中央电大传感器测试技术总复习详解

传感器与测试技术总复习第一章绪论一、测试系统构成——传感器、信号变换、显示记录等环节P3二、传感器构成——敏感元件、变换元件、变换电路。传感器定义：以必然的精度把被丈量变换成另一种便于检丈量的装置。三、传感器的分类——按工作机理、能量变换、输入量、物理原理（常用）按工作机理分：结构型传感器——结构参数变化（实现信号变换）物性传感器——结构参数不变，而仅依赖内部物体，化学性质变化而实现传感的功能。第二章传感器的一般特色一、传感器的静特色1、定义——传感器在输入量的各个值处于坚固状态时的输出与输入关系，即当输入为常量或变化极慢时输出与输入的关系。2、主要指标①丈量范围与量程——丈量的下限和丈量上限表示的丈量区间称丈量范围。量程=上限-下限②线性度—输出输入校订曲线与其拟合直线间的最大偏差。③迟滞—传感器在正反行程中输出输入曲线不重合称迟滞。④重复性—全量程输入按同一方向会连续多次丈量所得曲线不一致的程度。⑤敏捷度—输出变化量y与惹起此变化量的输入变化量dyx之比KKdx敏捷偏差100%SK⑥分辨力—在丈量范围内能检测出输入量的最小变化值阈值（初步敏捷度）—在零点周边的分辨力（它是死区概论）⑦坚固性—在室温条件下，经一段时间间隔后，传感器的输出与初步标准时的输出间的差别。⑧漂移—零点漂移、敏捷度漂移、时漂和温漂⑨偏差的表示a．绝对偏差XQ（式中X为丈量值，Q为商定真值），修正当Cb．相对偏差100%Q1c．引用（相对）偏差100%100%yFSxmaxxmin常用max定义仪表精度等级SSm100%myFS⑩静态偏差（精度）定义——在全量程内任何一点输出值与理论输出值偏离程度二、动特色1、定义——传感器对随时间变化的输入量的响应程度2、指标——响应时间，y()的63%；上涨时间tr，y()的10%～90%；稳准时间tw，超调量见P30三、标定与校准1、标定——利用某种标准用具对传感器进行标度见解：①对新研制或生产的传感器全面技术检定称标定。②对使用中或积蓄后进行性能复测称校准。2、方法——利用标准仪器产生标准输入量，输入到传感器，传感器输出量与输入的标准量作比较，得一系列数据或曲线。对传感器静态特色指标确立。3、静态和动向标定——研究动向响应。零阶为静态敏捷度K0；一阶为时间常数；二阶为固有频次wn和阻尼比四、提升传感器性能方法1、非线性校订——开环非线性赔偿、非线性反应赔偿法2、温度赔偿——①减小传感器零位输出温度偏差敏捷度；②减小传感器敏捷度对温度的敏感度。3、闭环技术4、均匀技术——偏差均匀效应、数据均匀办理5、差动技术——电感、电容传感器应用（一正一负构成差动形式）6、集成和智能化7、控制搅乱——障蔽、间隔、滤波——是减小电磁搅乱的举措2第三章电阻式传感器一、应变式传感器1、定义——电阻称在外力作用下→机械变形→阻值变化，这一现象称电阻丝应变效应。详细分析：Rr2dRdd2rd纵向应变R定义drr横向应变rrd

