传感器及检测技术考试复习(1)

1、xyS下页下页上页上页返回返回图1.13检测系统的静态特性与性能指标：检测系统的静态特性与性能指标：灵敏度指输出的增量与输入的增量之比，即：灵敏度：掌握定义，学会利用题目所给的单位判灵敏度：掌握定义，学会利用题目所给的单位判断得到灵敏度的求法（即输出与输入量）断得到灵敏度的求法（即输出与输入量）-需要需要灵活掌握！灵活掌握！第第1章章 传感器与检测技术概论传感器与检测技术概论 非线性度（也做线性度）非线性度（也做线性度） 如图1.14所示，标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。如果在全量程A输出范围内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为B，则定义非线性度为： （1.2）%100AB非线性度下

2、页下页上页上页返回返回图1.14minmaxmaxyyLL100% （掌握其定义）（掌握其定义）回程误差回程误差 如图1.15所示，回程误差也称为滞后或变差。实际测量系统在相同的测量条件下，当输入量由小增大，或由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量存在差值，此信号差值的最大者则定义回程误差为： （1.3）下页下页上页上页返回返回%100maxAh回程误差图1.15重复性重复性（了解其含义）（了解其含义） 重复性表示检测系统在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。曲线越重合，重复性越好，误差也越小。下页下页上页上页返回返回图1.16分辨力：用来表示检测系统或者仪表

3、装置能够检测被测量最分辨力：用来表示检测系统或者仪表装置能够检测被测量最小变化的能力（理解其含义）小变化的能力（理解其含义）第2章 检测系统的误差合成检测系统的误差合成 下页下页返回返回2.1.2 测量误差的分类测量误差的分类 按照其特点与性质，可将误差分为系统误差、随机可将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三大类。误差和粗大误差三大类。（3）引用误差 引用误差为仪器仪表表示值误差与仪表测范围上限的百分比，即 （2.3） 为测量范围上下限之差。%100仪表测量范围上限仪器仪表示值误差引用误差下页下页上页上页返回返回（2）相对误差（相对误差越小，测量精度越高） 被测量的绝对误差与其真值之比值的

4、百分数值称为相对误差，即%100%100测量结果绝对误差真值绝对误差相对误差2.1.4 测量误差的表示方法测量误差的表示方法 通常，用绝对误差来评价相同被测量测量精度的高低，相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低。为了减少仪器仪表引用误差，一般应在满量程为了减少仪器仪表引用误差，一般应在满量程2/3范围范围以上进行测量。以上进行测量。 根据测量要求限定的最大绝对误差和选定的量程，计算传感器限定的最大引用误差，在国家规定的精度等级中选择确定精度（精度等级加上百分号和正负号后应小于或最多等于小于或最多等于测量要求限定的传感器最大引用误差。 下页下页上页上页返回返回精度等级精度等级：按国家统一规

5、定的允许误差大小而划分的数值。国家规定的仪表（传感器）精度等级：0.005 0.02 0.05 0.1 0.2 0.25 0.4 0.5 1.0 1.5 2.5等P43 2.6解析（这是原来的讲解，注意通过理解来解题，不要硬搬照抄）解：（1）对于三个等级的仪表来说，他们的最大误差分别是 600*2.5%=15， 600*2.0%=12， 600*1.5%=9； 而根据实际测量精度要求，最大误差是500 *2.5%= 12.5，因此，只要是最大误差小于12.5的仪表，都可以使用，即可以选用2.0级和1.5级。（2）根据实际测量精度要求，最大误差是500 *2.5%= 12.5，而相对于600而言

6、，误差为12.5时的引用误差应该是 仪表精度小于这个误差精度，即仪表的最大误差要小于测量误差的要求，有1.52.02.082.5,所以1.5级和2.0级均可选用。下页下页上页上页返回返回%08. 2%1006005 .12实际引用误差3.1 电阻式传感器电阻式传感器常用的电阻式传感器有电位器式、电阻应变式、热敏效应式等类型的电阻传感器。 灵敏系数（灵敏系数（K）指的是应变片安装到被测物体表面后，指的是应变片安装到被测物体表面后，在其轴线方向上的单向应力作用下，应变片阻值的相对变化与在其轴线方向上的单向应力作用下，应变片阻值的相对变化与被测物表面上安装应变片区域的轴向应变之比。表达式为：被测物表

7、面上安装应变片区域的轴向应变之比。表达式为：RdRK （就是从灵敏度的定义得到的公式）（就是从灵敏度的定义得到的公式）（1）半桥单臂）半桥单臂如上图（如上图（a）图所示，若传感器输出的电阻变化量）图所示，若传感器输出的电阻变化量 R 只接只接入一个桥臂中，工作时只有一个桥臂的阻值随被测量发生变化入一个桥臂中，工作时只有一个桥臂的阻值随被测量发生变化（R1 + R1），其余三臂的阻值），其余三臂的阻值 R 没有变化（没有变化（R2 = R3 = R4 = 0）。）。此种情况下，桥路的灵敏度为：此种情况下，桥路的灵敏度为：K = U / 4（2）半桥双臂）半桥双臂如上图（如上图（b）图所示，若有两

