檢測技術(shù)與傳感器復(fù)習(xí)整理

1、第一章1.1傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用P3廣義：傳感器(transducer或sensor)是一種能把特定的非電量(包括物理量、化學(xué)量、生物量等)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量(一般為電量)的裝置。狹義：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。 傳感器通常由敏感器件和轉(zhuǎn)換器件和測量電路三部分組成敏感元件：是直接感受被測非電量，并轉(zhuǎn)換成另一易于變換成電量的非電量。 轉(zhuǎn)換元件：將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為轉(zhuǎn)換元件測量電路（或轉(zhuǎn)換電路）：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號的電路稱為測量電路。 1.2檢測系統(tǒng)的組成P5信號調(diào)理 ： 對傳感器輸出的

2、微弱信號進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大，以便后續(xù)處理與顯示。要求: 能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號；信噪比高，抗干擾性能要好。信號處理：自動(dòng)檢測儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)。1.3傳感器與檢測系統(tǒng)的分類1.3.1傳感器的分類1.3.2檢測系統(tǒng)分類1.按被測參量分類電工量 電壓、電流、電功率、電阻、電容、頻率、磁場強(qiáng)度、磁通密度等；熱工量 溫度、熱量、比熱、熱流、熱分布、壓力、壓差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面等；機(jī)械量 位移、形狀，力、應(yīng)力、力矩、重量、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、線速度、振動(dòng)、加速度、噪聲等；2.按被測參量的檢測轉(zhuǎn)換方法分類電磁轉(zhuǎn)換 電阻式、應(yīng)變式、壓阻式、熱阻式、電感式、

3、互感式、電容式、阻抗式、磁電式、 熱電式、壓電式、霍爾式、振頻式、感應(yīng)同步器、磁柵等；1.測量誤差。 因內(nèi)外因素使得測量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映被測量的真值而存在一定的偏差，這個(gè)偏差就是測量誤差。2理論真值. 一個(gè)量嚴(yán)格定義的理論值通常叫理論真值. 3.約定真值。 根據(jù)國際計(jì)量委員會(huì)通過并發(fā)布的各種物理參量單位的定義，利用當(dāng)今最高科學(xué)技術(shù)復(fù)現(xiàn)的這些實(shí)物單位基準(zhǔn)，其值被公認(rèn)為國際或國家基準(zhǔn)，稱為約定真值。4.相對真值 如果高一級檢測儀器(計(jì)量器具)的誤差僅為低一級檢測儀器的誤差的1/31/10，則可認(rèn)為前者是后者的相對真值。5.標(biāo)稱值 計(jì)量或測量器具上標(biāo)注的量值，稱為標(biāo)稱值。6.示值 檢測儀器指示或顯

4、示的數(shù)值叫示值，也叫測量值或讀數(shù)。7.絕對誤差 檢測系統(tǒng)的測量值X與被測量的真值X0之間的代數(shù)差值x稱為檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差（X0可以認(rèn)為是精確儀表值）8.相對誤差 檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差x與被測參量真值X0的比值，稱為檢測系統(tǒng)測量的相對誤差，常用百分?jǐn)?shù)表示 一般來說相對誤差值越小，其測量精度就越高。相對誤差是一個(gè)量綱為一的量 9.引用誤差 檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差x與系統(tǒng)量程L之比值，稱為檢測系統(tǒng)測量值的引用誤差。引用誤差通常仍以百分?jǐn)?shù)表示10.最大引用誤差(或滿度最大引用誤差) 所有測量值中最大絕對誤差(絕對值)與量程的比值的百分?jǐn)?shù)，稱為該系統(tǒng)的最大引用誤差，由符號max，可表示 最

5、大引用誤差是檢測系統(tǒng)的基本誤差，是檢測系統(tǒng)的最主要質(zhì)量指標(biāo)，能很好地表征檢測系統(tǒng)的測量精確度。 11. 精度等級0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0儀表的最大引用誤差去掉%后的數(shù)字經(jīng)過圓整(數(shù)據(jù)修正)后的值。選大不選小值得注意的是：精度等級高低僅說明該檢測儀表的引用誤差最大值的大小，它決不意味著該儀表某次實(shí)際測量中出現(xiàn)的具體誤差值是多少例1: 量程為01000 V的數(shù)字電壓表，如果其整個(gè)量程中最大絕對誤差為1.05V，則有由于0.105不是標(biāo)準(zhǔn)化精度等級值，因此該儀器需要就近套用標(biāo)準(zhǔn)化精度等級值。0.105位于0.1級和0.2級之間，盡管該值與0.1更為接近，但按選大不選小的

6、原則該數(shù)字電壓表的精度等級G應(yīng)為0.2級例 2某臺溫度檢測儀表的測溫范圍為100600，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對誤差為3，試確定該儀表的精度等級。該測溫儀表的最大引用誤差為這臺測溫儀表的精度等級只能定為1.0級12 容許誤差：是指檢測儀器在規(guī)定使用條件下可能產(chǎn)生的最大誤差范圍例3 現(xiàn)需選擇一臺測溫范圍為0500的測溫儀表。根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過±4，試問：應(yīng)選哪一級精度等級的儀表？去掉±和%后，該表的精度值為0.8，也是介于0.51.0之間，而0.5級表和1.0級表的允許誤差表允分別為±0.5%和±1.0%。應(yīng)選擇0.5級的儀表才能滿足

7、工藝上的要求給定測量范圍和容許誤差，選擇某一精度的儀表按選小不選大的原則套用標(biāo)準(zhǔn)化精度等級值 ，保證儀表的最大絕對誤差容許誤差例4被測電壓實(shí)際值約為21.7 V，現(xiàn)有四種電壓表：1.5級、量程為030 V的A表；1.5級、量程為050 V的B表；1.0級、量程為050 V的C表；0.2級、量程為0360 V的D表。請問選用哪種規(guī)格的電壓表進(jìn)行測量所產(chǎn)生的測量誤差較小?分別用四種表進(jìn)行測量可能產(chǎn)生的最大絕對誤差如下：A表：B表：C表：D表：四者比較，通常選用A表進(jìn)行測量所產(chǎn)生的測量誤差較?。ㄔ谙嗤牧砍滔拢鹊燃壴叫?，則越精確，但不同量程，還要看它的絕對誤差）2.1.4測量誤差的分類1.根據(jù)測

