常用傳感器與非電量測量

1、關(guān)于常用傳感器與非電量測量第1頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.1概述 傳感器是一種能將特定的被測信息（包括物理量、化學(xué)量、生物量等），按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用的輸出信號的器件，又稱為變換器、變送器。目前，可用信號是指各種電量（電壓、電流）或電參數(shù)（電阻、電感、電容等），這是因?yàn)殡娦盘栆子谔幚恚阌趥鬏?。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，可以預(yù)料傳感器“可用信號”的內(nèi)涵也會隨之改變，如當(dāng)人們跨入光子時(shí)代，則光信號將成為更便于快速處理與傳輸?shù)摹翱捎眯盘枴绷恕?第2頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三常見傳感器第3頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50

2、分，星期三A從傳感器輸入端來看，一個(gè)指定的傳感器只能感受或響應(yīng)規(guī)定的物理量。如溫度傳感器只能用于測溫，傳感器所能感受或響應(yīng)規(guī)定的物理量既可以是非電量也可是電量。B從輸出端來看，傳感器的輸出信號為“可用信號”，這指傳感器輸出信號中不但載運(yùn)待測的原始信息，而且是能夠被遠(yuǎn)距離傳送、后續(xù)測量環(huán)節(jié)便于接收做進(jìn)一步處理的信號，包含：電信號、光信號、氣動(dòng)信號等。C從輸入輸出關(guān)系看，具有一定規(guī)律，可以通過數(shù)學(xué)解析方法或試驗(yàn)法確定模型來描述，具有規(guī)定的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，規(guī)律可以重復(fù)出現(xiàn)。傳感器位于測試系統(tǒng)的最前端，主要為了獲取檢測信息和轉(zhuǎn)換信息用。第4頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三

3、4.1.1傳感器的分類 傳感器的分類方法很多，了解傳感器的分類旨在加深理解便于應(yīng)用。按輸入量可分為溫度、壓力、位移、速度、濕度等傳感器；按測量原理可分為電位計(jì)式、應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、半導(dǎo)體力敏、熱敏、光敏、氣敏等傳感器；按輸出量分類有模擬式和數(shù)字式傳感器等。 按照傳感器輸出量變換原理分類，由于傳感器可用輸出信號的類型是有限的，如電壓、電流、電阻、電荷，其中輸出量為電參數(shù)的（電阻、電感、電容）稱為電參數(shù)傳感器；輸出量為電量（電壓、電流、電荷）稱為電量型傳感器。第5頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.1.2 傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展 目前，傳感器技術(shù)正在飛

4、速發(fā)展，出現(xiàn)了“多樣化、新型化、集成化、智能化”的發(fā)展形勢。多樣化是指隨著使用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大以及各個(gè)領(lǐng)域的不同需要，出現(xiàn)多種多樣用途的傳感器，種類有上千種。 集成化包括傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。新型化是指由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多物理效應(yīng)的新發(fā)現(xiàn)、理論上的新突破、新工藝的提出、新材料的產(chǎn)生，發(fā)展了大量新型傳感器。智能傳感器，至今還沒有公認(rèn)的正式定義。一般認(rèn)為：傳感器與微處理器相結(jié)合所形成的不僅具有信號檢測功能，而且具有信息處理功能的傳感器系統(tǒng)就是智能傳感器。 第6頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三舉例：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源就是各種類型的傳感器，數(shù)量

5、多達(dá)幾十至上百只各型傳感器。第7頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.2電參數(shù)型傳感器4.2.1電阻式溫度傳感器 利用導(dǎo)體、半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，可以制作出測量溫度的傳感器：熱電阻和熱敏電阻。溫度范圍（200500） 1 熱電阻：純金屬制作的熱電阻有正溫度系數(shù)，溫度每升高1 ，電阻值增加約0.4%0.6%。最廣泛使用的是純金屬鉑、銅熱電阻。(1)鉑電阻的R-t關(guān)系0 850 200 0 第8頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三(2)銅電阻 在（-50150) 內(nèi)有較好的特性，價(jià)格便宜。其R-t特性為：2 熱敏電阻 熱敏電阻是將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>

