传感器课件文档格式.docx

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当电量作为输入信号时，通过传感器会输出机械量，当接受机械信号时，传感器会输出电信号。

4、传感器的静态特性的重要指标

线性度：

指传感器的输出与输入之间的实际关系曲线偏离直线的程度。

迟滞性：

指传感器在正向行程和反向行程期间其输出-输入特性曲线不重合的特性。

重复性：

指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致。

灵敏度：

指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值。

分辨力：

指传感器可以感受到的被测量最小变化的能力。

温度稳定性：

是指传感器对于某一设定的输入量，当环境温度变化时，输出量会发生变化。

5、动态特性的频域分析和时域分析通常采用的方法是什么？

动态特性的频域分析一般采用频率响应法，即利用正弦信号作为激励信号，根据频率特性得出输出频率响应，进而观察他们的幅频特性和相频特性。

动态特性的时域分析一般采用瞬态响应法，即利用单位阶跃响应作为激励信号，通过微分方程得到一节传感器的单位阶跃响应，分析她的单位阶跃响应曲线，从而得到其动态性能指标。

6、一阶传感器和二阶传感器无失真测试条件

一阶传感器输出与输入满足下列关系y（t）=A*x（t-

）,即输出的频谱与输入的频谱相似，没有失真。

二阶无失真测试的条件是对于正弦输入，阻尼比在0.6~0.7时，幅值比在比较宽的范围内保持不变；

w<

w0传感器的相频特性曲线接近于直线，产生的相位失真很小，在这种情况下可以近似认为是无失真条件。

7、传感器的标定的种类

标定的种类主要有静态标定和动态标定。

静态标定就是在静态标准条件下确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。

动态标定即研究传感器的动态响应来确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。

8、传感器的动态标定采用的一种较好的方法是什么？

较好的方法是测量传感器的阶跃响应，取输出值达到最终值的63.2%所经过的时间作为时间常数，以及其固有频率和阻尼比。

第四章电阻应变式传感器

1、金属和半导体应变片灵敏度系数表达式及特点。

金属应变片的灵敏系数：

，特点是表示金属丝产生单位形变时，电阻相对变化的大小，K越大单位形变引起的电阻变化的越大，故越灵敏。

收两个因素的影像：

①材料的几何尺寸②材料发生变化时，自由电子的数量和活动发生变化。

半导体应变片的灵敏系数：

，特点是因为横向效应灵敏系数K恒小于同一材料金属丝的灵敏系数Ks。

2、电阻应变片的测试原理，应变片的主要参数

测试原理：

用应变片测量应变和应力时，是将应变片粘于被测对象上。

在外力作用下,被测对象表面产生微小机械变形,应变片亦随着发生相同的变化,同时应变片电阻值也发生相应变化。

根据应力与应变的关系,，式中σ为试件的应力，ε为试件的应变。

通过弹性敏感元件将位移、力、力矩、加速度、压力等参数转换成应变。

应变片的主要参数：

①应变片电阻值（R0）：

指未安装的应变片，在不受外力的情况下，室温条件购定的电阻值。

②绝缘电阻：

指敏感栅与基底间的电阻值，一般应大于10W。

③灵敏系数（K）：

指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。

④允许电流：

指不因电流产生热量影响测量精度，应变片允许通过的最大电流。

⑤应变极限：

指应变片的应变极限是指在温度一定时，指示应变值和真实应变的相对差值不超过一定数值时的最大真实应变数值，一般差值规定为10％。

⑥机械滞后、零温和蠕变：

应变片的机械滞后是指对粘贴的应变片，在温度一定时，增加和减少机械应变过程中同一机械应变量下指示应变的最大差值。

零点漂移是指已粘贴好的应变片，在温度一定和无机械应变时，指示应变随时间的变化。

蠕变是指已粘贴好的应变片，在温度一定并承受一定的机械应变时，指示应变值随时间的变化。

3、电阻应变片传感器温度误差产生的原因及补偿方法。

产生原因：

⑴温度变化引起电阻应变片阻值变化：

由于温度变化引起电阻应变计敏感栅阻值变化而产生附加应变。

它的变化规律如下：

就是由于温度变化引起的附加应变,

⑵温度试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同,使应变片产生附加应变产生的附加应变

⑶由于温度变化产生的总的虚假应变量

产生的虚假应变量

补偿的方法：

⑴桥路补偿方法，采用板桥差动电路，根据ΔR1=ΔR2的原理,因接在相邻的桥臂上,所以对电桥输出的影响互相抵消掉,从而起到温度补偿作用。

⑵选择式自补偿应变片，被测试件材料确定后,通过选取合适的应变片敏感栅材料，满足下列条件可达到温度自动补偿

⑶双金属敏感栅自补偿应变片

⑷热敏电阻补偿法，应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻Rt的阻值也下降，使电桥的输入电压随温度升高而增加，补偿因应变片引起的输出下降。

选择分流电阻R5的值，可以得到良好的补偿。

4、电桥电路的非线性误差及其补偿方法。

非线性误差是指在实际工作过程中，由于承受的应变太大处于分母中的电阻的变化不能忽略，所以电压U与电阻与应变的关系不满足线性关系。

此时理想的线性曲线与非线性的特性曲线的偏差非线性误差的表达式：

补偿方法：

⑴提高桥臂比n，提高桥臂比n,非线性误差可以减小，但电压灵敏度将降低，这时应适当提高电压E

⑵采用半桥差动电路

⑶采用全桥差动电路

若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4,且R1=R2=R3=R4

全桥差动电路无非线性误差,而且桥电压灵敏度比双臂工作时提高一倍,同时还具有度补偿作用。

⑷采用高内阻的恒流源电桥

5、电阻应变式传感器的种类及特点

⑴柱式、筒式力传感器,特点：

可以较大的负荷

⑵梁式力传感器

1等截面梁应变式力传感器特点：

结构简单、加工容易、应变片容易粘贴、灵敏度高②特殊梁式力传感器特点：

设计时可以根据最大载荷和材料允许的应力选择梁的尺寸。

⑶应变式压力传感器

⑷应变式加速度传感器

第七章压电式传感器

1、压电效应现象的描述

某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,其内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷,当外力去掉后,其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。

