檢測(cè)功能與實(shí)際應(yīng)用

1、4.1 檢測(cè)裝置概述檢測(cè)裝置概述4.2 位移檢測(cè)傳感器位移檢測(cè)傳感器4.3 速度、加速度傳感器速度、加速度傳感器4.4 力、力矩傳感器力、力矩傳感器4.5 機(jī)械式定位、檢測(cè)裝置簡(jiǎn)介機(jī)械式定位、檢測(cè)裝置簡(jiǎn)介4.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成第四章第四章機(jī)電系統(tǒng)定位與檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)定位與檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)4.1測(cè)量系統(tǒng)的基本性能 n 將傳感器配合某些特定功能的電路，可以構(gòu)成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。 n在測(cè)量系統(tǒng)中，由于測(cè)量的范圍不同，而且測(cè)量系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)（包括傳感器與各級(jí)電路）都可能存在內(nèi)部的噪聲或受到外界的干擾，使測(cè)量系統(tǒng)的性能受到影響，因此需要用一些指標(biāo)來(lái)表示一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的性能。 精度 n精

2、度用三個(gè)指標(biāo)來(lái)說(shuō)明，即：準(zhǔn)確性、重復(fù)性和精度。 n準(zhǔn)確性描述測(cè)量器具測(cè)得值與被測(cè)量真值的偏差程度。n重復(fù)性描述測(cè)得值的分散程度。 n精度是準(zhǔn)確性與重復(fù)性的綜合。 (a) (b) (c)準(zhǔn)確性、重復(fù)性與精度準(zhǔn)確性、重復(fù)性與精度穩(wěn)定性 n穩(wěn)定性有兩個(gè)指標(biāo)。一是穩(wěn)定度，它表示在某一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)輸出值的變化；二是影響量，它表示外部環(huán)境和工作條件的變化所引起的測(cè)量系統(tǒng)輸出值的不穩(wěn)定。 n穩(wěn)定度指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（通常有每小時(shí)、每月、每年）工作環(huán)境條件不變的情況下，測(cè)量系統(tǒng)輸出值的變化程度。 n影響量指溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、電源電壓和電源頻率等環(huán)境因素變化所引起的測(cè)量系統(tǒng)輸出值的變化程度。 輸入輸出特性

3、 n靜態(tài)特性 n量程和測(cè)量范圍。通常用可測(cè)量上限與可測(cè)量下限的差來(lái)表示量程，而用區(qū)間可測(cè)量上限，可測(cè)量下限來(lái)表示測(cè)量范圍。 n靈敏度。靈敏度是測(cè)量系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，測(cè)量值增量與引起該增量的被測(cè)量增量之比，即輸入輸出特性曲線上各點(diǎn)的斜率（導(dǎo)數(shù)）。 n 線性度。用非線性誤差來(lái)度量特性曲線與擬合直線之間的偏差。 n 滯環(huán)誤差。滯環(huán)誤差又稱(chēng)回差、遲滯。反映被測(cè)量值增大過(guò)程（正行程）中輸出量值與被測(cè)量值減小過(guò)程（反行程）中輸出量值的差異。n過(guò)載能力：測(cè)量系統(tǒng)能夠承受的被測(cè)量的最大值。 靜態(tài)特性n非線性誤差n滯環(huán)誤差量程、測(cè)量范圍與靈敏度量程、測(cè)量范圍與靈敏度線性度線性度 滯環(huán)特性滯環(huán)特性 測(cè)量系統(tǒng) n測(cè)

4、量系統(tǒng)的任務(wù)是獲得機(jī)械電子系統(tǒng)內(nèi)部各種需要的狀態(tài)信息，并根據(jù)這些信息來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。 感知n獲取機(jī)械電子系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)信息只是測(cè)量的一部分，有些系統(tǒng)，尤其是自主型或智能型機(jī)械電子系統(tǒng)（如自主型機(jī)器人系統(tǒng)等），還需要獲取系統(tǒng)的外部的環(huán)境信息，并要求“理解”環(huán)境，這部分功能稱(chēng)為“感知”。n有時(shí)，除了“獲取”環(huán)境信息外，還要“理解”環(huán)境。 n測(cè)量與感知都是系統(tǒng)的測(cè)量部分，只是兩者對(duì)測(cè)量對(duì)象、測(cè)量范圍和測(cè)量的要求不同，在本書(shū)中測(cè)量模塊主要指的傳統(tǒng)測(cè)量方式，針對(duì)機(jī)械電子內(nèi)部狀態(tài)信息的測(cè)量，感知模塊則是指采用傳統(tǒng)測(cè)量方式和現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)對(duì)機(jī)械電子外部信息的測(cè)量。 測(cè)量技術(shù)的歷史1n測(cè)量技術(shù)并不是一門(mén)新的技

5、術(shù)，它可以追溯到開(kāi)始有商品交換的年代。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了更多的專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器以滿足人們對(duì)自然界研究的需要。 n在機(jī)械制造的手工時(shí)期，加工質(zhì)量（尺寸、幾何形狀、精度和表面粗糙度等）主要是保證尺寸合格。 n到了簡(jiǎn)單機(jī)械時(shí)期，由于蒸汽動(dòng)力的機(jī)床可以進(jìn)行小批量生產(chǎn)，因此提出了互換性的精密度要求。 n機(jī)械工業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展對(duì)測(cè)量系統(tǒng)提出了更高的要求，為了監(jiān)測(cè)一個(gè)機(jī)械裝置或一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，要求測(cè)量的物理量日益增多，如位移、速度、加速度、力、力矩、應(yīng)變、溫度、壓力、流量和液位等。 測(cè)量技術(shù)的歷史2n1798年美國(guó)技師兼工業(yè)家惠特尼（E. Whitney）為了完成萬(wàn)支來(lái)復(fù)槍的生產(chǎn)要求，提出了互換性的概念，并

6、進(jìn)行了互換性零件的生產(chǎn)； n1851和1852年英國(guó)的惠特沃思(J.B. Whitworth)展出了他制造的塞規(guī)和螺旋測(cè)微裝置；n1851年和1867年，美國(guó)人布朗(J.R. Brown)先后發(fā)明了游標(biāo)卡尺和千分尺（其精度為0.025毫米），并開(kāi)始成批地生產(chǎn)； n1898年瑞典人約翰遜(C.E. Johansson)制成了塊規(guī)， 1907年他進(jìn)一步將塊規(guī)同巴黎米原器的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái)。 測(cè)量技術(shù)的歷史3n最早的儀器本質(zhì)上都采用模擬方法，提供一些關(guān)于過(guò)程動(dòng)作的簡(jiǎn)單物理參數(shù)，而反饋則是由操作者完成的，操作者根據(jù)儀表讀數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，保持過(guò)程正常運(yùn)行。n進(jìn)一步的發(fā)展是自動(dòng)反饋控制機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，儀表逐漸與

7、過(guò)程統(tǒng)一于一體，儀表把信息反饋到控制器，而控制過(guò)程只需很少的人工干預(yù)就可調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作。測(cè)量技術(shù)的歷史4n在20世紀(jì)60年代后期，人們認(rèn)識(shí)到分散控制的優(yōu)點(diǎn)，并將繼電器用于生產(chǎn)過(guò)程控制。有一段時(shí)間，計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)共同使用，計(jì)算機(jī)主要作為中央單元依次接收來(lái)自各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的信號(hào)，起監(jiān)視作用。后來(lái)出現(xiàn)了帶有微處理器的可編程控制器和采用嵌入式微處理器的分布式控制系統(tǒng)。n20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使處理器的性能價(jià)格比大大提高。在許多情況下，現(xiàn)有的傳感器和換能器已不能滿足要求，從而導(dǎo)致新型傳感器和換能器的發(fā)展。今天人們往往把具有現(xiàn)場(chǎng)處理能力的敏感器件和信號(hào)處理電路甚至微

8、處理器集成在一個(gè)硅片上。 4.1測(cè)量系統(tǒng)的基本性能 n 將傳感器配合某些特定功能的電路，可以構(gòu)成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。 n在測(cè)量系統(tǒng)中，由于測(cè)量的范圍不同，而且測(cè)量系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)（包括傳感器與各級(jí)電路）都可能存在內(nèi)部的噪聲或受到外界的干擾，使測(cè)量系統(tǒng)的性能受到影響，因此需要用一些指標(biāo)來(lái)表示一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的性能。 動(dòng)態(tài)特性 n測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是衡量其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)，它表示當(dāng)被測(cè)物理量隨時(shí)間變化時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的輸出是否能及時(shí)、準(zhǔn)確地跟隨被測(cè)參量變化。 n測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性通常用微分方程來(lái)描述，分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的頻域方法和時(shí)域方法（如傳遞函數(shù)，或階躍響應(yīng)的上升時(shí)間和超調(diào)量等各種時(shí)域的指標(biāo)）均可用于測(cè)量系統(tǒng)