r，式中为泊松比dR2)]K0[(1R金属丝dR(12)计算公式RK0RR2、结构与种类①应变片种类——电阻丝式、金属箔式P56②应变片结构——敏感栅、绝缘基片、覆盖片3、主要特色R/R①应变片电阻敏捷度系数K，式中K实验测得(抽样5%)，K0电阻丝敏捷度系数，KK0②横向效应纵向力，但也会有r改动，这就是横向效应。这是与用丝式应变片相关，若用箔式即可减小横向效应带来丈量偏差。③温度效应环境温度变化t惹起电阻丝阻值变化RttR1敏感元件和试件膨胀系数不一样样Rk(eg)t，式中e为应变R2片，g为试件膨胀系数赔偿方法——单丝自赔偿法、双丝自赔偿法、桥路赔偿法（差动、热敏电阻桥路）④绝缘电阻——引线与被测试件之间的电阻⑤应变权限——P59使非线性达到10%时的真切应变值3对角电阻乘积4、变换电路二者相等均衡I1EE(R1R3R2R4)，I2，U0ER1R2R3R4(R1R2)(R3R4)I1R1R2U0R4I2R3E单臂U0R1E双臂U1R1E4R02R0P80例题已知：R1R2120，K2，应变成1000，U5V，R1和R2一个受拉，另一个受压，求输出U0解：RKR21200.0010.24欧姆，U0RU0.2450.005V5mV2R21205、应变片的选择①种类选择——箔式或半导体应变片②资料选择③阻值选择，一般120，提升敏捷度也可使R阻值增添为350～500④尺寸选择6、应用——测力、压力、加快度测力弹性元件为力敏元件将力的大小→应变量变化，平常有柱式、环式、梁式。二、压阻式传感器1、压阻效应——半导体应变片受应力后，资料电阻率变化，阻值中4dR[(12)]R半导体应变片阻值变化主要由资料电阻率变化惹起的∴R，式中为压阻系数，弹性模置，应变R2、主要特色：认识3、丈量电路：P72恒压供电——U0UR，它与电源U的大小精度相关，电路简单，不可以除去RRT温度影响，与温度相关，它仍是非线性恒流供电——U0IR，它与电源I的大小精度相关，但不受温度影响。4、温度赔偿①零点温度赔偿——它是由4个扩散电阻值及它们温度系数不一致造成P73解决方法——串并联电阻②敏捷度温度赔偿——压阻系数随温度变化t解决方法——串联二极管5、应用——丈量压力、加快度三、热电阻传感器1、工作原理RtR0(1t)tRt要求：a、电阻温度系数大；b、tRt优秀线性；c、物理、化学性能验定d、尺寸小e、复制性好（纯度高）价钱廉价。2、种类特色①铂电阻Pt10和Pt100-200℃～850℃坚固性好、精度高②铜电阻Cu50和Cu100-50℃～150℃线性、价廉、易氧化53、丈量电路及应用三线制——战胜引线电阻受环境温度变化带来丈量偏差四线制——精准丈量四、电位计式（变阻器式）传感器位移→电阻变化1、种类——直线位移型、角位移型、非线性型2、丈量电路——电阻分压电路用于丈量线位移、角位移RLU0第四章电容式传感器一、原理及特色C

