傳感器各章知識點整理 (2)

1、第一章1、引用誤差：式中： 引用誤差； 絕對誤差。儀表精度等級是根據最大引用 誤差來確定的。例如：0.5級表的引用誤差的最大值不超過0.5%；1.0級表的引用誤差的最大值不超過。第二章1、傳感器的基本特性：在生產過程和科學實驗中，要對各種各樣的參數(shù)進行檢測和控制，就要求傳感器能感受被測非電量的變化并不失真地變換成相應的電量基本特性傳感器的基本特性通常分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性靜態(tài)特性：1 靈敏度2 線性度3 遲滯4 重復性5 漂移動態(tài)特性：1 瞬態(tài)響應特性 2 頻率響應特性傳感器的輸出輸入關系或多或少地存在非線性。在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下，傳感器靜態(tài)輸入、輸出關系一般可表示為：式

2、中：y輸出量； x輸入量； a0零點輸出；a1理論靈敏度； a2、a3、 、 an非線性項系數(shù)。各項系數(shù)決定了特性曲線的具體形式靈敏度S是指傳感器的輸出量增量 y與引起輸出量增量 y的輸入量增量 x的比值，即單位輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化。傳感器輸出曲線的斜率就是其靈敏度。對于線性傳感器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，靈敏度k是一常數(shù)，與輸入量大小無關。而非線性傳感器的靈敏度為一變量，用S=dy/dx表示。2）線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關系的線性程度。輸出與輸入關系可分為線性特性和非線性特性。從傳感器的性能看， 希望具有線性關系， 即理想輸入輸出關系。但實際遇到的傳感器

3、大多為非線性。遲滯傳感器在正(輸入量增大)反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合稱為遲滯。遲滯特性如圖所示，它一般是由實驗方法測得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分數(shù)表示,即式中: Hmax正反行程輸出值間的最大差值。遲滯誤差的又叫回程誤差。對應于每一輸入信號，傳感器正行程及反行程中輸出信號差值的最大者即為回程誤差。主要原因：傳感器敏感元件材料的物理性質和機械另部件的缺陷所造成的，例如彈性敏感元件彈性滯后、 運動部件摩擦、 傳動機構的間隙、緊固件松動等。重復性：傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。重復性誤差可用重復性誤差屬于隨機誤差，常用標準差計算，也可用

4、正反行程中最大重復差值Rmax計算，即 5）漂移 在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產生漂移的原因有兩個方面： 一是傳感器自身結構參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等） 最常見的漂移是溫度漂移溫度漂移 溫漂式中：t工作環(huán)境溫度t偏離標準環(huán)境溫度t20之差，即t=t- t20 ； yt傳感器在環(huán)境溫度t時的輸出； y20傳感器在環(huán)境溫度t20時的輸出。2什么時候只考慮傳感器的靜態(tài)特性？什么時候要考慮動態(tài)特性？第三章1電阻應變片的工作原理是基于應變效應，即：導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應變效應”。2壓電效應：某些電

5、介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據電介質壓電效應研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。3電阻應變片的測量電路直流電橋 電橋平衡條件欲使電橋平衡, 其相鄰兩臂電阻的比值應相等, 或相對兩臂電阻的乘積相等。電壓靈敏度 單臂電橋E Ku， 但供電電壓E的提高受到應變片允許功耗的限制，

6、所以要作適當選擇;電橋電壓靈敏度Ku=Ku(n) ， 恰當?shù)剡x擇橋臂比n 的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。2）交流電橋平衡條件第四章1、當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值(從零點幾mV到數(shù)十mV)存在，稱為零點殘余電壓。零殘電壓過大帶來的影響：靈敏度下降、非線性誤差增大測量有用的信號被淹沒，不再反映被測量變化造成放大電路后級飽和，儀器不能正常工作。產生的原因： 兩電感線圈的等效參數(shù)（電感、電阻）不對稱； 鐵芯的B-H特性的非線性，產生高次諧波不同，不能互相抵消。減小的措施：設計上：使上、下磁路對稱，盡量減小銅損

