自動檢測概要

緒論

檢測系統(tǒng)的組成：傳感器（非電量--------電量）測量電路（微弱電量----較強電信號）輸出單元：顯示記錄裝置（可能遠程輸出）功能傳感器：把被測非電量轉(zhuǎn)換成為與之有確定對應關系、且便于應用的某些物理量（通常是電量）的檢測裝置。檢測電路：把傳感器輸出的變量變換成電壓或電流信號，使之能在輸出單元的指示儀上指示或記錄儀上記錄；或者能夠作為控制系統(tǒng)的檢測或反饋信號。輸出單元：指示儀、記錄儀（為自動檢測系統(tǒng)）、累加器（自動計量系統(tǒng)）、報警器（自動保護系統(tǒng)或自動診斷系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)處理電路（部分數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)）等。傳感器是指以一定精確度把被測量（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確定關系、便于應用的物理量的測量裝置傳感器的輸出量通常是電信號，它便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等。電信號形式：電壓、電流、電容、電阻等傳感器又稱為敏感元件、檢測器件、轉(zhuǎn)換器件等一.傳感器的定義傳感器的組成按其定義一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路三部分組成敏感元件：是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分轉(zhuǎn)換元件：是指傳感器中能將敏感元件輸出轉(zhuǎn)換成電參數(shù)。轉(zhuǎn)換電路：電參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出。由于傳感器輸出信號一般都很微弱，一般需要進行信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換、放大、運算與調(diào)制之后才能進行顯示和參與控制。二.傳感器的組成及功能一.測量誤差的基本概念測量誤差：用測量器具進行測量時，所測量出來的數(shù)值與被測量的實際值（或真值）之間的差值系統(tǒng)誤差：在同一條件下，多次測量同一量值時絕對值和符號保持不變，或在條件改變時按一定規(guī)律變化的誤差隨機誤差：在同一條件下，多次測量同一量值時絕對值和符號隨機變化粗大誤差：超出規(guī)定條件下的誤差

系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因：檢測裝置不完善、測量方法不完善、操作使用不當、環(huán)境影響等。

消除系統(tǒng)誤差的方法：實驗、分析、找原因、總結(jié)規(guī)律、修正。

系統(tǒng)誤差的大小表明多次測量結(jié)果距離真值的準確度，有確定規(guī)律的系統(tǒng)誤差越小，準確度越高。隨機誤差出現(xiàn)的原因：測量過程中一些獨立、微小、偶然因素的綜合結(jié)果。隨機誤差不可避免。消除隨機誤差的方法：利用概率理論和統(tǒng)計學的方法，分析隨機誤差的分布特性，減小誤差的影響。（多次測量求平均值）隨機誤差的大小表明多次測量結(jié)果重復一致的程度，稱為精密度，當測量結(jié)果分散時，當測量結(jié)果集中，重復性好時，則認為精密度高。

準確度＋精密度＝測量精確度（精度）精度：測量結(jié)果與真值接近程度的量。（1）準確度：反映測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差的影響程度；（2）精密度：反映測量結(jié)果中的隨機誤差的影響程度；（3）精確度：反映測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合影響程度；

精密度高的準確度不一定高；準確度高的精密度不一定高；精確度高則準確度高，精密度高a．規(guī)律性系統(tǒng)誤差小

準確度高。結(jié)果分散性大隨機誤差大

精密度低。b．規(guī)律性系統(tǒng)誤差大

準確度低。結(jié)果重復性好隨機誤差小

精密度高。c．規(guī)律性系統(tǒng)誤差小

準確度高。結(jié)果重復性好隨機誤差小

精密度高。一.靜態(tài)特性（被測量值已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸出與輸入的特性）

被測非電量：靜態(tài)量和動態(tài)量1.靜態(tài)量：不隨時間變化的信號或變化極其緩慢的信號2.動態(tài)量：周期信號、瞬變信號、隨機信號靜態(tài)特性指標主要包括線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等線性度：傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度靈敏度：輸出變化與輸入變化的比值。相當于放大倍數(shù)。(分辨率：輸入量最小增加多少，能被測量出來。)遲滯：正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合重復性：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，所得特性曲線不一致的程度零點漂移：傳感器無輸入時，每隔一段時間讀數(shù)，其輸出偏離零值。溫度漂移：溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度傳感器的動態(tài)特性分類：瞬態(tài)響應法（時域）和頻率響應法（頻域）瞬態(tài)響應特性對于正弦輸入信號,傳感器的響應稱為頻率響應或穩(wěn)態(tài)響應；對于階躍輸入信號,則稱為傳感器的階躍響應或瞬態(tài)響應。瞬態(tài)響應特性指標（1）時間常數(shù)τ

