傳感器20160103(共16頁)

1、傳感器第一章測量(cling)的概念(ginin)及測量所包含的結(jié)果。首先，測量(cling)單位：測量的結(jié)果包含兩個部分：一個部分是一個數(shù)值的符號正或負(fù)和大小，另一部分是測量單位。測量的兩大方法。直接測量：直接比較測量法；微差測量法；零位測量法。間接測量3.直接測量包含哪些方法？4.真值、約定真值、誤差的概念。P03真值：嚴(yán)格定義的一個量的理論值；（永遠(yuǎn)無法測量出來）約定真值：與真值的差可以忽略而可以代替真值的值誤差：測量的結(jié)果與被測量的約定真值之間的差別5.誤差按不同的標(biāo)準(zhǔn)如何分類？P03（1）按表示方法分-絕對誤差（測量結(jié)果減去約定真值）、 相對誤差（絕對誤差除以約定真值的百分?jǐn)?shù)） 引用

2、誤差（絕對誤差除以儀表量程） 按性質(zhì)分-怎么杜絕 隨機(jī)誤差（多次測量值的算術(shù)平均值作為最佳估計(jì)） 系統(tǒng)誤差 粗大(cd)誤差。6.運(yùn)用絕對誤差、相對誤差、引用誤差的計(jì)算，能夠(nnggu)合理選擇測量儀表（如計(jì)算題1-4）*？7.傳感器的概念(ginin)（非電量轉(zhuǎn)換成電量）及其靜態(tài)特性（P16頁）*。傳感器的概念：*（非電量轉(zhuǎn)化為電量）廣義上，傳感器是指能感知某一物理量、化學(xué)量或生物量等的信息，并能將之轉(zhuǎn)化為可加以利用的信息的裝置。狹義上，感受被測量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種性質(zhì)的輸出信號的裝置靜態(tài)特征：靈敏度K、精確度、測量范圍與量程ym、線性度誤差L 靈敏（穩(wěn)定工作時 K=x/y

3、 輸出變化量y,輸入變化量x）傳感器的組成。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路和輔助電源四部分組成第二章電阻式傳感器應(yīng)變效應(yīng)及壓阻效應(yīng)的基本概念p22應(yīng)變(yngbin)效應(yīng)：金屬(jnsh)導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外力作用時，會產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，其電阻也將隨之發(fā)生變化p22壓阻效應(yīng)(xioyng)：在半導(dǎo)體上施加一作用力，其電阻率將發(fā)生顯著變化p31應(yīng)變效應(yīng)及壓阻效應(yīng)的電阻相對變化量表達(dá)式及計(jì)算：dr/r=k .（包括靈敏度計(jì)算）*靈敏系數(shù)K=（dr/r）/=1+2 材料的泊松系數(shù)，=0-0.5x=dL/L;y=DR/R;x=-yDr/r=(1+2)x+d/ 0.1、對于金屬材料：Dr/r=(

4、1+2)x；靈敏系數(shù)K=（dr/r）/=1+2 0.2、對于半導(dǎo)體材料：Dr/r=d/；靈敏系數(shù)K=（dr/r）/=(派3.14)E測量電路p24電橋輸出電壓表達(dá)式電橋的平衡條件:R1R4=R2R3單臂工作：U0=E/4*R/R=E(Ke)/4半橋工作：U0=E(Ke)/2=E/2*R/R全橋工作：U0=E(Ke)=E*R/R上述公式中，e軸向或徑向應(yīng)變；壓縮為負(fù)，拉伸為正相同情況(qngkung)下，差動工作*（半橋工作）比單臂工作輸出信號大，半橋差動輸出是單臂輸出的二倍，而全橋差動輸出(shch)是單臂輸出的四倍。全橋工作時輸出(shch)電壓最大，檢測的靈敏度最高利用電橋輸出電壓表達(dá)式進(jìn)