9、的動(dòng)態(tài)性能描述。 4.2測(cè)量方法 n測(cè)量方法指測(cè)量原理和測(cè)量方式的組合。n測(cè)量方法的分類(lèi)形式有多種。n按測(cè)量手段分類(lèi)有直接法、間接法；n按測(cè)量方式分類(lèi)有偏差式、零位式和微差式等；n按測(cè)量系統(tǒng)是否向被測(cè)對(duì)象施加能量作用可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式；n按敏感元器件與被測(cè)物體是否有機(jī)械接觸可分為接觸式和非接觸式；n按被測(cè)量是否隨時(shí)間變化可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。6.2測(cè)量方法 n測(cè)量方法指測(cè)量原理和測(cè)量方式的組合。n測(cè)量方法的分類(lèi)形式有多種。n按測(cè)量手段分類(lèi)有直接法、間接法；n按測(cè)量方式分類(lèi)有偏差式、零位式和微差式等；n按測(cè)量系統(tǒng)是否向被測(cè)對(duì)象施加能量作用可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式；n按敏感元器件與被測(cè)物體是否有

10、機(jī)械接觸可分為接觸式和非接觸式；n按被測(cè)量是否隨時(shí)間變化可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。直接法、間接法測(cè)量 n使用能對(duì)被測(cè)量做出直接反映的測(cè)量器具對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，這種方法稱(chēng)為直接測(cè)量法。 n在直接測(cè)量中，除測(cè)量器具之外，參與測(cè)量過(guò)程的量只有待測(cè)量本身。 n如果已知待測(cè)量與其它量有確定的函數(shù)關(guān)系，可以測(cè)其它量，然后再通過(guò)已知的函數(shù)關(guān)系求得待測(cè)量值，這種方法稱(chēng)為間接測(cè)量法。 n已知的函數(shù)關(guān)系可能是某種物理、化學(xué)規(guī)律，也可以是人為定義某種特定關(guān)系。 聯(lián)立測(cè)量法或組合測(cè)量法 n有時(shí)一個(gè)對(duì)象的若干個(gè)量值須同時(shí)測(cè)量，而已知的函數(shù)關(guān)系式數(shù)目較少，這種情形下往往需要直接、間接方法聯(lián)合使用。 n即用直接法測(cè)出能測(cè)的

11、幾個(gè)量值，代入已知函數(shù)關(guān)系式中求解出不易直接測(cè)的未知參數(shù)值。 n例如直流電功率的測(cè)量，以往是用間接法測(cè)量，直接測(cè)電流和電壓，然后由公式P=UI求功率。n直接測(cè)量簡(jiǎn)捷、迅速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，間接測(cè)量費(fèi)時(shí)多、手續(xù)繁，只是在不便直接測(cè)量的情形下才采用。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的間接測(cè)量手段可以實(shí)現(xiàn)直接化，使日益增多的對(duì)象能實(shí)時(shí)測(cè)量。 偏差式、零位式、微差式測(cè)量法 n事先標(biāo)定測(cè)量器具的起始點(diǎn)（通常為零點(diǎn)）。測(cè)量中，測(cè)量?jī)x表對(duì)待測(cè)量的反映是儀表某個(gè)輸出量相對(duì)于起始點(diǎn)的偏差。這種方法稱(chēng)為偏差式測(cè)量法 。n零位式測(cè)量法是將被測(cè)量與一個(gè)精度較高的標(biāo)準(zhǔn)量比較，用指零儀表來(lái)指示比較的結(jié)果，如果被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量相等，指零儀

12、表就指向零，否則指向正和負(fù) 。n微差式測(cè)量法綜合了偏差式的速度和零位式的精度的優(yōu)點(diǎn)。微差式測(cè)量法先將被測(cè)量X與標(biāo)準(zhǔn)量N比較，并取差值XN，然后用偏差式測(cè)量法求得偏差值，簡(jiǎn)單計(jì)算XN。如果N ，總的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度會(huì)很高。 4.3 測(cè)量誤差 n在任何測(cè)量過(guò)程中，都不可避免地要產(chǎn)生誤差。為了評(píng)估測(cè)得值的可靠程度，必須正確地估算誤差。n測(cè)量誤差是測(cè)得值X與真值X0之差X： XXX0 n實(shí)踐中，被測(cè)量真值X0是不知道的，所以只能估算測(cè)量誤差。 絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差 n絕對(duì)誤差為XXX0n實(shí)用中往往指出X的最小值，記為min，稱(chēng)為極限誤差，從而有 XminX0Xminn相對(duì)誤差為n相對(duì)誤差用于不同數(shù)量級(jí)、不

13、同類(lèi)型量的測(cè)量結(jié)果之間精確程度的比較。而絕對(duì)誤差只能用于判斷對(duì)同一被測(cè)量的測(cè)量精確程度。 0100%100%XXXX工具誤差和方法誤差 n工具誤差是由所使用的器具、儀表等工具不完善而造成的誤差。器具、儀表等越簡(jiǎn)陋，引起的工具誤差越大。n方法誤差是由于測(cè)量方法不當(dāng)或所依賴的理論有缺陷導(dǎo)致的誤差。例如把非線性特性當(dāng)作線性特性對(duì)待、或線性化處理不當(dāng)?shù)取?系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差 n系統(tǒng)誤差是在相同測(cè)量條件下多次測(cè)量同一被測(cè)量所呈現(xiàn)的有規(guī)律的誤差。工具誤差和方法誤差都屬于系統(tǒng)誤差。重新選擇測(cè)量方法、改用較高精度的工具可以減小工具誤差。 n隨機(jī)誤差是由一系列不易控制的偶然因素引起的測(cè)量誤差，故又稱(chēng)為

14、偶然誤差。 n系統(tǒng)誤差決定了測(cè)量準(zhǔn)確性；隨機(jī)誤差決定了測(cè)量重復(fù)性。 n粗大誤差是指測(cè)量結(jié)果中出現(xiàn)的明顯不符合事實(shí)或由于重大誤操作引起的誤差。 4.4 信號(hào)處理和信息管理 n在信號(hào)處理方面，由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，除了計(jì)算外，還增加了存貯等功能，因此使過(guò)去的數(shù)據(jù)計(jì)算變?yōu)榻裉斓男盘?hào)處理。 n由于傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的現(xiàn)場(chǎng)處理功能，使得各種補(bǔ)償?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。n現(xiàn)場(chǎng)處理功能還可以把測(cè)得的信號(hào)變換成便于在通訊線路上傳輸?shù)男问?，以便傳輸給主機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。n有現(xiàn)場(chǎng)處理能力的傳感器和換能器還可以作常規(guī)的自檢和自校。n主機(jī)甚至可以下放一些決策權(quán)給傳感器和換能器。 n由于應(yīng)用了先進(jìn)的信號(hào)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，發(fā)展出了所謂“

15、傳感器融合”和“數(shù)據(jù)融合”的概念，即用來(lái)自多個(gè)信息源的信息構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)的整體圖解。 4.5 測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) n機(jī)械電子系統(tǒng)中的測(cè)量系統(tǒng)大多是自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，它把檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理和顯示、故障診斷和報(bào)警、校驗(yàn)等技術(shù)結(jié)合在一起。往往是多個(gè)傳感器、多路信號(hào)有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，而不是若干臺(tái)儀器儀表的簡(jiǎn)單合并。 n自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)往往是在線、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)測(cè)量。另外，測(cè)量系統(tǒng)不應(yīng)對(duì)被測(cè)對(duì)象造成任何明顯的影響，為此常把盡量減少了體積的傳感器置于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，用某種連接方式在一定距離以外接收傳感器輸出的信號(hào)。 連接方式 測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)需要的因素 n確定所需的信息，同時(shí)確定為提供所需信息而測(cè)量的系統(tǒng)物理參數(shù)。n用諸