8、量誤差的性質(zhì)系統(tǒng)誤差：在相同條件下，多次重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，其測量誤差的大小和符號保持不變， 或在條件改變時(shí)，誤差按某一確定的規(guī)律變化，這種測量誤差稱為系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差：在相同條件下多次重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，測量誤差的大小與符號均無規(guī)律變化，這類誤差稱為隨機(jī)誤差粗大誤差：粗大誤差是指明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差2.按被測參量與時(shí)間的關(guān)系分類靜態(tài)誤差：被測參量不隨時(shí)間變化時(shí)所測得的誤差稱為靜態(tài)誤差；動(dòng)態(tài)誤差：被參測量隨時(shí)間變化過程中進(jìn)行測量時(shí)所產(chǎn)生的附加誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。第2章 傳感器的一般特性(1)零階傳感器的數(shù)學(xué)模型 得 其中K靜態(tài)靈敏度(2)一階傳感器的數(shù)學(xué)模型 得K靜態(tài)靈敏度時(shí)間

9、常數(shù) (3)二階傳感器的數(shù)學(xué)模型 得K靜態(tài)靈敏度0無阻尼系統(tǒng)固有頻率阻尼比1.單項(xiàng)選擇題1）某壓力儀表廠生產(chǎn)的壓力表滿度相對誤差均控制在0.4%0.6%，該壓力表的精度等級應(yīng)定為_C_級，另一家儀器廠需要購買壓力表，希望壓力表的滿度相對誤差小于0.9%，應(yīng)購買_B_級的壓力表。A. 0 .2    B. 0 .5    C. 1 .0   D. 1.52）某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，在這個(gè)例子中，產(chǎn)生此心理作用的主要因素是_B_。A.

10、絕對誤差  B.相對誤差  C.引用誤差  D.精度等級3）用萬用表交流電壓檔（頻率上限僅為5kHz）測量頻率高達(dá)500kHz、10V左右的高頻電壓，發(fā)現(xiàn)示值還不到2V，該誤差屬于_D_。用該表直流電壓檔測量5號干電池電壓，發(fā)現(xiàn)每次示值均為1.8V，該誤差屬于  A  。A.系統(tǒng)誤差   B.粗大誤差    C.隨機(jī)誤差    D.動(dòng)態(tài)誤差4）重要場合使用的元器件或儀表，購入后需進(jìn)行高、低溫循環(huán)老化試驗(yàn)，其目的是為了_D_。A.提高精度

11、  B.加速其衰老  C.測試其各項(xiàng)性能指標(biāo)  D.提高可靠性2.有一溫度計(jì)，它的測量范圍為0200，精度為0.5級，試求：1）該表可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為_A_。A. 1   B. 0.5     C. 10     D. 2000.5%×200=12）當(dāng)示值為20時(shí)的相對誤差為_B_，100時(shí)的相對誤差為_C_。A. 1   B. 5     C. 1 

12、    D. 10 4.欲測240V左右的電壓，要求測量示值相對誤差的絕對值不大于0.6%，問：若選用量程為250V電壓表，其精度應(yīng)選_B_級。若選用量程為300V，其精度應(yīng)選_C_級，若選用量程為500V的電壓表，其精度應(yīng)選_C_級。（可以不看）A. 0.25   B. 0.5     C. 0.2     D.1.0示值相對誤差：絕對誤差與被測量之比，0.6%×240=1.44V（絕對誤差）絕對值不大于0.6%，可知為容許誤差，選用0.2級第二章 傳感

13、器的一般特性傳感器與檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性主要參數(shù)當(dāng)輸入量為靜態(tài)時(shí)(如體溫)， 討論傳感器的靜態(tài)特性， 輸入輸出關(guān)系稱靜態(tài)特性。 一個(gè)理想的傳感器我們希望它具有線性的輸入輸出關(guān)系,但實(shí)際上大多數(shù)傳感器是非線性的討論a0=0時(shí)的情形， 即靜態(tài)特性曲線通過原點(diǎn)的情形： (a).理想線性(b). x奇次項(xiàng)的非線性c.) x偶次項(xiàng)的非線性 (d). x奇、偶次項(xiàng)的非線性1線性度（非線性誤差）是指 輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度 （1）端基線法（第6頁） 有道例題在第294頁，例1-3 a0為校準(zhǔn)零點(diǎn)輸出平均值，K為斜率（2）最小二乘線性度 設(shè)擬合的方程為Y=Kx+a0若實(shí)際校準(zhǔn)測試點(diǎn)有n個(gè)，則第i個(gè)校準(zhǔn)

14、數(shù)據(jù)與擬合直線上相應(yīng)值之間的殘差為如果不知校準(zhǔn)曲線，做法如下題；若知道校準(zhǔn)曲線，做法如第294頁，例1-3例題：測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下假設(shè)輸出最大值為5，最小值為0，試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度K=0.68 b=0.25 y=0.68x+0.25擬合直線靈敏度 0.68，線性度 ±7% 2靈敏度 ：到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比即為其靜態(tài)靈敏度（表征傳感器對輸入量變化的反應(yīng)能力）非線性傳感器靈敏度用表示，其數(shù)值等于所對應(yīng)的最小二乘法擬合直線的斜率3.精確度說明精確度的指標(biāo)有三個(gè)：精密度、正確度和精確度（1）精密度：說明

15、測量結(jié)果的分散性。即對某一穩(wěn)定的對象(被測量)由同一測量者用同一傳感器和測量儀表在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測量多次(等精度測量)。精密度高則說明測量越精密(對應(yīng)隨機(jī)誤差)。注意：精密度高不一定準(zhǔn)確度高（2）正確度：說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。 準(zhǔn)確度是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志， 準(zhǔn)確度高意味著系統(tǒng)誤差小。 同樣， 準(zhǔn)確度高不一定精密度高。（3）精確度：是精密度與正確度兩者的總和， 精確度高表示精密度和正確度都比較高。 在最簡單的情況下， 可取兩者的代數(shù)和精確度等級在工程應(yīng)用中， 為了簡單表示測量結(jié)果的可靠程度， 引入精確度等級概念， 用A表示我國工業(yè)儀表等級分,0.1,0.2,0.5,1.0,1

