传感器的基本要求(12复习)教材

1、传感器原理传感器原理内容提要和要求内容提要和要求教学内容和重点：教学内容和重点： 传感器的基本概念及其基本特性（静态、动传感器的基本概念及其基本特性（静态、动态特性）；态特性）； 各类传感器的转换原理；特性分析及其设各类传感器的转换原理；特性分析及其设计方法；测量计方法；测量电路；实际应用；电路；实际应用；Chapter1 基础基础 1了解传感器的定义、组成及其分类；了解传感器的定义、组成及其分类；传感器技术的特点；传感器发展趋势；传感器技术的特点；传感器发展趋势； 2掌握传感器静态特性指标及定量描述掌握传感器静态特性指标及定量描述方法；方法； 3掌握传感器动态特性的描述方法（微掌握传感器动态

2、特性的描述方法（微分方程，传递函数，频率特性）及其动态特分方程，传递函数，频率特性）及其动态特性指标（一阶传感器的时间常数性指标（一阶传感器的时间常数 ， 6了解机了解机-电模拟的基本方法和意义。电模拟的基本方法和意义。 一一 阶阶 传传 感感 器器 微分方程微分方程 传递函数传递函数 频率特性频率特性 幅频特性幅频特性相频特性相频特性 动态误差动态误差 tKxtydttdy s1KsHj1KjH 21KjHA arctanarctan1112主要计算公式主要计算公式EG 设时间常数为5s的温度计，从的室温条件下突然输入的开水中，经过15s之后，温度计的指示值为多少度? Chapter2 应变

3、被测量被测量 应变（应变（ ） 电阻变化（电阻变化（ R） 电压电压(U) 1掌握金属电阻应变片的结构、原理（电阻掌握金属电阻应变片的结构、原理（电阻-应变效应，应变效应，K=( R/R)/ ）及特性：）及特性： 2掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻式传感器的设掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻式传感器的设计特点及其应用；计特点及其应用； /21RR21/21/RRKLLERR21ERRKLB/21/ Chapter2 应变 3掌握电阻应变式传感器测量线路（直流惠斯通电桥）掌握电阻应变式传感器测量线路（直流惠斯通电桥）的结构形式（特别是差动结构）及特点，一般情况下，电桥的结构形式（特别是差动结

4、构）及特点，一般情况下，电桥输出电压为输出电压为 4掌握电阻应变式传感器的组成、应用及其分析方法；掌握电阻应变式传感器的组成、应用及其分析方法；弹性敏感元件弹性敏感元件+电阻应变片电阻应变片 电阻应变式传感器；电阻应变式传感器； 弹性敏感元件的应变弹性敏感元件的应变-应力关系：应力关系： = /E； 弹性敏感元件的泊松比弹性敏感元件的泊松比 ：d/d=l/l=。 4321432144KURRRRRRRRUUiiOEG实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片应变片。已知应变电桥的供桥电压E=4V，R1=R2=120，=0.285，应变片的灵敏系数K=2，试求：R1=1.2时，电桥输出电压UO=？

5、 Chapter3 电感电感被测量被测量 L， M电磁感应电磁感应 自感式传感器（电感式传感器）自感式传感器（电感式传感器） 电感式传感器电感式传感器 差动变压器差动变压器 互感式传感器互感式传感器 电涡流式传感器电涡流式传感器 Chapter3 1.掌握电感式传感器结构、原理及其基本特性：掌握电感式传感器结构、原理及其基本特性： 变气隙型电感式传感器变气隙型电感式传感器P59 电感量电感量 灵敏度灵敏度 非线性非线性 误差误差 差动结构：灵敏度加倍；非线性误差减小。差动结构：灵敏度加倍；非线性误差减小。1202KSWRWLm010K%100L Chapter3 电感 P61 2.掌握电感式传