16、如線性度、精度、分辨率等指標(biāo)來(lái)衡量測(cè)量系統(tǒng)的特征、質(zhì)量及性能。n確認(rèn)所能容許的最差效果。n測(cè)算漂移對(duì)系統(tǒng)性能的影響，特別是零漂。n分析影響傳感器和換能器工作特性的環(huán)境因素，如溫度、干擾等。n成本預(yù)算。n信息傳送的形式和性質(zhì)。n系統(tǒng)的可靠性。n人機(jī)界面、測(cè)量模塊與其它模塊的界面。信息過(guò)多或信息不足 n第一種情況（即提供過(guò)多信息）是由于不斷提高測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量水平和不斷擴(kuò)大測(cè)量范圍所致，從而形成了一種以過(guò)分的高精度和高分辨率采集所有可以得到的信息的趨勢(shì)。結(jié)果使有用的數(shù)據(jù)混在大量無(wú)關(guān)的信息中，且由于這些無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)的存在，給系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。n第二種情況（即提供信息不足）大多因?yàn)閷?duì)測(cè)量在整個(gè)

17、系統(tǒng)中的功能和目的考慮不周所致。這種不能提供所需要全部信息的缺點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體功能的顯著下降。測(cè)量系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)要考慮的因素 n根據(jù)性能要求選擇測(cè)量方法。n選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱蛽Q能器。n考慮所需的現(xiàn)場(chǎng)處理功能。n與傳感器、換能器相配合的硬件和機(jī)械、電器裝置的規(guī)格及專(zhuān)用器材的制造。n有關(guān)的軟件及軟件編制。n整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須認(rèn)識(shí)到測(cè)量系統(tǒng)和整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)系，包括和其它子系統(tǒng)的聯(lián)系。 一個(gè)實(shí)例運(yùn)貨卡車(chē)懸掛系統(tǒng) n測(cè)量系統(tǒng)的任務(wù)是測(cè)出每個(gè)車(chē)輪相對(duì)于車(chē)身在垂直方向的位置、速度和加速度以及汽車(chē)行駛速度和轉(zhuǎn)向角度。這些信號(hào)都要送到微處理器中，并由此確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。 n最佳的測(cè)量方法是測(cè)量位移

18、和加速度，通過(guò)對(duì)加速度計(jì)的輸出進(jìn)行積分而得到速度。 n最佳選擇是：將一個(gè)可調(diào)直線式電感傳感器安裝在軸上，以把所需行程減少。n因?yàn)閭鞲衅饕资芑覊m、水和腐蝕性鹽的影響。因此，需要把傳感器安裝在一個(gè)封閉罩內(nèi)，以充分保護(hù)其不受環(huán)境的影響。 n應(yīng)在離懸掛系統(tǒng)較遠(yuǎn)的地方安裝一個(gè)信號(hào)處理器，并用雙絞線屏蔽電纜進(jìn)行通信。 另一個(gè)實(shí)例金屬塑性成形過(guò)程 n測(cè)量系統(tǒng)的任務(wù)是實(shí)時(shí)測(cè)量成形過(guò)程中的以下參數(shù)： n總變形力。n模具的錯(cuò)移力。n成形件特殊部位單位壓力的大小、方向。n壓力中心的位置。n相對(duì)應(yīng)的變形速度。金屬塑性成形過(guò)程測(cè)量系統(tǒng) n位移采用差動(dòng)式位移傳感器或光柵式位移傳感器來(lái)測(cè)量。 n通過(guò)對(duì)位移信號(hào)微分來(lái)得到設(shè)備

19、的加載速度信號(hào)，然后對(duì)成形件的變形量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，最后得到對(duì)應(yīng)于每一成形件、每一變形階段的變形速度。 n變形力和模具錯(cuò)移力分別采用4只和6只電阻片式測(cè)力傳感器來(lái)測(cè)量；特殊部位的單位壓力采用若干只特別的壓力傳感器來(lái)測(cè)量；通過(guò)對(duì)4只測(cè)變形力傳感器的安裝位置和測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算可以得到壓力中心位置。n由于傳感器的輸出信號(hào)很小，需經(jīng)由前置放大器、隔離放大器、高精度電源組成的信號(hào)處理電路加以處理，再經(jīng)過(guò)由A/D換能器和多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成的采集系統(tǒng)將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和處理，并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示。n計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)顯示需要編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的軟件。 思考題 n簡(jiǎn)述測(cè)量系統(tǒng)在機(jī)械電子系統(tǒng)中的重要性。

20、n測(cè)量系統(tǒng)有哪些主要指標(biāo)？n測(cè)量方法有哪些分類(lèi)形式？n請(qǐng)自己選擇一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)其測(cè)量方法，并說(shuō)明原因。4.5.1 概述 n在許多測(cè)量系統(tǒng)中，傳感器和轉(zhuǎn)換器都是用來(lái)獲取系統(tǒng)狀態(tài)信息的。本書(shū)采用以下定義，但在使用時(shí)通常不做嚴(yán)格區(qū)分。 n傳感器在測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)所測(cè)(特定)物理參數(shù)發(fā)生響應(yīng)的器件。n轉(zhuǎn)換器把能量和信息從系統(tǒng)某一部分傳送到系統(tǒng)另一部分的器件。在傳送過(guò)程的同時(shí)，能量形式也可能發(fā)生變化。數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)的預(yù)處理和后處理 n除了傳感器和轉(zhuǎn)換器，測(cè)量系統(tǒng)還包括一個(gè)預(yù)處理級(jí)和后處理級(jí) n預(yù)處理級(jí)是在信號(hào)與傳感器接觸之前提取信號(hào)特征，然后對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)、響應(yīng)并將輸入信號(hào)提供給傳感器。n從傳感器輸出的信

21、號(hào)經(jīng)過(guò)后處理級(jí)的處理后得到最終輸出信號(hào)。 一個(gè)實(shí)例轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) n從光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)帶有狹縫的圓盤(pán)(稱(chēng)為編碼盤(pán))后產(chǎn)生一系列的脈沖，換能器接收這些脈沖并將其轉(zhuǎn)換成電脈沖。n后處理級(jí)對(duì)一定時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并計(jì)算出編碼盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度。 可用于信息傳遞的能量形式n傳感器傳遞信息的物理基礎(chǔ)是能量轉(zhuǎn)化。有六種能量形式可用于信息傳遞。n輻射能包括所有的電磁波譜。主要參數(shù)有：頻率、相位、強(qiáng)度和極化方向等。n機(jī)械能主要參數(shù)有：距離、速度、尺寸和力等。n熱能可以利用多種溫度效應(yīng)和熱效應(yīng)。主要參數(shù)有熱容、潛熱和相變特性等。n電能主要參數(shù)有電流、電壓、電阻、電容和電感等。n磁能包括磁場(chǎng)參數(shù)，如磁場(chǎng)強(qiáng)度和

22、磁通密度等。n化學(xué)能涉及到物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為，主要參數(shù)有：濃度、晶體結(jié)構(gòu)和凝聚狀態(tài)等。 無(wú)源和有源傳感器 n根據(jù)能源利用情況，傳感器可分為無(wú)源(直接式)傳感器和有源(間接式)傳感器。n無(wú)源傳感器在轉(zhuǎn)換中不需要外界附加能量。n光電轉(zhuǎn)換裝置和熱電偶等直接式傳感器就是直接把輸入能量轉(zhuǎn)換成電能輸出的。n有源傳感器在轉(zhuǎn)換中需要外界附加能量。n應(yīng)變片和霍爾器件等間接式傳感器則需要附加能量以產(chǎn)生電信號(hào)。 傳感器和轉(zhuǎn)換器的分類(lèi) n根據(jù)功能分類(lèi) ，典型的被測(cè)量如下 n位移線位移和角位移。n速度線速度、角速度和流速等。n加速度振動(dòng)。n幾何量位置、長(zhǎng)度、面積、厚度、體積、表面粗糙度等。n質(zhì)量重力、負(fù)載、密度。n力靜