16、.5,2.5,5.0七個(gè)等級 A 傳感器的精度； A 測量范圍內(nèi)允許的最大絕對誤差； 滿量程輸出。例1-8 ： 檢定一臺1.5級刻度0-100Pa壓力傳感器， 現(xiàn)發(fā)現(xiàn)50Pa處誤差最大,誤差為1.4Pa， 問這臺壓力傳感器是否合格？根據(jù)50Pa處來計(jì)算精度等級（4）分辨力：傳感器的輸入從非零值緩慢增加時(shí)，在超過某一增量后，輸出發(fā)生可觀測得變化，這個(gè)輸入增量稱為分辨力。即能夠檢測到的最小輸入增量1. 對數(shù)字顯示的測量系統(tǒng)，分辨力是數(shù)字顯示的最后一位所代表的量度2. 對指針式測量儀表，分辨力與人們的觀察能力和儀表的靈敏度有關(guān)數(shù)字天平示數(shù)89.90g，可知分辨力是0.01g 最小檢測量：傳感器能確切

17、反映被測量的最低極限量。最小檢測量越小，表示傳感器檢測微量能力越高一般用相當(dāng)于噪聲電平若干倍的被測量為最小檢測量：M最小檢測量； C系數(shù)(一般取15)；N噪聲電平；K傳感器的靈敏度。（5）遲滯：在相同工作條件下作全測量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)當(dāng)中對應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程其輸出值間的最大偏差（6）重復(fù)性：重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度（7）零點(diǎn)漂移：傳感器無輸入（或某一輸入值不變時(shí)），每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值 （8）溫漂：傳感器在外界溫度下輸出量發(fā)出的變化動(dòng)態(tài)特性指傳感器對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性(1)零階傳感器的數(shù)學(xué)模型

18、 (2)一階傳感器的數(shù)學(xué)模型(3)二階傳感器的數(shù)學(xué)模型 第三章 應(yīng)變式傳感器應(yīng)變效應(yīng)，靈敏度系數(shù)k，溫度誤差及補(bǔ)償（知道單絲，雙絲電橋），測量電路（考計(jì)算），壓阻器件與應(yīng)變片工作原理的區(qū)別，3.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變片的電阻值為60、120、200等多種規(guī)格，以120最為常用應(yīng)變效應(yīng)：應(yīng)變絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化應(yīng)力 ：是和應(yīng)變直接相關(guān)的一個(gè)物理量，定義為物體單位面積的受力應(yīng)變：是應(yīng)力形變的簡稱，所指的是彈性材料在應(yīng)力作用下的相對形變；用符號 表示。 電阻應(yīng)變式傳感器: 利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化，從而實(shí)現(xiàn)電測非電量的傳感器軸向應(yīng)變?yōu)?徑向應(yīng)變軸向應(yīng)變與徑

19、向應(yīng)變的關(guān)系： 是導(dǎo)體材料的泊松比電阻應(yīng)變效應(yīng): 在金屬或半導(dǎo)體材料產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。應(yīng)變片通常把應(yīng)變絲制成柵狀的應(yīng)變敏感元件，簡稱應(yīng)變片。應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)（第22頁）由敏感柵1、基底2、蓋片3、引線4和粘結(jié)劑等組成1） 敏感柵：由金屬細(xì)絲繞成柵形2） 基底和蓋片基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置。 蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對位置，還可保護(hù)敏感柵3） 引線是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細(xì)金屬線4） 粘結(jié)劑用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起應(yīng)變片類型 （1）按加工方法：金屬絲式應(yīng)變片；金屬箔式應(yīng)變片 ；薄膜式應(yīng)變片金屬絲式：蠕變較大，金屬絲易脫膠，

20、逐漸被箔式所取代。但金屬絲式應(yīng)變片價(jià)格便宜，多用于大批量、一次性試驗(yàn)金屬箔式：金金屬箔柵很薄， 因而它所感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件表面的應(yīng)力狀態(tài)更為接近。箔式應(yīng)變片與金屬絲式的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時(shí)間測量時(shí)的蠕變較小，一致性較好薄膜式：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，可靠性好，精度高，容易做成高阻抗的小型應(yīng)變片，無遲滯和蠕變現(xiàn)象，具有良好的耐熱性和沖擊性能等。靜態(tài)特性 指應(yīng)變計(jì)感受不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)變時(shí)的輸出特性。表征靜態(tài)特性的指標(biāo)主要有：靈敏度系數(shù)、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后、蠕變、應(yīng)變極限等。主要特性1） 靈敏度系數(shù)：電阻相對變化與它所感受的應(yīng)變之間具有線

21、性關(guān)系2）橫向效應(yīng)：金屬絲式應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵， 測量應(yīng)變時(shí)， 構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化， 而其橫向應(yīng)變r(jià)也使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化。應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響， 又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)機(jī)械滯后：產(chǎn)生機(jī)械滯后的原因主要是敏感柵、基底和粘合劑在承受機(jī)械應(yīng)變后所留下的殘余變形所造成的零漂：粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)，在溫度保持恒定、不承受機(jī)械應(yīng)變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間而變化的特性，稱為應(yīng)變計(jì)的零漂。 蠕變：如果在一定溫度下，使其承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，應(yīng)變計(jì)電阻值隨時(shí)間而變化的特性，稱為應(yīng)變計(jì)的蠕變。應(yīng)變極限：在恒溫條件下，使非線性誤差達(dá)到10%

22、時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限溫度效應(yīng) 由溫度變化引起應(yīng)變計(jì)輸出變化的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變片的溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)產(chǎn)生的原因: 1. 溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變;2. 試件材料與敏感材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用都比較方便，但它必須在具有一定線膨脹系數(shù)材料的試件上使用，否則不能達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。（要推?dǎo)）雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片是由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負(fù)值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)?。這種應(yīng)變片的自補(bǔ)償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵

23、，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反得 電路補(bǔ)償法（溫度補(bǔ)償判斷用）為工作應(yīng)變片，為補(bǔ)償應(yīng)變片（不受力，但與在同一溫度情況下），R3、R4為常數(shù)，為固定電阻 得由于R1與R2所處環(huán)境溫度相同，造成R1t與R2t相同當(dāng)溫度升高或降低t時(shí)，由于R1與R2所處環(huán)境溫度相同,R1t=R2t，則此時(shí)電橋的輸出電壓為零，即被測試件不承受應(yīng)變時(shí)，溫度對電橋輸出無影響，有溫度補(bǔ)償作用若溫度升高或降低t時(shí)，被測試件有應(yīng)變作用，工作應(yīng)變片R1感受應(yīng)變，電阻變化R1，補(bǔ)償應(yīng)變片R2不承受應(yīng)變，可得輸出電壓為其他補(bǔ)償法：根據(jù)被測試件承受應(yīng)變的情況，可以不另加專門的補(bǔ)償塊，而是將補(bǔ)償片貼在被測試件上

24、，這樣既能起到溫度補(bǔ)償作用，又能提高輸出的靈敏度圖(a)為一個(gè)梁受彎曲應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片R1和R2的變形方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變絕對值相等，符號相反，將它們接入電橋的相鄰臂后，可使輸出電壓增加一倍。當(dāng)溫度變化時(shí)，應(yīng)變片R1和R2的阻值變化的符號相同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康奈濉?測量電路（計(jì)算用）直流電橋R1， R2 ，R3， R4為四個(gè)橋臂。 Uo是輸出電壓 （推導(dǎo)見第31頁，3-1-23，3-1-25,3-1-26）因故四個(gè)橋臂Z1、Z2、Z3、Z4按順時(shí)針為序，ac為電源端，bd為輸出端。當(dāng)橋臂接入應(yīng)變計(jì)時(shí)，即稱為應(yīng)變電橋當(dāng)U0=0時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，則有：R1

25、R3=R2R4，此即電橋平衡條件。根據(jù)此條件可分為以下三種情況：單臂工作電橋 雙臂工作電橋 P77全臂工作電橋 P77結(jié)論： Ø 單臂電橋電壓靈敏度最低，且存在非線性誤差。單臂電橋無法實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，必須另外增加一個(gè)補(bǔ)償塊； Ø 半橋差動(dòng)（相鄰橋臂應(yīng)變大小相等方向相反）時(shí)，輸出電壓靈敏度比單臂工作時(shí)提高了一倍，沒有非線性誤差，有溫度補(bǔ)償?shù)淖饔茫?Ø 全橋差動(dòng)（相鄰橋臂應(yīng)變大小相等方向相反，相對橋臂應(yīng)變大小相同方向相同）時(shí)，電壓靈敏度是單臂工作的4倍，無非線性誤差，具有溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?電橋電壓靈敏度定義為（計(jì)算用）：(ppt 56)例1：將四個(gè)性能完全相同的金屬絲

26、應(yīng)變片（靈敏系數(shù)K=2 ）粘貼在如圖所示的梁式測力彈性元件上。已知在距離梁的自由端為b的位置上應(yīng)變?yōu)?設(shè)P=100N，b=100mm,t=5mm ，w=20mm, 要求： （1）畫出四個(gè)應(yīng)變片的粘貼位置，并畫出相應(yīng)的測量橋路原理圖。 （2）求出各應(yīng)變片電阻相對變量。 （3）當(dāng)電橋供電電壓為6V，負(fù)載電阻為無窮大時(shí)，求橋路輸出電壓Uo （4）這種測量方法對環(huán)境溫度的變化是否有補(bǔ)償作用，為什么？ （1）為了提高靈敏度，將四個(gè)應(yīng)變片分成兩組，一組粘貼在梁的上表面，另一組粘貼在梁的下表面，應(yīng)變片中心與自由端之間的距離皆為b，如圖（a）所示。這樣做，可以使上、下兩組應(yīng)變片的應(yīng)變大小相等符號相反，相應(yīng)的測

27、量電橋如圖（b）所示。 （2） R1和R2粘貼在梁的上表面，感受拉應(yīng)變， R1和R2電阻的相對變化為： R3和R4粘貼在梁的下表面，感受壓應(yīng)變，與R1和R2的拉應(yīng)變大小相等，方向相反， 所以R3和R4電阻的相對變化為： （3）此時(shí)輸出電壓為： （4）具有溫度補(bǔ)償作用，因?yàn)樗膫€(gè)相同的電阻應(yīng)變片在相同的環(huán)境條件下，因溫度變化造成的電阻變化大小相等，符號相同，在全橋電路中不影響輸出電壓。 電阻應(yīng)變片可以測量：速度，加速度，壓力六。壓阻式傳感器與金屬應(yīng)變片式傳感器的區(qū)別應(yīng)變片式傳感器：將應(yīng)變片粘貼在試件上。當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，引發(fā)應(yīng)變片電阻值變化，通過測量電路將其轉(zhuǎn)換成電壓或電

28、流信號輸出（第20頁）壓阻式傳感器：單晶硅材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化（37頁）1）電子秤中所使用的應(yīng)變片應(yīng)選擇_B_應(yīng)變片；為提高集成度，測量氣體壓力應(yīng)選擇_D_；一次性、幾百個(gè)應(yīng)力試驗(yàn)測點(diǎn)應(yīng)選擇_A_應(yīng)變片。A. 金屬絲式             B. 金屬箔式C. 電阻應(yīng)變儀             D. 固態(tài)壓阻式傳感器2）應(yīng)變測量中，希望靈敏度高、線性好、有溫度自補(bǔ)償功能，應(yīng)選擇_C_測量轉(zhuǎn)換電路。A. 單臂半橋