6、阻值變化的一種傳感器。它可歸類為電阻式傳感器。這種熱敏元件是半導(dǎo)體，稱半導(dǎo)體熱敏電阻。 其優(yōu)點(diǎn)有：具有較高的負(fù)電阻溫度系數(shù)；靈敏度高于熱電阻，在20 時(shí)溫度增加1 ，電阻值減少約26。常溫下阻值大，可以忽略引線電阻的影響，體積小，動(dòng)態(tài)特性好。測溫范圍（-100300) 。 缺點(diǎn)：非線性大，長期穩(wěn)定性差，互換性差。第9頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三熱敏電阻有正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)兩種，它們的阻值特性分別為：式中 溫度為 時(shí)的電阻值； 常數(shù)； 絕對溫度。它們的溫度系數(shù) 可分別求出，即 第10頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三 正溫度系數(shù)熱敏電阻的

7、溫度系數(shù)為正，且為常數(shù)(指在工作范圍內(nèi))；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度系數(shù)為負(fù)，且與電阻溫度的平方成反比，隨溫度降低而迅速增大，因而具有很高的靈敏度。所以，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的應(yīng)用較廣。 對于熱電阻和熱敏電阻，通過它們的電流不能太大，否則引起自身發(fā)熱，帶來測試誤差。4.2.2 電橋法測電阻 在輸入信號的作用下，電參數(shù)型傳感器輸出為電參數(shù)電阻R、電感L、電容C的改變量，因此實(shí)現(xiàn)對R、L、C參數(shù)測量的檢測電路可用來作為與傳感器相配接的信號調(diào)理電路。第11頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三 電橋是將電阻、電感、電容及阻抗參量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出的一種測量電路，精度與靈敏度高

8、，根據(jù)激勵(lì)源的性質(zhì)可分為直流電橋與交流電橋；按輸出方式，可分為平衡電橋和不平衡電橋。 對電阻式傳感器既可采用直流電橋，又可采用交流電橋；對于電感、電容式傳感器則應(yīng)選用交流電橋。一般主要采用不平衡電橋。1電壓源供電下圖中，橋路電流 ， 為：第12頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三其中 和 上的電壓降分別為：則輸出電壓第13頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三2恒流源供電橋路電流分別為：輸出電壓則為：第14頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三幾種電橋電路第15頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.3電量型傳

9、感器 電量型傳感器的輸出都是電量（電壓、電流），如磁電式變換器、壓電式變換器、熱電式變換器、光電式變換器，可以不需要外界激勵(lì)電源而從被測對象直接獲取信息能量，從而獲得電量信號。這些都屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器，另一些電量型傳感器如PN結(jié)、集成電路溫度傳感器，它們的輸出量也分別為電壓、電流，但其屬于能量控制型傳感器。第16頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.3.1磁電式傳感器 基于電磁感應(yīng)原理，把被測非電量變換為感應(yīng)電勢的傳感器稱為磁電式傳感器。4.3.1.1工作原理 由電磁感應(yīng)定律可知： 式中 感應(yīng)電勢（V）； 磁通量（Wb）； 時(shí)間（s）； 線圈匝數(shù)。 第17頁，共57頁

10、，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三可見，只要改變磁通量 ，就能得到感應(yīng)電勢 ，而改變 的辦法很多，如改變磁路中的磁阻，改變和磁場垂直的線圈面積(線圈在恒定磁場中旋轉(zhuǎn))，或者使磁鐵對線圈作相對運(yùn)動(dòng)，等等，都能達(dá)到改變通過線圈磁通量的目的。因此，可以制造出不同類型的磁電式傳感器。若線圈在恒定磁場中作垂直切割磁力線的直線運(yùn)動(dòng)，線圈兩端的感應(yīng)電勢可由下式導(dǎo)出式中 磁場的磁感應(yīng)電勢； 線圈與磁場相對運(yùn)動(dòng)的位移； 每匝線圈的平均長度。 第18頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三在磁場一定的條件下，測定感應(yīng)電勢 ，就能測定線圈移動(dòng)的速度 。 在線圈相對磁場作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)切割磁力

11、線，并且線圈平面的法線方向與磁場方向呈90，則線圈的感應(yīng)電勢為式中 旋轉(zhuǎn)角速度； 每匝線圈的界面積。 在磁場一定、線圈一定的條件下，和 為常數(shù)，測定感應(yīng)電勢 便能測定出線圈旋轉(zhuǎn)的角速度 。 第19頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三如下圖所示分別為被測量為線速度 和角速度 時(shí)，磁電式傳感器的工作原理。 在實(shí)踐中還有許多方法改變通過線圈的磁通量，都可按電磁感應(yīng)關(guān)系式推導(dǎo)出相應(yīng)感應(yīng)電勢 的表達(dá)式。通過對 的測定，能相應(yīng)地測定使磁通量改變的物理量。 第20頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.3.1.2磁電式傳感器的選用 磁電式傳感器最大的特點(diǎn)是：它能將

