝对误差、相对误差、实际相对误差、示值相对误差绝对误差：仪表的指示值与被测量的真值之间的差值，记作，有符号、单位。=X-X0相对误差：仪表指示值的绝对误差与被测量真值的比值，记作r。引用误差：绝对误差与仪表量程L的比值，常用百分数表示。最大引用误差：最大绝对误差与仪表量程L的比值决定仪表的精度等级。测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。 工业仪表常见的精度等级有：0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级（8个）。9、 系统误差、随机误差、粗大误差、精度、精密度、准确度系统误差：相同条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小、符号不变，或按一定规律变化，这种误差较系统误差。随机误差：相同条件下，多次重复测量同一量时，误差以不可预见的方式变化。10、 标定、校准、标准量传递例1：某1.0级电流表的满度值（量程上限值）是100A，求测量值分别为100A、80A、20A时的绝对误差和示值相对误差。例2：要测量100的温度，现有0.5级、测量范围0300和1.0级、测量范围0100两种温度计，分析各自产生的示值误差。第二章温度传感器1、 温标：摄氏、华氏、热力学（开氏），相互转换公式；温标：温度的数值表示方法称为温标；F= 1.8t+32（摄氏度转华氏度） T=t+273.15（摄氏度转热力学温度）2、 热电偶：热电效应、四大定律（匀质导体定律、中间导体定律、中间温度定律、参考电极定律）、分度表及计算热电效应两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象叫做热电效应。回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。热电偶的两个热电极通常采用两种不同材料的金属制成，其两个接点：测量端称热端，参考端称冷端。当两个接点温度相同时热电势为0.EAB(T，T0)= EAB(T)+ EAB(T0)中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电势不变。为接入测量仪表提供理论依据。中间温度定律：热电偶在两接点温度T1、T3时的热电势等于该热电偶在接点温度为T1、T2和T2、T3时的相应热电势的代数和。为补偿导线的使用提供理论依据。 EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）参考电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶热电势已知，它们的冷端和热端的温度又分别相等，则它们相互间组成热电偶的热电势可由下式计算得到：EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0） 热电偶选型用铜-康铜热电偶测某一温度t，参比端在室温环境t0，测得热电动势为1.999mV，又用室温计测出t0=21,求t？解：查此种热电偶的分度表可知EAB(21,0)=0.832mV EAB(t，0)=EAB(t，21)+EAB(21，0)=1.999+0.832=2.831mV 再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度t=68P22例2-1 用镍镉-镍硅热电偶测炉温，热端温度T为320，冷端温度T0为35，求E(T,T0)3、 热电偶结构形式、安装注意事项4、 热电偶补偿导线的分类、使用注意事项作用：1、将热电偶的冷端延长，使得冷端远离测温现场，便于冷端恒温；2、同时可节约大量贵金属，3、便于敷设安装。注意事项：1）补偿导线要与相应热电偶匹配，且极性不可接错；2）补偿导线与热电偶热电极的两个接点必须同温度；3）补偿导线必须在规定温度范围使用。