一階傳感器時間常數(shù)τ越小,響應速度越快。（2）響應時間ts

傳感器從階躍輸入開始進入穩(wěn)態(tài)值所規(guī)定的范圍內(nèi)所需的時間。（3）上升時間tr

傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的90%所需時間。（4）峰值時間tp

階躍響應曲線達到第一個峰值所需時間。（5）延時時間

傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的50%所需時間。（6）超調(diào)量

傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大值與穩(wěn)態(tài)值的百分比。一階傳感器的超調(diào)量為零。傳感器頻率響應特性指標（1）頻帶（2）時間常數(shù)（3）固有頻率標定：在明確輸入——輸出變換對應關系的前提下，利用某種標準或標準器具對新研制或生產(chǎn)的傳感器進行全面的技術(shù)檢定和標度。校準:

是指對傳感器在使用中和儲存后進行的性能復測。第四節(jié)傳感器的標定和校準第二章電阻式傳感器原理與應用

電阻式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。（1）電阻式應變片（2）壓阻式（3）熱電阻式測量參數(shù)：形變、壓力、力、位移、加速度、溫度

應變式傳感器是利用金屬的電阻應變效應，將被測量轉(zhuǎn)換為電量輸出的一種傳感器。

一、金屬的應變效應

當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化。取一根長度為L，截面積為S，電阻率為ρ的金屬絲，未受力時其電阻R為2.1.1金屬電阻應變片的工作原理F

Δl、ΔA、ΔρΔR2.1.2應變片的溫度誤差補償1.應變片的溫度誤差

由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，稱為應變片的溫度誤差。產(chǎn)生應變片溫度誤差的主要因素有以下兩方面。電阻溫度系數(shù)的影響2)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響2.電阻應變片的溫度補償方法1)電橋補償2)熱敏電阻補償3）應變片的自補償（書上有，老師PPT無）2.1.3電阻應變片的測量電路作用：將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。一、直流電橋空載電壓：

直流電源U輸出電壓R’直流電橋交流電橋直流電橋平衡條件：1）若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應變極性不一致，輸出電壓為兩者之和。2）若相對兩橋臂的應變極性一致，輸出電壓為兩者之和，反之為兩者之差。3）電橋的供電電壓U越高，輸出電壓越大，但太大則電流也大，傳感器會出現(xiàn)蠕變和零飄。4）增大靈敏系數(shù)K，可提高電橋的輸出電壓。**合理利用上述特性，可進行溫度補償和提高傳感器的測量靈敏度。二、非線性誤差及其補償當時,電橋的輸出電壓與應變成線性關系，否則成非線性關系。相對非線性誤差是：為了消除非線性誤差，實際應用中，采用半橋差動或全橋差動電路，改善非線性誤差和提高輸出靈敏度。半橋差動電路：(一個受拉，一個受壓）全橋差動電路：半橋差動電路不僅消除非線性誤差，使輸出靈敏度提高一倍，同時起溫度補償作用與單臂應變相比，靈敏度擴大4倍！R1R2F

2.1.4、電阻應變式傳感器的應用測量參數(shù)：形變、壓力、力、位移、加速度、溫度應用：（一）、測力與稱重傳感器（二）、壓力傳感器（三）、加速度傳感器（低頻10~60HZ應用廣泛）（四）、位移傳感器二、壓力傳感器補償片工作片膜片應變片插座壓力敏感（彈性）元件為膜片或膜盒、波紋管、彈簧管等第二節(jié)壓阻式傳感器--------半導體傳感器

壓阻效應：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫壓阻效應。半導體材料的壓阻效應特別強。半導體壓阻式傳感器分類①粘貼式應變片②擴散硅型壓阻傳感器特點：靈敏系數(shù)大，分辨率高，動態(tài)響應快，體積小，溫度范圍寬，便于批量生產(chǎn)，易于集成化、智能化（優(yōu)點）。它主要用于測量壓力、加速度和載荷等參數(shù)。因為半導體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補償（缺點）。第三章變阻抗式傳感器原理及應用

