传感器复习.docx

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传感器复习

一、

1检测手段

2传感器的定义

能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置

3（必考）传感器的组成

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件实际上就是将敏感元件感受的被测量转换成电路参数的元件

基本转换电路：

上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。

4传感器的分类

按输出量分：

可分成参量型传感器和发电型传感器

参量型（无源）：

一般输出信号△R、△L、△C等无源电量信号。

例：

电阻式、电感式、电容式等传感器。

发电型（有源）：

一般输出信号△mv、△I、△q等有源电量信号。

例：

热电偶、光电、压电式传感器。

二、

1传感器的特性

传感器的基本特性——传感器的输入-输出特性

传感器的输入（被测量）一般有两种形式：

1静态信号2动态信号传感器所呈现的输入输出特性也不一样。

因此存在静态和动态两种特性。

当输入量为常量，或变化极慢时（如温度，压力），这一关系称为静态特性

当输入量随时间较快地变化时（如加速度，振动），这一关系称为动态特性。

静态特性；线形度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性

动态特性；数学模型、过渡函数、频率特性、幅频特性

2静态特性技术指标

数学表达式

传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。

在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式代数方程表示：

y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn

式中：

y—输出量；x—输入量；a0—零点输出；

a1—理想灵敏度；a2、a3、…、an—非线性项系数。

各项系数不同，决定了特性曲线的具体形式。

可以分为线性和非线性两种状态，而通常传感器的静特性宜用线形表达式来描述，即y=a0+a1x

静态特性曲线可实际测试获得。

在获得特性曲线之后，可以说问题已经得到解决。

但是为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。

这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。

一般来说，硬件或软件补偿都比较复杂。

所以在非线性误差不太大的情况下，总是采用直线拟合的办法来线性化。

四种典型信号

3线性度

4迟滞

5灵敏度

6传感器的动态特性（考题不多，选择复习）

大多数情况下传感器的输入信号是随时间变化的,这时要求传感器时刻精确地跟踪输入信号,按照输入信号的变化规律输出信号。

当传感器输入信号的变化缓慢时,是容易跟踪的,但随着输入信号的变化加快,传感器随动跟踪性能会逐渐下降。

输入信号变化时,引起输出信号也随时间变化,这个过程叫做响应。

动态特性就是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

响应特性即动态特性,是传感器的重要特性之一。

动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，是一个有时间概念的变化特性，一般用微分方程来描述。

三电阻式传感器

1应变片式电阻传感器

应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器,是常用的传感器之一。

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。

电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成。

2电阻应变效应

工作原理：

金属导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。

3电阻应变片主要特征

（1）灵敏度系数K

（2）横向效应

4温度误差及补偿

？

5温度补偿

自补偿、线路补偿

6线路补偿中的方法——差动电桥补偿

7应变片式电阻传感器的测量电路

测量电路可以是直流电桥或是交流电桥

（考点）直流电桥——平衡条件

直流电桥分类

单桥臂条件下的各种桥输出

单桥臂输出：

差动电桥输出

差动全桥输出

思考PPT的后几道例题

四、电感式传感器

1自感式传感器分类：

按结构分为气隙型和螺管型两种结构

2气隙型自感传感器工作原理

自感L

可见，自感L是气隙截面积和长度的函数，即L＝f（S,lδ）。

如果S保持不变，则L为lδ的单值函数，构成变隙式自感传感器；若保持lδ不变，使S随位移变化，则构成变截面式自感传感器。

分别通过改变或改变S均可以获得△L的变化。

其特性曲线如图。

因此,有变气隙长度和变气隙截面电感传感器之分,前者常用来测量线位移,后者常用于测量角位移。

3气隙型自感传感器特性分析

4差动测量

？

5电感线圈的等效电路

6测量电路

整流电路：

整流电路不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向

？

变隙式差动电感压力传感器：

传感器的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。

由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。

7电涡流效应注意：

金属导体

当通过金属体的磁通过变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。

电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。

五、电容传感器

1电容式传感器工作原理

（1）平行板电容器的工作原理

电容C：

2三种类型

变面积型——检测位移等参数

变介质介电常数型——可用作液位测量

变极板间距型——使用与微小位移

3电容传感器可以实现非接触测量、具有平均效应

4边缘效应

对于电容式传感器，当基板厚度与极间距离可比时，两极板边缘处电力线出现分布不均匀的现象，即边缘效应。

边缘效应的存在将使电容式传感器的灵敏度降低，非线性增加。

5可在结构上增设等位环来消除边缘效应。

6（大题）

7霍尔效应

半导体薄片置于磁场中，当他的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电势

六、磁电式传感器——有源传感器

1分为两种——动圈型和动钢型

动圈型：

永久磁铁与壳固定

动钢型：

线圈与壳体固定

2（填空题）霍尔传感器属于磁敏原件：

检测磁场

3

七、压电式传感器——有源传感器——适用于测量动态信号

1压电效应

压电效应可分正压电效应和逆压电效应

正压电效应（顺压电效应）：

晶体（电介质），当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。

当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。

（加力变形产生电荷去力恢复）

逆压电效应（电致伸缩效应）：

当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。

（施加电场电介质产生变形应力）

2石英晶体

晶体在Y（即机械轴）方向的力FY作用下，使它在X方向产生正压电效应，在Y、Z方向则不产生压电效应。

3等效电路

因此，压电传感器可等效为电压源Ua和一个电容器Ca的串联电路，如图（a）；也可等效为一个电荷源q和一个电容器Ca的并联电路，如图（b）。

4压电晶体不适合于静态测量

5

八、光电式传感器

1光电效应

2分类

外光电效应：

光照作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象

内光电效应：

光的照射下，半导体材料的电阻率发生的现象，或产生一定的光生电动势现象

3光电池

4光纤传感器

功能型：

既是光纤导光媒质也是敏感元件

非功能性

拾光型

九、热点式传感器

1常用热电阻：

铂热电阻铜热电阻

2采用三线制、四线制的原因——比较远的r会造成引线误差

3热电势分为：

接触电势和温差电势