8、个桥臂参与工作时，桥路的）图所示，若有两个桥臂参与工作时，桥路的灵敏度就是：灵敏度就是：（3）全桥）全桥如上图（如上图（c）图所示，若）图所示，若 4 个桥臂都参与工作时，桥路的灵个桥臂都参与工作时，桥路的灵敏度就为：敏度就为：K = 2U / 4 = U / 2K = 4U / 4 = U桥式电路的灵敏度的通解公式为：桥式电路的灵敏度的通解公式为：该式表明：该式表明：桥臂系数（桥臂系数（a）越大，电桥电路的灵敏度越高；）越大，电桥电路的灵敏度越高；供桥电压（供桥电压（U）越大，电桥电路的灵敏度也愈高。）越大，电桥电路的灵敏度也愈高。即全桥的接法可以得到最大的灵敏度。即全桥的接法可以得到最大的

9、灵敏度。K = a U / 4 （a- -桥臂系数）桥臂系数）（掌握原理应用，注意做过的课后习题！）（掌握原理应用，注意做过的课后习题！）3.2 电容式传感器电容式传感器（记住分类）（记住分类）（1）变极距型电容式传感器）变极距型电容式传感器（2）变极板面积型电容传感器（3）介质变化型电容传感器）介质变化型电容传感器（4）电容式压力传感器）电容式压力传感器（自己理解电容式传感器的工作原（自己理解电容式传感器的工作原理，组织语言描述）理，组织语言描述） 图3.21 (a)为单只变极距型电容传感器，用于测量流体或气体的压力。流体或气体压力作用于弹性膜片(动极片)，使弹性膜片产生位移，位移导致电容量

10、的变化，从而引起由该电容组成的振荡器的振荡频率变化，频率信号经计数、编码、传输到显示部分，即可指示压力变化量。3.3 电感式传感器电感式传感器根据电感的类型不同，电感传感器可分为自感系数变化型和互感系数变化型两类。返回返回根据结构形式不同，可变磁阻式传感器又分为气隙厚度气隙厚度变化型、气隙面积变化型和螺管型变化型、气隙面积变化型和螺管型三种类型。互感型变压器式电感传感器互感型变压器式电感传感器 当铁芯处于中间位置时，输出电压: 当铁芯向右移动时，则输出电压: 当铁芯向左移动时，则输出电压: 输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁芯的位移大小。 021UUU021UUU021UUU图3

11、.28 差动变压器输出特性图下页下页上页上页返回返回零点残余电压零点残余电压（了解其所指含（了解其所指含义义p69）3.5 压电式传感器压电式传感器演示演示 某些物质，当沿着一定方向受到压力或者拉力作用而发生变形，其两个表面上会产生符号相反的电荷；当外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态；当受力方向变化时，电荷的极性也随着变化，我们把现象就称为压电效应（了解内容）压电效应（了解内容）。（书上（书上p82的图的图3.47） （2）电荷放大器）电荷放大器下页下页上页上页返回返回（注意计算公（注意计算公式式3.104的变化的变化应用，结合复应用，结合复习时的课后习习时的课后习题。）题。）返回返回式中

12、 感应电势频率（周/秒）； 圆轮的角速度； 圆轮的转速（转/分）。fn2/60/ nf3.6 磁电式传感器磁电式传感器（注意计算公式的（注意计算公式的变化应用，计算脉变化应用，计算脉冲和转速的关系。）冲和转速的关系。）3.7 热电式传感器热电式传感器下页下页上页上页返回返回 热电偶热电偶由两根不同性质的导体由两根不同性质的导体（ A 和和 B ）所组成的闭合回）所组成的闭合回路（如右图所示）。路（如右图所示）。t 为测温为测温端（或称热端），端（或称热端），t0 为自由为自由端（或称冷端）。端（或称冷端）。热电效应：热电效应：就是将两种不同成分的导体组成一闭合回路，就是将两种不同成分的导体组成

13、一闭合回路，如图右所示，当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度场如图右所示，当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一中时，回路中将产生一个电势，个电势，该电势的方向和大小与导体该电势的方向和大小与导体的材料及两结点的温度有关。的材料及两结点的温度有关。 （2）热电偶定律）热电偶定律 1）中间导体定律）中间导体定律 若在热电偶回路中插入中间导体，无论插入导体的温度分布如何，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总电动势无影响这就是中间导体定律。 下页下页上页上页返回返回2）中间温度定律）中间温度定律 如图3.67所示热电偶在结点温度为T、T0时的热电动势EAB(T，T0)

14、等于该热电偶在(T，Tn)及(Tn，T0)时的热电动势EAB(T，Tn)与EAB(Tn，T0)之和这就是中间温度定律。2）冷端温度补偿）冷端温度补偿下页下页上页上页返回返回（1）冷端恒温法 （2）计算修正法（3）仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法（4）电桥补偿法（ P100注意内容含义的应用，注意内容含义的应用，自己回忆一下上课讲的练习）自己回忆一下上课讲的练习）3.8 光电式传感器光电式传感器下页下页上页上页返回返回光电效应通常分为三类：光电效应通常分为三类：外光电效应：光电管，光电倍增管外光电效应：光电管，光电倍增管内光电效应：内光电效应： （1）光电导效应：光敏电阻）光电导效应：光敏电

