传感器与检测技术期末要点复习

1、传感器概念1. 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。2. 传感器的组成按定义一般由敏感元件，转换元件，信号调理转换电路三部分组成。3. 静态特性是指传感器被测输入量各个值为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度，灵敏度，迟滞，重复性，漂移，分辨力等。4. 线性度又称非线性，是表征传感器输入量-输出量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的成程度的指标。5. 灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标，为传感器在稳态条件下输出变化量y与相应输入变化量x之比。6. 提高传感器性能的技术途径：1采用线性化技术，2采用闭环技术，

2、3采用补偿和校正技术，4采用差动技术。测量技术基础知识1. 测量就是借助专用的手段和技术工具，通过实验的方法，把被测量与同种性质的标准量进行比较，2. 根据测量过程的特点分类可分为直接测量，间接测量和组合测量。3. 根据测量方式可分为偏差式测量，零位式测量与微差式测量。4. 一个完整的检测控制系统通常由传感器测量电路，显示记录装置或调节执行装置和电源等几部分组成。5. 传感器通常以电信号的形式输出，以便于传输，转换，处理和显示。6. 传感器是感受被测量的大小，并输出相对应的可用输出信号的器件或装置。7. 绝对误差是指测量结果的测量值与被测量的真值之间的差值。相对误差定义为绝对误差与真值的比值，

3、通常用绝对误差来评价相同被测量精度的高低，用相对误差评价不同被测量测量精度的高低。引用误差为绝对误差与测量仪表的满量程的百分比，分为，0.1 ，0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0,七个等级。8. 随即误差服从正态分布，1对称性2有界性3单峰性4抵偿性。9. 测量精度可细分为准确度，精密度和精确度。10. 减小系统误差的方法，1消除系统误差产生的根源2引入更正值法3采用特殊测量方法消除系统误差，直接比较法，替代法，交换法，微差法。电阻式传感器1. 电阻式传感器通过电阻参数的变化来达到非电量电测的目的。它的基本原理是将被测量的变化转换成电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。2.

4、金属应变片又有丝式，箔式，薄膜式之分。3. 应变片其核心部分是敏感栅，实现应变-电阻转换。基底，盖层4. 一根金属导线受轴向力作用而被拉长或伸缩时，其电阻值将发生变化，这种效应为电阻应变效应。电感式传感器1. 电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。它有结构与简单，灵敏度高，输出功率大，输出阻抗小，抗干扰能力强及测量精度高等特点。2. 电感式传感器种类很多，一般分为自感式和互感式两大类，通常讲的电感式传感器指的是自感师传感器，而互感式传感器由于是利用变压器原理，有往往做成差动形式，所以常称为差动变压器式传感器。3. 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈，按磁路

5、几何参数变化形式的不同，有变气隙式，变面积式与螺管式三种。4. 变气隙型灵敏度高，但非线性误差较大，且制作装配比较困难。 变面积型灵敏度比变气隙型灵敏度低，但线性较好，量程较大，使用比较广泛。 螺管式灵敏度低，量程大，结构简单且易于制作和批量生产，常用于测量精度要求不高的场合。5. 电涡流效应 置于变化磁场中的块状金属导体或在磁场中做切割磁感线的块状金属导体，则在此块状金属导体内将会产生漩涡状的感应电流的现象，称为电涡流效应。6. 差动变压器式传感器的应用 它由悬臂梁和差动变压器构成，测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定将衔铁的A端与被测振动体相连，此时传感器作为加速度测量中的惯性元

6、件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量，当被测体带动衔铁以xt震动时，导致差动变压器的输出电压也按规律变化。7. 电涡流式传感器 在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表面d初设置电涡流传感器，输入轴与被测旋转轴相连。当被测旋转轴转动时，电涡流传感器与输出轴的距离变为d+d，由于电涡流效应使传感器线圈阻抗随d的变化而变化，这种变化将导致震荡谐振回路的品质因发生变化，它们将直接影响震荡器的电压幅值和振荡频率。因此随着输入轴的旋转，从震荡器输出信号中包含有与转速成正比的脉冲频率信号。该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形电路输出频率为f的脉冲信号，该信号经电路处