S变极距型（或称变空隙型）、变面积S，变解电常数1、变极距（空隙）型当空隙变小（CSSS，增添C），则CC0①只有当时，C与呈线性关系②常用差动式（P83图4-1）可减小非线性，提升敏捷度2、变面积型——电容量与位移量线性关系Ca⑴线位移C0a⑵角位移CC0⑶容栅传感器它是在变面积型电容传感器的基础上发展成的一种新式传感器，它有长容栅和圆容栅二种。P85它可看作一对对小电容并联连结而成。——拥有电容传感器的特色：动向响应快、结构简单，温度坚固性好（自己发热很小），易实现非接触丈量，还拥有辩解力高、精度高，对刻制精度和安装要求不高，量程大，应用数显量具（数显千分尺，数显卡尺）63、变解电常数型CxC0CC正比于液位高度它可以丈量厚度、位移、液位→使用最多二、设计及应用1、特色优：a、温度坚固性好；b、结构简单；c、动向响应快；d、可实现非接触式丈量缺：a、输出阻抗高，负载能力差；b、寄生电容影响大——引线电容、散布电容，对电容传感器自己小电容影响大c、输出特色非线性变自己非线性。变和S只有忽视边沿效应，才是线性。(即当极片尺寸>>极距，圆筒高度>>直径)2、偏差分析及赔偿⑴减小环境温度、湿度等影响——常用差动对称结构★⑵除去和减小边沿效应边沿效应不只使传感器敏捷度降低，并且产生非线性减小方法：a、尺寸上——极片尺寸>>间距，圆筒高度>>直径b、结构上——增设等位环P92等位环与电极电位相等，使电极边沿处电力线平直或理解等位环外电场不影响平板电容正常工作。⑶除去和减小寄生电容影响⑷防备和减小外界搅乱3、变换电路⑴电桥电路P96⑵运放电路可使U0UC0s4、应用—P98差压（可测流量）、加快度、液位、荷重7第5章电感式传感器L自感式传感器M互感式传感器1自感式传感器空隙Rm磁阻L1、闭磁路LN20S变面积式,线性2小位移，常用差动式2、螺线管式位移量可增大，特别是差动式位移量可增大，P107差动式与单线圈比较变气隙式——敏捷度高，非线性严重，量程小；变面积式——敏捷度低，线性好，量程较大，制造装置较方便；螺管型——敏捷度最低，量程大，线性较好，制造方便，批量生产交换性强，应用广ZUi，当Lr，U0LP108变换电路，沟通电桥U0Ui2Z02L02差动变压器---其工作原理近似变压器，并做成差动形式，故称差动变压器1、原理xMU它也有变空隙，变面积和螺线管式三种2、变换电路—利用整流电路I直流电流U变化见P117U直流电压3、偏差分析零位偏差（零点节余电压）—原由，解决方法见P117UUxx8§3电涡流传感器P119原理----当一块金属导体搁置在一变化的磁场中，导体内就会感觉电流，电流在导体内转圈，故称电涡流，利用此原理做成的传感器称电涡流传感器。电涡流最大特色它是非接触式①高频反射式zf(,,t,w,x)式中t导体厚度式中：x变化——可测位移、厚度、振动。电阻率变化——丈量表面温度、材质。磁导率变化——测应力、硬度。同时改变x、和可对导体探伤。②低频透射式P121图5-24发射线圈两头加低频电压U1，经过金属板在接收线圈感觉出交变电动势E金属板厚度越大，产生电涡流越大，耗资磁场越大，E就越小。电流穿透度h(t)（大，合用高频，小，合用低频；ff，合用薄板，f，合用厚板。）§4压磁式传感器1、压磁效应——铁磁资料在外力作用下，内部产生应变→产生应力→各磁畴间的界线发生挪动→磁畴的磁化强度矢量转动→损坏均衡→资料总磁化强度发生变化。丈量绕组就会有感觉电动势EEf(F)即FE2、工作原理感觉电场Ef(F)外力3、应用——输出功率大，抗搅乱能力强，过载性好（重机业和化工行业）§5感觉同步器1、工作原理—利用两个平面绕组互感系数M随定尺和滑尺的相对地点的变化而变化，结构→滑尺两绕组错开W（W为节距），滑尺通入激励电压→定尺得感觉电势。4W挪动个数，也就反应了定尺和滑尺的相对位依据感觉电势周期变化次数，即可反应节距置的变化。92、输出信号的办理—检测系数①鉴相式—依据感觉电势的相位变化测出位移②鉴幅式—依据感觉电势的幅值变化测出位移3、感觉同步器偏差—零位偏差（定尺精度造成）细分偏差（滑尺精度造成）

xxexsin(x1)e式中1必然第六章磁电式传感器一、磁电感觉式传感器1、工作原理——线圈在磁场中作切割磁力传运动→产生感觉电动势只需磁通量发生变化，就会产生感觉电动势磁通量变化主要有：①线圈与磁场发生相对运动②磁路中磁阻变化③线圈中磁通量发生变化——恒定磁场中线圈面积变化P141还反应磁电式传感器的长处二、种类（1）变磁通式——变磁阻式气隙变化→磁阻变化①闭磁路变磁通式（图6-1）②开磁路变磁通式（图6-2）（2）恒定磁通式——测速度速度变化→感觉电势①磁铁不动，线圈运动图6-3ｅ∝v②线圈不动，磁铁运动图6-43、应用P143二、霍尔传感器1、工作原理霍尔效应(P159第5题)U=RHIBdHH(RH霍尔系数，KH霍尔敏捷度系数，d半导体厚度)2、结构与特色→看书后边练习（1）资料与结构（2）主要技术参数3、驱动电路恒流驱动（线性度高、精度高、受温度影响小）恒压驱动（简单、但性能较差、用于精度要求不高的场合）4、偏差分析及赔偿1）不等位电势及赔偿—经过外接电阻实现赔偿2）温度偏差及赔偿a）恒流源供给I（b）恒压供电热敏电阻t↑→Rt↓c）串并联电阻（d）赔偿电路5、应用——压力、磁场、电流、转速10三、磁栅式1、它由磁栅、磁头、检测电路构成。当磁栅与磁头相对位是发生变化时→产生电信号→数字显示它有长磁栅→测位移圆磁栅→测角位移2、输出信号办理两个静态磁头相位差3、偏差→零位偏差→细分偏差P1574、应用——大位移高精度位移检测

