檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)整理

1、傳感器檢測總結(jié)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)總結(jié)、傳感器概述1. 傳感器的定義:能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，與計算機、通訊并稱現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。 通 常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。2. 傳感器的分類(1) 按外界輸入的信號變換為電信號采用的效應(yīng)分類物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。(2) 按能量的傳遞方式分類:有源傳感器、無源傳感器。(3)按被測量對象分類：速度(加速度)，力(力矩、壓力)，流速，液位，溫度，濕度,光，電壓，電流，濃度，氣體成分，位移等傳感器。(4)按工作原理分類:電阻式、電容式、電感式、渦流式、光電式、應(yīng)變式、壓電式、熱電式。3. 傳感器的發(fā)展趨勢(1

2、)固態(tài)化趨向(2)集成化和多功能化趨向19圖象化趨向和智能化趨向、檢測技術(shù)基礎(chǔ)1. 測量和誤差的定義測量：采用各種手段將被測量與同類標(biāo)準(zhǔn)量進行比較,從而確定出被測量大小的方法。誤差：測量結(jié)果與被測量真值的差別。2. 測量方法的分類(1) 根據(jù)獲得測量結(jié)果的方法不同 直接測量:在儀表上直接讀出被測量的大小而無須經(jīng)過任何運算。簡單、迅速但精度差。 間接測量:首先測出與被測量有確定函數(shù)關(guān)系的物理量，再經(jīng)過函數(shù)運算求出被測量的大小。 組合測量:又稱“聯(lián)立測量”，即被測物理量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程才能導(dǎo)出結(jié)果。(2) 根據(jù)測量條件相同與否 等精度測量:在測量過程中，影響測量誤差的各種因素不改變。 不等精度

3、測量:改變測量條件的測量。(3) 根據(jù)是否接觸被測對象 接觸測量：如測速發(fā)電機、體溫計測溫。非接觸測量：如光電檢測測轉(zhuǎn)速、紅外測溫。(4) 根據(jù)測量對象是否隨時間變化 靜態(tài)測量：如測傾角。 動態(tài)測量：如測汽車速度。3.平均值(1)算術(shù)平均值:XiX2nXnnXii 1n(2)幾何平均值:Xg(3)均方根平均值:X222X2nXn2Xn4檢測裝置的性能(1) 基本性能 精度:a精密度：在相同條件下，對同一個量進行重復(fù)測量時，這些測量值之間的相互接近程度(離散程度)b.準(zhǔn)確度：表示測量儀器指示值對真值的偏離程度;C.精確度：它是精密度和準(zhǔn)確度的綜合反映。 穩(wěn)定性:a.零點漂移：在一定條件下，保持輸

4、入信號不變，輸出信號隨時間而變化;b.靈敏度變化：靈敏度隨時間延長而下降。（2）靜態(tài)性能（輸入輸出之間的函數(shù)關(guān)系） 靈敏度:傳感器或檢測儀表在穩(wěn)態(tài)下輸出量的變化量y與輸入量的變化量x之比，用K表示。 分辨率:靈敏度閾值，引起輸出量產(chǎn)生微小變化所需的最小輸入量的變化量。 線性度:產(chǎn) 100%檢測輸入輸出特性對理想線性輸入輸出特性的近似程度。滯環(huán) Em才100%說明測量系統(tǒng)正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）特性不一致的程度。重復(fù)性：m才100%在同樣的工作條件下，輸入按同一方向作全量程多次（三次以上）往復(fù)變化時，測量系統(tǒng)刻度特性曲線的一致性。（3）動態(tài)性能（系統(tǒng)輸入輸出與時間的關(guān)系）響應(yīng)時間、

5、超調(diào)量（一說時間常數(shù)、固有頻率、阻尼系數(shù)）。、誤差理論1. 誤差的表示方法(1) 絕對誤差x x x0具有量綱，與被測量相同; 其大小與所取單位有關(guān); 能反映誤差的大小和方向; 不能反映測量的精細(xì)程度。(2)相對誤差：絕對誤差與被測量真值之比x100%X0 大小與被測量單位無關(guān);能反映誤差的大小和方向; 能反映測量工作的精細(xì)程度。x(3)引用誤差4 100%A是一種特殊的相對誤差表示法，常用于連續(xù)刻度的儀表中,實質(zhì)給出儀表的最大絕對誤差。2. 測量誤差的分類和判別(1) 系統(tǒng)誤差：在同一條件下，多次重復(fù)測量同一量時，誤差的大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變化。恒值系統(tǒng)誤差的判別a.實驗對比法;b