29、   B. 雙臂半橋   C. 四臂全橋   D. 獨(dú)臂第四章 電容式傳感器三種類型，以變極板間距型為主（靈敏度，非線性誤差，差動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)）考計(jì)算，測量電路平行極板電容器的電容量為S 極板的遮蓋面積，單位為m2； 極板間介質(zhì)的介電系數(shù)； d兩平行極板間的距離，單位為m； 0 真空的介電常數(shù)，0 =8.854×10-12 F/m； r 極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)，對于空氣介質(zhì)， r 1。根據(jù)上述原理，在應(yīng)用中電容式傳感器可以有三種基本類型，即變極距(或稱變間隙）型、變面積型、變介電常數(shù)型。變極距(或稱變間隙）型 C C0.d/d

30、0靈敏度 K=C/d = C0/d0 = s/(d0)2非線性誤差為靈敏度：d0越大，傳感器的非線性誤差越小，即線性度越好，但靈敏度會(huì)降低為提高靈敏度和改善非線性，一般采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)靈敏度非線性誤差使用差動(dòng)式電容傳感器，不僅使靈敏度提高一倍，而且非線性誤差可以減小一個(gè)數(shù)量級例1 當(dāng)差動(dòng)式變極距型電容傳感器動(dòng)極板相對于定極板移 動(dòng)了d =0.75mm時(shí)，若初始電容C1=C2=80pF，初始距 離d=4mm，試計(jì)算其非線性誤差和靈敏度。若改為單平板 電容，初始值不變，非線性誤差和靈敏度為多大？差動(dòng)式變極距型電容量的相對變化為略去3次以上高次項(xiàng)，得差動(dòng)式變極距型電容量的相對變化為略去非線性項(xiàng)，得：若改

31、為單平板電容，電容相對變化為略去2次以上高次項(xiàng)，得變面積型 （ppt 8）靈敏度：靈敏度：變介電常數(shù)型 （ppt 16）（ppt 17）（ppt 18）（平板結(jié)構(gòu)公式有推導(dǎo)過程）（ppt19）書第48也可以看典型應(yīng)用（1）電容式壓力傳感器 （2）電容式加速度傳感器 第五章分為自感式的，互感式的（變壓器），差動(dòng)式變壓器與一般變壓器的區(qū)別，電渦流式原理（分為高頻反射式，低頻透射式），電渦流的應(yīng)用（轉(zhuǎn)速，振幅）電感式傳感器一.自感式傳感器（1）結(jié)構(gòu)：包括鐵芯、銜鐵、線圈三部分線圈電感： N為線圈的匝數(shù)，Rm為磁路總磁阻因磁導(dǎo)率和遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率，因此鐵芯磁阻遠(yuǎn)較氣隙磁阻小，故可簡化為 氣隙減小，電

32、感變大，電流變小 因 如果S保持不變，則L為的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙長度式自感傳感器若保持 不變，使S隨被測量（如位移）變化，則構(gòu)成變氣隙面積式自感傳感器由書第70頁圖5-1-3知：自感的變化與氣隙變化呈非線性關(guān)系；氣隙減少d所引起的自感變化L1與氣隙增加同樣d所引起的自感變化L2并不相等，即L1L2，d越大， L1和L2在數(shù)值上相差越大，即非線性越嚴(yán)重。為了保證一定的線性精度，只能工作在很小的區(qū)域， 因而只能用于微小位移的測量（2）特性分析 傳感器的初始?xì)庀队涀鱠0，銜鐵的位移量即氣隙變化量記作Dd，與之相對應(yīng)的自感的變化量記作L1（或L2），銜鐵處于起始位置時(shí)的電感值為 當(dāng)銜鐵上移時(shí), 傳感

33、器氣隙總長減小，即，則此時(shí)電感為L1= L0+L1：將上式展開成級數(shù)形式：得忽略高次項(xiàng)，僅取線性項(xiàng)，得：靈敏度為：若?。?）式線性項(xiàng)和二次項(xiàng)，得：（8）式的相對非線性誤差e為： 減少非線性的方法： 減少 ，但測量范圍也減少；增加 ，但靈敏度降低為了減小非線性誤差，實(shí)際測量中廣泛采用差動(dòng)變氣隙長度式電感傳感器當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，上面線圈的電感L1由式（3）給出，下面線圈的電感則為：L的具體表達(dá)式為：僅取（11）式線性項(xiàng)，得：靈敏度為：僅?。?1）線性項(xiàng)和三次項(xiàng)，相對非線性誤差為： 差動(dòng)電感傳感器的優(yōu)點(diǎn)： 1、差動(dòng)電橋能使變間隙式電感傳感器的非線性大大減??； 2、在同樣的工作范圍內(nèi)差動(dòng)電橋的非線性度

34、減小了，靈敏度提高了一倍； 3、組成差動(dòng)電橋測量電路，補(bǔ)償了溫度對兩個(gè)線圈參數(shù)的影響。二.互感式傳感器-差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓：當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)，理想條件下其輸出電壓為零。但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路時(shí)，在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值(從零點(diǎn)幾mV到數(shù)十mV)存在零點(diǎn)殘余電壓的存在造成零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)；零點(diǎn)殘余電壓輸入放大器內(nèi)會(huì)使放大器末級趨向飽和，影響電路正常工作等差動(dòng)變壓器與一般變壓器的區(qū)別：差動(dòng)變壓器的工作原理與一般變壓器基本相同。不同之點(diǎn)：一般變壓器是閉合磁路，而差動(dòng)變壓器是開磁路；一般變壓器原、副邊間的互感是常數(shù)（有確定的磁路尺寸），而差動(dòng)變壓器原、副邊之間的互感隨銜鐵移動(dòng)

35、作相應(yīng)變化。差動(dòng)變壓器正是工作在互感變化的基礎(chǔ)上。1）欲測量極微小的位移，應(yīng)選擇_A_自感傳感器。希望線性好、靈敏度高、量程為1mm左右、分辨力為1mm左右，應(yīng)選擇_C_自感傳感器為宜。A. 變隙式     B. 變面積式    C. 螺線管式2）希望線性范圍為±1mm，應(yīng)選擇線圈骨架長度為_B_左右的螺線管式自感傳感器或差動(dòng)變壓器。A. 2mm    B. 20mm    C. 400mm     D. 1mm3） 螺線管式自感傳感器采用差動(dòng)結(jié)