W4

鉴幅式幅值正比于位移X鉴相式相位正比于位移X第七章压电式传感器一、压电效应见P161二、压电传感器及其等效电路边C=0A极板上累积电荷Q=dF（作使劲）d为压电系数CaUQCa电压源电流源三、压电资料压电晶体——常用精巧和坚固性高的场合，可制成标准传感器压电陶瓷——制作工艺简单、耐湿、耐高温→使用最宽泛压电半导体——既有压电性又有半导体性高分子压电资料——高分子薄膜、高分子陶瓷四、变换电路Q电荷放大器→电缆长度影响可不计Ua=Ca五、应用—测加快度、测力、测压力第八章光电传感器一、光电效应及光电器件1、光电效应——物体汲取光能后产生电效应的现象，它是光电传感器的理论基础。112、外光电效应内光电效应（光导电效应）光生伏殊效应光电管光敏电阻光敏二、三极管，光电池3、光电器件基本特色——光电流暗电流，光照光谱伏安特色4、光敏电阻光敏二、三极管半导体色敏器件结型场效应光敏管→可检测略微电流5、应用——丈量尺寸、转速二、光纤传感器——要掌握其长处及应用1、工作原理工作基础——光的全反射全射角＞C（临界角）2、主要参数3、种类4、常有传感器——传感型、传光型三、光栅传感器1、光栅与莫尔条纹B=

W2、结构与原理——辨向原理、细分技术四、激光传感器1、原理及特色受激汲取，受激辐射特色—方向性强亮度高单色性强相关性好2、激光器3、CCD和PSD→将入射光照在器件感光面不一样样地点→电信号X=L（I2-I1）/I1+I2测得I1I2→X加正电压势阱光照象素(光强光生电子多)MOS光生电子进入势阱第九章超声波传感器一、超声波的物理性质1、什么叫超声波——频次高的声波特色：a.频次高可达109HZ（波长短）b.方向性好c.穿透本事大（在液体、固体中衰减小）d.遇到杂质或分界面有显然反射它是一种机械波符合机械波一般规律——波的叠加、干预及驻波、波的反射、折射、衰减它有自己的特别性——纵波、横波、表面波、蓝姆波四种波形并在分界面上出现波型的变换2、声波的衰减——原由a.声波在扩散b.散射c.介质汲取衰减以衰减系数表示12二、超声波变换器功能——把超声波发出去，再接回收来变换成电信号型式——压电型、磁致伸缩型、电磁伸缩型、振板型、弹性波型主要采纳压电型逆压电效应发射——外加应力加在压电元件（晶体）上，机械变形发出超声波电压晶体接收——接收超声波电信号放大输出正压电效应声能电能三、超声波探伤——3种方法1、共振法——依据声波（频次连续可调）在工作中呈共振状态来测工件厚度和探伤。调理发射频次，使发射波与反射波同相位，惹起共振。共振法丈量精度高，但对工件表面质量要求高2、穿透法——二个探头。一个发射，另一个接收。依据穿透工件后的能量变化来判断工件内部的质量。长处：方法简单、可防备盲区，便于自动探伤。缺点：敏捷度低、只好判有无缺点，不可以定位。两探头距离地点要求高3、脉冲反射法——发射波为T，一部分声波遇缺点反射回来为FTFB另一部分声源终归部反射回来B依据F的地点和大小可知缺点地点和