傳感器與檢測(cè)技術(shù)概要

1、第一章傳感器與檢測(cè)技術(shù)根底1傳感器就是能感知外界信息并將其按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的機(jī)械電子裝置.傳感器就是將外界被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的電子裝置,它由敏感器件和轉(zhuǎn)換器件兩局部組成.2靈敏度是指?jìng)鞲衅骰驒z測(cè)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值,可表示為：s= dy/dx 或者 s= Ay/ Ax3如果檢測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)環(huán)節(jié)組成,各環(huán)節(jié)的靈敏度分別為S1, S2, S3,而且各環(huán)節(jié)以串聯(lián)方式相連接,那么整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度為：s=S1*S2*S34分辨率是指檢測(cè)儀表能夠精確檢測(cè)出被測(cè)量最小變化值的水平.5線性度是用實(shí)測(cè)的檢測(cè)系統(tǒng)輸入/輸出特性曲線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來(lái)

2、表示的,Ef=A m/YFS *100%6傳感器的遲滯：遲滯特性說(shuō)明檢測(cè)系統(tǒng)在正向輸入量增大和反向輸入量減小行程 期間,輸入/輸出特性曲線不一致的程度.遲滯的可能是由儀表元件存在能量吸收或傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)的摩擦、間隙等原因造成的.7傳感器的重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟跈z測(cè)同一物理量時(shí)每次測(cè)量的不一致程度,也叫穩(wěn)定性.8 一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)或裝置通常由傳感器、測(cè)量電路和顯示記錄裝置等幾局部組成,分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)化、顯示和處理等功能.9傳感器按輸出量的性質(zhì)分為：參量型傳感器、發(fā)電型傳感器.10測(cè)量電路的作用是將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于傳輸?shù)碾妷夯螂娏餍盘?hào).11測(cè)量無(wú)論表現(xiàn)形式如何,在測(cè)量結(jié)果中必須注

3、明單位,否那么,測(cè)量結(jié)果就毫無(wú)意義.12絕對(duì)誤差是儀表的指示值 x與被測(cè)量的真值X0之間的差值,記做 8=x-x013相對(duì)誤差是儀表指示值的絕對(duì)誤差8與被測(cè)量真值x.的比值,即r= S/x.*100%14引用誤差是絕對(duì)誤差 8與儀表量程上的比值.0=8/L *100%15最大引用誤差0M是測(cè)量?jī)x表整個(gè)量程中可能出現(xiàn)的絕對(duì)誤差最大值8 m代替,即rom= 6 m/L *100%16常用的精度等級(jí)有 0.1級(jí)、0.2級(jí)、0.5級(jí)、1.0級(jí)、1.5級(jí)、2.0級(jí)、2.5級(jí)、5.0級(jí).精密度和精確度等級(jí)為1.0的儀表,在使用時(shí)它的最大引用誤差不超過(guò)土1.0%.17系統(tǒng)誤差：在相同的條件下,屢次重復(fù)測(cè)量同

4、一量時(shí),誤差的大小和符號(hào)保持不變,或根據(jù)一定的規(guī)律變化,這種誤差稱為系統(tǒng)誤差.18隨機(jī)誤差：在相同的條件下,屢次測(cè)量同一量時(shí),其誤差的大小和符號(hào)以不可預(yù)見(jiàn)的方式變化,這種誤差稱為隨機(jī)誤差.19系統(tǒng)誤差的消除方法：交換法、抵消法、代替法、對(duì)稱測(cè)量法、補(bǔ)償法20電橋電路：電流輸出型、電壓輸出型21電壓輸出型：?jiǎn)伪酃ぷ鳡顟B(tài)、22課后習(xí)題：4、5、6第二章電阻式傳感器1電阻應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí),它的電阻值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng).2熱電阻是中、低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)傳感器.鉗熱電阻的測(cè)量精度是最高的.3熱電阻的應(yīng)用：熱電阻溫度計(jì)、熱電阻式流量

5、計(jì).4熱敏電阻是一種利用半導(dǎo)體制成的敏感元件,其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化.5根據(jù)應(yīng)變片的材質(zhì), 可以分為金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類.金屬應(yīng)變片：絲式應(yīng)變片,它 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格 低,強(qiáng)度高,但允許通過(guò)的電流較小,測(cè)量精度較低,適用于測(cè)量要求不 很高的場(chǎng)合使用； 箔式應(yīng)變片,其優(yōu)點(diǎn)是 導(dǎo)體截面面積大,散熱性好 ,允許通過(guò)較大的電 流,由于它的厚度很薄, 因此具有較好的撓性,可以根據(jù)需要制成任意形狀, 靈敏度系數(shù)較 高；金屬薄膜應(yīng)變片,具有較高的靈敏度系數(shù),允許電流密度大,工作溫度范圍較廣.1、半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng) 制成的一種 純電阻元件.2、對(duì)一塊半導(dǎo)體材料的某一軸向施加一定