12、作為輸入信號的機(jī)械速度直接轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢輸出，它不需要外加電源，而是直接將被測物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電信號輸出，這一特點(diǎn)使它大受使用者的歡迎。因此，它在測量速度、轉(zhuǎn)速時(shí)被廣泛選用。 如果在測量線路中對信號作積分和微分，又能非常方便地得到被測物體的加速度和位移(角加速度和轉(zhuǎn)角)，因此，常用于加速度、振動(dòng)、位移等測量，特別是作為振動(dòng)傳感器使用。 磁電式傳感器的工作溫度不高，磁電式傳感器的頻率范圍也有限，一般只能測102000Hz內(nèi)的機(jī)械振動(dòng),在體積、重量上則大大不如壓電式傳感器；而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還要有可動(dòng)部分，所以既容易磨損使性能變化，又不堅(jiān)固可靠。 第21頁，共57頁，2022年，5月20日，

13、23點(diǎn)50分，星期三4.3.2熱電式傳感器4.3.2.1熱電偶式傳感器 熱電偶式傳感器是基于熱電效應(yīng)，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。1 工作原理 熱電偶式傳感器的工作原理基于熱電效應(yīng)。如圖所示，將兩種材料不同的導(dǎo)體的兩個(gè)端點(diǎn)焊接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。如果兩連接點(diǎn)1和2溫度不同，回路中就會有一個(gè)電動(dòng)勢，并在閉合回路中產(chǎn)生電流。第22頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三這個(gè)電勢和電流與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和兩個(gè)接點(diǎn)間的溫度差有關(guān)。這種現(xiàn)象就稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。 A和B兩種導(dǎo)體叫做熱電極，它們合稱熱電偶。若接點(diǎn)1和2的溫度分別為 和 ，且 ，接點(diǎn)1稱熱端或稱工作端，接

14、點(diǎn)2稱冷端，或稱自由端。如果對于某一確定的熱電偶，冷端溫度固定，則熱電偶回路中的熱電勢就只和熱端溫度呈一一對應(yīng)關(guān)系，測定熱電勢就能測定熱端溫度。 第23頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三熱電勢是由接觸電勢(又稱珀?duì)柼妱?和單一導(dǎo)體的溫差電勢(又稱湯姆遜電勢)組成。接觸電勢產(chǎn)生的原理在于不同的導(dǎo)體具有不同的自由電子濃度。當(dāng)兩種不同導(dǎo)體接觸后，自由電子便從濃度高的一方向濃度低的一方擴(kuò)散，結(jié)果在界面附近一方失去電子，帶正電；另一方得到電子帶負(fù)電，在兩導(dǎo)體的接觸面上形成電位差。這種電位差阻礙電子的擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)，即在界面上形成一接觸電勢。由于接觸電勢的形成和擴(kuò)散有關(guān)，顯

15、然當(dāng)兩導(dǎo)體材料確定后，接觸電勢只和接觸面的溫度成正比，記為 ，熱電偶中有兩個(gè)接觸面，溫度分別為 和 ，對應(yīng)的接觸電勢為 和 。 第24頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三溫差電勢是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢。由于兩端溫度不同，導(dǎo)體內(nèi)自由電子的運(yùn)動(dòng)速度不同，高溫端的電子運(yùn)動(dòng)速度比低溫端的電子運(yùn)動(dòng)速度要大。因此，電子將從速度大的區(qū)域向速度小的區(qū)域擴(kuò)散，結(jié)果高端失去電子而帶正電，低端得到電子而帶負(fù)電，從而在導(dǎo)體的兩端形成電勢差， 即溫差電勢，記為 第25頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三因此，在 和 兩個(gè)導(dǎo)體組成的熱電偶回路中，總的熱