23、力、動(dòng)力、壓差、力矩、功率。n其它硬度、粘度。傳感器和轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)n根據(jù)性能分類(lèi) n性能可以用精度、穩(wěn)定性、線性度、靈敏度、量程等靜態(tài)性能和響應(yīng)特性的動(dòng)態(tài)指標(biāo)來(lái)評(píng)估。 n根據(jù)輸出信號(hào)分類(lèi) n模擬量輸出產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的輸出信號(hào)，信號(hào)的某些性質(zhì)直接與被測(cè)量大小有關(guān)。n數(shù)字量輸出產(chǎn)生一個(gè)串行的或并行的數(shù)字信號(hào)，信息可以在一些固定的時(shí)間間隔上提取，也可以按要求提取。n頻率輸出 產(chǎn)生的信號(hào)頻率是被測(cè)量的函數(shù)，輸出是連續(xù)波形或脈沖波形，可以用計(jì)數(shù)器和定時(shí)器將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式。n編碼輸出 可以產(chǎn)生各種不同的編碼信號(hào)，包括：振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、脈沖寬度調(diào)制和脈沖位置調(diào)制。傳感器的一般要求n足夠的容量傳感器的工作

24、范圍或量程足夠大；具有一定的過(guò)載能力。n靈敏度高，精度適當(dāng)即要求其輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)成確定的關(guān)系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求。n響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定，可靠性好。n使用性和適應(yīng)性強(qiáng)體積小，重量輕，動(dòng)作能量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)影響??；內(nèi)部噪聲小而又不易受外界干擾的影響；其輸出力求采用通用或標(biāo)準(zhǔn)形式，以便與系統(tǒng)對(duì)接。n使用經(jīng)濟(jì)成本低，壽命長(zhǎng)，且便于使用、維修和校準(zhǔn)。傳感器技術(shù)的發(fā)展 n傳感器技術(shù)的發(fā)展主要有：半導(dǎo)體硅材料傳感器、采用光纖的光學(xué)系統(tǒng)、壓電器件、超聲器件等等。 集成化智能傳感器簡(jiǎn)圖集成化智能傳感器簡(jiǎn)圖 傳感器技術(shù)的發(fā)展n固態(tài)轉(zhuǎn)換器 n光電轉(zhuǎn)換器

25、 n壓電轉(zhuǎn)換器 n超聲轉(zhuǎn)換器 n與接觸式測(cè)量相比，非接觸式測(cè)量有以下優(yōu)點(diǎn)：n減少了接觸爆炸性、放射性、毒性、腐蝕性或易燃物質(zhì)的危險(xiǎn)性。n避免了對(duì)藥物或食物等被測(cè)物的接觸污染。n簡(jiǎn)化了對(duì)傳感器和轉(zhuǎn)換器的維護(hù)。7.2電阻型傳感器 n電位器 n電位器有旋轉(zhuǎn)型和直線型兩種形式，它們可以用來(lái)測(cè)量直線位移或角位移。n在任何情況下，只要改變電位器的有效分壓比，就可以得到不同的輸出電壓。n構(gòu)成電位器的主要部分是大量緊繞的電阻線圈和一個(gè)滑動(dòng)觸頭。因此，線圈式電位器的分辨率是單位長(zhǎng)度繞圈數(shù)的倒數(shù)。 n要提高電位器的分辨率，可以使用金屬陶瓷電阻或?qū)щ娝芰媳∧ぁ?電位器與負(fù)載阻抗n當(dāng)把測(cè)量?jī)x表連接入輸出端時(shí)，相當(dāng)于給

26、輸出加了一個(gè)負(fù)載，將會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。n當(dāng)RLR2時(shí)，RoR2。因此，為了保證測(cè)量精度，通常次級(jí)（無(wú)論是測(cè)量?jī)x表還是信號(hào)處理電路）的輸入阻抗越大越好。 a)無(wú)負(fù)載無(wú)負(fù)載 b)有負(fù)載有負(fù)載o1i()ooRuuRR應(yīng)變片 n若將某種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料沿軸向拉伸，則它的長(zhǎng)度將沿加載方向發(fā)生變化，其電阻值也將隨之變化。n典型的電阻應(yīng)變片由一些電阻型金屬薄膜和基襯組成，基襯用來(lái)將所加載荷傳給應(yīng)變片。如果沿應(yīng)變片的軸向加載，那么將產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變，使得應(yīng)變片的有效長(zhǎng)度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻變化。 軸向加載的拉伸試樣軸向加載的拉伸試樣 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片 橋式測(cè)量電路n應(yīng)變式電阻傳感器常用來(lái)測(cè)量力、轉(zhuǎn)矩、壓力、加

27、速度等物理量。 n電阻的變化（即應(yīng)變）通常是由橋式電路測(cè)量的。n由應(yīng)變產(chǎn)生的不平衡電位為n對(duì)于電阻變化較小的情況：應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償n溫度的變化也會(huì)引起應(yīng)變片電阻的變化，因此在橋路上安裝帶補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變片與測(cè)量的應(yīng)變片具有相同的溫度特性，以消除溫度的影響，n補(bǔ)償應(yīng)變片應(yīng)安裝在離測(cè)量應(yīng)變片最近的地方，這就需要將兩個(gè)應(yīng)變片以適當(dāng)角度安裝在被測(cè)件上。 電阻式溫度傳感器 n電阻溫度計(jì)是阻性溫度轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)，它包括由一段鉑絲做成的小軸心，軸心被空心軸包圍。n金屬圈的熱慣量導(dǎo)致了其靈敏性較低、對(duì)溫度變化響應(yīng)速度慢等特點(diǎn)，因此它常用來(lái)測(cè)量穩(wěn)態(tài)溫度。n在如圖所示的典型應(yīng)用中，使電阻溫度計(jì)成為電橋的一個(gè)臂。因?yàn)闊犭娮?/p>

28、的阻值很小，而由溫度變化引起的阻值變化也非常小，所以由導(dǎo)線電阻和接觸電阻引入的誤差就不能忽略， 三線電橋電阻溫度計(jì)電路 n因此改用如圖所示的三線連接。圖中，電阻溫度計(jì)為Rt，導(dǎo)線電阻為r1、r2、r3，一般R1=R2=R為兩橋臂電阻，R3是調(diào)整電橋的精密電阻。n通常，連接在a、b端的測(cè)量?jī)x表的內(nèi)阻很大，故流過(guò)r3的電流近似于零。當(dāng)ua=ub時(shí)，電橋平衡，流過(guò)r3的電流為零，流過(guò)r1的電流也要流過(guò)r2，抵消其電壓降，如果讓r1=r2，并調(diào)整R3=Rt，即可以消除由導(dǎo)線電阻和接觸電阻引起的誤差。 半導(dǎo)體熱敏元件 n半導(dǎo)體熱敏元件是一種半導(dǎo)體電阻元件，其熱性能已知，通常用來(lái)測(cè)量范圍在-30200的溫

29、度。由于它體積小、熱慣量小，所以通常用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)溫度。n必須注意，在使用半導(dǎo)體熱敏元件時(shí)，由于熱敏元件本身的發(fā)熱會(huì)帶來(lái)誤差。n半導(dǎo)體熱敏元件的主要缺點(diǎn)是它的非線性特性，這限制了它的應(yīng)用范圍。但是，由于測(cè)量系統(tǒng)使用微處理機(jī)，這種固有的非線性可以用軟件來(lái)克服，使得半導(dǎo)體熱敏元件的應(yīng)用范圍大大增加。 7.3 電容式傳感器 n平行板電容器的電容量n0為真空狀態(tài)的介電常數(shù)，0=8.85410-12F/m，一般運(yùn)算中將干燥空氣的介電常數(shù)取為真空狀態(tài)的介電常數(shù)0；nr為絕緣材料的相對(duì)介電系數(shù)；nA為平行板的有效正對(duì)面積；n為兩平行板之間的距離。 0rAC 電容式傳感器的分類(lèi)n根據(jù)其改變參數(shù)不同，可將電容式傳

30、感器分為下三種：n改變極板之距離（間隙)的極距型傳感器;n改變極板遮蓋面積（A）的面積型傳感器；n改變電介質(zhì)之介電常數(shù)（r）的介質(zhì)型傳感器n電容式傳感器若按極板的形狀來(lái)分，可分為平板形和圓柱形兩種。n圓柱型電容器的電容量 r02lnCLbae ep電容傳感器的非線性n電容量C與兩極板間隙呈非線性關(guān)系。電容的變化量的測(cè)量 n電容電橋（交流）的輸出n另外，電容器也可以與一個(gè)振蕩器組合起來(lái)，作為一個(gè)調(diào)諧電路，電容值的改變將使振蕩頻率發(fā)生改變，其頻率改變量由一對(duì)諧振電路的輸出電壓差測(cè)出 。os2(2)CuuCC用電容傳感器測(cè)量壓力和壓差 n圖a)當(dāng)流體壓力使薄膜產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)，電容極板的間隙發(fā)生變化從而引