5、行課后練習(xí)題的計(jì)算（如2-8、2-9）應(yīng)變電橋能夠?qū)崿F(xiàn)(shxin)補(bǔ)償?shù)幕驹?。（P26 （3）電路補(bǔ)償法）*電路(dinl)補(bǔ)償法：利用電橋相鄰相等二臂同事產(chǎn)生大小相等、符號相同的電阻量不會破壞電橋平衡的特性來達(dá)到(d do)補(bǔ)償?shù)哪康碾娮枋絺鞲衅鞯膽?yīng)用應(yīng)變式電阻式傳感器用于稱重和測力領(lǐng)域柱式力傳感器：稱重式料位計(jì)、電子皮帶秤、電子吊車秤梁式力傳感器：手提電子秤、應(yīng)變式家屬度傳感器電容式傳感器電容式傳感器工作原理（電容器容量C的表達(dá)式）忽略邊緣效應(yīng)時： C=S/d=0rS/dS：兩極板間相互覆蓋的面積，m2d：兩極板間的距離，m：兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)/m0: 8.85*10(-12

6、),F/mr:相對介電常數(shù)，r=/0電容式傳感器工作原理：若保持、d、S三個中的兩個不變而改變另一個，則C就會發(fā)生變化。電容式傳感器分類（根據(jù)電容器容量C的表達(dá)式可以分為三種，變面積型和變間隙型靈敏度計(jì)算）變面積型：角位移式：C=S(-)/d=S/d（1-/） 直線(zhxin)位移式：C=C0（1-x/a） 靈敏度：C/X=（c-c0）/（x-0）=-b/d變間隙(jin x)型：靈敏度基本(jbn)結(jié)構(gòu)K=C/d=C0/d0=S/d20 差動結(jié)構(gòu)K=C/d=2C0/d0=2S/d20變間隙型電容式傳感器有哪兩種結(jié)構(gòu)？那一種靈敏度更高？為什么？基本結(jié)構(gòu)：一個定級板和一個動極板（改變d）差動結(jié)

7、構(gòu)：在兩塊定級板之間放一塊動極板差動結(jié)構(gòu)靈敏度是基本結(jié)構(gòu)的兩倍；由于差動結(jié)構(gòu)的變間隙型電容傳感器既提高了靈敏度，又減小了非線性誤差電容式傳感器測量電路的種類？三種：調(diào)幅型電路，脈寬調(diào)制電路，調(diào)頻型電路電容式傳感器存在哪些實(shí)際問題，如何解決？*（P41頁，3點(diǎn)）溫度對結(jié)構(gòu)尺寸的影響：選擇溫度膨脹系數(shù)小、集合尺寸穩(wěn)定的材料 采用差動結(jié)構(gòu)，在測量電路中加以補(bǔ)償 電容電場的邊緣效應(yīng)：a增大電容器的初始電容量（增大幾何面積和 減小極板間距） b加裝等位環(huán)寄生電容的影響：采用驅(qū)動電纜技術(shù)(雙層屏蔽等位傳輸技術(shù))電容式傳感器容量計(jì)算及靈敏度計(jì)算*（如3-4、3-5）第三章自感(z n)式傳感器單線圈(xin

8、qun)自感型傳感器基本原理及電感量L表達(dá)式。L=2/Rm=20S0/2線圈(xinqun)匝數(shù)、磁路總磁阻Rm、空氣的導(dǎo)磁率0、氣隙的厚度 單線圈自感型傳感器與雙線圈差動自感型傳感器的靈敏度比較。a差動式比單線式的靈敏度高一倍B差動式的線性度得到明顯改善自感型傳感器測量電路交流電橋式、交流變壓器式、諧振式4.螺線管式差動變壓器的基本工作原理及測量電路工作原理：當(dāng)被測體沒有位移時，活動銜鐵處于初始平衡位置，變壓器輸出電壓等于零；當(dāng)被測體有位移時，活動銜鐵偏離初始平衡位置，變壓器輸出電壓不等于零差動整流電路和相敏檢波電路5.差動變壓器與普通變壓器在結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？（1.次級線圈反向串聯(lián)，2.開磁

9、路）*6.電渦流效應(yīng)的概念及渦流式傳感器的檢測原理電渦流效應(yīng)：當(dāng)塊狀金屬導(dǎo)體置于交變磁場中，或在磁場中做切割磁力線運(yùn)動時，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流變磁阻式傳感器的應(yīng)用變氣隙厚度(hud)、變氣隙面積單線圈(xinqun)式、差動式第四章壓電式傳感器壓電效應(yīng)(y din xio yng)的基本概念壓電效應(yīng)：某些介電質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃危鋬?nèi)部就會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同事子它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)壓電材料能實(shí)現(xiàn)機(jī)-電能量的相互轉(zhuǎn)換：機(jī)電為“正壓電效應(yīng)”；電機(jī)為“逆壓電效應(yīng)”壓電材料的主要特性參數(shù)壓電常數(shù)（關(guān)系到壓電輸出的靈敏度）；彈