6、.改變測量條件法;C.理論計算與分析法； 可用代替法、交換法消除。 變值系統(tǒng)誤差a累進性系統(tǒng)誤差，對稱測量法消除；b.周期性系統(tǒng)誤差，半周期讀數(shù)法消除;C.按復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差。變值系統(tǒng)誤差的判別: a.殘余誤差觀察法;b.殘余誤差之和相減法(馬利科夫判據(jù))。 產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因：a. 儀器不良，如零點未校準(zhǔn)刻度不準(zhǔn)；b. 測試環(huán)境的變化，如外界濕度、溫度、壓力變化等;C.安裝不當(dāng)；d.測試人員的習(xí)慣偏向，如讀數(shù)偏高;e.測量方法不當(dāng)。(2) 隨機誤差：在一定測量條件下的多次重復(fù)測量，誤差出現(xiàn)的數(shù)值和正負(fù)號沒有明顯的規(guī)律。這叫“隨機誤差”。(3) 疏失誤差：又稱“過程誤差”或“粗大誤差”，

7、簡稱“粗差”，這是一種由于測量人員的粗心或過度疲勞造成的誤差。3誤差分析與處理方法（考計算題）(1)算數(shù)平均值代表真值:XX2XnnnXi 1n(2)'! n均方根誤差：i1（X X）2I算術(shù)平均值的均方根誤差:jn(5)測量結(jié)果的表示方法： X根據(jù)萊依特準(zhǔn)則，剔除異常值:UiXi4. 測量誤差的綜合處理設(shè)丫為被測量，Xi、X2、X3、Xn為中間變量，找出被測量與中間變量的函數(shù)關(guān)系:Xl X2XiX2丫 f Xi,X2Xn丄XnXn對上式兩邊除以丫，就可得相對誤差的綜合表達式:y y_X1 y X2 y X1 y X2 yyXnXny四、電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器是將被測量的應(yīng)力

8、（壓力、荷重、扭力等）通過所產(chǎn)生的金屬彈性形變轉(zhuǎn)換成電阻變化的檢測元件，它由電 阻應(yīng)變片和測量線路兩部分組成。目前應(yīng)用最廣泛的電阻應(yīng)變片 有兩種：電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片。1. 溫度補償措施環(huán)境溫度是造成應(yīng)變片測量誤差的主要因素， 消除誤差的方法有:（1）應(yīng)變片補償法將兩個特性相同的應(yīng)變片，用同樣的方法粘貼在同樣材質(zhì)的兩個器件上，接入電橋電路相鄰橋臂，置于相同的溫度中，承受 應(yīng)力的為工作片，不受應(yīng)力的為補償片。(2) 應(yīng)變片自補償使用特殊的應(yīng)變片，使其溫度變化的電阻增量等于零或相互抵消，從而不產(chǎn)生測量誤差。(3) 熱敏電阻補償法將熱敏電阻Rt置于應(yīng)變片相同的溫度下，可以進行溫度補償。2.電橋

9、電路的分類(1) 按輸入電源分直流電橋;交流電橋; 恒壓源電橋; 恒流源電橋。(2) 按橋臂電阻的配備方式分串聯(lián)對稱電橋(第一類對稱電橋)：Rl= R2 ,R3 = R4并聯(lián)對稱電橋(第二類對稱電橋)：Ri = R3， R2= R4全對稱電橋(等臂電橋)：Rl = R2= R3 = R4 不對稱電橋。(3) 按電橋的工作方式分平衡電橋：滿足RiR4= R2R3不平衡電橋:(4) 按被測電阻的接入方式分(在下面)3. 不平衡電橋的工作特性(考計算題)電阻變化RiRi，應(yīng)變作用 I1lksI，電源電壓Us定義靈敏度Kus非線性度fR=R,R3=RRi, R11單臂電橋-Us為敏感元件42R = R