變阻抗式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成線圈電感量（自感或互感）、電容量等的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。（1）自感式傳感器（2）差動變壓器（3）電容傳感器（4）電渦流傳感器（5）壓磁式傳感器利用電感式傳感器，能對位移、壓力、振動、應變、流量等參數(shù)進行測量。它具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優(yōu)點，因此在機電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。它的主要缺點是響應較慢，不宜于快速動態(tài)測量，而且傳感器的分辨率與測量范圍有關，測量范圍大，分辨率低，反之則高。第一節(jié)自感式電感傳感器分類：1.變間隙型2.變面積型3.螺線管型4.差動型線圈電感算式：

W--------線圈匝數(shù)。

Rm-------磁路總磁阻。電磁感應

被測非電量自感L互感M測量電路U、I、f由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成

磁路總磁阻：故：可以看出，改變氣隙厚度δ

或氣隙截面積A都會導致自感系數(shù)變化。因此自感式傳感器又可分為變氣隙厚度δ和變氣隙面積A

的傳感器。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度的自感式傳感器。結(jié)論：變間隙型自感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，變間隙型自感傳感器適用于測量微小位移。為了減小非線性誤差，實際測量中采用差動變隙式自感傳感器結(jié)論：差動變隙式自感傳感器，改善了靈敏度及線性度相敏檢波電路中：電壓表讀數(shù)大小反映銜鐵的位移；電壓表極性反映移動方向。使用相敏整流，輸出電壓U0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點殘余電壓的影響，差動式與單線圈電感式傳感器相比，具有下列優(yōu)點：①線性好；②靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同時，輸出信號大一倍；③溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，由于能互相抵消而減小；④電磁吸力對測力變化的影響也由于能相互抵消而減小。第二節(jié)差動變壓器（概念）差動變壓器是把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成線圈互感量的變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動的形式連接，故稱之為差動變壓器式傳感器。差動變壓器結(jié)構(gòu)形式：有變隙式變面積式螺線管式等電磁感應

被測非電量自感L互感M測量電路U、I、f

差動變壓器運行中存在的問題：

零點殘余電壓：由于差動變壓器無法做到兩個副邊的感應電動勢完全對稱，所以即使沒有位移輸入，電路也會輸出一定的電動勢△U0。零點殘余電壓產(chǎn)生原因：

(1)傳感器的兩個次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，

(2)磁性材料的非線性,產(chǎn)生高次諧波不同，不能互相抵消。減小零點殘余電壓的方法：1.從制造工藝上減小殘余電動勢。2.采用拆圈實驗方法，使兩個次級繞組的等效參數(shù)相等。3.采用補償電路,調(diào)整元件參數(shù),消除殘余電動勢。零點殘余電壓的危害（一般在幾十毫伏以下）：造成零點附近的不靈敏區(qū)；限制分辨率的提高，影響線性度，使放大器飽和阻塞有用信號。并聯(lián)電阻：消除基波正交分量；并聯(lián)電容：消除高次諧波；串聯(lián)電阻、并聯(lián)電容：消除基波同相成分。1.力和力矩的測量2.微小位移的測量3.壓力測量4.加速度傳感器差動變壓器應用第三節(jié)電容式傳感器分類：1.變面積式電容傳感器2.變極距式電容傳感器3.變介電常數(shù)式電容傳感器

一、電容傳感器工作原理dSε

電容式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電容量的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。應用：測量壓力、力、位移、振動、液位等參數(shù)*采用差動結(jié)構(gòu)可提高靈敏度（提高一倍）和改善非線性三、電容式傳感器的特點和設計要點1、特點電容傳感器與電阻、電感等傳感器相比的優(yōu)點：（1）溫度穩(wěn)定性好（2）結(jié)構(gòu)簡單，適應性強（3）動態(tài)響應好（4）可實現(xiàn)非接觸測量主要缺點：（1）輸出阻抗高，負載能力差（2）寄生電容影響大2、設計要點（1）減小環(huán)境溫度、濕度等變化所產(chǎn)生的誤差，保證絕緣材料的絕緣性能（2）消除和減小邊緣效應（3）消除和減小寄生電容（4）采用差動結(jié)構(gòu)，減小非線性誤差，提高靈敏度第四節(jié)電渦流式傳感器原理

置于變化磁場中的塊狀金屬導體或在磁場中作切割磁力線的塊狀金屬導體，則在此塊狀金屬導體內(nèi)將會產(chǎn)生旋渦狀的感應電流的現(xiàn)象稱為電渦流效應，該旋渦狀的感應電流稱為電渦流，簡稱渦流。