36、構(gòu)是為了_B_。A. 加長線圈的長度從而增加線性范圍 B. 提高靈敏度，減小溫漂C. 降低成本           D. 增加線圈對銜鐵的吸引力三.電渦流傳感器電渦流效應(yīng)：金屬導(dǎo)體置于交變磁場中時(shí)，導(dǎo)體表面就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的漩渦狀電流稱為電渦流形成電渦流必須具備的兩個(gè)條件： 存在交變磁場 金屬導(dǎo)體處于交變磁場中集膚效應(yīng)：電渦流在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布，而只集中在金屬導(dǎo)體表面。頻率f越高，電渦流滲透得越深，集膚效應(yīng)越嚴(yán)重電渦流傳感器分類：電渦流在金屬導(dǎo)

37、體內(nèi)的滲透深度與傳感器線圈的激勵(lì)信號頻率有關(guān)。故電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類高頻反射式傳感器的電渦流傳感器的等效電路（書89頁圖5-3-3） 傳感器線圈的等效阻抗為第90頁 圖5-3-4 固定頻率調(diào)頻諧振曲線，不接被測導(dǎo)體時(shí)，傳感器調(diào)諧為某一諧振頻率f0，當(dāng)接入被測導(dǎo)體時(shí)，回路失諧。被測體為非鐵磁材料或硬磁材料時(shí)，諧振曲線右移；當(dāng)被測體為軟磁材料時(shí)，諧振曲線左移從能量角度來看，在被測導(dǎo)體內(nèi)存在著電渦流損耗。會(huì)使等效阻抗Z降低，當(dāng)被測物體與傳感器的距離d改變時(shí)，傳感器等效阻抗Z,電感L均發(fā)生變化，于是把位移量轉(zhuǎn)換成電量低頻透射式電渦流傳感器由于低頻磁場集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l

38、(音頻范圍)電壓u1加到線圈L1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板,使線圈L2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢u2由于渦流消耗部分磁場能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢u2減少，當(dāng)金屬板越厚時(shí)，損耗的能量越大，輸出電動(dòng)勢u2越小。若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用u2的變化即可測厚度。四.應(yīng)用：被測參數(shù)：位移，震動(dòng)，厚度 變換量：傳感器線圈與被測體之間距離d被測參數(shù)：表面溫度，電解質(zhì)濃度 變換量：被測量電阻率被測參數(shù)：硬度，應(yīng)力 變換量：被測體的磁導(dǎo)率被測參數(shù)：損傷 變換量：d,，轉(zhuǎn)速測量：若轉(zhuǎn)軸上開z 個(gè)槽(或齒)，頻率計(jì)的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計(jì)算公式為第6章 壓電式傳感器壓電效應(yīng)（

39、正壓電效應(yīng)，逆壓電效應(yīng)），石英晶體的壓電效應(yīng)（x軸方向受力，y軸方向受力，電偶極距），壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，105頁等效電路，106頁接前置放大器的作用一.壓電式傳感器正壓電效應(yīng):某些晶體或多晶陶瓷，當(dāng)沿著一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。逆壓電效應(yīng):如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨著消失。也稱電致伸縮效應(yīng)。常見的壓電材料可分為兩類，即壓電單晶體和多晶體壓電陶瓷二.石英晶體的壓電效應(yīng)縱向軸Z稱為光

40、軸,也稱中性軸；光線沿此軸通過晶體無折射;經(jīng)過正六面體棱線，并垂直于光軸的X軸稱為電軸；垂直此軸的面上壓電效應(yīng)最明顯;與X軸和Z軸同時(shí)垂直的Y軸（垂直于正六面體的棱面）稱為機(jī)械軸。沿該軸機(jī)械變形最明顯.通常把沿電軸X方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)” 把沿機(jī)械軸Y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”，沿光軸Z方向受力則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 石英晶體產(chǎn)生壓電效應(yīng)的微觀機(jī)理 石英晶體具有壓電效應(yīng)，是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。晶格排列如下：硅離子Si4+和氧離子O2-相間排列在晶格的頂點(diǎn)。（1）當(dāng)FX=0時(shí):正、負(fù)離子（即Si4+和2O2-）正好分布在正六邊形頂角上，形成三個(gè)

41、互成120º夾角的偶極矩P1、P2、P3，如圖（a）所示。此時(shí)正負(fù)電荷中心重合，電偶極矩的矢量和等于零，即P1P2P30無外力作用時(shí)三對偶極矩互成120度角，合成偶極矩為零，不呈帶電性（2）當(dāng)晶體受到沿X方向的壓力（FX<0）作用時(shí)，晶體沿X方向?qū)a(chǎn)生收縮，正、負(fù)離子相對位置隨之發(fā)生變化，如圖（b）所示。此時(shí)正、負(fù)電荷中心不再重合，電偶極矩在X方向的分量為(P1+P2+P3)X>0；在Y、Z方向上的分量為（P1+P2+P3）Y=0 （P1+P2+P3）Z=0由上式看出，在X軸的正向出現(xiàn)正電荷，在Y、Z軸方向則不出現(xiàn)電荷。（3）當(dāng)晶體受到沿X方向的拉力（FX0）作用時(shí)，其變

42、化情況如圖（c），此時(shí)電極矩的三個(gè)分量為（P1+P2+P3）X<0；（P1+P2+P3）Y=0；（P1+P2+P3）Z=0。在X軸的正向出現(xiàn)負(fù)電荷，在Y、Z方向則不出現(xiàn)電荷。可見，當(dāng)晶體受到沿X(電軸)方向的力FX作用時(shí)，它在X方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，而Y、Z方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 晶體在Y軸方向力FY作用下的情況：當(dāng)FY0時(shí)，晶體的形變等效于X方向受壓；（圖b）當(dāng)FY0時(shí)，晶體的形變等效于X方向受拉。(圖c)所以，晶體在Y（即機(jī)械軸）方向的力FY作用下，在X方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，在Y、Z方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)晶體在Z軸方向力FZ的作用下，不改變晶體對稱性。電偶極矩矢量和等于零。即沿Z(即光軸)