10、性常數(shù)（壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性）；介電常數(shù)（影響壓電傳感器的頻率下限）；機(jī)械耦合系數(shù)；電阻；居里點(diǎn)（壓電材料開始喪失壓電特性的溫度）石英晶體的構(gòu)造特點(diǎn)和壓電原理石英晶體：單晶體結(jié)構(gòu)；外形是一個正六面體X：電 軸 ； 縱向壓電效應(yīng); 沿x軸施加力，x軸正方向產(chǎn)生負(fù)電荷，y、z沒電荷Y：機(jī)械軸； 橫向壓電效應(yīng); 沿y軸施加(shji)力，x軸正方向(fngxing)產(chǎn)生正電荷，y、z沒電荷(dinh)Z：光軸；不產(chǎn)生壓電效應(yīng);z軸施力不產(chǎn)生電荷 當(dāng)作用力FxFy的方向相反是，電荷的極型也隨之改變壓電陶瓷的構(gòu)造特點(diǎn)和壓電原理材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇無外電場作用為零呈中性；經(jīng)極化（施加

11、強(qiáng)外電場）后材料內(nèi)部有很強(qiáng)的剩余極化；外力作用時，電疇界限發(fā)生移動，電疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，引起剩余極化強(qiáng)度的變化，因而在垂直于極化方向的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化，從而機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能（壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)）壓電式傳感器的測量電路（兩種放大器的等效電路及各自特點(diǎn)比較）？6.壓電式傳感器的測量電路中的前置放大器的作用？（P71頁第一段）壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器， 作用是：一是把它的輸出阻抗變換為低輸出阻抗； 二是放大傳感器輸出的微弱信號；壓電傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號，因此前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷

12、放大器7、石英晶體(jngt)縱向壓電效應(yīng)的特點(diǎn)是晶面上產(chǎn)生的電荷密度與作用在晶面上的壓強(qiáng)成正比，而與晶片厚度、面積無關(guān)；橫向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷密度除了與壓強(qiáng)成正比外，還與晶片厚度成反比壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體大得多，采用(ciyng)壓電陶瓷制作的傳感器靈敏度較高；但石英晶體具有除了壓電系數(shù)較小外更多的有點(diǎn)，尤其穩(wěn)定性是其他材料無法比的第五章1.熱電效應(yīng)(r din xio yng)的概念熱點(diǎn)效應(yīng)：把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接組合成閉合回路，當(dāng)兩接電分別置于T和T0（T大于T0）兩不同溫度是，則在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成回路電路，稱為塞貝克效應(yīng)熱電偶測溫原理（熱電勢的產(chǎn)生、熱電勢的

13、表示方法）；0.0熱電偶產(chǎn)生熱電勢的兩個條件。（兩個熱點(diǎn)極材料不同和兩節(jié)點(diǎn)溫度不同）*0.1熱電偶回路產(chǎn)生的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。0.2接觸電勢的大小與接電處溫度高低和導(dǎo)體電子密度有關(guān)。溫度越高，接觸電勢越大；兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電勢也越大0.3溫差電勢EA(T ，T0)= - EA(T0 ，T) EAB(T , T0)=EAB(T , 0) - EAB(T0 ，0) EAB(T , T0)由AB材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)(dun din)溫度為T 和T0時的總熱電勢(dinsh)EAB(T , 0) 由AB材料構(gòu)成(guchng)的熱電偶在端點(diǎn)溫度為T時的熱電勢(T0

14、 ，0) 由AB材料構(gòu)成的熱電偶在端點(diǎn)溫度為T0時的熱電勢熱電偶基本定律0.1中間溫度定律：EAB(T , T0) = EAB(T , Tn) + EAB(Tn , T0) EAB( T , 0）= EAB(T0，T) + EAB( 0，T0) 熱電偶分度表一般要求冷端溫度恒定為0。C，若冷端溫度不為零，則可視實(shí)際冷端溫度t0為中間溫度tn EAB( T , 0）= EAB(T0，T) + EAB( 0，T0) 0.2中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中介入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體C），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響。所以熱電偶具有中間導(dǎo)體定律這一特性，不但可以允許在回路