31、起電容量的改變 n圖b)當(dāng)需要測(cè)量壓力差時(shí)，特別是微小的壓力差時(shí)，常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的電容傳感器 a) 薄膜壓力計(jì)薄膜壓力計(jì) b) 薄膜壓差計(jì)薄膜壓差計(jì) dCCd2dCCd實(shí)例1發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的密封性能測(cè)試系統(tǒng) n因?yàn)楸粶y(cè)容器要求的保壓值較高，一般情況下密封性能也較好，如選用壓力傳感器則很難達(dá)到測(cè)量精度要求，因此選擇壓差傳感器 n在加壓過(guò)程穩(wěn)定后，關(guān)閉截止閥2和截止閥3。在一定時(shí)間間隔之后，如果被測(cè)容器的密封很好無(wú)泄漏，則傳感器輸出無(wú)偏差；如果有泄漏，則根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)讀數(shù)的大小來(lái)判斷產(chǎn)品是否合格 實(shí)例2測(cè)量液面高度 n用變介質(zhì)式的圓柱電容器測(cè)量液面高度 n當(dāng)液面高度變化時(shí)，會(huì)引起極間不同介質(zhì)0和r的界

32、面發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容的變化，且輸出電容與液面高度的數(shù)學(xué)表達(dá)式是一個(gè)線性關(guān)系。 7.4 電感式傳感器 n電感式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(因?yàn)闆](méi)有活動(dòng)電觸點(diǎn)，所以工作可靠)n測(cè)量范圍寬(可達(dá)幾百毫米)n靈敏度高(微米級(jí))n重復(fù)性好 電感式位移傳感器n電感式位移傳感器具有無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作位移傳感器具有無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。n線性可調(diào)差動(dòng)變壓器n線性可調(diào)電感傳感器n感應(yīng)同步器線性可調(diào)差動(dòng)變壓器 （LVDT）n線性可調(diào)差動(dòng)變壓器 （LVDT）有一個(gè)一次繞組和一

33、對(duì)二次繞組，鐵芯的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變一次繞組和二次繞組之間的耦合程度，進(jìn)而改變二次繞組感應(yīng)電壓的大小。n將二次繞組的輸出反相串聯(lián)，因?yàn)檩敵鲭妷簎o= u2- u1，再以差動(dòng)整流電路作為測(cè)量電路，則uo將按右圖所示的情況發(fā)生變化。差動(dòng)變壓器常被用來(lái)測(cè)位移。 線性可調(diào)電感傳感器 n這種傳感器使用線圈擾流器進(jìn)行工作。在100Hz或更高頻率下對(duì)線圈激磁，這時(shí)擾流器中感生的渦流會(huì)改變線圈的有效電感，且此電感是關(guān)于擾流器位置的函數(shù)。 n由于這種轉(zhuǎn)換器沒(méi)有用磁性材料，因此與其它電感轉(zhuǎn)換器相比，它受雜散磁場(chǎng)的影響較小，且消除了磁滯及磁場(chǎng)非線性，測(cè)量位移的范圍可達(dá)220mm。 a) 內(nèi)置式擾流器內(nèi)置式擾流器b) 外置式

34、擾流器外置式擾流器感應(yīng)同步器n直線式感應(yīng)同步器包括一個(gè)固定導(dǎo)軌（可達(dá)幾米長(zhǎng)）和一個(gè)滑塊。兩者由厚度為0.10.15mm的空氣隔開(kāi)，它們之間存在磁耦合?；瑝K上裝有一對(duì)繞組，兩繞組的相對(duì)距離成1/4節(jié)距，即90電角度。n當(dāng)在滑軌線圈上加一正弦信號(hào)時(shí)（頻率達(dá)幾千赫），滑塊繞組上將產(chǎn)生兩個(gè)電壓，兩個(gè)電壓的相位差是90，且電壓的大小隨滑塊位置的改變而改變，因?yàn)槔@組間的耦合是變化的，這種傳感器的輸出電壓，在一定條件下是呈正弦變化的。在幾毫米的距離內(nèi)，其分辨能力可達(dá)23m。 直線式感應(yīng)同步器 直線式感應(yīng)同步器直線式感應(yīng)同步器電感式速度傳感器 n永久磁鐵相對(duì)于線圈移動(dòng)，而線圈的感生電動(dòng)勢(shì)是磁鐵運(yùn)動(dòng)速度及線圈尺

35、寸的函數(shù)。 n當(dāng)需要測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度時(shí)可以采用直流或交流轉(zhuǎn)速表，其輸出電壓即直接與所測(cè)角速度成正比。 電感式傳感器的應(yīng)用7.5 熱電傳感器 n常用的熱電傳感器有熱電阻與熱電偶。 n當(dāng)導(dǎo)體所處的環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體的電阻值也會(huì)隨著溫度的變化而變化，熱電阻傳感器就是根據(jù)這一特性來(lái)測(cè)量溫度的。在工業(yè)應(yīng)用中，熱電阻傳感器常被用來(lái)測(cè)量-200500范圍的溫度。n熱電偶的工作原理：當(dāng)兩種不同金屬導(dǎo)線A與B的接觸點(diǎn)處被加熱或冷卻時(shí)，在不接觸的兩端就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這一電動(dòng)勢(shì)是接觸端與非接觸端之間的溫差T（T=T1-T0）的函數(shù)，且與所用的金屬有關(guān)。這就是溫差電勢(shì)效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為： eo=c1T+c2T

36、2+c3T 3+. 7.6光電傳感器 n從紅外到紫外的譜范圍內(nèi)，都能用光轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量，在大多數(shù)情況下其測(cè)量都是非接觸式的，并且能在惡劣的環(huán)境（諸如超高溫和電磁干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合）中工作。 電磁波譜電磁波譜光電測(cè)量系統(tǒng) n由光電傳感器構(gòu)成的光電測(cè)量系統(tǒng)的主要組成部分有將其他能量轉(zhuǎn)換為光的光源、光傳輸介質(zhì)、能夠?qū)⑤斎胛锢砹康哪芰哭D(zhuǎn)換為對(duì)光能特性進(jìn)行修正的轉(zhuǎn)換器、監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的光能特性變化的檢測(cè)器。 光電探測(cè)器 n光電探測(cè)器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，光電效應(yīng)可分為三種不同的類(lèi)型。n在光的照射下，物體的電阻（或電導(dǎo)）發(fā)生變化的現(xiàn)象被稱(chēng)為電導(dǎo)效應(yīng)或內(nèi)光電效應(yīng)，相應(yīng)的元件有光敏電阻；n在光的照射下，電子逸出物

37、質(zhì)表面的現(xiàn)象被稱(chēng)為光電發(fā)射效應(yīng)或外光電效應(yīng)，此類(lèi)器件有光電管、光電倍增管等；n在光的照射下，半導(dǎo)體PN結(jié)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)或光電流增加的現(xiàn)象被稱(chēng)為光伏效應(yīng)，光電池、光敏二極管和光敏三極管都屬于光伏效應(yīng)的器件。 光電探測(cè)器 n熱敏光電探測(cè)器通過(guò)監(jiān)測(cè)入射的輻射熱在探測(cè)器中所產(chǎn)生的熱進(jìn)行工作。典型的裝置（例如電阻式輻射熱測(cè)量計(jì)或熱電偶）響應(yīng)波長(zhǎng)范圍為0.330m，但其靈敏性較差、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng) 。n量子光電探測(cè)器利用入射光在探測(cè)器中產(chǎn)生電子空穴對(duì)來(lái)進(jìn)行工作。硅材料的量子光電探測(cè)器利用光電效應(yīng)或光導(dǎo)效應(yīng)工作。光電效應(yīng)是在PN結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)電壓，而光敏效應(yīng)則是利用入射能來(lái)改變材料的導(dǎo)電性能。 光電效應(yīng)探測(cè)器 n當(dāng)適當(dāng)