7、電阻Rc，增大鐵心的渦流損Re及磁滯損Rh以提高線圈的品質因數(shù)；制造上：使上、下磁性材料一致。零部件配套挑選，線圈排列均勻、一致。調整方法：串（并）接電阻、并聯(lián)電容方法。電路上：利用相敏檢波可以減小零殘。 選用合適的測量線路 。 2、電渦流式傳感器的工作原理：它是利用導電物體在接近這個能產生電磁場接近開關時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近傳感器所能檢測的物體必須是導電體。3、電渦流式傳感器的應用1）低頻透射式渦流厚度傳感器 2）高頻反射式渦流厚度傳感器第五章1、電容式傳感器的測量電路1）調頻電

8、路L振蕩回路的電感； C振蕩回路的總電容，C=C1+C2+Cx，其中C1為振蕩回路固有電容, C2為傳感器引線分布電容, Cx=C0C為傳感器的電容。 當被測信號為0時，C=0，則C=C1+C2+C0，所以振蕩器有一個固有頻率f0, 其表示式為當被測信號不為0時，C0， 振蕩器頻率有相應變化， 此時頻率為 2）運算放大電路反相放大電路反饋元件是傳感器電容，是固定電容，電源電壓 如果傳感器是一只平板電容，則Cx=A/d，代入式(5-32)，可得輸出電壓與電容極板間距成線性關系，保證了變極距型電容傳感器的線性。 特點：解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題要求Zi及放大倍數(shù)足夠大為保證儀器

9、精度，還要求電源電壓的幅值和固定電容穩(wěn)定由于Cx變化小，所以該電路實現(xiàn)起來困難3）二極管雙T形交流電橋 供電電壓是幅值為U、周期為T、占空比為50的方波。正負半周分析： 正半周：C1充電，電流順時針； C2放電，電流逆時針 負半周： C2充電，電流逆時針； C1放電，電流順時針 若C1 = C2，則電流抵消，若C1 C2，則RL有信號輸出 該電路電源頻率Mhz級，電源電壓幾十伏，電源的穩(wěn)定性對輸出直接產生影響。當電容以PF級變化時，輸出以V級變化4）環(huán)形二極管充放電法T1時間內由A點向C點q1=Cd(E2-E1) T2時間內由C點向A點q2=Cx(E2-E1) 設方波的頻率f=1/T0， 則由

10、C點流向A點的平均電流為I2=Cxf(E2-E1), 而從A點流向C點的平均電流為I3=Cdf(E2-E1), 流過此支路的瞬時電流的平均值為式中, E為方波的幅值，E=E2-E1。 令Cx的初始值為C0，Cx為Cx的增量，則Cx=C0+Cx, 調節(jié)Cd=C0則 5）脈沖寬度調制電路第六章1、壓電效應某些電介質物質，在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，內部會產生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產生電荷；當外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種將機械能轉變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為“正（順）壓電效應”。相反，在電介質的極化方向上施加電場，它會產生機械變形，當去掉外加電場時，電介質的變形隨之消失。這種將電能轉

11、換為機械能的現(xiàn)象，稱為“逆壓電效應”。當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。2、壓電式加速度傳感器它主要由壓電元件、質量塊、預壓彈簧、基座及外殼等組成。整個部件裝在外殼內，并由螺栓加以固定。 當加速度傳感器和被測物一起受到沖擊振動時，壓電元件受質量塊慣性力的作用，根據牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)， 即 式中：F質量塊產生的慣性力； m質量塊的質量； a加速度。 此時慣性力F作用于壓電元件上，因而產生電荷q，當傳感器選定后，m為常數(shù)， 則傳感器輸出電荷為 與加速度a成正比。因此，測得加速度傳感器輸