6、的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí),它的電阻率會(huì)發(fā)生變化, 這種物理現(xiàn)象稱為導(dǎo)體的壓阻效應(yīng).3、半導(dǎo)體應(yīng)變片有：體型半導(dǎo)體應(yīng)變片、薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片.4、應(yīng)變計(jì)安裝在具有某一線脹系數(shù)的試件上,試件可以自由膨脹并不受外力作用,在緩慢升或降溫的均勻溫度場(chǎng)內(nèi),由溫度變化引起的指示應(yīng)變稱為熱輸出.5、熱輸出是靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量中最大的誤差源,而且應(yīng)變片的熱輸出分散隨著熱輸出值的增大而增大.當(dāng)測(cè)試環(huán)境存在溫度梯度或瞬變時(shí), 這種差異更大.因此, 理想的情況是應(yīng)變計(jì)的 熱輸出值超過(guò)零,滿足這一要求的應(yīng)變計(jì)稱為 溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì).6、傳感器由 彈性元件、應(yīng)變片和外殼所組成.7、熱電阻是中、低溫區(qū)最常用的一種溫

7、度檢測(cè)傳感器.8、伯熱電阻的測(cè)量精確度是最高 的,它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫,而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的溫度基準(zhǔn)儀.9、熱電阻大都由 純金屬材料制成,目前應(yīng)用最多的是鉗和銅.10、鎧裝熱電阻是由感溫元件電阻體 、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的鞏固實(shí)體.11、鉗電阻：鉗易于提純,物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,電阻率較大,能耐較高的溫度.12、熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中,如果R' 1=R' 2,那么有環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消.13、熱敏電阻是一種利用半導(dǎo)體制成的敏感元件,其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化.14、熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性較差,同一型號(hào)的產(chǎn)

8、品特性參數(shù)有較大差異.15、熱敏電阻靈敏度高、便于遠(yuǎn)距離限制、本錢低、適合批量生產(chǎn)等突出優(yōu)點(diǎn)使得它的應(yīng)用 范圍越來(lái)越廣.16、按溫度特性熱敏電阻可分為兩類,隨溫度上升電阻增加的正溫度系數(shù)熱敏電阻,反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻.17、熱敏電阻的型號(hào)表示第一局部：主稱,用字母" M',表示敏感元件第二局部：類別,用字母“ Z,表示正溫度系數(shù)熱敏電阻,或者用字母“ F,表示負(fù)溫 度系數(shù)熱敏電阻第三局部：“1表示普通用途；“2表示穩(wěn)壓用途；“3表示微波測(cè)量用途；“4表示旁熱式；“5表示測(cè)溫用途；“6表示控溫用途“7表示消磁用途；“8表示線性型“9表示恒溫型“0表示特殊型18、標(biāo)稱電阻值是

9、在 25c零功率 時(shí)的電阻值,實(shí)際上總有一定誤差,應(yīng)在土10%之內(nèi).19、一般,時(shí)間常數(shù)與耗散系數(shù)的乘積越大,那么表示電阻的熱容量越大,抑制浪涌電流的水平亦越強(qiáng).20、固態(tài)壓阻式傳感器是利用硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的新型傳感器.21、單晶硅材料在受力作用后,電阻率將隨作用力而改變,這種物理現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng).22、在彈性變形限度內(nèi), 硅的壓阻效應(yīng)是 可逆的,即在應(yīng)力作用下硅的電阻發(fā)生變化,而當(dāng)應(yīng)力除去時(shí),硅的電阻又恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值.23、壓敏電阻具有 頻率響應(yīng)高、體積小、精度高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),可以測(cè)量冷凍機(jī),空調(diào)機(jī),空氣壓縮機(jī)的壓力和氣流流速.24、氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件,它是利用

10、氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變 化這一機(jī)理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的.25、常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學(xué)氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等.26、半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高,響應(yīng)快,穩(wěn)定信好,使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn),應(yīng)用極其廣泛.27、氣敏元件在使用時(shí)需要加溫/加熱.28、在氣敏元件的材料中參加微量的鉛、鉗、金、銀等元素以及一些 金屬鹽類 催化劑可以獲得低溫時(shí)的靈敏度,也可增強(qiáng)對(duì)氣體種類的選擇性.29、氣敏電阻根據(jù)加熱的方式可分為直熱式和旁熱式兩種.直熱式 消耗功率大,穩(wěn)定性較差,故應(yīng)用逐漸減少；旁熱式性能穩(wěn)定,消耗功率小,其結(jié)構(gòu)上往往加有封壓雙層的不銹鋼 絲網(wǎng)防爆,因此 平安可靠,其應(yīng)用面較廣.