6、感器的电桥测量电路的输出特性：掌握电感式传感器的电桥测量电路的输出特性： 交流电桥输出：交流电桥输出： 差动电阻平衡臂电桥：差动电阻平衡臂电桥： 或或 差动变压器电桥：差动变压器电桥： 或或 ZOEZZZZZZZZU44332211LLEUo2SSoRREU2ZZEUo2ELRLUSo22)(2 Chapter3 3掌握各类电感式传感器的典型应用（位移掌握各类电感式传感器的典型应用（位移型传感器）。型传感器）。EG变磁阻式传感器，铁芯导磁截面积A=1.5cm2，长度=20cm，铁芯相对磁导率=5000，线圈匝数W=3000，若原始气隙0=0.5cm，若=0.1mm： （1）求其灵敏度L/=？

7、（2）采用差动方式如P60图5-3，其灵敏度L/=？ Chapter4 电容被测量被测量 （ d， S，） C U(I,f) 1掌握不同类型的电容传感器构成原理及其用途，并结掌握不同类型的电容传感器构成原理及其用途，并结合应用设计电容式传感器：合应用设计电容式传感器： 平行板电容器电容量：平行板电容器电容量： 柱式电容器电容量：柱式电容器电容量：dSdSCr0dDLCln2 Chapter4 电容 空气介质的变间隙式电容传感器：空气介质的变间隙式电容传感器： 灵敏度：灵敏度： 非线性误差：非线性误差： 线位移变面积式电容传感器：线位移变面积式电容传感器： 00ddCC001/ddCCK%100

8、/%100/)/(0020ddddddLxdbCCC0 xdbxCK Chapter4 电容 角位移变面积式电容传感器：角位移变面积式电容传感器： 变介电常数式电容传感器：变介电常数式电容传感器： (线性线性) 2分析各种电容式传感器测量电路特点：分析各种电容式传感器测量电路特点： 3掌握分析计算电容变送器初始电容及灵敏度变化的方掌握分析计算电容变送器初始电容及灵敏度变化的方法。法。 xdbnnCCCx00CCKdSC0r电容式物位计原理电容式物位计原理P48. 变面积型电容传感器中，平板形结构对极距变化特别敏感，变面积型电容传感器中，平板形结构对极距变化特别敏感，测量精度受到影响测量精度受到

9、影响, ,而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，成为实际中最常采用的结构。成为实际中最常采用的结构。P78P78其电容计算式为：其电容计算式为： 2ln(/)xCD d 0222()2ln(/)ln(/)ln(/)ln(/)LxLxxCCCD dD dD dD d当重叠长度当重叠长度x x变化时，电容量变化为：变化时，电容量变化为：2(/ )CKxln D d灵敏度为：灵敏度为： OR .OR .变介质型电容式传感器变介质型电容式传感器P48P48 电容式液位传感器结构原理图与等效电路电容式液位传感器结构原理图与等效电路 电容式电容式液位传感器传感器图示同

10、轴圆柱形电容器的初始图示同轴圆柱形电容器的初始电容为电容为:00212()hCln r r1212()xhCln r r02212()()xh hCln r r测量时，电容器的介质一部分是被测液位的液体，一部分是空气。测量时，电容器的介质一部分是被测液位的液体，一部分是空气。设设C C1 1为液体有效高度为液体有效高度h hx x形成的电容，形成的电容，C C2 2为空气高度（为空气高度（h-hh-hx x）形成的）形成的电容，则：电容，则：由于由于C C1 1和和C C2 2为并联，所以总电容为为并联，所以总电容为: :00021212121000022()22 ()()()()()()xx

11、xxxhh hhhCln r rln r rln r rln r rCChh 可见，电容可见，电容C理论上与液面高度理论上与液面高度hx成线性关系，只要测出传感器电成线性关系，只要测出传感器电容容C的大小，就可得到液位高度。的大小，就可得到液位高度。EG有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm极距d=2mm，极间介质为空气，测量电路u1=3sintV，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量x=5mm时,电桥输出电压u0。EGAN:b1da1xb2a2C1C2C1C2uiu0uuttuaxuCC