43、方向的力FZ作用下，晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 沿電軸方向施加作用力時(shí)切片上產(chǎn)生的電荷多少與切片幾何尺寸無關(guān)； 沿機(jī)械軸方向施加作用力時(shí)切片上產(chǎn)生的電荷與切片幾何尺寸有關(guān)； 產(chǎn)生的電荷極性由施加的作用力是壓力還是拉力決定；三.壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷壓電效應(yīng)源于它具有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)的電疇結(jié)構(gòu)電疇是分子自發(fā)形成的區(qū)域，它有一定的極化方向，從而存在一定的電場。在無外電場作用時(shí)，各個(gè)電疇在晶體上雜亂分布，它們的極化效應(yīng)被相互抵消，因此原始的壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零在外電場的作用下，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，趨向于按外電場的方向排列，從而使材料得到極化，極化處理后陶瓷內(nèi)部仍存在有很強(qiáng)的剩余極化強(qiáng)度，但是

44、，當(dāng)把電壓表接到陶瓷片兩個(gè)電極上進(jìn)行測量，卻無法測出陶瓷片內(nèi)部存在的極化強(qiáng)度。這是因?yàn)樘沾善瑑?nèi)的極化強(qiáng)度總以電偶極距的形式表達(dá)出來，即在陶瓷一端出現(xiàn)正束縛電荷，另一端出現(xiàn)負(fù)束縛電荷。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來自外界的自由電荷。這些自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符號相反而數(shù)量相等，它起著抵消陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度對外界的作用。所以電壓表不能測出陶瓷片內(nèi)部的極化程度。正壓電效應(yīng)：在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向平行的壓力F，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮形變（圖中虛線），片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的距離變小，極化強(qiáng)度也變小。因此，原來吸附在電極上的自由電荷，有一部分被釋放，而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，

45、陶瓷片恢復(fù)原狀(這是一個(gè)膨脹過程)，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之間的距離變大，極化強(qiáng)度也變大，因此電極上又吸附一部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，或者由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是正壓電效應(yīng)。 逆壓電效應(yīng)： 若在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向相同的電場，如圖，由于電場的方向與極化強(qiáng)度的方向相同，所以電場的作用使極化強(qiáng)度增大。這時(shí)，陶瓷片內(nèi)的正負(fù)束縛電荷之間距離也增大，就是說，陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長形變。如果外加電場的方向與極化方向相反，則陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生縮短形變。這種由于電效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械效應(yīng)或者由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象，就是逆壓電效應(yīng)。注意：陶瓷內(nèi)的極化電荷為束縛電荷，而不是自由

46、電荷，這些束縛電荷不能自由移動(dòng)。所以在陶瓷中產(chǎn)生的放電或充電現(xiàn)象，是通過陶瓷內(nèi)部極化強(qiáng)度的變化，引起電極面上自由電荷的釋放或補(bǔ)充的結(jié)果。石英晶體的突出優(yōu)點(diǎn)：性能非常穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能也相當(dāng)好。弱點(diǎn)：價(jià)格昂貴，壓電系數(shù)小，靈敏度低影響壓電傳感器工作性能的因素：橫向靈敏度、安裝差異及基座應(yīng)變、環(huán)境溫度及濕度的影響、噪聲帶來的影響等等。 四.測量電路 相應(yīng)電壓為： 壓電傳感器也可以等效為電壓源Ua和一個(gè)電容器Ca的串聯(lián)電路，如圖 (b)。也可以等效為一個(gè)電荷源q和一個(gè)電容器Ca并聯(lián)電路，如圖(a) 為保證傳感器和測試系統(tǒng)有足夠好的低頻或準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)，要求并聯(lián)電阻足夠大，輸入回路時(shí)間常數(shù)足夠大，

47、所以要求前置放大器要有相當(dāng)高的輸入阻抗，否則傳感器的信號電荷將通過輸入電路泄漏，即產(chǎn)生測量誤差。故壓電傳感器不能測量靜態(tài)信號！五.前置放大器的作用：一、將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二、放大傳感器輸出的微弱電信號。 應(yīng)用：煤氣灶壓電點(diǎn)火器煤氣灶上的點(diǎn)火器有兩種。一種為有源點(diǎn)火器，要依靠干電池逆變電路產(chǎn)生高壓電火花；另一種是利用壓電陶瓷制成的。使勁扭動(dòng)打火按鈕，“撞擊塊”敲擊多塊串聯(lián)的壓電陶瓷，就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點(diǎn)燃煤氣。壓電陶瓷還可以制成電子打火機(jī)壓電材料：壓電晶體 如石英等單晶體材料；壓電陶瓷 如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；新型壓電材料 如壓電半導(dǎo)體(如硫化鋅),有機(jī)高分子材料等。

48、壓電材料特性參數(shù):壓電常數(shù): 衡量壓電性能強(qiáng)弱的參數(shù);彈性常數(shù): 決定固有頻率和動(dòng)態(tài)特性;介電常數(shù): 希望具有較大的介電常數(shù).電阻: 絕緣電阻減少電荷泄漏;電阻率改善低頻特性;居里點(diǎn)溫度: 開始喪失壓電特性的溫度;穩(wěn)定性: 環(huán)境溫度性;第九章 光電式傳感器光電效應(yīng)：這種因?yàn)槲樟斯饽芎筠D(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)就稱為光電效應(yīng)，可分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和阻擋層光電效應(yīng)三種類型。 外光電效應(yīng)：在光的照射下，使電子逸出物體表面而向外發(fā)射光電子發(fā)射的現(xiàn)象。 條件：光子能量大于該物體的表面逸出功?；谕夤怆娦?yīng)原理工作的光電器件：光電管、光電倍增管。光電管：陰極受到從光窗透進(jìn)的光照射