11、30、QM-J3的電導(dǎo)率 隨氣體濃度的增加而迅速升高 .31、濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成.32、利用濕敏電阻能進(jìn)行濕度測(cè)量和限制具有靈敏度高的、體積小、壽命長(zhǎng)、不需維護(hù)、可以進(jìn)行遙測(cè)和 集中限制 等優(yōu)點(diǎn).33、常見(jiàn)濕敏元件的類型一半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件二氯化鋰濕敏元件氯化鋰是潮解性鹽,這種電解質(zhì)溶液形成的薄膜能隨著空氣中水蒸氣的變化而吸濕或脫濕.感濕膜的電阻隨 空氣相對(duì)濕度變化而變化 ,當(dāng)空氣濕度增加時(shí),感濕膜中鹽的濃度降 低.三有機(jī)高分子膜濕敏電阻有機(jī)高分子脫濕敏電阻是在氧化鋁等陶瓷基板上設(shè)置梳狀型電極,然后在其外表涂以具 有感濕性能,又有導(dǎo)電性

12、能的高分子材料的薄膜,再涂覆一層多孔質(zhì)的高分子膜保護(hù)層.34、光敏電阻是采用半導(dǎo)體材質(zhì)制作,利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電器件.35、光敏電阻在室溫和一定光照條件下測(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻或亮阻,此時(shí)流過(guò)的電流稱為鳧電流.36、光敏電阻在室溫和全暗條件下測(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻或暗阻,此時(shí)流過(guò)的電流稱為暗電流.37、光敏電阻的暗阻越大越好,而亮阻越小越好,也就是說(shuō) 暗電流要小,亮電流要大,這樣光敏電阻的靈敏度就高.38、在一定照度下,光敏電阻兩端所加的電壓與流過(guò)光敏電阻的電流之間的關(guān)系,稱為伏安特性.39、光敏電阻的光電流與光照度之間的關(guān)系稱為光電特性.40、P61,課后練習(xí)題 4、5、6第三章

13、電容式傳感器1、電容式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器.它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、適應(yīng)性和抗過(guò)載水平強(qiáng)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn). 可以用來(lái)測(cè)量壓力、力、位移、 振動(dòng)、液位等參數(shù).2、電容式傳感器可以分為三種類型：改變極板面積的變面積式、改變極板距離的變間隙式和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式 .3、在實(shí)際應(yīng)用中,為了提升靈敏度,減小非線性,可采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu).4、當(dāng)電容式傳感器中的電介質(zhì)改變時(shí),其介電常數(shù)發(fā)生變化,從而引起電容量發(fā)生變化5、電容量C與位移X呈線性關(guān)系.6、P83-P84 課后練習(xí)題 1、2、3、4第四章電感式傳感器1、電感式傳感器是利用被測(cè)量的變化引起線圈自感或互感

14、的變化,從而導(dǎo)致線圈電感量改 變來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的.2、自感式電感傳感器就是利用線圈自感的變化進(jìn)行測(cè)量的傳感器.3、線圈的電感可用式： L=N/Rm(N為線圈匝數(shù),Rm為磁路中磁阻)4、傳感器的靈敏度隨氣隙的增大而減小,為了減小非線性,氣隙的相對(duì)變化量應(yīng)很小,但太小又會(huì)影響測(cè)量范圍,所以,既不要太小,也不能太大.5、(1)變間隙型靈敏度高,但非線性誤差較大,且制作裝配比擬困難.(2)變面積型靈敏度較前者小,但線性較好,量程較大,使用比擬廣泛.(3)螺管型靈敏度較低,但量程大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于制作和批量生產(chǎn),是使用最廣泛的 一種傳感器.6、差動(dòng)式結(jié)構(gòu)除了可以改善線性、提升靈敏度外,對(duì)溫度變化、電源頻率變

15、化等影響也可 以進(jìn)行補(bǔ)償,從而減少了外界影響造成的誤差.7、交流電橋是電感式傳感器的主要測(cè)量電路,它的作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電 路的輸出或電流輸出,8、差動(dòng)變壓器：由于在使用時(shí)采取了兩個(gè)二次繞組反向串接,以差動(dòng)方式輸出,所以把這 種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器,通常稱為差動(dòng)變壓器.9、零點(diǎn)剩余電動(dòng)勢(shì)的存在,使得傳感器的輸出特性在零點(diǎn)附近比靈敏,給測(cè)量帶來(lái)誤差, 此值的大小是衡量差動(dòng)變壓器性能好壞的重要指標(biāo).10、為了減小零點(diǎn)剩余電動(dòng)勢(shì),可采取以下方法：(1)盡可能保證傳感器幾何尺寸,線圈電氣參數(shù)每個(gè)磁路的對(duì)稱.(2)選用適宜的測(cè)量電路, 如采用相敏整流電路, 既可判別銜鐵移動(dòng)方向