5、 热电阻式传感器：利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化的特性制成的传感器叫做热电阻式传感器6、 热电阻：金属材料，Pt Cu， Pt100：0时，Pt的电阻阻值是100欧姆、Cu50 0时，Cu的电阻阻值是50欧姆，并会查表、计算；温度越高，阻值越大7、 金属热电阻的测量：二线制、三线制、四线制的原理、特点，8、 热敏电阻：半导体材料；PTC（正温度系统）、NTC（负温度系统）、CTR（临界温度）热敏电阻的特点；9、 集成温度传感器：电流型、电压型，AD590、LM35；第三章力传感器1、 弹性元件：定义、刚度、灵敏度、弹性滞后（加、卸载特性曲线不重合程度）、弹性后效（载荷变化与形变产生之间的时间带兵）、固有频率在力的作用下，产生机械形变，力消失后，能够恢复原来状态的元件2、 弹性元件的形式：悬臂梁、等截面柱式、圆环式、扭转轴、波纹管、弹簧管、膜盒等3、 应变效应：定义、应变灵敏度；（金属应变片、半导体应变片的区别）导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。4、 应变片测量电路：单臂桥、双臂桥、全桥三种测量电路的原理、特点、相互不同之处；要求计算5、 压阻效应：定义、特点，扩散硅型压力传感器可以有表压、绝压测量两种；指某些半导体材料在受到外力作用变形时电阻率发生变化从而引起电阻变化的现象6、 压电效应：定义、特点（自发电型），逆压电效应 压电材料沿一定方向受到外力作用而发生机械变形时，在其表面产生相应电荷，当外力去掉后，电荷也消失的现象。 压电传感器，测动态力 7、 石英晶体：电轴、机械轴、光轴，电轴：压负拉正，机械轴：压正拉负，光轴：不产生电荷当沿X轴对晶片施加力时，将在垂直于X轴的表面产生电荷，这种现象称为纵向压电效应； 沿Y轴施加力的作用时，电荷仍出现在与X轴垂直的表面上，称为横向压电效应； 沿Z轴方向受力时，不产生压电效应。8、 压电陶瓷：极化处理，压电系数高，9、 压电高分子材料：10、 压力传感器的测量：只能用于动态测量，压力传感器的串联、并联；在压电式传感器中，常将两片或多片组合在一起使用，由于压电材料有极性，故接法有两种：串联和并联。并联：输出电荷大、电容大、时间常数大，适合测慢变信号，并以电荷量作输出量的场合。串联：输出电压高、电容小，适合以电压作为输出量，以及测量电路输入阻抗很高的场合。第四章位移传感器1、 电容式传感器：电容公式： C=A/d，2、 三种电容式传感器：变极距、变面积、变介电常数，线性度对比，哪两个为线性？3、 电容式传感器测量：桥式电路（单臂、差动（双臂）、调频电路、脉冲宽度调制电路4、 差动变面积式电容传感器：实验原理：传感器-电容放大器-电压表，螺旋测微器5、 自感式位移传感器：被检测量改变电感量，特点、应用；6、 自感式位移传感器有三种：按结构分类：变气隙式、变面积式、螺旋管式，比较三者的灵敏度、线性度、工艺特点等；7、 差动式自感电感传感器：两个相同线圈共用一根活动衔铁，提高灵敏度，扼制共模干扰。8、 自感式电感传感器测量：相敏检波电路的作用9、 差动变压器的工作原理：位移改变两个次级线圈的互感系统；10、 差动变压器的构成：三组线圈，初级加激励交流电压，次级非同名端相连（其实质为共地输出差动电压），零点残余电压（的定义、产生原因）差动变压器的两组二次线圈反向串连，因此，当铁心处在中央位置时，输出信号应为零；但由于线圈非对称性等因素，当铁心处在中央位置时，输出信号应不为零而是一个很小的电压U0,该电压称为零点残余电压。补偿电路分为：电阻补偿、电容补偿和阻容补偿。11、 差动变压器测量：相敏检波器的作用：一个输入信呈、一个参考信号、一个输出信号；将交流检测信号转换成直流检测信号。相敏检波电路的作用： （1）能将交流输入转换成直流输出； （2）能判别相位，可反映位移的方向。 （3）消除零点残余电压实验中，参考信号由移相电路产生，相每检波电路的输出信号经滤波后成直流再测量；12、 电涡流式传感器：涡流：交变磁场中铁芯会在内部产生自行闭合电流。13、 电涡流效应：涡流传感器将被测量转换成线圈阻抗的变化；将金属导体置于变化磁场中时，导体表面就会产生自行闭合的旋涡状感应电流即电涡流，这种现象称涡流效应。14、 集肤效应：电涡流在导体纵面上分布不均匀，集中在表面；磁场频率越高，穿透性越差，集肤效应越明显；15、 涡流传感器的种类：高频反射式、低频穿透式；16、 涡流传感器应用：测量位移、测量厚度，可以实现非接触测量，但是只能测金属导体第五章光电传感器1、 光量子学说；2、 光电传感器的组成及特点：光源、光学通路、光电元件3、 光电效应：用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf 的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。 4、 光电效应的三种类型及典型传感器：外光电、内光电、光知伏特；外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象。