電磁爐

高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。

一、高頻反射式1、基本原理將一個通以高頻電流is，頻率為f，外半徑為ras的電感線圈置于金屬導體附近，則線圈周圍空間將產(chǎn)生一個高頻磁場H，使金屬導體中感應電渦流i，i又產(chǎn)生與H

方向相反的交變磁場H’，如圖所示。根據(jù)愣次定律，H’

的反作用必然削弱線圈的磁場H。由于磁場H’

的作用，導致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。線圈阻抗的變化取決于被測金屬導體的電渦流效應。而電渦流效應既與被測體的電阻率ρ、磁導率μ以及幾何形狀有關，還與線圈的幾何參數(shù)、線圈中激磁電流頻率f有關，同時還與線圈與導體間的距離x有關。

線圈置于金屬導體附近：線圈中通以高頻信號i1

正弦交變磁場H1

金屬導體內(nèi)就會產(chǎn)生渦流渦流產(chǎn)生電磁場反作用于線圈，改變了電感結(jié)論：由電渦流產(chǎn)生反磁場的去磁作用將使線圈電感量減小，從而引起線圈等效阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)Q值的變化。所以凡是能引起電渦流變化的非電量，均可通過測量線圈的等效電阻R、等效電感L、等效阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)Q來測量。五、渦流式傳感器的應用被測參數(shù)變換量特征位移、厚度、振動

（1）

非接觸測量，連續(xù)測量（2）

受剩磁的影響。表面溫度、電解質(zhì)濃度、材質(zhì)判別、速度（溫度）

（1）

非接觸測量，連續(xù)測量；（2）

對溫度變化進行補償應力、硬度

（1）

非接觸測量，連續(xù)測量；（2）

受剩磁和材質(zhì)影響探傷

可以定量測量電渦流式傳感器的應用1、測量位移2、測量振動3、測量轉(zhuǎn)速4、測量厚度5、測量溫度第四章光電傳感器原理及應用第一節(jié)光電效應與光電器件1.外光電效應：在光線作用下電子從物體表面逸出。例如：光電管、光倍增管等2.內(nèi)光電效應：在光線作用下物體的電阻率改變。例如光敏電阻3.光生伏特效應：在光線作用下物體產(chǎn)生一定方向的電動勢。例如：光電池、光敏晶體管等輻射源光學通路光電元件光電式傳感器方框圖采用光電元件作為檢測元件的傳感器被稱為光電傳感器。光電傳感器由光源、光學通路和光電元件組成。（二）特性參數(shù)1.暗電阻與亮電阻暗電阻-----在室溫且全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻。例如MG41-42型光敏電阻的暗阻大于等于0.1兆歐。亮電阻-----在室溫且一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻。例如MG41-42型光敏電阻的亮阻小于等于1000歐。

光敏電阻接在電路上，亮電流（大）與暗電流（小）之差被稱為光電流。光敏電阻的暗電阻越大，亮電阻越小，靈敏度越高。2.伏安特性曲線光照度小光照度大在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系在給定的偏壓下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關。第三節(jié)光導纖維傳感器光纖傳感器(FOSFiberOpticalSensor)是20世紀70年代中期發(fā)展起來的一種基于光導纖維的新型傳感器。它是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎的傳感器有本質(zhì)區(qū)別。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。因此，它同時具有光纖及光學測量的特點。

工作原理（利用光的完全內(nèi)反射原理）光纖傳感器傳光型：作為光學通路傳輸光信號。功能型：被測信號光纖及傳輸特性變化。包層2.光導纖維低折射率高折射率1.光源3.光探測器4.4.1光導纖維的結(jié)構(gòu)和導光原理圓柱形內(nèi)芯和包層組成，而且內(nèi)芯的折射率略大于包層的折射率（n2<n1）4.4.3光纖傳感器結(jié)構(gòu)原理把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置光受到被測量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘枺?jīng)信號處理系統(tǒng)得到被測量。傳統(tǒng)傳感器（電為基礎）？信號處理電源信號接收敏感元件（a）傳統(tǒng)傳感器

導線光的電矢量E被測量調(diào)制：光的強度、偏振態(tài)（矢量B的方向）、頻率和相位解調(diào)：光的強度調(diào)制、偏振調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制光的調(diào)制過程就是將一攜帶信息的信號疊加到載波光波上；完成這一過程的器件叫做調(diào)制器。在光纖傳感器中，光的解調(diào)過程通常是將載波光攜帶的信號轉(zhuǎn)換成光的強度變化，然后由光電探測器進行檢測。(1)光纖的傳感器中的作用功能型非功能型拾光型