16、又可以改善輸 出特性,減小零點(diǎn)剩余電動(dòng)勢(shì).(3)采取補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)剩余電動(dòng)勢(shì).11、電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應(yīng)理論原理上的傳感器.它可以實(shí)現(xiàn)非接觸地測(cè)量物體外表為金屬導(dǎo)體的多種物理量,如位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、硬度等參數(shù).12、電渦流：當(dāng)通過(guò)金屬體的磁通量變化時(shí),就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流在導(dǎo)體是閉合的,這就是所謂的電渦流.13、渦流效應(yīng)：電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一局部的能量,從而產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化.14、線圈的阻抗變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈的幾何參數(shù)、鼓勵(lì)電流頻率 以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離有關(guān).15、一般來(lái)說(shuō),被測(cè)物的電導(dǎo)率越高,傳感器的靈敏度

17、也越高.16、為了充分、有效地利用電渦流效應(yīng), 對(duì)于平板型的被測(cè)物體那么要求被測(cè)物體的半徑應(yīng)大 于線圈半徑的1.8倍,否那么靈敏度降低.當(dāng)被測(cè)物體時(shí)圓柱體時(shí), 被測(cè)導(dǎo)體直徑必須為線圈 直徑的3.5倍以上,靈敏度才不受影響.17、低頻透射式電渦流傳感器采用低頻鼓勵(lì),因而由較大的貫穿深度, 適合于測(cè)量金屬材料的厚度.18、一般來(lái)說(shuō),測(cè)薄金屬板時(shí),頻率應(yīng)略高些；測(cè)厚金屬板時(shí),頻率應(yīng)底些.19、電橋法是將傳感器線圈的阻抗變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化.20、諧振法是將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換化為電壓或電流的變化.21、電感式傳感器利用振動(dòng)引起線圈感應(yīng)的變化,可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大小與頻率的測(cè)量,可

18、廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備振動(dòng)情況的測(cè)量,以及實(shí)驗(yàn)室中對(duì)振動(dòng)的測(cè)量.第五章熱電偶傳感器1、熱電偶是一種有源傳感器,測(cè)量時(shí)不需要外加電源,使用十分方便,所以常被用作測(cè)量 鍋爐、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的外表溫度.2、兩接點(diǎn)處的溫度不同,一端溫度為T (稱為工作端或熱端),另一端溫度為To (稱為自由端,參考端或冷端),回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì),該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo)體的材料及 兩接點(diǎn)的溫度有關(guān).這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng).兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶,這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)那么稱為“熱電勢(shì).3、熱電偶回路中熱電勢(shì)的大小,只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān),與熱電 偶的形狀

19、尺寸無(wú)關(guān).4、熱電偶的特性：(1)高穩(wěn)定性(2)不均勻性(3)熱惰性5、熱電偶的根本定律(1)均質(zhì)導(dǎo)體定律 簡(jiǎn)做題(2)中間導(dǎo)體定律(3)標(biāo)準(zhǔn)電極定律(4)中間溫度定律6、鎧裝電熱偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)時(shí)間快和鞏固耐用等許多優(yōu)點(diǎn),它突然工業(yè)用 裝配式熱電偶一樣, 作為測(cè)量溫度的變送器,通常和顯示儀表、 記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用,同時(shí)亦可作為裝配式熱電偶個(gè)感溫元件.7、工業(yè)熱電偶(1)裝配式熱電偶(2)鎧裝熱電偶(3)耐磨熱電偶(4)防爆熱電偶8、熱電偶的冷端補(bǔ)償方法簡(jiǎn)做題(1)冷端恒溫法(2)補(bǔ)償導(dǎo)線法(3)計(jì)算修正法(4)電橋補(bǔ)償法(熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度之間實(shí)際應(yīng)用時(shí),由于

20、熱電偶冷端溫度變化范圍不會(huì)太大,這種補(bǔ)償方式常被采用)(5)顯示儀表零位調(diào)整法(當(dāng)熱電偶通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線連接顯示儀器時(shí),如果熱電偶冷端溫度 且恒定時(shí),可預(yù)先將有零點(diǎn)調(diào)整器的顯示儀器的指針從刻度的初始值調(diào)至的冷端溫 度值上,這時(shí)顯示儀表的示值即為被測(cè)量的實(shí)際溫度值)9、(電路制作實(shí)施方案)用面包板制作優(yōu)點(diǎn)：電路連接靈活方便,速度快,所有元件都可以回收重復(fù)使用本錢較低.缺點(diǎn)：電路連接的可靠性較差,故障率高,指標(biāo)達(dá)不到要求10、用單孔萬(wàn)用版制作優(yōu)點(diǎn)：電路連接可靠,性能穩(wěn)定,能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo).缺點(diǎn)：電路連接復(fù)雜,容易出錯(cuò),局部元器件不能回收,本錢較高.11有PCB印刷電路板制作優(yōu)點(diǎn)：電路焊接簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定

