傳感器的基本要求(12復(fù)習(xí))

1、傳感器原理傳感器原理內(nèi)容提要和要求內(nèi)容提要和要求教學(xué)內(nèi)容和重點：教學(xué)內(nèi)容和重點： 傳感器的基本概念及其基本特性（靜態(tài)、動傳感器的基本概念及其基本特性（靜態(tài)、動態(tài)特性）；態(tài)特性）； 各類傳感器的轉(zhuǎn)換原理；特性分析及其設(shè)各類傳感器的轉(zhuǎn)換原理；特性分析及其設(shè)計方法；測量計方法；測量電路；實際應(yīng)用；電路；實際應(yīng)用；Chapter1 基礎(chǔ)基礎(chǔ) 1了解傳感器的定義、組成及其分類；了解傳感器的定義、組成及其分類；傳感器技術(shù)的特點；傳感器發(fā)展趨勢；傳感器技術(shù)的特點；傳感器發(fā)展趨勢； 2掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述方法；方法； 3掌握傳感器動態(tài)特性的描述方法（微掌握傳感器動態(tài)

2、特性的描述方法（微分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動態(tài)特分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動態(tài)特性指標(biāo)（一階傳感器的時間常數(shù)性指標(biāo)（一階傳感器的時間常數(shù) ， 6了解機(jī)了解機(jī)-電模擬的基本方法和意義。電模擬的基本方法和意義。 一一 階階 傳傳 感感 器器 微分方程微分方程 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 頻率特性頻率特性 幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性 動態(tài)誤差動態(tài)誤差 tKxtydttdy s1KsHj1KjH 21KjHA arctanarctan1112主要計算公式主要計算公式EG 設(shè)時間常數(shù)為5s的溫度計，從的室溫條件下突然輸入的開水中，經(jīng)過15s之后，溫度計的指示值為多少度? Chapter2 應(yīng)變

3、被測量被測量 應(yīng)變（應(yīng)變（ ） 電阻變化（電阻變化（ R） 電壓電壓(U) 1掌握金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、原理（電阻掌握金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、原理（電阻-應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變效應(yīng)，K=( R/R)/ ）及特性：）及特性： 2掌握壓阻式傳感器工作原理，固態(tài)壓阻式傳感器的設(shè)掌握壓阻式傳感器工作原理，固態(tài)壓阻式傳感器的設(shè)計特點及其應(yīng)用；計特點及其應(yīng)用； /21RR21/21/RRKLLERR21ERRKLB/21/ Chapter2 應(yīng)變 3掌握電阻應(yīng)變式傳感器測量線路（直流惠斯通電橋）掌握電阻應(yīng)變式傳感器測量線路（直流惠斯通電橋）的結(jié)構(gòu)形式（特別是差動結(jié)構(gòu)）及特點，一般情況下，電橋的結(jié)構(gòu)形式（特別是差動結(jié)

4、構(gòu)）及特點，一般情況下，電橋輸出電壓為輸出電壓為 4掌握電阻應(yīng)變式傳感器的組成、應(yīng)用及其分析方法；掌握電阻應(yīng)變式傳感器的組成、應(yīng)用及其分析方法；彈性敏感元件彈性敏感元件+電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變式傳感器；電阻應(yīng)變式傳感器； 彈性敏感元件的應(yīng)變彈性敏感元件的應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系：應(yīng)力關(guān)系： = /E； 彈性敏感元件的泊松比彈性敏感元件的泊松比 ：d/d=l/l=。 4321432144KURRRRRRRRUUiiOEG實心圓柱試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片應(yīng)變片。已知應(yīng)變電橋的供橋電壓E=4V，R1=R2=120，=0.285，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K=2，試求：R1=1.2時，電橋輸出電壓UO=？

5、 Chapter3 電感電感被測量被測量 L， M電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 自感式傳感器（電感式傳感器）自感式傳感器（電感式傳感器） 電感式傳感器電感式傳感器 差動變壓器差動變壓器 互感式傳感器互感式傳感器 電渦流式傳感器電渦流式傳感器 Chapter3 1.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及其基本特性：掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及其基本特性： 變氣隙型電感式傳感器變氣隙型電感式傳感器P59 電感量電感量 靈敏度靈敏度 非線性非線性 誤差誤差 差動結(jié)構(gòu)：靈敏度加倍；非線性誤差減小。差動結(jié)構(gòu)：靈敏度加倍；非線性誤差減小。1202KSWRWLm010K%100L Chapter3 電感 P61 2.掌握電感式傳

