电子测量与传感器总结

电子测量与传感器信电学院杨红娟1目录第1章电流、电压和功率的测量第2章频率、时间和相位的测量第3章阻抗的测量123第4章阻抗型传感器第5章电压型传感器第7章数字式传感器456第8章新型传感器第9-11章面向应用的传感器78机器人传感器建筑智能化传感器2一、电流的测量1理解模拟直流电流表（动圈式磁电系测量结构）工作原理绪论：了解感测技术的作用；掌握传感器与敏感器的概念和区别；了解测量仪表的组成。动圈式磁电系测量机构的静态方程：S0=C/k称为动圈测量机构的静态灵敏度信号电流为直流I，达到稳定第1章电流、电压和功率的测量2掌握以动圈式磁电系测量机构为“表头”的直流电流表计算第1章电流、电压和功率的测量动圈式磁电系测量机构基本参数：动圈内阻Rg、动圈满偏电流Im、动圈满偏电压Um满偏电流Im一般为几微安至几十微安，表头只能作微安表或毫安表。被测电流通常比Im大，要测量毫安以上电流时，需并联一个适当阻值的电阻扩大量程。3了解交流电流表的测量原理，理解电流测量的误差相对测量误差为为使电流表读数值尽可能接近被测电流实际值，就要求电流表的内阻r尽可能接近于0，即电流表内阻越小越好。

第1章电流、电压和功率的测量4

掌握电流电压转换法（间接测量的方法分析）

取样电阻法进行电流电压转换第1章电流、电压和功率的测量在被测电流回路中串入很小的标准电阻r，称之为取样电阻，将被测电流转换为被测电压.若被测电流Ix很大，可以直接用高阻抗电压表测量标准电阻两端电压Ux；若被测电流Ix较小，应将Ux放大到接近电压表量程的适当值后再用电压表进行测量，减小Ux的测量误差，采用电压串联负反馈放大电路在被测电流回路中串接一个电压并联负反馈运放电路(其输入阻抗和输出阻抗都极低)，让被测电流流过反馈电阻反馈电阻法进行电流电压转换二、电压的测量

1掌握普通直流电压表测量直流电压计算第1章电流、电压和功率的测量

普通直流电压表：采用动圈式磁电系测量机构作为表头，给表头串联适当的分压电阻构成，称动圈式直流电压表。除最小电压量程U0=ImRe外，扩展电阻，又增加了U1、U2、U3三个量程普通直流电压表的内阻内阻Rv与量程Um之比(Ω/V)定义为电压表的电压灵敏度“Ω/V”数一般标明在磁电式电压表表盘上，依据它推算出不同量程时的电压表内阻2掌握交流电压表征的参数与区别第1章电流、电压和功率的测量3掌握峰值电压表，均值电压表测量交流电压的计算第1章电流、电压和功率的测量平均值电压表的读数：与被测电压的平均值成正比；平均值电压表：不按平均值定度的，是按正弦波的有效值定度的

测量正弦电压：有效值为U的正弦电压加到平均值电压表上指示值为U而不是电压平均值。将指示值U除以正弦波的波形系数KF=1.11，得被测正弦电压的平均值：测量非正弦电压：先将读数值Ua除以正弦波波形系数KF=1.11，折算成正弦波电压的平均值，也就是被测非正弦电压的平均值,将此平均值乘以被测电压的波形系数KF，求得被测非正弦电压的有效值Uxrms。波形换算公式一、频率的测量

1了解频率的模拟测量方法

2掌握计数法测量的基本原理第2章频率、时间和相位的测量计数法：在一定的时间间隔T内，对周期性脉冲的重复次数进行计数。若周期性脉冲的周期为TA，计数结果为:3掌握通用计数器的工作方式频率比测量方式测频方式测周方式输入、输出4掌握频率、周期的测量误差和测量范围的计算第2章频率、时间和相位的测量测频最大相对误差为：若采用K位十进制计数器，为使计数结果不超过计数器最大允许计数值而发生溢出，要求：最大相对误差还应满足测量精度r的要求，因此fx应满足：二、理解时间间隔的测量原理，了解测量误差、测量范围

第2章频率、时间和相位的测量测周法的周期测量范围，同样也受到测量精度要求值和计数器的限制，即应满足故Tx的测量范围为：一、电桥法

1掌握惠斯顿电桥的组成、输出电压、区分平衡电桥与不平衡电桥的概念。第3章阻抗的测量

输出为0―平衡电桥电阻、电感、电容元件参数的测量输出不为0――不平衡电桥:把被测阻抗转换为电压进行测量电阻式、电感式、电容式传感器测量连接成四边形激励源4个阻抗电压源或电流源Z1、Z2、Z3、Z4顺时针AB为电源端CD为输出端平衡条件

2理解平衡电桥法测量电阻、电容、电感的原理第3章阻抗的测量3掌握直流不平衡电桥恒压源供电时，电桥单臂变化、电桥相对两臂变化、半差动等臂电桥、全差动等臂电桥输出电压、测量误差分析第3章阻抗的测量4掌握有源电桥输出电压的分析。二、阻抗电压转换法

1掌握欧姆法测量的工作原理。已知的标准恒定电流通过被测阻抗，把被测阻抗转换为电压来测量。

2掌握自举式R-U转换电路分析3掌握反馈电阻式R-U转换电路分析4掌握电容传感器的比例运算法测量电路分析5理解差动脉冲调制电路的电压与差动电容之间的关系。一、电阻式传感器