7、理便可得到被测转速。8. 可实现非接触式测量，抗污染能力很强，最高转速可达.电容式传感器1. 电容式传感器是以各种类型的电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再由转换电路转换为电压，电流或频率，一达到测量目的。2. 变极距型具有很高的灵敏度，用一测量微小位移如纳米级， 变面积型有较大量程， 变介质型主要用以测量液体位移，材料厚度，空气湿度，3. 电容式传感器 结构 加有预张力的不锈钢膜片作为感压敏感元件，同时作为可变电容的活动极板。电容的两个固定极板是在玻璃基片上镀有金属层的球面基片。在压差作用下，膜片凹向压力小的一面，导致电容量发生变化。磁敏式传感器1. 磁敏式传感器是基

8、于磁电转换原理的传感器，2. 当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。3. 不等位电势 当磁感应强度为0，霍尔元件的激励电流为额定值时，则其输出的霍尔电势应该为0，但实际不为0，用直流电位计可以测得空载霍尔电势，这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。4. 不等位电势的原因 ，1霍尔电极安装位置不对称或不在同一等位面上。2半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀，3激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布。5. 分析不等为电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，用分析电桥平衡来补偿不等位电势。6. 根据两点电位的高低，判断

9、应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而使不等位电势为0，压电式传感器1. 压电式传感器是一种能量型传感器，是利用某些电介质材料具有压电效应现象制成的，有些电介质材料在一定方向上受到外力作用而变形时，在其表面上产生电荷从而可以实现对非电量的检测。2. 压电式传感器具有体积小，质量轻，频带宽等特点，适用于对各种动态力，机械冲击与振动的测量，广泛应用在力学，声学，医学，宇航等方面。3. 某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应的在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电的状态，这种现象称压电效应。4. 当外力方向改变时，电荷的

10、极性也随之改变，这种机械能转换为电能的现象，称为正压电效应。其中电荷大小与外力大小成正比，5. 相反当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生一定的机械变形或机械应力，这种现象称为逆压电效应，也称位电致伸缩效应，其应变的大小与电场强度的大小成正比，方向随电场方向变化而变化。它属于将电能转换为机械能的一种效应。6. 压电材料能实现机-电能量的相互转换，具有一定的可逆性，分为，1压电晶体，2压电陶瓷，3新型压电材料，其中有压电半导体和有机高分子压电材料。7. 压电传感器的特点 1灵敏度和分辨率高，线性范围大，结构简单，牢固，可靠性好，寿命长。2体积小，质量轻，刚度，强度，承载能力和测量范围大，

11、动态响应频带宽，动态误差小。3易于大量生产，便于选用，使用和校准方便，并适用于近测，遥测。8. 利用压电陶瓷的逆压电效应来实现微位移，可不必像传统系统那样，须通过机械传动机构把转动变为直线运动，从而避免了机构造成的误差，而且具有位移分辨力极高，结构简单，尺寸小，发热少，无杂质散磁场和便于遥控等特点。热电式传感器1. 热电传感器是一种能够将温度变化转换为电信号的装置。2. 热电偶传感器是工业中使用最为普遍的接触式测温装置。这是因为热电偶具有性能稳定，测温范围大，信号可以远距离传输等特点，并且结构简单，使用方便。热电偶能够将热能直接转换为电信号，并且输出直流电压信号，使得显示，记录和传输都很容易。3. 热电偶传感器的测温原理是基于热电效应，将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，当两个接合点温度不同时，则在该回路就会产生电动势，这种现象称为热点效应。4. 热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法 只有当冷端温度恒定时，热电偶的热电势和热端温度才有单一的函数对应关系。此外热电偶的分度表是以冷端为0最为基准进行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往不为0，所以必须对冷端温度进行处理，以消除冷端温度的影响。 当热端温度为t时，分度表所对应的热电势与热电偶实际产生的热电势之间的关系，可见是冷端温度t的函数，因此需要对热电偶冷端进行处理。对热电偶冷端温度进行处理的方法主要有冷端0恒温法，补