21、可靠,能夠到達(dá)理想設(shè)計(jì)指標(biāo).缺點(diǎn)：由于數(shù)量較少,PCB印刷電路板開(kāi)板本錢很高P119頁(yè)的計(jì)算修正法例題-重點(diǎn)課后題：5-6-7第六章壓電式傳感器壓電式傳感器：壓電式傳感器是以某些晶體受力后在其外表產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器.它可以測(cè)量最終能變換為力的各種物理量,如力、壓力、加速度等.1、壓電效應(yīng)一簡(jiǎn)做題：在一定方向受到外力作用時(shí),內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象,相應(yīng)地在晶體的兩個(gè)外表產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷,當(dāng)卸下外力后,又恢復(fù)到不帶電狀態(tài), 且當(dāng)作用力方向改變時(shí),電荷的極性也隨之改變,這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng).具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多,如： 石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體等.2、居里點(diǎn)：是指壓電性能破壞時(shí)

22、的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn).3、壓電材料：至少寫出三個(gè)(1)石英晶體(2)水溶性壓電晶體(3)鋸酸鋰晶體(在耐高溫傳感器上有廣泛的前途)(4)壓電陶瓷(5)壓電半導(dǎo)體(6)高分子壓電材料4、壓電傳感器的常用結(jié)構(gòu)形式(1)并聯(lián)法：輸出電荷大,本身電容大,因此時(shí)間常數(shù)大,試用于測(cè)量緩變信號(hào),并以 電荷量作為輸出的場(chǎng)合.(2)串聯(lián)法：輸出電壓高本身電容小,適用于以電壓作為輸出量以及測(cè)量電路輸入阻抗很高的場(chǎng)合.5、等效電路(1)壓電式傳感器在受外力作用時(shí),兩個(gè)電極外表將要聚集電荷,且電荷量相等,極性相反.這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為電介質(zhì)的電容器.(2)壓電傳感器要求測(cè)量電路的前級(jí)輸入端要有足夠高的阻抗,這樣才能預(yù)

23、防電荷迅速泄漏而使測(cè)量誤差變大.(3)放大器輸入電壓幅度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān),當(dāng)改變連接傳感器設(shè)計(jì)時(shí), 通常把電纜長(zhǎng)度定為一常數(shù),使用時(shí)如要改變電纜長(zhǎng)度,那么必須重新校正電壓靈敏度值.(4)電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器.它實(shí)際上是一個(gè)具有反應(yīng)電容的高增益運(yùn)算放大器.(5)為了放大器的穩(wěn)定工作,減小零漂,在反應(yīng)電容兩端并聯(lián)一反應(yīng)電阻,形成直流反饋,用以穩(wěn)定放大器的直流工作點(diǎn).6、壓電式加速度傳感器(1)壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì),它的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、體積小、質(zhì)量輕、測(cè)量頻率上限較高,動(dòng)態(tài)范圍大.但易受外界干擾.(2) HZ 9508型測(cè)振表是用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振

24、動(dòng)測(cè)量、簡(jiǎn)易故障診斷的一種便攜式數(shù) 字顯示測(cè)振表.可測(cè)量一般機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的加速度、速度、位移等參數(shù),也有測(cè)量因齒輪、 軸承故障的高頻加速度值的功能,具有低壓監(jiān)測(cè)功能.第七章光電傳感器它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信光電傳感器是采用光電器件作為檢測(cè)元件的傳感器,號(hào)的變化,然后借助光電器件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電器件三局部組成.1、由光通量對(duì)光器件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電器件輸出量的性質(zhì)可分為兩大類,即模擬式光電傳感器和脈沖式光電傳感器.(1)模擬式光電式傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流,它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳

25、感器按被測(cè)量方法可分為透射式(吸收)式、漫反射式、遮光式.透射式：是指被測(cè)物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過(guò)被測(cè)物,局部被吸收后, 透射光投射到光電器件上.漫反射式：是指恒光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上,再?gòu)谋粶y(cè)物體外表反射到光電器件上.遮光式：是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物遮掉其中一局部,使投射到光電器件上的光通量改變,改變程度與被測(cè)物體在光路上的位置有關(guān).(2)脈沖式光電傳感器接收的光信號(hào)是斷續(xù)變化的,因此光電器件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài),輸出的光電流通常只有兩種穩(wěn)定狀態(tài).2、光電器件光電器件是光電傳感器中最重要的部件,常見(jiàn)的有真空光電器件和半導(dǎo)體器件兩大類,它們的工作原理都基于不同形式的光電效應(yīng)

26、.根據(jù)光的波粒二象性, 光是一種以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流,這種粒子稱為光子.每個(gè)光子具有的能量為E=h*v ,式中,v為光波頻率,h為普朗克常數(shù),h=6.63 x 10-34J s.3、光電效應(yīng)使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)電效應(yīng)的效應(yīng)稱為光電效應(yīng).通常把光電效應(yīng)分為三類.(1)在光線作用下能使電子逸出物體外表的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng).基于外光電效應(yīng)的光電 器件有光電管、光敏晶體管等.(2)在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng).基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電器件有光敏電阻、光敏晶體管等.(3)在光線作用下,物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng).基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池等.4、外光電器件