15、中介入電器測量儀表，而且也允許采用任意的方法來焊接熱電偶。4.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的查表計(jì)算。*5.熱電偶的冷端補(bǔ)償及測量線路0.1熱電偶冷端溫度補(bǔ)償：由于熱電偶的冷端與熱鍛距離通常很近，冷端又暴露在空間，收到周圍環(huán)境溫度波動的影響，冷端溫度很難保持恒定，保持在零攝氏度就更難，因此必須采取措施，消除冷端溫度變化和不為零攝氏度所產(chǎn)生的以你選哪個，進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。0.2補(bǔ)償(bchng)四種方法：補(bǔ)償導(dǎo)線、冷端溫度校正(jiozhng)法、冰浴法、補(bǔ)償電橋法。0.3熱電偶的測量(cling)線路：測量單點(diǎn)溫度的基本測溫線路、測量兩點(diǎn)之間溫差的測溫線路、測量平均溫度的測溫線路、測量機(jī)電溫度之和的測溫線路、若

16、干只熱電偶共用一臺儀表的測量線路。熱電阻測溫原理及應(yīng)用0.1電阻式傳感器分為金屬熱電阻傳感器和半導(dǎo)體熱電阻傳感器兩類，前者為熱電阻，后者稱為熱敏電阻。0.2熱電阻主要利用電阻隨溫度升高而增大的熱性來測量溫度的0.3熱敏電阻式半導(dǎo)體測溫元件。按溫度系數(shù)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）*MF作其型號*和正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）*MZ作其型號*。7.熱電阻為何要用三線制測量電橋電路？(P87頁：由于熱電阻自身阻值很小，其連接導(dǎo)線阻值也會隨溫度變化而變化，采用三線制，會減小導(dǎo)線電阻變化的影響）*8.熱敏電阻分類及應(yīng)用NTC和PTC廣泛用于溫度測量、電路的溫度補(bǔ)償以及溫度控制9.熱敏電阻繼電保護(hù)控

17、制電路的應(yīng)用分析將突變型熱敏電阻埋設(shè)在被測物中，并與繼電器串聯(lián)，給電路加上恒定電壓。當(dāng)周圍截至溫度升到某一定數(shù)值是，電路中的電流可以有十分之幾毫安突變到幾十毫安，因此繼電器動作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制或過熱保護(hù)。10.0.1由一種均質(zhì)材料*導(dǎo)體或半導(dǎo)體*兩端焊接組合成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度(wnd)如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。0.2如果熱電偶兩端點(diǎn)溫度相同，盡管由兩種材料焊接組成(z chn)閉合回路，同樣回路中總電勢為零。0.3熱電偶回路熱電勢的大小只與材料(cilio)和端點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸形狀無關(guān)。第六章光電式傳感器1.光電效應(yīng)的基本概念在

18、光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。光敏電阻的工作原理、主要參數(shù)及基本特性光敏電阻的工作原理：光敏電阻的主要參數(shù)：暗電阻（無光的電阻）、亮電阻（有光照時）、光電組（亮電流與暗電流之差稱為光電流）。光敏電阻的基本特征：伏安特性、光譜特性、溫度特性。光敏二極管和光敏晶體管的結(jié)構(gòu)原理及基本特性光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似光敏晶體硅與一般(ybn)晶體管相似，具有兩個pn結(jié)，只是它的發(fā)射極一邊做的很大，以擴(kuò)大(kud)光的照射面積4.光電池的工作原理及基本(jbn)特性5.光電傳感器的應(yīng)用紅外傳感器（紅外探測器）6.光電器件在光控電路中的應(yīng)用分析*1.光纖的基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：由纖芯和包層組成種類：玻璃光線和塑料光纖； 階躍折射率型和梯度折射率型； 多模光纖和單模光纖光纖的傳光原理，數(shù)值孔徑的含義。光的全反射現(xiàn)象是研究光纖傳光原理的基礎(chǔ)