上海海事大学检测技术与传感器复习整理.docx

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第一章

1.1传感器与检测技术的定义与作用P3

传感器是能以一定精确度把某种被测量（主要为各种非电的物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换为另一参量的器件或测量装置.

传感器通常由敏感器件和转换器件组合而成。

检测是指在生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量。

检测与计量的不同

“计量”：

指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量。

特点：

非实时、离线、标定。

“检测”：

指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进行在线、连续的测量。

1.2检测系统的组成P5

对传感器性能要求：

准确性、稳定性、灵敏度

其他如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。

信号调理：

对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大，以便后续处理与显示。

要求:

①能准确转换、稳定放大、可靠地传输信号；

②信噪比高，抗干扰性能要好。

信号处理：

自动检测仪表进行数据处理和各种控制的中枢环节。

1.3传感器与检测系统的分类P8

1.3.1传感器的分类

1.3.2检测系统分类

1.按被测参量分类

电工量电压、电流、电功率、电阻、电容、频率、磁场强度、磁通密度等；

热工量温度、热量、比热、热流、热分布、压力、压差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面等；

机械量位移、形状，力、应力、力矩、重量、质量、转速、线速度、振动、加速度、噪声等；

2.按被测参量的检测转换方法分类

电磁转换电阻式、应变式、压阻式、热阻式、电感式、互感式、电容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式、霍尔式、振频式、感应同步器、磁栅等；

3.按使用性质分类

标准表、实验室表、工业用表

1.4传感器与检测系统的发展方向P10

1.4.1传感器的发展方向

1探索新现象，研发新型传感器

2采用新技术、新工艺、新材料，提高现有传感器的性能

3.研究和开发集成化、微型化与智能化传感器

1.4.2检测技术的发展趋势

1不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性

2重视非接触式检测技术研究

3检测系统智能化

第二章

2.1检测系统误差分析基础P14

2.1.1误差基本概念

1.测量误差。

因内外因素使得测量结果不能准确地反映被测量的真值而存在一定的偏差，这个偏差就是测量误差。

2理论真值.

一个量严格定义的理论值通常叫理论真值.

3.约定真值。

根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最高科学技术复现的这些实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。

4.相对真值

如果高一级检测仪器（计量器具）的误差仅为低一级检测仪器的误差的1/3～1/10，则可认为前者是后者的相对真值。

5.标称值

计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。

6.示值

检测仪器指示或显示的数值叫示值，也叫测量值或读数。

7.绝对误差

检测系统的测量值X与被测量的真值X0之间的代数差值Δx称为检测系统测量值的绝对误差

8.相对误差

检测系统测量值的绝对误差Δx与被测参量真值X0的比值，称为检测系统测量的相对误差δ，常用百分数表示

9.引用误差

检测系统测量值的绝对误差Δx与系统量程L之比值，称为检测系统测量值的引用误差γ。

引用误差γ通常仍以百分数表示

10.最大引用误差（或满度最大引用误差）

所有测量值中最大绝对误差（绝对值）与量程的比值的百分数，称为该系统的最大引用误差，由符号γmax，可表示

11.精度等级

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0

仪表的最大引用误差去掉%后的数字经过圆整（数据修正）后的值。

选大不选小

2.1.4测量误差的分类P18

1.根据测量误差的性质

系统误差：

在相同条件下，多次重复测量同一被测参量时，其测量误差的大小和符号保持不变，

或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。

随机误差：

在相同条件下多次重复测量同一被测参量时，测量误差的大小与符号均无规律变化，这类误差称为随机误差

粗大误差：

粗大误差是指明显超出规定条件下预期的误差

2.按被测参量与时间的关系分类

静态误差：

被测参量不随时间变化时所测得的误差称为静态误差；

动态误差：

被参测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。

系统误差的确定粗大误差处理

1残差观察法P211拉伊达准则P29

2马利科夫准则（线性系统误差）P212格拉布斯准则P29

3阿贝-赫梅特准则（周期性系统误差）P22

第三章

传感器与检测系统的静态特性主要参数P40

线性度P42是指输出与输入之间数量关系的线性程度

理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘线性度

迟滞P43传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象或程度。

产生原因：

弹性元件，磁性元件以及摩擦、间隙等原因

重复性P43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（或称输出量值相互偏离）的程度。

也称重复性误差。

灵敏度P41静态工作条件下，单位输入量的变化引起传感器输出量的变化。

第四章

4.1电阻应变式传感器

应力：

是和应变直接相关的一个物理量，定义为物体单位面积的受力。

应变：

是应力形变的简称，所指的是弹性材料在应力作用下的相对形变；用符号表示。

电阻应变式传感器:

利用电阻应变片将应变转换为电阻的变化，从而实现电测非电量的传感器

电阻应变效应:

在金属或半导体材料产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。

①金属材料的应变电阻效应P64

Km=（1+2μ）+C（1-2μ）为金属电阻丝的应变灵敏度系数。

②半导体材料的应变电阻效应P64

s为作用于材料上的轴向应力；

p为半导体在受力方向的压阻系数；

E为半导体材料的弹性模量。

Ks=（1+2μ）+pE为半导体丝材的应变灵敏度系数。

应变片

通常把应变丝制成栅状的应变敏感元件，简称应变片。

应变片类型P67

（1）按加工方法

丝式应变片、箔式应变片、半导体应变片、薄膜应变片

（2）按敏感栅的材料

金属应变计、半导体应变计

制作应变片敏感栅常用的金属材料有：

P67

康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、贵金属（铂、铂钨合金等）

其中康铜是目前应用最广泛的应变丝材料。

静态特性P69

指应变计感受不随时间变化或变化缓慢的应变时的输出特性。

表征静态特性的指标主要有：

灵敏度系数、横向效应、机械滞后、蠕变、应变极限等。

灵敏度系数:

应变计阻值的相对变化与试件表面轴向应变之比即为灵敏度系数

横向效应:

将直的金属丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化较直的金属丝小，其灵敏系数降低了，这种现象称为应变片的横向效应。

机械滞后：

产生机械滞后的原因主要是敏感栅、基底和粘合剂在承受机械应变后所留下的残余变形所造成的

零漂：

粘贴在试件上的应变计，在温度保持恒定、不承受机械应变时，其电阻值随时间而变化的特性，称为应变计的零漂。

蠕变：

如果在一定温度下，使其承受恒定的机械应变，应变计电阻值随时间而变化的特性，称为应变计的蠕变。

应变极限：

在恒温条件下，使非线性误差达到10%时的真实应变值，称为应变极限

温度效应P72

由温度变化引起应变计输出变化的现象，称为应变片的温度效应

温度效应产生的原因:

1.温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变;

2.试件材料与敏感材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变

电阻应变片的温度补偿

应变片自补偿法P73

这种方法是通过精心选配敏感栅材料与结构参数，使得当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消。

①选择式自补偿应变片，也称单丝自补偿应变片

②双丝自补偿应变片

桥路补偿P73

也称补偿片法，是最常用而且效果较好的线路补偿方法

热敏电阻补偿法P74

电桥测量电路P74

应变电桥：

四个桥臂Z1、Z2、Z3、Z4按顺时针为序，ac为电源端，bd为输出端。

当桥臂接入应变计时，即称为应变电桥

直流电桥：

当U0=0时，电桥处于平衡状态，则有：

R1R3=R2R4，此即电桥平衡条件。

根据此条件可分为以下三种情况：

（1）对输出端对称，即R1=R2，R3=R4，这种结构形式也称为第一种对称形式；

（2）对电源端对称，即R1=R4，R2=R3，这种结构形式也称为第二种对称形式；

（3）全等臂电桥结构，即R1=R2=R3=R4

单臂工作电桥P75

双臂工作电桥P77

全臂工作电桥P77

电容式传感器P82

根据上述原理，在应用中电容式传感器可以有三种基本类型，

即变极距（或称变间隙）型、变面积型、变介电常数型。

变极距（或称变间隙）型P83

ΔC≈C0.Δd/d0

灵敏度K=ΔC/Δd=C0/d0=εs/（d0）2

变面积型P84

变介电常数型P85

电容式传感器的优点：

P90

（1）分辨力很高，能测量低达10-7F的电容值或0.01μm的绝对变化量，或高达100%～200%的相对变化量（DC/C），因此适合微信息的检测；

（2）动极板质量很轻，自身的功耗、发热和迟滞极小，可获得高的静态精度，并具有很好的动态特性；

（3）结构简单，不含有机材料或磁性材料，对环境（除高湿外）的适应性强；

（4）过载能力强，可实现无接触测量。

典型应用

（1）电容式压力传感器

（2）电容式加速度传感器

电感式传感器P95

差动电感传感器的优点：

1、差动电桥能使变间隙式电感传感器的非线性大大减小；

2、在同样的工作范围内差动电桥的非线性度减小了，灵敏度提高了一倍；

3、组成差动电桥测量电路，补偿了温度对两个线圈参数的影响。

自己看去吧，我也不知道怎么整理

第五章

压阻式传感器P116

是利用固体的压阻效应制成的，主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。

压阻式传感器有两种类型:

（a）是利用半导体材料的压阻效应（电阻率随应力作用而变化）做成粘贴式的应变片，即电阻应变式传感器。

（b）是在半导体的基片上用集成电路工艺制成扩散型压敏电阻，用它作为传感元件制成的传感器，称固态压阻式传感器，也叫扩散型压阻式传感器。

晶向的表示方法有两种，一种是截距法，另一种是法线法。

压阻式传感器的结构原理：

P120

硅压阻式传感器由外壳、硅膜片和引线组成

当膜片两边存在压力差而发生形变时,膜片各点产生应力,从而使扩