12、出的電荷便可知加速度的大小。 第七章1、霍爾效應 霍爾效應是導電材料中的電流與磁場相互作用而產生電動勢的物理效應。置于磁場中的靜止載流體中，若電流方向與磁場方向不相同，則在載流體的垂直于電流與磁場方向所組成的兩個側面將產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。2、霍爾傳感器的應用：霍爾式微位移傳感器和霍爾是轉速傳感器第八章1、光電效應按原理分為外光電效應和內光電效應。外光電效應：在光線作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。向外發(fā)射的電子叫光子內光電效應：在光線作用下，物體的導電性能發(fā)生變化或產生光電動勢的效應。內光電效應分為光電導效應和光生伏特效應。光電導效應：在光線作用下，對于半導體材料吸

13、收了入射光子能量， 若光子能量大于或等于半導體材料的禁帶寬度， 就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加，阻值減低， 在光照作用下，物體導電性能（如電阻率發(fā)生變化）發(fā)生改變的現(xiàn)象。典型的光電元件有光敏電阻等。光生伏特效應：在光線作用下，能使物體產生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。典型光電元件有光電池、光敏（電）二極管、光敏（電）三極管等。2、光纖傳感器光纖結構：光導纖維簡稱光纖，它是一種特殊結構的光學纖維，纖芯和包層通常由不同摻雜的石英玻璃制成。纖芯的折射率n1略大于包層的折射率n2，光纖的導光能力取決于纖芯和包層的性質。在包層外面還常有一層保護套，多為尼龍材料，以增加機械強度。中心

14、的圓柱體叫纖芯，圍繞著纖芯的圓形外層交包層。光纖傳光原理：根據斯涅耳（Snell）光的折射定律可得 為滿足光在光纖內全內反射，光入射光纖端面的入射角i滿足 光纖的基本特性-數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑是表征光纖集光本領的一個重要參數(shù)，即反映光纖接收光量的多少。其意義是：無論光源發(fā)射功率有多大，只有入射角處于2c的光椎角內，光纖才能導光。如入射角過大， 光線便從包層逸出而產生漏光。光纖的NA越大，表明它的集光能力越強，一般希望有大的數(shù)值孔徑，這有利于提高耦合效率； 但數(shù)值孔徑過大，會造成光信號畸變。所以要適當選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值，如石英光纖數(shù)值孔徑一般為0.20.4。3光纖傳感器由光源、敏感元件（光纖或非光纖

15、的）、光探測器、信號處理系統(tǒng)以及光線等組成。第十三章光柵莫爾條紋的形成把兩塊柵距相等的光柵1、光柵2面向對疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線之間形成一個很小的夾角，這樣就可以看到在近于垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋 在d - d線上，兩塊光柵的柵線重合，透光面積最大， 形成條紋的亮帶， 它是由一系列四棱形圖案構成的； 在f - f線上，兩塊光柵的柵線錯開，形成條紋的暗帶，它是由一些黑色叉線圖案組成的。光柵測量原理莫爾條紋測位移具有以下三個方面的特點。(1) 位移的放大作用 莫爾條紋的間距BH與兩光柵線紋夾角之間的關系為越小，BH越大，這相當于把柵距W放大了1/倍。例如=0.1，則

16、1/573，即莫爾條紋寬度BH是柵距W的573倍， 這相當于把柵距放大了573倍. (2) 莫爾條紋移動方向 如光柵1沿著刻線垂直方向向右移動時，莫爾條紋將沿著光柵2的柵線向上移動；反之，當光柵1向左移動時，莫爾條紋沿著光柵2的柵線向下移動。(3) 誤差的平均效應 莫爾條紋由光柵的大量刻線形成，對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期誤差的影響。 第十五章熱電偶傳感器兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則熱電偶回路在該回路中就會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應,，該電動勢稱為熱電勢。這兩種不同材料的導體或半導體的組合稱為熱電偶，導體A、B稱為熱電極。 兩個接點，一個稱熱端 （測量端或工作端），測溫時將它置于被測介質中;另一個稱冷端（參考端或自由端），它通過導線與顯示儀表相連。2熱電阻傳感器熱電阻傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導體熱電阻兩大類。一般把金屬熱電阻稱為熱電阻，而把半導體熱電阻稱為熱敏電阻。3差壓式流量傳