27、效應(yīng)(1)光電管光電管是利用外光電效應(yīng)制成的光電器件.光電子：當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功A時(shí),就可以克服金屬外表束縛而逸出,形成電子發(fā)射.這種電子稱為光電子.光電管的光譜特性要求人們應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢測(cè)對(duì)象是紫外光、可見(jiàn)光還是紅外光去選擇陰極材料不同的光電管,以便獲得滿意的靈敏度.(2)光電倍增管光電倍增管具有放大電流的水平,主要由光陰極K、倍增極D和陽(yáng)極A組成.依據(jù)封裝方法,可分為端窗式和側(cè)窗式.(3)與測(cè)量有關(guān)的兩個(gè)參數(shù)1 )暗電流光電倍增管接上工作電壓后,在沒(méi)有光照的情況下陽(yáng)極仍會(huì)有一個(gè)很小的電流輸出,此電流即稱為暗電流.暗電流的存在決定了光電倍增管可測(cè)量光信號(hào)的最小值.一只好的光電倍

28、增管, 要求其暗電流小并且穩(wěn)定.2 )光譜響應(yīng)特征光電倍增管對(duì)不同波長(zhǎng)的光入射的響應(yīng)水平是不同的,這一特性可用光譜響應(yīng)頻率表示.在給定波長(zhǎng)的單位輻射功率照射下所產(chǎn)生的陽(yáng)極電流大小稱為光電倍增管的絕對(duì)光譜響 應(yīng)率,表示為1'S =p 式中,P九為入射到光陰極上的單色輻射功率；1九是該輻射功率照射下所產(chǎn)生的陽(yáng)極電流；S九是波長(zhǎng)的函數(shù),它與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線稱為光電倍增管的絕對(duì)光譜響應(yīng)曲線.4內(nèi)光電效應(yīng)器件光敏晶體管通常指光敏二極管和光敏三極管.光敏二極管在電路中通常處于反向偏置狀態(tài).光敏二極管的符號(hào)：P149光敏三極管的符號(hào)：P149光電池符號(hào)：P1521 光譜特性在入射光照度一定時(shí), 光敏晶

29、體管的相對(duì)靈敏度隨光波波長(zhǎng)的變化而變化,一種光敏晶體管只對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的入射光敏感,這就是光敏晶體管的光譜特性.不同材料的光敏晶體管,光譜峰值波長(zhǎng)不同.由于錯(cuò)管的暗電流比硅管大,因此錯(cuò)管性能較差.因此在探測(cè)可見(jiàn)光或赤熱物體時(shí),多采用硅管.但對(duì)紅外光進(jìn)行探測(cè)時(shí),采用錯(cuò)管較為適宜.2 光電特性它指外加偏置電壓一定時(shí),光敏晶體管的輸出電流和光照度的關(guān)系3溫度特性溫度的變化對(duì)光敏晶體管的亮電流影響較小,但是對(duì)暗電流的影響卻十分顯著.在電 路中采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償舉措,或者將光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制, 對(duì)輸出的電信號(hào)采用交流放大,利用電路中隔直電容的作用,就可以隔斷暗電流,消除溫度的影響.4 頻率特性光敏晶體管受調(diào)

30、制光照射時(shí),相對(duì)靈敏度與調(diào)制頻率的關(guān)系稱為頻率特性.光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多,錯(cuò)光敏三極管的頻響比硅管小一個(gè)數(shù)量級(jí).5光生伏特效應(yīng)器件1 光譜特性光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光,靈敏度是不同的.硒光適用于可見(jiàn)光的檢測(cè).光譜峰值位置 不僅和制造光電池的材料有關(guān),同時(shí),也和制造工藝有關(guān), 而且隨著使用溫度的不同會(huì)有所移動(dòng).2 光電特性短路電流在很大范圍內(nèi)與光照度成線性關(guān)系,負(fù)載電阻越小.3溫度特性光電池的溫度特性是指開(kāi)路電壓和短路電流隨溫度變化的情況.4頻率特性光電池的頻率特性是指輸出電流與入射光調(diào)頻率的關(guān)系.5、光電傳感器光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電器件三局部組成.光電傳感器的敏感范圍遠(yuǎn)