功能型（全光纖型）光纖傳感器利用對外界信息具有敏感能力和檢測能力的光纖(或特殊光纖)作傳感元件，將“傳”和“感”合為一體的傳感器。光纖不僅起傳光作用，而且還利用光纖在外界因素(彎曲、相變)的作用下，其光學特性(光強、相位、偏振態(tài)等)的變化來實現(xiàn)“傳”和“感”的功能。因此，傳感器中光纖是連續(xù)的。由于光纖連續(xù)，增加其長度，可提高靈敏度。信號處理光受信器光纖敏感元件光發(fā)送器非功能型（或稱傳光型）光纖傳感器光纖僅起導光作用，只“傳”不“感”，對外界信息的“感覺”功能依靠其他物理性質(zhì)的功能元件完成。光纖不連續(xù)。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實現(xiàn)，成本低。但靈敏度也較低，用于對靈敏度要求不太高的場合。信號處理光受信器敏感元件光發(fā)送器光纖拾光型光纖傳感器用光纖作為探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纖激光多普勒速度計、輻射式光纖溫度傳感器等。

信號處理光受信器光發(fā)送器光纖耦合器被測對象傳感器光學現(xiàn)象被測量光纖分類干涉型光纖傳感器相位調(diào)制干涉（磁致伸縮）干涉（電致伸縮）Sagnac效應光彈效應干涉電流、磁場電場、電壓角速度振動、壓力、加速度、位移溫度SM、PMSM、PMSM、PMSM、PMSM、PMaaaaa

非干涉型光纖傳感器強度調(diào)制遮光板斷光路半導體透射率的變化熒光輻射、黑體輻射光纖微彎損耗振動膜或液晶的反射氣體分子吸收光纖漏泄模溫度、振動、壓力、加速度、位移溫度溫度振動、壓力、加速度、位移振動、壓力、位移氣體濃度液位MMMMMMSMMMMMMMbbbbbbb光纖傳感器偏振調(diào)制法拉第效應泡克爾斯效應雙折射變化光彈效應電流、磁場電場、電壓溫度振動、壓力、加速度、位移SMMMSMMMb,abbb光纖傳感器頻率調(diào)制多普勒效應受激喇曼散射光致發(fā)光速度、流速、振動、加速度氣體濃度溫度MMMMMMCbb注：MM——多模光纖；SM——單模光纖；PM——偏振保持光纖(2)根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式4.4.6光纖傳感器的應用強度調(diào)制型： 基于彈性元件受壓變形，將壓力信號轉(zhuǎn)換成位移信號來檢測，故常用于位移的光纖檢測技術(shù)；相位調(diào)制型： 利用光纖本身作為敏感元件；偏振調(diào)制型： 主要是利用晶體的光彈性效應。光纖壓力傳感器第五章電動勢式傳感器1、磁電式傳感器（概念）2、霍爾傳感器3、壓電式傳感器第一節(jié)磁電式傳感器原理法拉第電磁感應定律：N通過一個閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就有感應電流產(chǎn)生——該現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應電流，相應的電動勢為感應電動勢。磁電式傳感器：基于電磁感應原理而制造。是通過磁電作用將被測量（如振動、轉(zhuǎn)速、扭矩）轉(zhuǎn)換成電勢信號的傳感器。結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、靈敏度高。-+磁通量Ф的變化實現(xiàn)辦法:磁鐵與線圈之間作相對運動；磁路中磁阻的變化；恒定磁場中線圈面積的變化.一、動圈式磁電傳感器（恒磁通式）1、原理動圈式磁電傳感器原理圖當α＝90°，線圈的感應電動勢為：輸出線彈簧片線圈芯軸磁鋼阻尼環(huán)殼體SNNS注意蘭色可移動部分！輸出：感應電動勢----正比于機械振動。一、動圈式磁電傳感器（恒磁通式）2、結(jié)構(gòu)磁電式傳感器構(gòu)成：1、磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定直流磁場。一般采用永久磁鐵；2、線圈由它運動切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢。二、磁阻式磁電傳感器（變磁通式）線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測物連接而運動的部分是用導磁材料制成的，在運動中，它們改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁能量，在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。 用來測量轉(zhuǎn)速，線圈中產(chǎn)生感應電動勢的頻率作為輸出，而電勢的頻率取決于磁通變化的頻率。結(jié)構(gòu)：開磁路、閉磁路置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。第二節(jié)、霍爾傳感器原理三、霍爾元件的主要特性參數(shù)(1)輸入電阻和輸出電阻