6、感器的電橋測量電路的輸出特性：掌握電感式傳感器的電橋測量電路的輸出特性： 交流電橋輸出：交流電橋輸出： 差動電阻平衡臂電橋：差動電阻平衡臂電橋： 或或 差動變壓器電橋：差動變壓器電橋： 或或 ZOEZZZZZZZZU44332211LLEUo2SSoRREU2ZZEUo2ELRLUSo22)(2 Chapter3 3掌握各類電感式傳感器的典型應(yīng)用（位移掌握各類電感式傳感器的典型應(yīng)用（位移型傳感器）。型傳感器）。EG變磁阻式傳感器，鐵芯導(dǎo)磁截面積A=1.5cm2，長度=20cm，鐵芯相對磁導(dǎo)率=5000，線圈匝數(shù)W=3000，若原始?xì)庀?=0.5cm，若=0.1mm： （1）求其靈敏度L/=？

7、（2）采用差動方式如P60圖5-3，其靈敏度L/=？ Chapter4 電容被測量被測量 （ d， S，） C U(I,f) 1掌握不同類型的電容傳感器構(gòu)成原理及其用途，并結(jié)掌握不同類型的電容傳感器構(gòu)成原理及其用途，并結(jié)合應(yīng)用設(shè)計電容式傳感器：合應(yīng)用設(shè)計電容式傳感器： 平行板電容器電容量：平行板電容器電容量： 柱式電容器電容量：柱式電容器電容量：dSdSCr0dDLCln2 Chapter4 電容 空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器： 靈敏度：靈敏度： 非線性誤差：非線性誤差： 線位移變面積式電容傳感器：線位移變面積式電容傳感器： 00ddCC001/ddCCK%100

8、/%100/)/(0020ddddddLxdbCCC0 xdbxCK Chapter4 電容 角位移變面積式電容傳感器：角位移變面積式電容傳感器： 變介電常數(shù)式電容傳感器：變介電常數(shù)式電容傳感器： (線性線性) 2分析各種電容式傳感器測量電路特點：分析各種電容式傳感器測量電路特點： 3掌握分析計算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方掌握分析計算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。法。 xdbnnCCCx00CCKdSC0r電容式物位計原理電容式物位計原理P48. 變面積型電容傳感器中，平板形結(jié)構(gòu)對極距變化特別敏感，變面積型電容傳感器中，平板形結(jié)構(gòu)對極距變化特別敏感，測量精度受到影響測量精度受到

9、影響, ,而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，成為實際中最常采用的結(jié)構(gòu)。成為實際中最常采用的結(jié)構(gòu)。P78P78其電容計算式為：其電容計算式為： 2ln(/)xCD d 0222()2ln(/)ln(/)ln(/)ln(/)LxLxxCCCD dD dD dD d當(dāng)重疊長度當(dāng)重疊長度x x變化時，電容量變化為：變化時，電容量變化為：2(/ )CKxln D d靈敏度為：靈敏度為： OR .OR .變介質(zhì)型電容式傳感器變介質(zhì)型電容式傳感器P48P48 電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)原理圖與等效電路電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)原理圖與等效電路 電容式電容式液位傳感器傳感器圖示同

10、軸圓柱形電容器的初始圖示同軸圓柱形電容器的初始電容為電容為:00212()hCln r r1212()xhCln r r02212()()xh hCln r r測量時，電容器的介質(zhì)一部分是被測液位的液體，一部分是空氣。測量時，電容器的介質(zhì)一部分是被測液位的液體，一部分是空氣。設(shè)設(shè)C C1 1為液體有效高度為液體有效高度h hx x形成的電容，形成的電容，C C2 2為空氣高度（為空氣高度（h-hh-hx x）形成的）形成的電容，則：電容，則：由于由于C C1 1和和C C2 2為并聯(lián)，所以總電容為為并聯(lián)，所以總電容為: :00021212121000022()22 ()()()()()()xx

11、xxxhh hhhCln r rln r rln r rln r rCChh 可見，電容可見，電容C理論上與液面高度理論上與液面高度hx成線性關(guān)系，只要測出傳感器電成線性關(guān)系，只要測出傳感器電容容C的大小，就可得到液位高度。的大小，就可得到液位高度。EG有一平面直線位移差動傳感器特性其測量電路采用變壓器交流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖所示。電容傳感器起始時b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm極距d=2mm，極間介質(zhì)為空氣，測量電路u1=3sintV，且u=u0。試求當(dāng)動極板上輸入一位移量x=5mm時,電橋輸出電壓u0。EGAN:b1da1xb2a2C1C2C1C2uiu0uuttuaxuCC