10、, R3= R,差動電橋R和F2為敏感元如0件R =艮=Ri= R1 均雙差動電橋為敏感元件Us0相對臂電橋敏感元件相對臂較高較大4.提高不平衡電橋輸出線性度的方法（1）采用差動電橋工作方式（2）電橋輸出端串接一大阻值的電阻 Rl（3）采用恒流源供電方式（4）采用有源電橋方式5. 電橋調(diào)零（1）串聯(lián)調(diào)零應(yīng)用于Ri、R2值較大的場合，此時，Rw越小，對傳感器靈敏度的影響越小。（2）并聯(lián)調(diào)零該方式應(yīng)用于橋臂電阻R2、R4值較小的場合。此時，Rw越大，對橋路影響越小。6. 電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用(考設(shè)計題)(1) 力及扭矩的測量柱式轉(zhuǎn)換法«受縱向力變化差動法Rj 環(huán)狀法在拉力作用下，內(nèi)環(huán)拉

11、長，外環(huán)壓縮，可構(gòu)成雙差動電橋,靈敏度比差動電橋提高一倍。(2) 加速度的測量(3) 流體壓力的測量(4) 其他應(yīng)用稱重、測臂力、測肺活量、測走路步數(shù)等五、電容傳感器1. 電容傳感器的類型(1) 變極距型電容傳感器C Kd d測量較小位移。d，非線性，靈敏度與d2成反比，適合(2) 變面積型電容傳感器平行線位移傳感器Cx K x，線性，適合測量較大位移。角位移型傳感器CxK2d，線性，適用測量較大線位移或角位移。(3) 變介質(zhì)型電容傳感器線性，適合測量液位高度或空氣濕度。2. 電容傳感器測量電路(1)運算放大器電路，解決了非線性問題(2) 橋式電路3. 電容式傳感器的應(yīng)用(考設(shè)計題)(1)膜片

12、電極式壓力傳感器由一個固定電極和膜片電極構(gòu)成電容。固定極板膜片被測壓力(2)電容加速度傳感器兩個固定極板，中間有一個用彈簧片支撐的質(zhì)量塊構(gòu)成的差(3) 電容荷重傳感器鎳鉻同一高度上并排打圓孔，在孔的內(nèi)壁以特殊的粘接劑固定兩個截面為T型的絕緣體鉬鋼，形成一排平板電容。當(dāng)孔受荷 重變形時，電容值將改變，在電路上各電容并聯(lián)，總電容增量將 正比于被測平均荷重F。(4) 電容濕度傳感器鋁棒和能滲透水的黃金膜為極板，極板間充以氧化鋁微孔介質(zhì)。多孔性氧化鋁吸水以后，介電常數(shù)發(fā)生變化，電容量隨之 改變。O氧化鋁黃金膜鋁棒(5) 新型電容式指紋傳感器六、電感式傳感器的應(yīng)用(考設(shè)計題)1.自感式傳感器的應(yīng)用(1)

13、閉磁路式自感傳感器：非線性，測量小位移螺管型自感傳感器：靈敏度較低，測量較大的位移空氣隙差動式自感傳感器：靈敏度約提高一倍 ，非線性減小(4)差動自感傳感器測量電路(5)測量電路：調(diào)頻、調(diào)幅檢測電路2. 互感傳感器(差動變壓器)的應(yīng)用(1)呼吸測定 (2)流量測量(3) 氣壓測量3. 電渦流式傳感器的應(yīng)用根據(jù)激磁電流的頻率進行分類，渦流傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩種。(1)軸向位移測定(3) 線膨脹系數(shù)測量(4) 接近檢測開關(guān)n n n n n 口 nQ(7)表面光潔度測量(高頻反射)七、其他傳感器1.熱電阻式傳感器(1)金屬熱電阻 鉑熱電阻：高精度 銅熱電阻：價格便宜、近似線性、溫度系數(shù)大、體積大、易氧化、范圍小。 銦電阻、錳電阻：適合低溫測量(2)半導(dǎo)體熱電阻(熱敏電阻)：溫度系數(shù)大、體積小、熱慣性小、非線性。 負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻NTC 正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 臨界溫度熱敏電阻2.熱電偶基于熱電勢效應(yīng)，由兩種導(dǎo)體連接制成，應(yīng)用定則如下:a若組成熱電偶回路的兩導(dǎo)體相同，或熱電偶兩端溫度相同,則熱電偶回路中的總熱電動勢為零;b.熱電偶的總熱電動勢只與端點溫度有關(guān);C.串入回路中的第三種導(dǎo)線