内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象。光生伏特效应：在光线作用下物体产生一定方向电动势的现象。基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。5、 光敏电阻（光生电子、电阻减小，即在受到光照情况下，空穴对增加，电阻阻值减小，电流增大。 没有光照时，暗电阻增大，暗电流减小。6、 光敏二极管/光敏三极管（光生电流，电流增大），及反相偏置接法； 7、 电磁波频谱：无线电频率低于可见光，红外线的频率低于紫外线；8、 光电池：短路电流为线性；9、 光电传感器应用：热释电传感器（菲涅尔透镜）、色标传感器第六章超声波传感器1、 次声波、可闻声波、超声波的频率范围2、 换能器：压电陶瓷、磁致伸缩材料；压电效应与逆压电效应；3、 超声波的传播：横波、纵波、表面波；4、 超声波传感器的应用：测距、测厚、测流量、无损探伤5、 超声波流量测量方法：时间差法、频率差法；6、 多普勒效应：前进方向的频率变高；第七章磁敏、气敏、湿敏传感器1、 磁致伸缩效应：声纳2、 磁阻效应：磁场增大，阻值增大；电子罗盘3、 气敏电阻：将浓度转换成电阻值的变化；4、 还原性气体检测：气敏电阻工作时应加热到一定的温度，保证化学吸附与电离；5、 湿敏电阻：何谓传感器？简述相敏检波器的作用。简述金属热电阻采用三线制电桥的原因。试设计一个转速测量装置或电子秤并简要说明其原理（只需选择设计一个）。试简述热电偶补偿导线的作用及使用注意事项。1检测系统由传感器、测量电路、显示记录装置组成。传感器以一定精度把被测量转换为与之有对应关系的便于测量处理的物理量。测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成一定功率的易于测量的电压或电流信号。显示记录装置的作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。 2电涡流式传感器的灵敏度主要受被测物体的材料、形状和尺寸等因素影响。一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏度也越高。为充分利用电涡流效应，平板型被测体的半径应大于线圈半径的1.8倍，圆柱体被测物直径为线圈直径的3.5倍以上。电涡流式传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干扰能力强，特别是有非接触测量的优点。3压电式传感器测量电路的作用是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；把传感器的微弱信号放大。其核心是解决放大器的灵敏度与电缆电容无关的问题。4热电阻电阻温度系数大，在测温范围内具有稳定的物理化学性质，测温线路采用三线制电桥电路，以减小引线电阻受环境温度的影响。热敏电阻灵敏度高、热惯性小、体积小、使用方便，易于实现远距离测量，但热电特性非线性、互换性较差，使用普通电桥电路。热电偶传感器结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小，测量量不需要外加电源，常用测量电路有串联和并联线路。5简述涡流效应答案要点：利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应。金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为为当线圈输入一交变电流 i 时，便产生交变磁通量金属板在此交变磁场中会产生感应电流 i1 ，这种电流在金属体内是闭合的，所以称 之为 “ 涡电流 ” 或 “ 涡流 ” 。6简述零点残余电动势的概念、及消除方法答案要点：差动变压器的两组二次线圈反向串连，因此，当铁心处在中央位置时，输出信号应为零；但由于线圈非对称性等因素，当铁心处在中央位置时，输出信号应不为零而是一个很小的电压U0,该电压称为零点残余电压。补偿电路分为：电阻补偿、电容补偿和阻容补偿。7 试比较热电阻、热敏电阻及热电偶三种测温传感器的特点热电阻电阻温度系数大，在测温范围内具有稳定的物理化学性质，测温线路采用三线制电桥电路，以减小引线电阻受环境温度的影响。热敏电阻灵敏度高、热惯性小、体积小、使用方便，易于实现远距离测量，但热电特性非线性、互换性较差，使用普通电桥电路。热电偶传感器结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小，测