31、遠(yuǎn)超過(guò)了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍.(1)光電傳感器的類型根據(jù)光電傳感器中光電器件輸出電信號(hào)的形式可以將光電傳感器分為模擬式和脈沖式.1 )模擬式光電傳感器輸出的光電流是連續(xù)變化的2 )脈沖式光電傳感器光電傳感器接收的光信號(hào)是斷續(xù)變化的,因此光電器件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài),多用于光電計(jì)數(shù)和光電轉(zhuǎn)速測(cè)量等場(chǎng)合.(2)光電傳感器的常用光源一簡(jiǎn)單題發(fā)光二極管、鴇絲燈泡、激光(3)光電轉(zhuǎn)換電路測(cè)量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電器件性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流.半導(dǎo)體光電器件的光電轉(zhuǎn)換電路也可以使用集成運(yùn)算放大器.6、常見(jiàn)的光電傳感器及應(yīng)用(1)透射式光電傳感器的應(yīng)用檢測(cè)物體的有無(wú)、運(yùn)動(dòng)方向

32、、轉(zhuǎn)速等內(nèi)容(2)漫反射型光電傳感器漫反射型光電傳感器有時(shí)也稱為接近傳感器.(3)遮光式光電傳感器(4)光電式帶材跑偏檢測(cè)器光電式帶材跑偏檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)帶型材料在加工中偏離正確位置的大小及方向,主要用于印染、送紙、膠片、磁帶的生產(chǎn)過(guò)程中.7、光電轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)與制作轉(zhuǎn)速測(cè)量原理n = (r/min)6TT為固定的測(cè)量時(shí)間,N為計(jì)數(shù)器計(jì)取的脈沖個(gè)數(shù),n為被測(cè)轉(zhuǎn)速.8、常用的半導(dǎo)體光電元件有(重點(diǎn))光敏二極管、光敏三極管和光電池三種.它們的電路符號(hào)如下列圖所示：光敏二極管光敏三極管光電池第八章霍爾傳感器1 .霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器.根據(jù)霍爾元件的功能可將其分為霍爾線性元件和霍爾開(kāi)

33、關(guān)元件,前者輸出模擬量,后著輸出數(shù)字量.2 .按被檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用.前者是直接檢測(cè)出被檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)貨磁特性.3 .簡(jiǎn)做題-在置于測(cè)場(chǎng)的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體中通入電流,假設(shè)電流與磁場(chǎng)垂直,那么在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),室友科學(xué)家愛(ài)德文.霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的.產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電壓.在與X軸相互垂直的兩個(gè)斷面 cu,便形成一個(gè)沿 x和d上做兩個(gè)金屬點(diǎn)擊,稱限制電極.在限制電極上外加一個(gè)電壓方向流動(dòng)的電流I,稱為限制電流.4 . P166,8.1圖中沿Y軸負(fù)方向力的作用這個(gè)力就是洛倫磁力.在A與B兩點(diǎn)間建立的電勢(shì)差稱為霍

34、爾電壓,用 Uh表示.5 . 霍爾電壓Uh與限制電流及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān).Uh正比與I及B.當(dāng)磁場(chǎng)改編方向時(shí),UH也改變方向.同樣當(dāng)霍爾靈敏度及磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定是增加限制電流,也可以增大霍爾電壓.6 .在同樣的磁場(chǎng)強(qiáng)度、相同尺寸和相同功耗下,不同的材料的霍爾元件,輸出的霍爾電壓 僅僅取決與材料本身的性質(zhì).7 .霍爾元件的溫度特性是指元件的內(nèi)助及輸出電壓與溫度之間的關(guān)系.8 .不等位電壓是由于元件輸出極焊接不對(duì)稱、厚薄不均勻及兩個(gè)輸出即接觸不良等原因造成的,可以通過(guò)橋路平衡的原理加以補(bǔ)償.9 .在無(wú)磁場(chǎng)的情況下,元件通入交流電流,輸出端除交流不等位電壓以外的直流分量稱為 寄生直流電壓.10 .在未通電的

35、情況下,由于脈動(dòng)或交變磁場(chǎng)的作用,在輸出端產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).11 .在無(wú)外加磁場(chǎng)的情況下,由限制電流所建立的磁場(chǎng)在一定條件下使霍爾元件產(chǎn)生的輸出 電壓稱為自激場(chǎng)零電壓.12 .集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測(cè)量電路集成在一起的一種傳感 器,它體積小、質(zhì)量輕、功耗低.13 .集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過(guò)處理后的電壓信號(hào).根據(jù)輸出信號(hào)的形式,可以分為開(kāi)關(guān)型和線性型兩類.14 .開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器的這一特性,正式我們所需的.它大大增強(qiáng)了開(kāi)關(guān)電路的抗干擾水平,保證動(dòng)作穩(wěn)定,不產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象.15 .由于霍爾器件需要工作電源,要將霍爾器件固定在工作臺(tái)的適當(dāng)?shù)奈恢?16 .工作磁體