12、uuiisin750sin320500mV Chapter5 压电力力(F ) 电荷电荷(Q) 1掌握压电材料压电效应的意义及描述方法掌握压电材料压电效应的意义及描述方法(Q=dijF)； 2掌握压电式传感器的等效电路（等效电容器掌握压电式传感器的等效电路（等效电容器Ca= S/h， 或电荷源或电荷源Q= dijF、电压源、电压源Ua=Q/Ca）及测量电路的）及测量电路的特点特点;分析分析电压前置放大器与电荷前置放大器的特性及区别：电压前置放大器与电荷前置放大器的特性及区别： Chapter5 压电 电压前置放大器电压前置放大器传感器的电压灵敏度：传感器的电压灵敏度： 输入电压输入电压Ui与作

13、用力之间的相位差与作用力之间的相位差: 理想情况：幅值比理想情况：幅值比 电压灵敏度电压灵敏度22331)CCC()R(RdFUKicamimu)/arctan(n2 22)()(1)(icaicaamimCCCRCCCRUUKicamamuCCCdFUK33EG:P99 某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度t=0.2mm，圆片半径r=1cm，r=4.5，o=8.73*10-12,x切型，d11=2.3110-12 C/N。当0.4M Pa压力垂直作用于Px平面时，求传感器输出电荷q和电极间电压Ua的值。AN q=2qa=2d11*f=2*2.31* 10-12*0.6*106*3.

14、1415926*10-4=870.85pF c=2ca=20rs/t u=q/c=qa/ca=d11*f*t/0rs=3.48V Chapter6 磁电磁电/OMIT被测量被测量 电动势电动势 1.掌握磁电式传感器的结构（恒定磁通式和变磁掌握磁电式传感器的结构（恒定磁通式和变磁通式）及其工作原理（电磁感应原理通式）及其工作原理（电磁感应原理e= N d/dt）；）； 2掌握磁电式传感器的设计方法和典型应用掌握磁电式传感器的设计方法和典型应用（速度型传感器）；（速度型传感器）； 3掌握磁电式振动传感器和转速传感器的结构掌握磁电式振动传感器和转速传感器的结构和特性分析。和特性分析。 Chapter

15、7 热电温度温度 电信号（电阻、电压电信号（电阻、电压 、电流等）、电流等） 1.1.了解金属热电阻的测温原理（电阻了解金属热电阻的测温原理（电阻 温度效应），明确温度效应），明确铂热电阻和铜热电阻的热电特性、测温范围、百度电阻比铂热电阻和铜热电阻的热电特性、测温范围、百度电阻比（W(100)W(100)R R100100 / R / R0 0 ）、分度号（）、分度号（Pt100Pt100、Pt50Pt50和和Cu100Cu100、Cu50Cu50）和分度表；）和分度表； 2. 2. 了解了解PNPN结型温度传感器（晶体二极管、三极管和集成温结型温度传感器（晶体二极管、三极管和集成温度传感器）

16、的测温原理及特性；度传感器）的测温原理及特性；3.3.掌握热电偶的测温原理及其冷端温度补偿方法；掌握热电偶的测温原理及其冷端温度补偿方法；EG 将一只灵敏度为0.08mv/ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?AN）温度为50 时热电偶输出： 50*0.08=4mV）以参考端为的热电偶输出： 60+4=64mV）故热端温度T=64/0.08=800oc Chapter8 光电 光光 电信号电信号 1.明确光电传感器由光源、光学元件和光电元件组成；明确光电传感器由光源、光学元件和光电元件组成； 2.熟悉光电元件的光熟悉光电元件的光-电转换原理是光电效应，即外光电效电转换原理是光电效应，即外光电效应（应（h =mv02/2+A0）和内光电效应（光电导效应和光生伏特）和内光电效应（光电导效应和光生伏特效应）；效应）； 3.了解光纤传感器所用光导纤维的结构及其传光原理（全了解光纤传感器所用光导纤维的结构及其传光原理（全反射原理）；反射原理）；Capter9 固态固态/半导体半导体磁场磁场 电信号电信号1.掌握霍尔效应及霍尔元器件的工作原理，掌