16、電勢為 實(shí)際上，上圖熱電偶中所形成的熱電勢是無法測量的，要測量就必須接入電表，電表的接線端是銅導(dǎo)體，勢必在A和B導(dǎo)體中又要介入第三導(dǎo)體，這時(shí)會不會影響原來回路中的熱電勢？為答復(fù)這一問題，下面介紹熱電偶的中間金屬定律。中間金屬定律：在由A和B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶回路中，不管從何處接入第三導(dǎo)體，只要保證接入導(dǎo)體兩端的溫度相同，則接入導(dǎo)體時(shí)將不影響原來回路中的熱電勢。 第26頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三要測量熱電偶回路中的熱電勢，只要保證接入的儀表兩接點(diǎn)溫度相同，就能準(zhǔn)確測量出原熱電偶回路中的熱電勢。用熱電偶測量溫度十分簡便，只要用電位差計(jì)等測出熱電偶兩端電動(dòng)勢，換算成

17、溫度即可。圖中c為第三種金屬等連接導(dǎo)線（如銅線）。 第27頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三2使用時(shí)注意事項(xiàng)（1）特性分度表的使用。熱電勢 （ ） 是兩個(gè)接點(diǎn)的溫度。將冷端溫度 固定后， （ ）就為熱端 的單值函數(shù)。為了統(tǒng)一起見，一般手冊上所提供的熱電偶特性分度表是在保持熱電偶冷溫度 條件下給出的熱電勢與熱端溫度的數(shù)值對照表。 因此實(shí)際測溫時(shí)，冷端溫度若為0，則只要正確地測量熱電勢，查分度表，即可得到所測溫度。但是，如果此時(shí)冷端溫度不為0，而為室溫就不能直接利用特性分度表。這時(shí)應(yīng)測量室溫（設(shè)為 ），利用特性分度表反查出其熱電勢值 ；將該熱電勢值與熱電偶回路所測得的熱電勢

18、 相加，才是 ，即 第28頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三然后再由 之值查特性分度表，才能得到熱電偶熱點(diǎn)的實(shí)際溫度 。例 有一鎳鉻-鎳硅熱電偶，其冷端溫度 ，測得熱電勢為 mV，則實(shí)際爐溫是多少度？ 解 由 查分度表 mV，則 第29頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三再用40.37mV查分度表得977，即實(shí)際爐溫為977。（2）補(bǔ)償導(dǎo)線的使用。熱電偶傳感器長度通常在1m左右，當(dāng)測量高溫時(shí)，冷端溫度受熱端溫度影響較大，此時(shí)常用補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端遠(yuǎn)移到溫度變化比較平緩的環(huán)境中去。補(bǔ)償導(dǎo)線是和熱電偶配用的雙股導(dǎo)線。它的材料分別和熱電偶的A和B導(dǎo)體材料一樣

19、。有多少類熱電偶就有多少類配用的補(bǔ)償導(dǎo)線。選用時(shí)，注意不要選錯(cuò)牌號和接錯(cuò)+、-極。最終原則是：當(dāng)熱電偶出線盒外接線時(shí)，熱電偶的導(dǎo)體材料要分別和補(bǔ)償導(dǎo)線的導(dǎo)體材料一致，這樣才能保證在回路中不改變原來的熱電勢。 第30頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三（3）冷端補(bǔ)償。在測量中也可想辦法對冷端進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到直讀溫度的目的。冷端補(bǔ)償?shù)霓k法常用以下三種：0恒溫法：將熱電偶的冷端保持在0器皿內(nèi)。此法僅適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但它能使冷端溫度誤差完全消除。 冷端恒溫法：將熱電偶的冷端接點(diǎn)置于一恒溫器內(nèi)，如恒定溫度為 ，則冷端誤差 為 冷端誤差雖不為零，但是一個(gè)定值。只要在回路中加入相應(yīng)的修正

20、電壓或調(diào)整指示裝置的起始位置，即可達(dá)到完全補(bǔ)償?shù)哪康摹?第31頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三冷端補(bǔ)償器法：工業(yè)上常采用冷端補(bǔ)償器法。冷端補(bǔ)償器是一個(gè)四臂電橋，其中三個(gè)橋臂電阻的溫度系數(shù)為零，另一橋臂采用銅電阻 ，放置于熱電偶的冷接點(diǎn)處。當(dāng) 時(shí)，電橋平衡；當(dāng) 時(shí)，電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)的不平衡電壓。電橋的輸出 與熱電勢串連。只要滿足熱電偶的冷端誤差就變成了定值 ，再進(jìn)行定值誤差的修正（見恒溫法）即可獲得冷端溫度的完全補(bǔ)償。 第32頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三電橋的供電端A、C通過一可調(diào)電阻 接直流電源 ；橋臂 、 、 為錳銅線繞電阻，阻值可視為不