36、和霍爾器件間的運(yùn)動(dòng)方式有對(duì)移、側(cè)移、旋轉(zhuǎn)及遮斷.圖8.10所示TEAG為總有效工作氣隙.17 .霍爾開(kāi)關(guān)電路的輸出級(jí)一般是一個(gè)集電極開(kāi)路的NPN晶體管,其使用規(guī)那么和任何一種相似的NPNFF關(guān)管相同.18 .霍爾器件的開(kāi)關(guān)作用非常迅速,典型的上升時(shí)間和下降時(shí)間在400ns范圍內(nèi),優(yōu)于任何機(jī)械開(kāi)關(guān).19 .霍爾傳感器的應(yīng)用：用于檢測(cè)磁場(chǎng)、檢測(cè)鐵磁物體、在直流無(wú)刷電極中的應(yīng)用、無(wú)傷探傷、20 .霍爾接近傳感器和接近開(kāi)關(guān),霍爾齒輪傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、霍爾位移傳感器、實(shí)現(xiàn)電一磁一電的轉(zhuǎn)換、霍爾隔離放大器、用作電磁隔離耦合器.21 . P189思考題第九章新型傳感器22 .技術(shù)較先進(jìn)且應(yīng)用較成熟的新型傳

37、感器有光纖、紅外線、超聲波、激光 簡(jiǎn)單題23 . FOS Fiber Optical Sensor ,光導(dǎo)纖維傳感器具有靈敏度高,不受電磁波干擾,傳輸頻帶寬,絕緣性能好,耐水抗腐蝕性好,體積小,柔性好等優(yōu)點(diǎn).可用于位于、速度、 加速度、液位、壓力、流量、振動(dòng)、水聲、溫度、電壓、電壓、磁場(chǎng)、核輻射的方面的 測(cè)量.24 .光纖傳感器有光導(dǎo)的芯體玻璃和包層玻璃膜組成.包層的外面用塑料或橡膠做成外護(hù)套保護(hù)著纖芯和包層,是光纖具有一定的機(jī)械強(qiáng)度.25 .折射光沿界面?zhèn)鞑シQ為全反射.26 .纖芯與包層的折射率差值越大,數(shù)值孔徑N就越大,光纖的集光水平越強(qiáng).27 .光纖傳感器按作用分為物性型和結(jié)構(gòu)型兩大類.

38、28 .在物性型功能型光纖傳感器中,光纖不僅起到了傳光作用,同時(shí)是敏感元件.29 .結(jié)構(gòu)型光纖傳感器中光纖不是敏感元件,只是作為傳光元件.30 .光纖傳感器一般由光源、 光纖、光電器件組成.常用的光源有激光二極管和發(fā)光二極管. 激光二極管具有亮度高、 易調(diào)制,尺寸小等優(yōu)點(diǎn).而發(fā)光二極管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和溫度對(duì) 發(fā)射功率影響小等優(yōu)點(diǎn).31 .光纖液位計(jì)可用于易燃易爆場(chǎng)合,但不能測(cè)污濁液體以及會(huì)黏附在測(cè)頭外表的粘稠物 質(zhì).32 .根據(jù)法拉第旋光效應(yīng),由電流所形成的磁場(chǎng)會(huì)引起光纖中線偏振光的偏轉(zhuǎn),檢測(cè)偏轉(zhuǎn)角的大小,就可以得到相應(yīng)的電流值.33 .紅外線傳感器是利用物體產(chǎn)生的紅外輻射的特性,實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)檢測(cè)

39、的傳感器.34 .紅外線屬于不可見(jiàn)光波的范疇,它的波長(zhǎng)一般在0.76600um之間,而紅外區(qū)通常又可以分為近紅外0.731.5um、中紅外1.510um、遠(yuǎn)紅外10um以上.35 .紅外輻射是由于物體內(nèi)部的分子的轉(zhuǎn)動(dòng)及振動(dòng)而產(chǎn)生的.這類振動(dòng)過(guò)程是物體受熱引起的,只有在絕對(duì)零度-273 C時(shí),一切物體的分子才會(huì)停止運(yùn)動(dòng).所以在絕對(duì)零度的 時(shí)候沒(méi)有一種物體會(huì)發(fā)射紅外線.多有的物體都是紅外輻射的發(fā)射源,如火焰、汽車、 飛機(jī)、動(dòng)植物和人體等.36 .紅外線和所有的電磁波一樣,具有反射、折射、散射、干預(yù)及吸收等性質(zhì),但它的特點(diǎn) 是熱效應(yīng)非常大.37 .溫度越低的物體輻射的紅外線波長(zhǎng)越長(zhǎng).38 .熱敏型是利用紅外線輻射的熱效應(yīng)制成的,其核心是熱敏元件.這類傳感器只要有熱釋電紅外線傳感器和紅外線溫度傳感器兩大類.39 .光電型是利用紅外線輻射的光電效應(yīng)制成的,其核心是光電器件.這類傳感器主要有紅外二極管、三極管.40 .紅外傳感器的應(yīng)用：用于在線溫度監(jiān)測(cè)、用于防盜報(bào)警41 .聲的發(fā)