12、uuiisin750sin320500mV Chapter5 壓電力力(F ) 電荷電荷(Q) 1掌握壓電材料壓電效應(yīng)的意義及描述方法掌握壓電材料壓電效應(yīng)的意義及描述方法(Q=dijF)； 2掌握壓電式傳感器的等效電路（等效電容器掌握壓電式傳感器的等效電路（等效電容器Ca= S/h， 或電荷源或電荷源Q= dijF、電壓源、電壓源Ua=Q/Ca）及測量電路的）及測量電路的特點特點;分析分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別：電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別： Chapter5 壓電 電壓前置放大器電壓前置放大器傳感器的電壓靈敏度：傳感器的電壓靈敏度： 輸入電壓輸入電壓Ui與作

13、用力之間的相位差與作用力之間的相位差: 理想情況：幅值比理想情況：幅值比 電壓靈敏度電壓靈敏度22331)CCC()R(RdFUKicamimu)/arctan(n2 22)()(1)(icaicaamimCCCRCCCRUUKicamamuCCCdFUK33EG:P99 某壓電式壓力傳感器為兩片石英晶片并聯(lián)，每片厚度t=0.2mm，圓片半徑r=1cm，r=4.5，o=8.73*10-12,x切型，d11=2.3110-12 C/N。當(dāng)0.4M Pa壓力垂直作用于Px平面時，求傳感器輸出電荷q和電極間電壓Ua的值。AN q=2qa=2d11*f=2*2.31* 10-12*0.6*106*3.

14、1415926*10-4=870.85pF c=2ca=20rs/t u=q/c=qa/ca=d11*f*t/0rs=3.48V Chapter6 磁電磁電/OMIT被測量被測量 電動勢電動勢 1.掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)（恒定磁通式和變磁掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)（恒定磁通式和變磁通式）及其工作原理（電磁感應(yīng)原理通式）及其工作原理（電磁感應(yīng)原理e= N d/dt）；）； 2掌握磁電式傳感器的設(shè)計方法和典型應(yīng)用掌握磁電式傳感器的設(shè)計方法和典型應(yīng)用（速度型傳感器）；（速度型傳感器）； 3掌握磁電式振動傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)掌握磁電式振動傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和特性分析。和特性分析。 Chapter

15、7 熱電溫度溫度 電信號（電阻、電壓電信號（電阻、電壓 、電流等）、電流等） 1.1.了解金屬熱電阻的測溫原理（電阻了解金屬熱電阻的測溫原理（電阻 溫度效應(yīng)），明確溫度效應(yīng)），明確鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測溫范圍、百度電阻比鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測溫范圍、百度電阻比（W(100)W(100)R R100100 / R / R0 0 ）、分度號（）、分度號（Pt100Pt100、Pt50Pt50和和Cu100Cu100、Cu50Cu50）和分度表；）和分度表； 2. 2. 了解了解PNPN結(jié)型溫度傳感器（晶體二極管、三極管和集成溫結(jié)型溫度傳感器（晶體二極管、三極管和集成溫度傳感器）

16、的測溫原理及特性；度傳感器）的測溫原理及特性；3.3.掌握熱電偶的測溫原理及其冷端溫度補(bǔ)償方法；掌握熱電偶的測溫原理及其冷端溫度補(bǔ)償方法；EG 將一只靈敏度為0.08mv/ 的熱電偶與毫伏表相連,已知接線端溫度為50,毫伏表的輸出為60 mv, 求熱電偶熱端的溫度為多少?AN）溫度為50 時熱電偶輸出： 50*0.08=4mV）以參考端為的熱電偶輸出： 60+4=64mV）故熱端溫度T=64/0.08=800oc Chapter8 光電 光光 電信號電信號 1.明確光電傳感器由光源、光學(xué)元件和光電元件組成；明確光電傳感器由光源、光學(xué)元件和光電元件組成； 2.熟悉光電元件的光熟悉光電元件的光-電轉(zhuǎn)換原理是光電效應(yīng)，即外光電效電轉(zhuǎn)換原理是光電效應(yīng)，即外光電效應(yīng)（應(yīng)（h =mv02/2+A0）和內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特）和內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)）；效應(yīng)）； 3.了解光纖傳感器所用光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及其傳光原理（全了解光纖傳感器所用光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及其傳光原理（全反射原理）；反射原理）；Capter9 固態(tài)固態(tài)/半導(dǎo)體半導(dǎo)體磁場磁場 電信號電信號1.掌握霍爾效應(yīng)及霍爾元器件的工作原理，掌