21、隨溫度變化的固定電阻。 為測溫?zé)犭娮?，用來測量冷端溫度。熱電偶冷端溫度為 ，用補(bǔ)償導(dǎo)線接出，其冷端溫度為 。 第33頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三設(shè)在 時(shí)電橋平衡，橋頂B、D輸出電壓 ；當(dāng)溫度 升高，熱電偶 增大，電橋輸出不平衡電壓 ，且點(diǎn)B電位高于點(diǎn)D電位，于是測溫儀測量的回路電勢是熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度為 ， 所產(chǎn)生的溫差電勢 與電橋不平衡輸出電壓 之和。根據(jù)中間金屬定律，只要滿足于是再進(jìn)行定值誤差的修正即可。 第34頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.3.3光電式傳感器 光電式傳感器是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器。通常只把具有光電效應(yīng)的器件

22、（如光敏電阻、光電池、光敏晶體管等）歸于此類。但廣義地說，凡是能將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置（如紅外傳感器，光柵傳感器等）均可稱為光電式傳感器。4.3.3.1光電效應(yīng)傳感器工作原理 半導(dǎo)體光電效應(yīng)傳感器的工作原理是基于兩個(gè)效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)光投射在半導(dǎo)體上時(shí)，光子的能量在半導(dǎo)體中激發(fā)出非平衡載流子而使載流子濃度加大，引起半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。第35頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三光敏電阻就是利用這一效應(yīng)制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是電阻器件，使用時(shí)可加直流電壓，也可加交流電壓。當(dāng)無光照時(shí)，半導(dǎo)體中載流子濃度小，光

23、敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子急劇增加，阻值(亮電阻)急劇減小，因此電路的電流迅速增加。 第36頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三光生伏特效應(yīng)：在光線作用下使物體產(chǎn)生定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)。光電池、光敏二極管、光敏三極管都有至少一個(gè)PN結(jié)。光電池原理圖光生伏特效應(yīng)光敏二極管原理光敏三極管原理第37頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.3.3.2半導(dǎo)體光電效應(yīng)傳感器的選用(1)光敏電阻具有很高的靈敏度，光譜響應(yīng)的范圍可以從紫外區(qū)域延伸到紅外區(qū)域，而且體積小、性能穩(wěn)定、價(jià)格較低，所以被廣泛地應(yīng)

24、用在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。但由于光敏電阻的光照特性曲線非線性，因此，它不宜作為線性測量用，只能作開關(guān)式光電信號傳感器用。 (2)選用光電元件時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的光源，結(jié)合元件的特性參數(shù)來選用。例如，光源發(fā)出的是可見光，光電元件一般選用硅光敏二極管或三極管，也可選用頻響高、靈敏度大的硅光電池。光敏電阻對不同波長的光靈敏度不同，因此，選用光敏電阻時(shí)也應(yīng)結(jié)合光源來考慮。 第38頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.3.3.3使用時(shí)的注意事項(xiàng) (1)不論是光敏電阻，還是光敏二極管、三極管，都要注意其規(guī)格和使用環(huán)境條件。例如，最高工作電壓、耗散功率，光電流、環(huán)境溫度、極間耐壓等都是較重要的數(shù)

25、據(jù)，在使用時(shí)不能超過規(guī)定值。 (2)光敏管的靈敏度與入射光的方向有關(guān)，因此光源與光敏管的相對位置應(yīng)合適，且保持不變。 (3)光敏管要先進(jìn)行老化處理，才能使性能穩(wěn)定，特別是光敏電阻，在最初受到光照和外接負(fù)載后，靈敏度會明顯降低。在人為地加溫、光照和加負(fù)載情況下經(jīng)一至二星期的老化，光電性能漸趨穩(wěn)定，以后就基本不變了。 第39頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.3.3.4光電編碼器光電式編碼器是目前使用較多的編碼式數(shù)字傳感器。1光電式編碼器的結(jié)構(gòu)與工作原理光電式編碼器由碼盤與光電讀出裝置兩部分組成。碼盤采用照相腐蝕工藝，在一塊圓形光學(xué)玻璃上刻有透光與不透光的碼形?？梢暂敵鏊?/p>