15、阻 （2）光生伏特效应：光电二极管，光电三极管，光电池）光生伏特效应：光电二极管，光电三极管，光电池光电隔离器：光电隔离器：光电耦合器的几组基本组合：光电耦合器的几组基本组合： 用传感器阵列获取图像电荷耦合器件（理解其应用）电荷耦合器件（理解其应用） 当霍尔元件通以激励电流当霍尔元件通以激励电流I I时，若磁场时，若磁场B=0B=0，理论上霍尔电势理论上霍尔电势U UH H=0,=0,但实际但实际U UH H00，这时测得的，这时测得的空载电势称不等位电势空载电势称不等位电势 U U0 0 。 产生的原因：产生的原因：霍尔引出电极安装不对称霍尔引出电极安装不对称不在同一等位面上，或激不在同一等

16、位面上，或激励电极接触不良。励电极接触不良。半导体材料不均匀，几半导体材料不均匀，几何尺寸不均匀，造成电何尺寸不均匀，造成电阻率不均匀。阻率不均匀。6）不等位电势）不等位电势霍尔元件的技术参数霍尔元件的技术参数3.9 霍尔元件霍尔元件3.10 光纤传感器光纤传感器光纤传感器的分类光纤传感器的分类 1）功能型光纤传感器功能型光纤传感器：又称为全光纤型传感器。：又称为全光纤型传感器。光纤不光纤不仅起传光作用，又是敏感元件，即光纤本身同时具有传、仅起传光作用，又是敏感元件，即光纤本身同时具有传、感两种功能。感两种功能。2）非功能型光纤传感器：又称为光型光纤传感器，光纤）非功能型光纤传感器：又称为光型

17、光纤传感器，光纤在其中仅作导光作用。在其中仅作导光作用。 光栅基本结构 图示为黑白型长光栅，光栅上的刻线称为栅线。光栅上面的刻线为栅线，设栅线宽度为a,缝隙宽度为b，一般取a=b，图中W=a+b称为光栅的栅距称为光栅的栅距。对圆光栅来说，出来栅距外，还有栅距角。栅距角栅距角是指圆光栅上相邻的两条刻线所夹的角。下页下页上页上页返回返回3.16.3 光栅式传感器光栅式传感器 光栅传感器工作原理光栅传感器工作原理 1）莫尔条纹下页下页上页上页返回返回 2）莫尔条纹的特性 运动对应关系运动对应关系 莫尔条纹的移动量和移动方向与主光栅相对于指示光栅的位移量和位移方向有着严格的对应关系。 。（理解并记住p

18、183页下面这一段的描述）下页下页上页上页返回返回相关测速原理相关测速原理 0ttxty4.3 速度、加速度与速度、加速度与振动的测量振动的测量图4.69 霍尔式加速度传感器结构示意图7）霍尔式加速度传感器（结合霍尔传感器的原理，掌握此加速度传感器的工作原（结合霍尔传感器的原理，掌握此加速度传感器的工作原理。理。p300）磁电式转速传感器磁电式转速传感器图4.72 磁电式转速传感器的结构原理图60nzf 4.4 转速的测量转速的测量（注意公式的应用）（注意公式的应用）在工程实践中，往往利用各声压级之间的差值的简单方法来求得总声压级值。当 且 ，则总声压级等于较高的声压级加上一个增量21ppLL

19、21ppLLLLLpptol1（4）级的合成、扣除（注意课后练习的掌握）（注意课后练习的掌握）1）级的合成）级的合成4.5 噪声测量噪声测量为了方便使用，式（4.82）关系可以用表4.9来表示。根据两声压级之差 ，由表中查得总声压级与之差 ，很方便地求出总声压。（4.82）21ppLLL表4.9 声压合成时级差关系表0123456789103.02.52.11.81.51.21.00.80.60.50.421ppLLL注: 21ppLL2）级的扣除）级的扣除从结果中扣除背境噪声后，才能获得所考察的声音的声压值。设所考察的声音的声压级为 、环境的背境噪声的声压级为 、两者合成后的声压级为 （即实

20、际测得的声压级）， 和 之差为 、 和 之差为 。那么，它们的关系为： psLpeLptolLptolLpsLLptolLpeL L11011lg1010LL一旦分别测得背境噪声的声压级 和实测总声压级 ，就可以求得级差 ，然后由该表查得 ，并从实测总声压级 扣除该值，便可得到所考察的声音的声压级为 。 peLptolLptolLL表4.10 背境噪声级影响的扣除值psL LptolLL级差中扣除值3456789103.002.301.701.250.950.750.600.45 L纯音等响曲线纯音等响曲线等响曲线表达了典型听者认为响度相同的纯音的声压级与频率的关系。曲线体现了，同样响而频率不同的纯音具有不同的声压级，它们的声压级相差甚巨；同时大致上随频率增加而先降后升。图4.84 等响曲线 MAF听阀曲线4.6