38、波長(zhǎng)的光線照射到如圖a)所示的PN結(jié)的耗盡層上時(shí)，會(huì)在PN結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)正比于光強(qiáng)的電位差。 a)受光照的受光照的PN結(jié)結(jié) b)光電特性光電特性 光電效應(yīng)探測(cè)器n根據(jù)光伏效應(yīng)的基本原理制成的光電效應(yīng)探測(cè)器有以下幾種：n光敏電阻 n光電池 n光電二極管 n光敏晶體管 n光電倍增管 n光電探測(cè)器的應(yīng)用較為廣泛，除了上面提到的一些例子之外，還可以用光電高溫計(jì)作為傳感器，通過(guò)測(cè)量由高溫輻射能量所引起的光電流來(lái)測(cè)量溫度；用光敏器件測(cè)量液體、氣體的透明度（混濁度）等。光敏電阻 n當(dāng)光線照射N(xiāo)型材料時(shí)，其導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化，這可以通過(guò)電橋來(lái)檢測(cè) 。n對(duì)于一定波長(zhǎng)的光線來(lái)說(shuō)，在一層二氧化硅（SiO2）上加上特殊

39、的材料就構(gòu)成了光敏電阻。常用的材料有銻化銦（InSb）（適合于波長(zhǎng)為7m的光線）和硫化鎘（CdS）（適合于波長(zhǎng)為0.7m的光線）。a) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) b) 用光敏電阻構(gòu)成的電橋用光敏電阻構(gòu)成的電橋 光電池 n光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換為電能的光電元件，許多材料都能制成光電池，但硅光電池由于其一系列的優(yōu)點(diǎn)用得最多。n硅光電池價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，適于接受紅外光。n硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低(0.02)、壽命短，適于接收可見(jiàn)光(響應(yīng)峰值波長(zhǎng)0.56m)，最適宜制造照度計(jì)。n砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽(yáng)光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它主要用于宇宙

40、飛船、衛(wèi)星、太空探測(cè)器等的電源。n硅光電池是在一塊N型硅片上，用擴(kuò)散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)，形成一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)PN結(jié)受到的照射光達(dá)到一定光強(qiáng)時(shí)，就會(huì)在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一定的電壓，即光生電動(dòng)勢(shì)。光電二極管 n光電二極管一般處于反向工作狀態(tài)，在沒(méi)有光照射的時(shí)候，光電二極管的反向電阻很大、反向電流很小。n而當(dāng)光線照射到反向偏置PN結(jié)的耗盡層或耗盡層的附近時(shí)，耗盡層中會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，偏置電壓和內(nèi)電場(chǎng)使電子和空穴運(yùn)動(dòng)而形成光電流。 a) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) b) 應(yīng)用應(yīng)用光電三極管（光敏晶體管） n光電三極管可以看成是一個(gè)光敏二級(jí)管與一個(gè)晶體管組成，兩管共用一個(gè)基極。光電二極管產(chǎn)生的反向電流成為三級(jí)管

41、的基極電流，三級(jí)管將其相應(yīng)地放大。光電三級(jí)管由于有了放大功能，因此其靈敏性得到了提高。 a) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) b) 應(yīng)用應(yīng)用光電倍增管 n光電倍增管是由一個(gè)真空管內(nèi)以及安裝在管內(nèi)的光電陰極、一系列的倍增電極和陽(yáng)極組成的。n當(dāng)入射光很微弱時(shí)，普通光電管產(chǎn)生的光電流很小，只有零點(diǎn)幾A，不容易探測(cè)，需要用光電倍增管對(duì)電流進(jìn)行放大。 n光照射陰極時(shí)，陰極釋放出的電子被倍增電極上所加的電壓加速，當(dāng)這些電子到達(dá)倍增電極時(shí)，倍增電極上釋放出更多的電子，導(dǎo)致電流的倍增。 光電耦合器n光電耦合器是由一發(fā)光元件和一光電傳感器同時(shí)封裝在一個(gè)外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件。n光電耦合器的結(jié)構(gòu)：采用金屬外殼和玻璃絕緣的結(jié)采用金屬外

42、殼和玻璃絕緣的結(jié)構(gòu)，在其中部對(duì)接，采用環(huán)焊構(gòu)，在其中部對(duì)接，采用環(huán)焊以保證發(fā)光二極管和光敏二極以保證發(fā)光二極管和光敏二極管對(duì)準(zhǔn)，以此來(lái)提高靈敏度。管對(duì)準(zhǔn)，以此來(lái)提高靈敏度。采用雙列直插式用塑料封裝的結(jié)采用雙列直插式用塑料封裝的結(jié)構(gòu)。管心先裝于管腳上，中間再構(gòu)。管心先裝于管腳上，中間再用透明樹(shù)脂固定，具有集光作用用透明樹(shù)脂固定，具有集光作用，故此種結(jié)構(gòu)靈敏度較高。，故此種結(jié)構(gòu)靈敏度較高。光電耦合器的組合形式該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，通常用于該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，通常用于50kHz以下工作頻率的裝置內(nèi)。以下工作頻率的裝置內(nèi)。該形式采用高速開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的高速光電該形式采用高速開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的高速光電耦合器

43、耦合器,適用于較高頻率的裝置中。適用于較高頻率的裝置中。該組合形式采用了放大三極管構(gòu)成的高該組合形式采用了放大三極管構(gòu)成的高傳輸效率的光電耦合器，適用于直接驅(qū)傳輸效率的光電耦合器，適用于直接驅(qū)動(dòng)和較低頻率的裝置中。動(dòng)和較低頻率的裝置中。該形式采用功能器件構(gòu)成的高速、高傳該形式采用功能器件構(gòu)成的高速、高傳輸效率的光電耦合器。輸效率的光電耦合器。檢測(cè)器陣列 n如果把光電二極管排成一維或二維陣列，則當(dāng)光電二極管陣列受到光照時(shí)，每一個(gè)光電二極管中的電荷積累速率與它所受的光強(qiáng)成正比，這樣就形成了圖像陣列。 n圖像信息可以用下述方法提取出來(lái)。光電編碼器 n混合式編碼器混合式編碼器增量式旋轉(zhuǎn)編碼器 n從光源

44、發(fā)出的光，先通過(guò)圓盤(pán)上的窄縫到光電二極管進(jìn)行預(yù)處理。圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，照到二極管上的光依次輸出一系列的脈沖，通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)可以算出圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)的角度。圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向可以根據(jù)兩個(gè)光電二極管的明暗變化相位差確定， 增量式直線編碼器 n增量式直線編碼器通常利用莫爾條紋干涉帶進(jìn)行工作。在一塊長(zhǎng)條型的光學(xué)玻璃上均勻地刻上明暗相間、寬度相等的線條，就構(gòu)成了一條光柵。光柵相對(duì)來(lái)說(shuō)比較便宜，且分辨率能達(dá)到微米數(shù)量級(jí) 。n把兩個(gè)相同的光柵疊在一起，并使它們以一個(gè)角度相交，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)明暗相間的條紋，即莫爾條紋。利用光柵具有莫爾條紋的特性，可以通過(guò)測(cè)量莫爾條紋的移動(dòng)數(shù)來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)光柵的相對(duì)移動(dòng)。 位置式(絕對(duì)式)編碼器 n

45、位置式編碼器不像增量式編碼器，它不需要任何外部參照。在需要隨時(shí)了解物體確切位置的場(chǎng)合下，常用這種編碼器。但是，當(dāng)編碼器用于轉(zhuǎn)數(shù)超過(guò)一周時(shí)，就需要一個(gè)記錄轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)數(shù)器。 n如圖a)所示為一個(gè)典型的采用雷格編碼（反射碼）的8位旋轉(zhuǎn)式位置編碼器，它比圖b)所示的二進(jìn)制編碼器更為優(yōu)越，因?yàn)槎M(jìn)制編碼在任何變化時(shí)只有一位發(fā)生變化，這就有可能在變化時(shí)因錯(cuò)讀位而產(chǎn)生誤差。 實(shí)際編碼器的碼盤(pán)增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的碼盤(pán)增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的碼盤(pán)絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器的碼盤(pán)絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器的碼盤(pán)直線編碼器的結(jié)構(gòu)和光柵混合式光柵原理圖混合式光柵原理圖增量式光柵增量式光柵絕對(duì)絕對(duì)-混合式光柵混合式光柵絕對(duì)式條紋絕對(duì)式條紋增量式條紋