1了解电位器式传感器的基本工作原理、输入输出特性第4章阻抗型传感器2理解应变电阻效应和压阻效应

定义：导体或半导体材料在受到外界力作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值发生变化，这种因变形而使其阻值发生变化的现象压阻效应：当固体材料在某一方向承受应力时，其电阻率（或电阻）发生变化的现象第4章阻抗型传感器2理解应变电阻效应和压阻效应

金属导体材料的电阻相对变化金属材料应变材料的灵敏系数

半导体材料的电阻相对变化半导体材料应变材料的灵敏系数

半导体材料的电阻应变效应主要是基于压阻效应。一般的半导体材料的弹性模量E＝（1.3～1.9）×1011Pa，压阻系数π＝（48～80）×10-11／Pa，故Ks＝50～150。半导体材料的应变灵敏系数远大于金属材料的应变灵敏系数。大多数金属材料，泊松比μ＝0.3～1.3，所以Ks的数值在1.6～3.6之间。第4章阻抗型传感器3掌握电阻应变式传感器中应变电桥输出电压的情况及其分析。

（1）单应变片工作

（2）双应变片工作

一片受拉，另一片受压

一片承受纵向应变，一片承受横向应变εy=-μεx

（3）四应变片工作

两片受拉，两片受压

两片承受纵向应变，两片承受横向应变第4章阻抗型传感器4掌握电阻式应变传感器存在温度误差的原因。

5掌握差动电桥补偿法进行温度补偿的原理，分析。（P77：3）

1）应变电阻随温度变化2）试件材料与应变片的线膨胀系数不一致

如果两应变片型号参数、所处环境温度及所粘贴材料均相同，只要将两应变片接入电桥的相邻两臂，就可消除温度变化引起的测量误差。第4章阻抗型传感器二、电容式传感器

1理解电容式传感器的基本原理。

S——极板覆盖面积

极板间距离；——d极板间介质的介电常数——e2掌握电容式传感器的结构类型电容式传感器按照改变电容器的参数可分为三种类型：变极板间距离的变间隙型（变极距型）改变极板面积的变面积型改变介质介电常数的变介电常数型3掌握不同类型电容式传感器电容的分析（P78:9、10）

4掌握电容式传感器测物液位的计算

第4章阻抗型传感器三、电感式传感器

1理解自感式传感器的基本原理。

2掌握自感式传感器的结构类型3理解不同结构类型下自感式传感器输出特性

自感式传感器的分类：变气隙型自感传感器变面积型自感传感器螺管型自感传感器第4章阻抗型传感器三、电感式传感器

1掌握互感式传感器的组成。

2理解互感式传感器（差动变压器）工作原理工作时，初级线圈接入交流激励电压，次级线圈感应产生输出电压。被测量使衔铁移动，引起初次级线圈的互感变化，输出电压也发生变化。

3理解互感式传感器输出特性4掌握互感式传感器的差动整流电路的测量原理分析一、磁电式传感器

1、掌握磁电式传感器的基本原理和组成第5章电压型传感器Φ为磁通量B为磁感应强度l为导体长度v相对运动速度磁电式传感器由以下三部分组成：1）：磁路系统，产生恒定的直流磁场，一般采用永久磁铁；2）：线圈，产生感应电动势；3）：运动机构，感受被测物体的运动。2、理解变磁通式磁电式传感器与恒磁通式磁电式传感器的工作原理3、掌握变磁通感应式传感器测量工作轴转速的计算二、压电式传感器第5章电压型传感器某些电介质，沿某一方向受到外力作用时，会产生变形，内部产生极化现象，在材料的两个表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。1掌握压电效应的基本原理2掌握压电效应方程全压电效应——多应力同时作用

单一压电效应——单一应力作用3掌握压电元件石英晶体、压电陶瓷的基本变形方式表5-2-1

二、压电式传感器第5章电压型传感器5掌握压电元件串并联时电压、电荷、电容与单个压电元件的电压、电荷、电容之间的关系6了解压电式传感器的等效电路及接口电路等效电路、电压放大器、电荷放大器

4掌握压电元件的等效电路中电荷量、电压、电容的计算。三、热电偶传感器第5章电压型传感器1理解热电效应的概念、工作原理2理解单一导体的温差电势、两种导体的接触电势、掌握热电偶的总热电势3理解并证明热电偶的基本定律中间导体定律、中间温度定律第5章电压型传感器4掌握热电偶测温的方法5了解热电偶的冷端温度恒定或温度补偿的方法查表法（仪表按电压刻度）直读法（仪表按分度表刻度）T0=0℃1°仪表测出EAB（T，0）2°查分度表求出与EAB（T，0）对应的T仪表直接读出T值T0≠0℃（T0为已知）1°仪表测出EAB（T，T0）2°查分度表得T0对应的EAB（T0，0）3°计算EAB（T，0）=EAB（T，T0）+EAB（T0，T）4°查分度表得EAB（T，0）对应的T仪表读取值——T′（指示值）查表求与T′对应的K值计算T——（真实温度值）：T=T′+K·T0第5章电压型传感器四、光电式传感器1掌握三种光电效应的概念及对应的光电器件光电子发射效应光电导效应光生伏特效应光电管光电倍增管2掌握内光电效应的物理过程3了解光电器件的基本特性4掌握光电传感器的组成和基本类型第5章电压型传感器五、霍尔式传感器1理解并掌握霍尔效应、霍尔电势的计算霍尔灵敏度2掌握霍尔传感器的组成霍尔元件电路部分磁路部分3了解霍尔传感器的应用4掌握霍尔传感器的测量误差及补偿办法零位误差温度误差一、直接编码器

1掌握直接编码器的概念。第7章数字式传感器直接编码器：直接将角位移或线位移转换为二元码（0和1）表示的电信号的的数字式传感器。2理解光电直接编码器的工作原