49、后，向真空發(fā)射光電子，這些光電子向陽極作加速運(yùn)動(dòng)，形成空間電子流。 光電管外接電源和適當(dāng)阻值的電阻，電阻上的電壓或電路中的電流都與光強(qiáng)成函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。停止光照，外電路將無電流輸出。光電倍增管：光照很弱時(shí)，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常常使用光電倍增管。光電倍增管的電流是逐級增加的。由于光電倍增管具有放大作用，因此適用做靈敏的弱光探測器內(nèi)光電效應(yīng)：在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化，物體受到光照后，其原子的外層電子脫離原子核的束縛，成為自由電子，這些電子只在物體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)逸出物體引起電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，也稱光電導(dǎo)效應(yīng)。（倍增電極多的可達(dá)30級）（1）光電導(dǎo)效應(yīng)

50、在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電阻率的變化基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻當(dāng)光照時(shí)，使光敏電阻的電導(dǎo)率變大，電阻率減小，電流增大（2）光生伏特效應(yīng)：在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢基于這種效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管（3）暗電阻：光敏電阻在室溫條件下，全暗后經(jīng)過一定時(shí)間測量的電阻值，稱為暗電阻。此時(shí)流過的電流，稱為暗電流 亮電阻：光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻。此時(shí)流過的電流稱為亮電流。亮電流與暗電流之差，稱為光電流 光敏電阻：暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。即暗電流要小，亮電流要大，這樣的光敏電阻靈敏度高，實(shí)際上，大多數(shù)暗

51、電阻超過1M，甚至100M，而亮電阻則可降到1K以下光電傳感器的類型 P180 光電傳感器按其接收狀態(tài)可分為模擬和開關(guān)式光電傳感器兩類。（1）模擬式光電傳感器 是基于光電元件的光電特性，其光通量是隨被測量而變，光電流就成為被測量的函數(shù)，故稱為光電傳感器的函數(shù)運(yùn)用狀態(tài)。 有吸收式、反射式、遮光式、輻射式（第180頁）（2）開關(guān)式光電傳感器 利用光電元件受光照或無光照時(shí)“有/無”電信號輸出的特性，將被測量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開關(guān)信號.該傳感器主要應(yīng)用于產(chǎn)品的自動(dòng)計(jì)數(shù)，光控開關(guān)，光電報(bào)警裝置等（例如181頁測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）（3）其他光電檢測器 電荷耦合器件(CCD，charge-coupled devic

52、e )是典型的固體圖象傳感器CCD圖像傳感器應(yīng)用：(1) 尺寸自動(dòng)檢測(2) 缺陷檢測第十章霍爾傳感器洛倫茲力 是運(yùn)動(dòng)于電磁場的帶電粒子所受的力。洛倫茲力可以用方程表達(dá)為F=q(E+v×B)其中， F是洛倫茲力， q是帶電粒子的電荷量，E是電場強(qiáng)度， v是帶電粒子的速度， B是磁感應(yīng)強(qiáng)度；應(yīng)用左手定則，磁感線穿過手心，當(dāng)四指指電流（正電荷）或（負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)反）方向時(shí)，大拇指方向?yàn)殡姾伤苈鍌惼澚Ψ较颍┗魻栃?yīng)：一塊長為l、寬為b、厚為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。由于洛

53、倫茲力fL的作用，電子將一側(cè)偏轉(zhuǎn)，并使該側(cè)形成電子的積累。而另一側(cè)形成正電荷積累，于是元件的橫向便形成了電場。該電場阻止了電子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當(dāng)電子所受到的電場力fE與洛倫茲力f;相等時(shí)，電子的積累達(dá)到平衡。這時(shí)在兩端面之間建立的電場稱為霍爾電場EH,相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH在磁場B中運(yùn)動(dòng)的電子將受到洛倫茲力：fL=evB 建立的霍爾電場EH對隨后的運(yùn)動(dòng)電子施加一電場力：fE=eEH=霍爾系數(shù)：霍爾靈敏度：霍爾電動(dòng)勢：kH為霍爾元件的靈敏度RH為霍爾傳感器的霍爾常數(shù)，其大小由載流材料的物理性質(zhì)決定?；魻栐撵`敏度不僅與元件材料的霍爾系數(shù)有關(guān)，還與霍爾元件的幾何尺寸有關(guān)， 一般要求霍爾元件靈

54、敏度越大越好。若磁場B和霍爾元件平面的法線成一角度，則作用于霍爾元件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度為B cos，因此：控制電流極a、b兩根引線稱為控制電流端引線，其焊接處稱為控制電流極（或稱激勵(lì)電極）。霍爾電極c、d兩根霍爾輸出引線，其焊接處稱為霍爾電極（要求歐姆接觸）。意義：與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，決定霍爾電勢的強(qiáng)弱。 靈敏度系數(shù)KH 與薄片的厚度d呈反比，因此為了提高靈 敏度系數(shù)，霍爾元件通常都做成很薄的薄片，但是不能認(rèn)為d越小越好，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致元件的輸入和輸出電阻增加霍爾元件基本特性 P147額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流使霍爾元件溫升10所施加的控制電流值稱為額定激勵(lì)電流。以霍爾片允許最大溫

55、升為限制所對應(yīng)的電流稱為最大允許激勵(lì)電流。輸入電阻和輸出電阻輸入電阻指控制電流極間的電阻值。 輸出電阻指霍爾電極間的電阻值。不等位電勢 當(dāng)霍爾元件通以控制電流I時(shí)，若磁場B=0，理論上霍爾電勢UH=0，但實(shí)際UH不等于0，這時(shí)測得的空載電勢稱不等位電勢U0。產(chǎn)生的原因： 霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上； 半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 控制電極接觸不良造成控制電流不均勻分布等霍爾傳感器應(yīng)用P150結(jié)構(gòu)簡單，形小體輕，使用方便間接的實(shí)現(xiàn)對 電流、磁場、位移、角度、轉(zhuǎn)速、壓力、功率 的測量）屬于四端元件的_C_。A. 應(yīng)變片  B. 壓電晶片  C. 霍爾元件 D. 熱敏電阻2）公式EH=KHIBcos 中的角是指_C_。A. 磁力線與霍爾薄片平面之間的夾角B. 磁力線與霍爾元件內(nèi)部電流方向的夾角C. 磁力線與霍爾薄片的垂線之間的夾角3）磁場垂直于