26、位二進(jìn)制數(shù)碼的碼盤和光電讀出裝置如圖所示。 由最外向內(nèi)部依次為 位， ， ， 位，碼盤一側(cè)放置光源，另一側(cè)一個(gè)碼道對應(yīng)放置一個(gè)光電器件，圖中為光電三極管。四個(gè)光電三極管的讀出裝置正處在碼盤第8號角度位置，只有最里面碼道的光電三極管對著不透光區(qū)(陰影區(qū))，故不受光照，管子截止，輸出電平為 第40頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三其他三個(gè)碼道光電三極管均對著透光區(qū)(非陰影區(qū))，故受光照而導(dǎo)通，輸出電平均為0。因此，碼盤的第8號角度位置對應(yīng)的輸出數(shù)碼 ， ， ， 為1000。碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度，光電讀出裝置就輸出一個(gè)數(shù)碼。碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周光電讀出裝置就輸出16種不同的四位二進(jìn)制數(shù)碼

27、。 第41頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三2提高分辨率的措施 二進(jìn)制碼盤所能分辨的旋轉(zhuǎn)角度，即碼盤的分辨率 為 式中 數(shù)碼的位數(shù)，若為四位碼，則 。 因此，四位碼 ， ， 五位碼 ， ， 由此可見，位數(shù)越多，碼道數(shù)越多，能分辨的角度越小。為了提高角位移的分辨率，常規(guī)方法就是增加碼盤的碼道數(shù)。當(dāng)然這要受到制作工藝的限制。一般可通過采用多級碼盤，如兩級碼盤達(dá)到提高分辨率的目的。 第42頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三設(shè)低位碼盤有五條碼道，其輸出為5位數(shù)碼 ，高位碼盤有六條碼道，輸出6位數(shù)碼 ，兩個(gè)碼盤的關(guān)系同鐘表的分針與秒針的關(guān)系相似。同一個(gè)表盤

28、，秒針移動(dòng)60格(1圈)分針才移一格，分針移動(dòng)一格代表一分，秒針移動(dòng)一格代表一秒，分辨率提高60倍。同理，若低位碼盤轉(zhuǎn)了一圈后(輸出 32個(gè)數(shù)碼)高位碼盤才移動(dòng)一個(gè)碼位，或者說低位碼盤轉(zhuǎn) 32圈，高位碼盤才旋轉(zhuǎn)圈。那么分辨率將提高32倍，即可分辨的角位移是高位碼盤分辨率 的32分之1，即 ，這就是說由五條碼道的低位碼盤與六條碼道的高位碼盤相配合，可輸出11位數(shù)碼，角分辨率可達(dá) 。 第43頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.4主要非電參數(shù)的測量 4.4.1概述非電參數(shù)是相對于電參數(shù)而言的一類被測參數(shù)。它在種類和數(shù)量上遠(yuǎn)比電參數(shù)多而復(fù)雜。許多領(lǐng)域需測試的非電參數(shù)：如機(jī)械參

29、數(shù)（轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、壓力等）、熱學(xué)參數(shù)（溫度等）、聲學(xué)參數(shù)（噪聲等）、光學(xué)參數(shù)等等，可以用非電測法（機(jī)械法或光學(xué)法）測試，也可用電測法測試，但后者要比前者優(yōu)越得多，所以非電參數(shù)的電氣測試應(yīng)用極廣。非電參數(shù)的電氣測試法具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：1.將被測非電參數(shù)轉(zhuǎn)換成電磁參數(shù)進(jìn)行電氣測試，可以充分發(fā)揮電氣測試的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)；2.輸出的電信號可作長距離傳輸，利用遠(yuǎn)距離操作與自動(dòng)控制；第44頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三3.既可作靜態(tài)測試，也便于動(dòng)態(tài)測試；4.在檢測微弱信號及瞬態(tài)過程測試方面是其它非電測試方法所無法比擬的；5.由于可輸出電信號易于和許多后續(xù)數(shù)據(jù)處理儀器或計(jì)算機(jī)聯(lián)用，組成自