46、增量式條紋7.7 固體傳感器 n技術(shù)的發(fā)展使得制造多種固體傳感器成為現(xiàn)實(shí)。由于硅對(duì)許多物理現(xiàn)象都具有敏感性，因此可做成多種傳感器。 n磁場(chǎng)的測(cè)量 霍爾器件磁敏電阻 磁敏二極管 磁敏三極管 n溫度的測(cè)量熱敏電阻熱敏二極管 熱敏三極管 硅熱電堆 固體高溫計(jì) 霍爾器件 n當(dāng)通電半導(dǎo)體薄片置于與它表面相垂直的磁場(chǎng)時(shí)，半導(dǎo)體材料內(nèi)部的載流子由于外加磁場(chǎng)的影響而受到洛倫茲力的作用，于是在半導(dǎo)體表面就產(chǎn)生一個(gè)與磁場(chǎng)和電流方向都垂直的電勢(shì)差。霍爾電壓的極性由半導(dǎo)體的材料（P型或N型）、電流方向和磁場(chǎng)方向決定。 n把金屬氧化物場(chǎng)半導(dǎo)體效應(yīng)管(MOSFET)的柵極面積加大，再置入霍爾接觸電極，也能實(shí)現(xiàn)霍爾效應(yīng)，如

47、右圖所示。 磁敏電阻 n磁敏電阻利用的是某些鐵磁性材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)的電阻率變化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可以用薄膜技術(shù)實(shí)現(xiàn) 。n與霍爾器件相比，磁敏電阻傳感器能檢測(cè)到的磁場(chǎng)更弱，這使得它能被用作磁存儲(chǔ)介質(zhì)的讀磁頭。n磁敏電阻可以用于無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的測(cè)量，還可以與一塊永久磁鐵配合用于物體定位。n磁敏電阻易受溫度影響，使用時(shí)必須加上適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償。 磁敏二極管和磁敏三極管n磁敏二極管 n二極管處于磁場(chǎng)中時(shí)，其特性會(huì)有變化。磁場(chǎng)能使載流子以不同的復(fù)合速率注入、流出P區(qū)和N區(qū)。n磁敏三極管n外磁場(chǎng)不存在時(shí)，兩個(gè)集電極均分電流。若把該芯片置于外磁場(chǎng)中，電流在兩個(gè)集電極中的分配將不再均等。兩集電極電流之差是外

48、加磁場(chǎng)的線性函數(shù)。 熱敏電阻 n鐵、鈷、鉻、鎂、鎳、鈦這類(lèi)材料的半導(dǎo)體氧化物的電阻隨溫度呈指數(shù)變化： R=R0exp(1/T1/T0)式中 R為溫度為T(mén)時(shí)熱敏電阻的電阻值； R0為溫度為T(mén)0時(shí)熱敏電阻的電阻值。 n因?yàn)檫@一溫度特性是高度非線性的，所以此類(lèi)材料要作溫度測(cè)量時(shí)，必須加適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。n負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的一種應(yīng)用就是對(duì)其它器件的正溫度系數(shù)作補(bǔ)償。 n熱敏電阻價(jià)格低，體積也很小，因而熱慣性小，能對(duì)溫度變化快速反應(yīng)。它們常被用在電橋電路中。熱敏二極管 n半導(dǎo)體熱敏二極管的公式是 Uj=kT log(I/Is)/q 式中 Is為反向漏電流； q為電子電荷(q=1.60210-19)； Uj為

49、PN結(jié)電壓； k為波爾茲曼常數(shù)(k=1.3810-23 J/K)； T為熱力學(xué)溫度。n熱敏二極管的靈敏度達(dá)10mV/K數(shù)量級(jí)。其測(cè)量范圍受到反向漏電流Is的限制，后者隨溫度變化。 n對(duì)于硅材料來(lái)說(shuō)，25時(shí)Is為25nA，每上升7，Is就幾乎增加一倍。 熱敏三極管 n如果集電極電流保持恒定，則基極射極電壓Ube隨溫度幾乎呈線性地變化。 Ube=1.27KtT 式中，Kt為常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度（K） 溫差電動(dòng)勢(shì)效應(yīng) n兩種不同的半導(dǎo)體材料，其聯(lián)結(jié)處相對(duì)于參考溫度被加熱或冷卻時(shí)，在參考端會(huì)有一電壓出現(xiàn)，這一電壓是溫差T和該系統(tǒng)溫差電勢(shì)系數(shù)的函數(shù) Uo=sT 式中，s為系統(tǒng)的溫差電勢(shì)系數(shù)（V/K）；

50、T為溫差，T=T1-T2。 n應(yīng)用溫差電勢(shì)效應(yīng)的硅熱電堆已經(jīng)問(wèn)世，用于實(shí)測(cè)電流的有效值，也可測(cè)流量、檢測(cè)輻射等。固體高溫計(jì) n當(dāng)鋯鈦酸鉛這類(lèi)材料薄片在電場(chǎng)中被加熱到恰好低于其居里溫度時(shí)，材料內(nèi)的晶體就沿外加電場(chǎng)的方向取向，這一極化現(xiàn)象將一直保持到材料冷卻，這就是高溫生電效應(yīng)，它成為許多固體高溫計(jì)的工作原理。 n固體高溫計(jì)可以視為一個(gè)熱敏電容與一個(gè)阻值很大的非線性電阻并聯(lián)，電阻的特性為 r=T(A/C) 式中，為材料高溫生電溫度系數(shù)； A為材料薄片的截面積； C為電極間電容； T為非線性電阻的溫度。7.8壓電傳感器和超聲換能器 n壓電器件 n加速度的測(cè)量 n濕度的測(cè)量 n超聲系統(tǒng) n超聲波源 n

51、超聲波的耦合 n超聲波接收器 n超聲法測(cè)流量 n多普勒流量計(jì) n傳遞時(shí)間流量計(jì) n超聲法測(cè)距離 壓電器件 n某些材料的晶體和某些聚合物在受到外力的作用而變形時(shí)會(huì)在一些特定的晶面之間產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。這類(lèi)材料有石英、酒石酸鉀鈉、鋯鈦酸鉛陶瓷、鈮酸鉀鈉，聚乙二烯等等。n反之，如果加上電壓，這類(lèi)晶體就會(huì)發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，即壓電效應(yīng)是可逆的，因此這個(gè)現(xiàn)象也被稱(chēng)為逆效應(yīng)。它是許多敏感器件和換能器的基本原理。 加速度的測(cè)量 n加速度計(jì)的兩種典型構(gòu)造如圖所示。n加速度的作用是使振動(dòng)塊對(duì)壓電材料施加一個(gè)作用力，壓電材料便產(chǎn)生出電荷。這些電荷再由電荷放大器檢測(cè)出來(lái)。 電荷放大器 n電荷放大器的原理如圖

52、a)所示。電荷放大器的突出特點(diǎn)是：輸出電壓正比于振子的加速度，而與傳輸電纜的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。假定放大器是理想的，則有： e0=Sqa/Cf 式中，Sq為加速度計(jì)的電荷靈敏度；a 為加速度；Cf為反饋電容。 n對(duì)于實(shí)際的電荷放大器,還要引入反饋電阻Rf以防反饋電容Cf上積累電荷，如圖b)所示。 加速度計(jì)對(duì)被測(cè)物的影響 n為了提高測(cè)量精度，加速度計(jì)本身的質(zhì)量要盡可能小，不致給被測(cè)物體附加過(guò)大的負(fù)荷。加速度計(jì)對(duì)被測(cè)物的影響近似表示為下列公式 ： a1=a2(ms+ma)/ms f1=f2(ms+ma)/ms1/2 n式中，a1、a2為分別為不安裝加速度計(jì)和安裝上加速度計(jì)時(shí)的加速度；nf1、f2為分別為不安

53、裝加速度計(jì)和安裝上加速度計(jì)時(shí)的諧振頻率；nms為被測(cè)物的質(zhì)量；nma為加速度計(jì)的質(zhì)量，通常加速度計(jì)的質(zhì)量不應(yīng)大于被測(cè)物質(zhì)量的1/10 濕度的測(cè)量 n如果用易吸濕的材料包覆在壓電晶體振蕩器上，振蕩器的固有頻率就會(huì)隨吸濕材料所吸附的水分而變化。按圖中的辦法，把兩只固有頻率相等的晶體接至運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，其中一只晶體覆以吸濕材料，另一只置于穩(wěn)定的環(huán)境中，這兩只晶體振蕩器的差頻就能反映濕度。 超聲波源 n1) 壓電超聲源n在壓電材料晶體某些恰當(dāng)?shù)谋砻嫔霞由辖涣麟妷簳r(shí)，它會(huì)作機(jī)械振動(dòng)。當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的頻率等于晶體的共振頻率時(shí)，振動(dòng)幅度達(dá)到最大。諧振頻率和幅度由兩個(gè)激勵(lì)電極之間的晶體厚度而定，若晶體厚度