輸入電阻：控制電極間的電阻

輸出電阻：霍爾電極之間的電阻可以在無磁場即B＝0和室溫（20+-5）℃時，用歐姆表等測量。(2)額定控制電流和最大允許控制電流

額定控制電流：當霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生10℃溫升時，對應的控制電流值

最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升為限制所對應的控制電流值（3）不等位電勢和不等位電阻當磁感應強度為零，霍爾元件的激勵電流為額定值時，則其輸出的霍爾電勢應該為零，但實際不為零，用直流電位差計可以測得空載霍爾電勢，這時測得的空載霍爾電勢稱為不等位電勢。產(chǎn)生不等位電勢的主要原因有：①霍耳電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上；②半導體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；③激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分布等。r0稱不等位電阻四、霍爾元件的誤差及補償1)不等位電勢的補償不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級，有時甚至超過霍爾電勢，而實用中要消除不等位電勢是極其困難的，因而必須采用補償?shù)姆椒ā７治霾坏任浑妱輹r，可以把霍耳元件等效為一個電橋，用分析電橋平衡來補償不等位電勢?；魻栐牡刃щ娐凡坏任浑妱莸难a償電路對稱補償?shù)臏囟确€(wěn)定性要好些2)溫度補償霍爾元件是采用半導體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當溫度變化時，霍爾元件的載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化，從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。電阻相對變化溫度低------------溫度高升溫減小負溫度系數(shù)升溫增大正溫度系數(shù)溫度低------------溫度高霍耳電壓相對變化砷化銦硅鍺碲化銦鍺為了減小霍爾元件的溫度誤差，選用溫度系數(shù)小的元件采用恒溫措施由UH=KHIB可看出：采用恒流源供電是個有效措施，可以使霍爾電勢穩(wěn)定。但也只能是減小由于輸入電阻隨溫度變化所引起的激勵電流I的變化的影響?；魻栐撵`敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關系大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)α是正值時，它們的霍爾電勢隨溫度的升高而增加（1+α△t）倍。同時，讓控制電流I相應地減小，能保持KHI不變就抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響恒流源溫度補償電路當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時，旁路分流電阻自動地加強分流，減少了霍爾元件的控制電流UH=KHIB霍耳傳感器的應用優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，頻帶寬，動態(tài)特性好和壽命長應用：電磁測量：測量恒定的或交變的磁感應強度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；自動檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。霍爾傳感器的應用測量原理： 霍爾電勢與磁感應強度成正比，若磁感應強度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。應用： 位移測量、力、壓力、應變、機械振動、加速度1.微位移和壓力的測量2.磁場的測量 在控制電流恒定條件下，霍爾電勢大小與磁感應強度成正比，由于霍爾元件的結(jié)構(gòu)特點，它特別適用于微小氣隙中的磁感應強度、高梯度磁場參數(shù)的測量?；魻栯妱菔谴艌龇较蚺c霍爾基片法線方向之間夾角的函數(shù)。應用：霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器第三節(jié)壓電式傳感器一壓電式傳感器原理

1、壓電效應

壓電式傳感器：當外力作用于某些晶體時，發(fā)生壓電效應，在晶體表面產(chǎn)生電荷，通過檢測發(fā)電電荷量的大小測出作用力的大小?？芍瞥闪?、壓力、加速度等傳感器。體積小、輕便、頻帶寬、靈敏度高。壓電效應：某些晶體在一定方向上受到外力作用時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應在晶體的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷。當外力除去時，電荷消失；當外力反向時，電荷極性也反向。被稱為壓電效應。