30、動(dòng)測試系統(tǒng)，對測試過程進(jìn)行控制，對測試結(jié)果進(jìn)行分析、運(yùn)算及處理。一個(gè)完整的非電參數(shù)電測系統(tǒng)，如圖所示。按信息流程來劃分，由信息的獲得（傳感器）、信息的調(diào)理，以及信息的顯示與處理三部分組成。它首先要獲得被測參數(shù)的信息，把它變換成電參數(shù)，然后通過信息的調(diào)理，把獲得的信息進(jìn)行變換、放大，再用顯示儀將信息顯示出來，有的把信息加以處理，也有的把這三部分分別稱為一次儀表、二次儀表及三次儀表。第45頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三非電參數(shù)電測儀器的分類方法有兩種：按被測參數(shù)分類(對使用對象比較明確)；按測量方法分類(對儀器的工作原理比較清楚)。但是在命名時(shí)，為了更加明確，習(xí)慣上常把

31、兩者結(jié)合起來命名，例如光電式轉(zhuǎn)速計(jì)、電阻應(yīng)變轉(zhuǎn)換儀等等。 非電參數(shù)電測技術(shù)總的趨向是朝小型輕量化、測試放大一體化、無接觸化方向發(fā)展。 第46頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.4.2轉(zhuǎn)速的測量 轉(zhuǎn)速是用單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)表示，通常采用一分鐘內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)作為單位，符號為r/min，角速度用一秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧度作單位，符號為rad/s。測試轉(zhuǎn)速的方法很多，根據(jù)其工作原理可分為計(jì)數(shù)式、模擬式和同步式三大類。計(jì)數(shù)式方法是用某種方法讀出一定時(shí)間內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)；模擬式方法是測出由瞬時(shí)轉(zhuǎn)速引起的某種物理量(如離心力、電機(jī)的輸出電壓)的變化；同步式方法是利用已知頻率的閃光與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)同步來測試

32、轉(zhuǎn)速。第47頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三4.4.2.1電子計(jì)數(shù)式測速數(shù)字式測速是發(fā)展十分迅速的一種測速方法，測試結(jié)果直接以數(shù)字顯示，它有如下特點(diǎn)：（1） 讀數(shù)準(zhǔn)確，消除了一般指針式儀表的刻度誤差和視覺差；（2） 測試范圍寬、精度高、速度快、顯示字跡清晰； (3)可進(jìn)行瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的測試。一般瞬時(shí)角速度 ，當(dāng) （或 ）取得極小時(shí)， 常稱 為瞬時(shí)角速度。 第48頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三由于轉(zhuǎn)速與頻率具有共同的量綱T-1，因此可以利用測頻率或測周期的方法得到轉(zhuǎn)速。采用電子計(jì)數(shù)式頻率計(jì)，配以轉(zhuǎn)速傳感器即可構(gòu)成電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表。為提高測試的準(zhǔn)確

33、度，一般對高、中轉(zhuǎn)速采用測頻法，對于低轉(zhuǎn)速采用測周法。 測頻法是測量轉(zhuǎn)速傳感器所發(fā)出電信號頻率的方法，即測量標(biāo)準(zhǔn)單位時(shí)間內(nèi)電脈沖數(shù)。測周法是定角測時(shí)，即用時(shí)標(biāo)填充的方法測相當(dāng)于某一旋轉(zhuǎn)角度的時(shí)間間隔，測周法可以在較短時(shí)間內(nèi)獲得較高的準(zhǔn)確度和分辨率。這兩類方法交替使用，相互補(bǔ)充，可以展寬測試范圍，提高測試準(zhǔn)確度。 第49頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三(1)測頻法(或稱M法)測速1數(shù)字式電子轉(zhuǎn)速表數(shù)字式頻率計(jì)的數(shù)字顯示值與轉(zhuǎn)速間的關(guān)系為式中 N1 計(jì)數(shù)值； n 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rmin)； z 旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)； t1 主閘門開啟測定的時(shí)間(s)。 為便于直接讀出轉(zhuǎn)速值，需使N1=n，則應(yīng)滿足zt1=60的條件。當(dāng)傳感器每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)為60及主閘門開啟測定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為1s，則計(jì)數(shù)器計(jì)的脈沖數(shù)就是旋轉(zhuǎn)體每分種的轉(zhuǎn)數(shù)。可見，z的數(shù)值最好是60或60的整倍數(shù)。 第50頁，共57頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)50分，星期三為了減小數(shù)字式儀器1個(gè)字的量化誤差(即由于