54、等于其內(nèi)部的機(jī)械波波長(zhǎng)之半，就會(huì)發(fā)生共振，于是共振產(chǎn)生的超聲能量就輻射出來(lái)。 n如果把若干塊晶體鑲嵌在一起，構(gòu)成的輻射面就會(huì)更大些，這樣可以增強(qiáng)晶體表面上輻射出的超聲波能量。n還可以用陶瓷材料把超聲波源做成某種形狀，能夠把能量聚為一束，在一個(gè)很小的面積上產(chǎn)生高強(qiáng)度的超聲能。 超聲波源n2) 磁致伸縮超聲源 n把磁致伸縮材料置于磁場(chǎng)中，能引起材料沿磁場(chǎng)方向的幾何尺寸變化。這種效應(yīng)使磁致伸縮材料能做成超聲波源。 n先通以直流電流使磁芯產(chǎn)生一個(gè)初始伸展，而后疊加上交流信號(hào)。處于諧振狀態(tài)時(shí)，沿變換器長(zhǎng)度上的某些點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)波節(jié)，變換器安裝就利用這些波節(jié)點(diǎn)。選波節(jié)點(diǎn)處安裝可以避免能量的損失，但是總的效率要

55、比壓電超聲源的效率低，因?yàn)樵诖胖律炜s磁芯中還有能量損耗。 超聲波源n3)機(jī)械超聲波源n汽笛的原理是用機(jī)械辦法阻斷通過(guò)一串小孔的氣流，能以約30kHz的頻率發(fā)出幾百瓦的超聲功率，效率約為70%左右?？诘牙玫氖菤饬鞯膭?dòng)能，可以發(fā)出幾瓦的功率，頻率為4050kHz數(shù)量級(jí)，效率比汽笛低。n4) 電磁和靜電超聲源n電磁和靜電超聲源的構(gòu)造與普通的音頻揚(yáng)聲器相似。它能產(chǎn)生超音頻頻率，在某些場(chǎng)合獨(dú)具長(zhǎng)處，在如高溫環(huán)境下。 超聲法測(cè)流量 n超聲法是一種無(wú)損測(cè)量方法，它可以用于測(cè)量管道中的流體流量。有許多方法可以采用，其原理相差很大，選用哪一種方法須根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合而定。n要使超聲流量計(jì)有效地工作，測(cè)量點(diǎn)處管道

56、內(nèi)的流體流場(chǎng)必須是穩(wěn)定的，也就是說(shuō)在測(cè)量點(diǎn)以前要有一定長(zhǎng)度的直管，使流體截面能夠穩(wěn)定。多普勒流量計(jì) n當(dāng)發(fā)射端以頻率fs發(fā)射一個(gè)超聲波時(shí)，由于流體中存在著的散射粒子（如固體小顆粒、氣泡、漩渦等），這些粒子將以頻率fs振動(dòng)。散射粒子隨流體一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使接收到的頻率產(chǎn)生一定的頻移，頻移是這些散射粒子運(yùn)動(dòng)速度的函數(shù)，于是就可測(cè)量流速。n若已知聲波在管道內(nèi)流體的傳播速度為c，且散射粒子的尺寸為l，超聲波的波長(zhǎng)必須小于l，根據(jù)上述條件可以求出fs。當(dāng)管道內(nèi)流體以速度v流動(dòng)時(shí)，由流體流動(dòng)引起的頻率差為： s2 cosvffc 傳遞時(shí)間流量計(jì) n信號(hào)逆流傳遞時(shí)間與順流傳遞時(shí)間不同，這兩者之差是流速的函數(shù)。

57、傳遞時(shí)間差可以直接由相位移或頻移測(cè)出。測(cè)頻移的優(yōu)點(diǎn)是不必知道流體的傳聲特性。 fu1/tu(VsVf cos)/d fd1/td(VsVf cos)/d 頻率差為 ffdfu(2Vf cos)/d 式中，tu為逆流傳遞時(shí)間；td為順流傳遞時(shí)間；Vs為該種流體的聲傳導(dǎo)速率；Vf為流體流速；fu為信號(hào)逆流傳播的實(shí)際頻率；fd為信號(hào)順流傳播的實(shí)際頻率。 超聲法測(cè)距離 n超聲測(cè)距儀測(cè)的是發(fā)射脈沖和反射脈沖之間的時(shí)間間隔。設(shè)媒質(zhì)的聲速為Vs，時(shí)間間隔為t，發(fā)射處到目標(biāo)的距離為 d=Vst 反射時(shí)為 d=Vst/2 n由于聲波在各種材料的傳遞速度不同，而且隨溫度變化，所以必須引入適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償以使誤差最小。7

58、.9 傳感器的線性化 n為了保證傳感器在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)有相同的靈敏度，也為了便利在界面上顯示，往往希望傳感器輸入量與輸出量之間有線性關(guān)系。但是許多傳感器的輸入輸出特性不是線性的。除了在傳感器制造工藝上采取一定措施之外，在測(cè)量系統(tǒng)中也要采用一些技術(shù)使傳感器輸入輸出特性盡量接近線性?？刹捎玫募夹g(shù)有模擬和數(shù)字兩大類(lèi)。n模擬線性化技術(shù) n開(kāi)環(huán)式校正法 n閉環(huán)反饋式校正法 n數(shù)字線性化技術(shù) 計(jì)算法 查表法 插值法 模擬線性化技術(shù) n開(kāi)環(huán)式校正法 n在預(yù)放大器之后增加一個(gè)校正級(jí)，校正級(jí)的輸入輸出特性u(píng)=g(u2)應(yīng)該與傳感器輸入輸出特性u(píng)1=f(x)的反函數(shù)有關(guān)。n閉環(huán)反饋式校正法n反饋校正環(huán)節(jié)的輸入輸出

59、特性 ufg(uo)可以用解析法求出，也可以用圖解法求得。 數(shù)字線性化技術(shù)n（1） 計(jì)算法n計(jì)算法適用于傳感器非線性輸出輸入特性解析式已確知的情形。用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)學(xué)表達(dá)式的計(jì)算即可。這種方法有時(shí)使實(shí)時(shí)性受限制。n（2）查表法n如果傳感器的輸入輸出特性解析式難以得到，或者解析式過(guò)于冗長(zhǎng)，可以采用查表法。當(dāng)然，數(shù)據(jù)表要占存儲(chǔ)空間，且數(shù)據(jù)表上標(biāo)定的數(shù)據(jù)點(diǎn)間隔越小，數(shù)據(jù)量就越大，需要的存儲(chǔ)容量也越大，查表過(guò)程也就越費(fèi)時(shí)。n（3）插值法n為了保證足夠的精度，除加密標(biāo)定數(shù)據(jù)點(diǎn)外，還要在相鄰數(shù)據(jù)之間用各種插值，這又要增加處理時(shí)間。n各種數(shù)字線性化技術(shù)可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以做成專(zhuān)用芯片，用硬件實(shí)現(xiàn)。 思考題 n

60、有一大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為了保持風(fēng)力機(jī)在最佳的狀態(tài)下工作，需要測(cè)量當(dāng)前的風(fēng)速和風(fēng)向，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。試設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)速風(fēng)向傳感器。n在某一化工生產(chǎn)的煉油裝置中，有一個(gè)行程為600mm長(zhǎng)的液壓缸，這個(gè)液壓缸的活塞桿位置需要根據(jù)化工生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力等變量不斷地被調(diào)整?？紤]化工生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，試為該液壓缸選用一個(gè)合適的傳感器，并說(shuō)明理由。n在有較大粉塵和油污、且對(duì)安裝無(wú)特殊要求的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，如果要測(cè)量某一旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速，應(yīng)選擇哪種傳感器？n為了節(jié)省能源，需要根據(jù)自然光的亮度來(lái)開(kāi)、關(guān)路燈，即只有在夜間或天氣很暗的時(shí)候才打開(kāi)路燈，應(yīng)該用何種器件來(lái)控制路燈的開(kāi)、關(guān)？思考題n某煉油廠有一個(gè)存儲(chǔ)產(chǎn)品油的油罐區(qū)