2、石英晶體的壓電效應

石英：二氧化硅單晶，六角棱柱體，X、Y、Z三個晶軸。ｙxｚＺ光軸Ｘ電軸機械軸坐標軸晶體切塊1、X向應力--縱向壓電效應電荷計算：2、Y向應力—橫向壓電效應Ｚ光軸Ｘ電軸機械軸晶體切塊壓力拉力壓力拉力分別為兩個方向的壓電系數(shù)。且：石英晶體的壓電效應（a）正負電荷是互相平衡的，所以外部沒有帶電現(xiàn)象。（b）在X軸方向壓縮，表面A上呈現(xiàn)負電荷、B表面呈現(xiàn)正電荷。（c）沿Y軸方向壓縮，在A和B表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負電荷石英晶體一種天然晶體，壓電系數(shù)d11＝2.31×10－12C/N；莫氏硬度為7、熔點為1750℃、膨脹系數(shù)僅為鋼的1/30。優(yōu)點：轉(zhuǎn)換精度高、線性范圍寬、重復性好、固有頻率高、動態(tài)特性好、工作溫度高達550℃（壓電系數(shù)不隨溫度變化而改變）、工作濕度高達100%、穩(wěn)定性好。3、壓電陶瓷的壓電效應壓電陶瓷：多晶體，具有電疇（分子自發(fā)形成的電場區(qū)域）結(jié)構(gòu)的壓電材料。正常狀態(tài)下對外不呈現(xiàn)電荷。在一定溫度下，對壓電陶瓷加強電場進行極化處理，內(nèi)部電疇的排列被人為地規(guī)則化，當強電場撤消后，壓電陶瓷就具有了壓電特性。

多晶鐵電體在強電場中極化電疇排列規(guī)則化壓電陶瓷的正壓電效應壓電陶瓷片上加上一個與極化反向平行的外力，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮變形，原來吸附在極板上的自由電荷，一部分被釋放而出現(xiàn)放電現(xiàn)象。 當壓力撤消后，陶瓷片恢復原狀，片內(nèi)的正、負電荷之間的距離變大，極化強度也變大，因此電極上又吸附部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。放電電荷的多少與外力的大小成比例關系二壓電傳感器的測量電路1.壓電元件的等效電路壓電式傳感器的等效電路壓電式傳感器可以等效為電荷源和壓電元件電容器的并聯(lián)電路；也可以等效為電壓源和電容器的串聯(lián)電路。(a)等效為一個電荷源Q與一個電容Ca并聯(lián)的電路(b)等效成一個電源U=Q/Ca和一個電容Ca的串聯(lián)電路兩個壓電片的聯(lián)接方式（a）“并聯(lián)”，Q’=2Q，U’=U，C’=2C并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號并且以電荷作為輸出量的地方，（b）“串聯(lián)”Q’=Q，U’=2U，C’=C/2而串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小。適宜用于以電壓作輸出信號，且測量電路輸入阻抗很高的地方。（1）電壓放大器Ca：傳感器的電容Ra：傳感器的漏電阻Cc：連接電纜的等效電容Ri：放大器的輸入電阻Ci：輸入電容前置放大器輸入電壓壓電元件的力F=Fmsinωt壓電元件的壓電系數(shù)為d11，產(chǎn)生的電荷為Q=d11·F。輸入電壓的幅值當作用力是靜態(tài)力（ω=0）時，前置放大器的輸入電壓為零。原理上決定了壓電式傳感器不能測量靜態(tài)物理量。壓電式傳感器突出優(yōu)點：高頻響應相當好。電纜長度會影響靈敏度?。?）電荷放大器 壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。 能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達1010~1012Ω，輸出阻抗小于100Ω。

使用電荷放大器突出的一個優(yōu)點：在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關。壓電傳感器與電荷放大器連接等效電路K是放大器的開環(huán)增益，（-K）表示放大器的輸出與輸入反相，若開環(huán)增益足夠高，則放大器的輸入端的電位接近“地”電位。1、壓電式加速度傳感器2、壓電式力傳感器3、壓電式壓力傳感器三壓電式傳感器的應用壓電元件由兩塊壓電片組成，在壓電片的兩個表面上鍍銀并焊接輸出引線，輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電元件上，以一定的預緊力安裝一慣性質(zhì)量塊，整個組件裝在一個厚基座的金屬殼體中。第三節(jié)熱電偶傳感器一熱電偶的工作原理1.兩種不同導體2.接成閉合回路3.兩個接點處溫度不同

1、熱電效應

回路中會產(chǎn)生熱電動勢。必要條件

熱電偶傳感器基于熱電效應原理而工作。屬于有源傳感器，使用時不需要外加電源，可以方便地測量爐子、管道中的氣體或液體溫度，也可以測量固體表面溫度。結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小、便于遠距離傳送。。熱電動勢（電荷擴散）溫差電動勢:同一導體上因兩端溫度不同引起。接觸電動勢:兩種不同導體的接觸引起。熱電極A和B為同一種材料，NA=NB,δA=δB，則EAB(T,T0)=0。若熱電偶兩端處于同一溫度下，T=T0，EAB(T,T0)=0。熱電勢存在必須具備兩個條件： 一、兩種不同的金屬材料組成熱電偶， 二、它的兩端存在溫差。

