传感器与检测技术(填空).doc

传感器1. 因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0, 0, s）以及被测试件线膨胀系数g有关。 2 产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。 1) 电阻温度系数的影响2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响3. 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。 4. 电桥补偿是最常用且效果较好的电阻片温度误差补偿方法。 5. 注意补偿条件： 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。 两应变片应处于同一温度场。 6.电桥平衡条件：欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应相等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。直流电桥平衡条件:R1R4=R2R3.7.电压灵敏度的物理意义： 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择； 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。7. 当E值确定后，n=1时才能使KU最高。即在供桥电压确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有 U0=E*R1/4R1(单臂)8.结论：当电源电压E和电阻相对变化量R1/R1一定时， 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大小无关。 9.减小和消除非线性误差的方法：提高桥臂比；采用差动电桥公式P29非线性误差10.半桥差动：在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变， 接入电桥相邻桥臂。可知：Uo与R1/R1成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍。U0=E*R1/2R1(R1=R2=R3=R4, R1=R2)11.全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变(1.4拉)，两个受压应变（2.3压），将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，KU=E，U0=E*R1/R1. 结论：全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍。 12. 交流电桥:(引入原因)由于应变电桥输出电压很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变电桥多采用交流电桥。 由于供桥电源为交流电源,引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性，即相当于两只应变片各并联了一个电容。13.交流电桥平衡条件：Uo=0，即：Z1Z4=Z2Z3 R1R4=R2R3, R2C2=R1C114.与直流差动电桥相似，交流差动电桥的输出电压也与R1成线性关系。15.应变式压力传感器：用来测量流动介质的动态（短应变片）或静态（长应变片）压力。16. 应变式容器内液体重量传感器：电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。17.电感式传感器的工作基础：电磁感应即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量 其分为变磁阻式、变压器式、涡流式等18.变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。19.目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器20. 变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合 K0=L/L0/0=1/0(气隙厚度)21.为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器：K0=2/022. 比较单线圈式和差动式: 差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。 差动式的非线性项:单线圈的非线性项/01，因此，差动式的线性度得到明显改善23.测量电路 电感式传感器的测量电路有交流电桥式、变压器式交流电桥以及谐振式等。 衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。由于是交流电压， 输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。 24. 谐振式测量电路 分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路25. 差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式等。在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、 结构简单、性能可靠等优点。 26.电容式差动的好处 ：灵敏度得到一倍的改善；线性度得到改善 27.差动脉冲宽度调制电路适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性28.压电式传感器：压电效应：是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其表面出现电荷集聚的现象。在外力去除后又重新恢复到不带电状态，是机械能转变为电能。29.磁电感应式传感器：线圈电阻与指示器电阻匹配问题：因传感器相当于一个电压源，为使指示器从传感器获得最大功率，必须使线圈的电阻等于指示器的电阻。线圈的发热问题：传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过而发热。30.测量误差：当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差31. 温度误差补偿办法：在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路，进行温度补偿。 32.霍尔式传感器：当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为霍尔效应。霍尔效应产生的电动势被称为霍尔电势。霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果重要点：33.热电偶测温原理：热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。热电势、热电偶、热电极 热端（测量端或工作端）、冷端（参考端或自由端）34.接触电动势：由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。35.温差电动势：同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电， 低温端因获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电动势。36. 热电偶回路中产生的总热电势：eAB(T, T0)=eAB(T)eB(T,T0)eAB(T0)eA(T,T0) 37. 影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关; 两热电极相同时，总电动势为0;两接点温度相同时，总电动势为0;对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系EAB(t,t0)=f(t)-f(t0)=f(t)-C 38.热电偶基本定律:1.中间导体定律;2中间温度定律中间导体定律:在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响.EABC(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0)=EAB(t,t0)中间温度定律: 在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t, t0)等于热电偶AB在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势eAB(t, tc)和eAB(tc, t0)的代数和，即eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0) 均质导体定律: 由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。 热端为100，冷端为0时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为4.0mV，则镍铬和考铜组成的热电偶所产生的热电动势应为：2.95(4.0)=6.95(mV)40.热电偶的冷端温度补偿:当热端温度为t时，分度表所对应的热电势eAB(t, 0)与热电偶实际产生的热电势eAB(t,t0)之间的关系可根据中间温度定律 eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0) 41.热电阻传感器: 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的目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻42. 铂热电阻的使用温度范围为-200850, 在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，可采用铜热电阻进行测温， 它的测量范围为-50150, 铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。缺点：电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性较大，稳定性较差，在100 以上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中43.热电阻内部引线方式有二线制、三线制和四线制三种44.热敏电阻：一般测温范围：50 30045.热敏电阻的电阻温度特性：大多数：负温度系数。热敏电阻在不同值时的电阻温度特性，温度越高，阻值越小，且有明显的非线性。NTC热敏电阻具有很高的负电阻温度系数，特别适用于：100300之间测温。PTC热敏电阻的阻值随温度升高而增大，且有斜率最大的区域，当温度超过某一数值时，其电阻值朝正的方向快速变化。其用途主要是彩电消磁、各种电器设备的过热保护等。CTR也具有负温度系数，但在某个温度范围内电阻值急剧下降，曲线斜率在此区段特别陡，灵敏度极高。主要用作温度开关。46.光电式传感器：是利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的装置。47. 1、光电效应传感器是应用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等等，这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。2、红外热释电探测器主要是利用辐射的红外光（热）照射材料时引起材料电学性质发生变化或产生热电动势原理制成的一类器件。3、固体图像传感器结构上分为两大类，一类是用CCD电荷耦合器件的光电转换和电荷转移功能制成CCD图像传感器，一类是用光敏二极管与MOS晶体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的MOS金属氧化物半导体图像传感器。4、光纤传感器它利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤传输到被检测对象，被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或送到光接收器，经接收解调后变成电信号48.四种基本形式：透射式，反射式，辐射式，开关式49.外光电效应是在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。根据外光电效应做出的光电器件有光电管和光电倍增管50.内光电效应是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象。这种效应可分为因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。光电导效应() ：光敏电阻 ; 光生伏特效应 (在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象): 光电池光敏电阻:是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性， 使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下光电池:是一种直接将光能转换为电能的光电器件. 光电池在不同光照度下， 其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性51.CCD固体图像传感器: 是一种大规模金属氧化物半导体（MOS）集成电路光电器件,它以电荷为信号， 具有光电信号转换、 存储、 转移并读出信号电荷的功能。CCD固体图像传感器的应用主要在以下几方面：计量检测仪器：工业生产产品的尺寸、位置、表面缺陷的非接触在线检测、距离测定等。光学信息处理：光学文字识别、标记识别、图形识别、传真、摄像等。生产过程自动化：自动工作机械、自动售货机、自动搬运机、监视装置等。军事应用：导航、跟踪、侦查(带摄像机的无人驾驶飞机、卫星侦查)。52.光纤传感器的组成: 由光源、光纤耦合器、光纤、光探测器等组成53.传感器输出的微弱电信号，需要放大或进行阻抗变换，才能输送到显示、记录或分析仪器中去54.调制与解调:先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利