2、产生压电效应的原因

石英晶体的上述特性与其内部分子结构有关。

图中是一个单元组体中构成石英晶体的硅离子和氧离子,在垂直于轴的xy平面上的投影,等效为一个正六边形排列。

图中“”代表Si4+离子,“”代表氧离子2O2-。



（1）石英晶体没受力时，正负电荷互相平衡，外部没有带电现象。

（2）石英晶体在x轴方向受压力时，硅离子1向下，氧离子向上，结果表面A呈负电荷，表面B呈正电荷；

x轴方向受拉力时，刚好相反。

石英晶体在y轴方向受压力时，硅离子2和5及氧离子2和6都向内移动，C和D表面仍不呈现电荷，硅离子1向上移动，氧离子4向下，A呈正电荷，表面B呈负电荷；

y轴方向受拉力时，刚好相反。

3、压电陶瓷的压电效应

当陶瓷材料受到与极化方向平行的外力作用时,陶瓷片产生变形，电畴的界限发生移动,电畴发生偏转,从而引起剩余极化强度变小,因而在垂直于极化方向的平面上极化电荷一部分被释放而出现放电现象。

当压力撤销后剩余极化强度变大,因而在垂直于极化方向的平面电极上又吸附自由电荷而出现充电现象。

由于机械效应而出现的电荷放电和充电现象即电效应，就是压电陶瓷的正压电效应。

4、压电式传感器的等效电路

由压电元件的工作原理可知,压电式传感器可以看作一个电荷发生器。

同时,它也是一个电容器

电荷等效电路电压等效电路

5、压电式传感器的信号调节电路

压电传感器本身的内阻抗很高,而输出能量较小,因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器.压电式传感器的输出可以是电压也可以是电荷，所以她的前置放大器也有电压型和电荷型两种。

电压型：

电荷型：

6、压电式加速度传感器特性分析

压电加速度计的幅频特性与相频特性

由压电式加速度传感器灵敏度与频率的关系：

可知当传感器的固有频率远大于振动体的振

动频率时，传感器的灵敏度近似为一常数。

从

频响特性也可以清楚地看到，在这一频率范围内，灵敏度基本上不随频率而变化。

这一频率范围就是传感器的理想工作范围。

第九章热电式传感器

1、热电偶的基本定律

⑴均质导体定律两种均质金属组成的热电偶，其热电势大小与热电极直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。

⑵中间导体定律在热电偶回路中插入第三、四…种导体，只要插入导体的两端温度相等，切插入导体是匀质的，则无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。

⑶中间温度定律热电偶在接点温度为T，T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T，Tn和Tn，T0时相应的热电势的代数和，即

2、热电偶冷端温度补偿的方法

⒈冷端温度修正法——冷端温度T0不等于0℃时，但能保持恒定不变的情况，可采用修正法。

1）热电势修正法——冷端温度T0不等于0℃而是某一恒定温度Tn，输出电动势为E（T,Tn）,对其要修正为

2）温度修正法——冷端温度T0,T/为仪表的指示温度，被测的实际温度T为

2、冷端温度自动补偿法

1）电桥补偿法——采用了冷端温度补偿器冷端补偿器内有一个不平衡直流电桥，其输出端串联在热电偶回路中。

2）pn结冷端温度补偿法——其补偿电压Δu是由pn结端电压VD通过电位器分压pn结置于与热电偶冷端相同的温度t0中，Δu反向接入热电偶测量回路。

3、热电偶的测量及标定的方法

热电偶吧被测温度转换成电势信号，所以可以通过电测仪表来测量电势以显示被测温度主要有伺服式温度表和数字式温度表，伺服式温度表是根据自平衡式电位差计的原理工作的。

标定的方法：

标定的目的是核对标准热电偶热电势－温度关系是否符合标准，或确定非标准热电偶的热电势－温度标定曲线，标定方法有定点法和比较法：

定点法是以纯元素的沸点或凝固点作为温度标定的。

如基准铂铑；

比较法是将标准热电偶与被标定热电偶之间直接进行比较。

4、金属热电阻的测量电路

金属温度计的测量电路最常用的是电桥电路，精密较高的是自动电桥，为了消除连接导线电阻随温度变化的影像而造成的测量误差，常采用三线和四线连接法。

三线连接法：

四线连接法：

5、热敏电阻类型

根据热敏电阻器电阻率随瘟度变化的特性不同，热敏电阻器基本上可分为NTC热敏电阻器、CTR热敏电阻器和PTC热敏电阻器三种类型。

NTC热敏电阻器主要由Mn，Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物混合烧结而成，改变混合物的分和配比，就可以获得测温范围、阻值及温度数不同的NTC热敏电阻器。

CTR热敏电阻器是以三氧化二钒与钡、硅等的氧化物，在磷、硅的氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成的，它呈半玻璃状，具有负温度系数。

通常CTR热敏电阻器用树脂包封成珠状或厚膜形使用，其阻值在