2.熱電偶回路的總熱電勢1.勻質(zhì)導體定律2.中間導體定律3.連接導體定律二、熱電偶基本定律為解決測量中的實際問題提供理論依據(jù)利用該定律，可以檢查兩種熱電極材料是否相同，或一種熱電極材料是否均勻。

1.勻質(zhì)導體定律由一種勻質(zhì)導體所組成的閉合回路，不論導體的截面積如何及導體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。熱電偶必須采用兩種不用材料的導體組成，熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關，而與沿熱電極的溫度分布無關。如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導體，在不均勻溫度場中測溫時將造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標之一。2.中間導體定律 在熱電偶回路中接入與另一種導體稱中間導體C，只要中間導體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動勢不受中間導體接入的影響。該定律說明在冷端接入測量儀表，不會影響結(jié)果。ET0T0T3.連接導體定律為在工業(yè)測量溫度中使用補償導線提供了理論基礎。當A與A’，B與B’材料分別相同時中間溫度定律熱電極A和B與熱電極A/和B/相連,總的熱電勢為:熱電勢的代數(shù)和三熱電偶的冷端補償一、冷端恒溫法

標準熱電偶的熱電動勢表是以冷端溫度為0度的情況下給出的。只有在冷端溫度不變時，熱端溫度才能通過熱電動勢檢測出來。如果冷端溫度因環(huán)境而變化，會嚴重影響溫度測量數(shù)據(jù)的精度。因此冷端溫度變化必須進行修正和補償。1.采用0度恒溫器，保持冷端溫度為0度。2.采用其他恒溫器，保持冷端溫度一定。二、補償導線法利用與熱電偶熱電特性一致的補償導線，將熱電偶延伸到恒溫的冷端，如儀表室。組成：補償導線合金絲、絕緣層、護套和屏蔽層。熱電偶補償導線功能：其一實現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了電路成本。補償導線又分為延長型和補償型兩種延長形：補償導線合金絲的名義化學成分及熱電勢標稱值與配用的熱電偶相同，用字母“Ｘ”附在熱電偶分度號后表示，補償型：其合金絲化學成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢值在100℃以下時與配用的熱電偶的熱電勢標稱值相同，有字母“C”附在熱電偶分度號后表示，

補償導線合金絲使用補償導線時注意問題：補償導線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（0~100℃）；熱電偶和補償導線的兩個接點處要保持溫度相同；不同型號的熱電偶配有不同的補償導線；補償導線由正、負極需分別與熱電偶正、負極相連；補償導線的作用是對熱電偶冷端延長。三、計算修正法（唯一計算題，見P171）在實際應用中，熱電偶的參比端往往不是0oC，而是環(huán)境溫度，這時測量出的回路熱電勢要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢后才能符合熱電偶分度表的要求。

可用室溫計測出環(huán)境溫度T1，從分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上熱電偶回路熱電勢E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到準確的被測溫度值。四、電橋補償法利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值

不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。T0UaUabT0

EAB(T,T0)第六章溫度檢測

1.熱電阻測溫傳感器2.熱電偶測溫傳感器

第一節(jié)熱電阻式溫度傳感器熱電阻傳感器-----利用導體或半導體的電阻率隨溫度變化而變的物理現(xiàn)象進行溫度檢測。目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種,它們的分度號分別為Pt50和Pt100,其中以Pt100為常用。

一、熱電阻優(yōu)點：（1）電阻-溫度變化具有良好的線性關系；（2）電阻溫度系數(shù)大，故測量精度高；

（3）熱容量小，反應速度快；（4）有較大的測量范圍；－200～650℃；（5）在測量范圍內(nèi)具有高的物理和化學性質(zhì)，價格較低。（5）易于使用在自動測量和遠距離測量中。熱電阻傳感器分類：金屬熱電阻==熱電阻半導體熱電阻==熱敏電阻（二）銅電阻由于鉑是貴重金屬,在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合,可采用銅熱電阻測溫,測量范圍-50~+150℃。銅熱電阻在測量范圍內(nèi)電阻值與溫度的關系:

α為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)，銅熱電組的有兩種分度號Cu50(R0=50Ω)和Cu100(R100=100Ω）。

銅熱電阻線性好,測溫范圍小，價格便宜,易氧化,不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。鉑熱電阻線性好，測溫范圍較大，價格昂貴，不宜氧化，在腐蝕性介質(zhì)或較高溫度下可以工作。二、半導體熱敏電阻利用