传感器范围完整版

1．金属丝和半导体应变片的区别金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。【半导体应变片在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。对于一条形半导体材料，电阻相对变化量dR=並+G+2。对金属来说，电阻变化率RP生较小，有时可忽略不计，因此，主要起作用的是应变效应，即dR=(1+2;而半导PR体材料，dp-p= 二冗E£~空~=加+(1+2)b=(KE+1+2yb，由于nE一般都比R(1+2〃)大几十倍甚至上百倍，因此引起半导体材料电阻相对变化的主要原因是压阻效应，所以上式可近似写成dR=kE£,表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应。】R2．差动脉冲宽度调制电路电路如下图所示。它由比较器A、A、双稳态触发器及电容充、放电回路组成。12图于12差动脉冲宽度週制线路C1和C2为传感器的差动电容，双稳态触发器的两个输出端A、B作为差动脉冲宽度调制电路的输出。设电源接通时，双稳态触发器的A端为高电位，B端为低电位，因此A点通过R1对C1充电，直至M点的电位等于参考电压UF时，比较器A1产生一脉冲，触发双稳态触发器翻转，则A点呈低电位，B点呈高电位。此时M点电位经二极管D1迅速放电至零，而同时B点的高电位经R2想C2充电，当N点电位等于DF时，比较器A2产生一脉冲，使触发器又翻转一次，则A点呈高电位，B点呈低电位，重复上述过程。如此周而复始，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度C1、C2调制的方波脉冲。3．传感器的组成部分，静态特性参数(三个例子，定义)，使用时注意事项传感器的组成部分：敏感元件(预变换器)、转换元件、测量电路。传感器的静态特性参数：线性度：在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程(F・S)输出值的百分比称为线性度灵敏度：传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比精确度(精度)：说明精确度的指标有三个：精密度、正确度和精确度。精密度6，它说明测量结果的分散性；正确度£，它说明测量结果偏离真值大小的程度；精确度T，它含有精密度与正确度两者之和的意思，即测量的综合优良程度。最小检测量和分辨力：最小检测量是指传感器能确切反映被测量的最低极限量。数子式传感器一般用分辨力表示，即输出数字指示值最后一位数字所代表的输入量。迟滞：迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中，对应同一输入量的正行程和反行程，其输出值间的最大偏差。重复性：重复是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性。零点漂移：传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值（或原指示值）即为零点漂移。温移：温漂表示温度变化时，传感器输出值的偏离程度。3）传感器使用时注意事项4．应变式传感器的优缺点应变式传感器具有以下几个特点：1）精度高，测量范围广；2）频率响应特性较好；3）结构简单，尺寸小，质量轻；4）可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作；5）易于实现小型化、固态化；6）价格低廉，品种多样，便于选择。应变式传感器的缺点：1）在大应变状态中具有较明显的非线性，半导体应变式传感器的非线性更为严重；2）应变式传感器输出信号微弱，使它的抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；3）应变式传感器测出的只是一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等。5．零点漂移和蠕变零点漂移：对于粘贴好的应变片，当温度恒定，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性。产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。蠕变：如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性。产生原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。6．振弦式传感器中振弦的作用，材料特点在振弦传感器中，振弦是将待测参数变化转换为频率变化的敏感元件，因此是一关键元件。它对传感器的精度、灵敏度和稳定性影响很大。振弦材料具有以下特点：①抗拉强度高。②弹性模量高。③磁性好，导电性好。④温度系数小，尺寸随时间稳定性好，受拉后松弛小。填空题当RR=RR.时，L=o,U=o，即电桥处干平衡状态。自感式传感器常见的有两种结构：气隙型和螺管型。目前我国牛产的光纤，常见的有阶跃型、梯度型多模光纤和单模光纤。按工作原理分，传感器可分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、热点式传感器、光纤传感器等。灵敏度是指达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。迟滞是指在相同条件下做测量范围校准时，在同一次校准中对应同一输入量的正行程和反行程其输岀值间的最大偏差，产牛原因传感器机械制造和制造工艺上的缺陷。按照折射率变化类型分，光纤可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。选择题1•下列不是传感器发展趋势的是（D）集成化B.多功能化C.智能化D.实用化传感器的发展趋势有固态化、集成化、多功能化、图像化、智能化2•在电阻丝中dR=（1+2卩+兀E）s，下列说法正确的是（A）R半导体材料的兀E远大于金属材料半导体材料的兀E远小于于金属材料半导体材料和金属材料的兀E同数量级半导体材料和金属材料的兀E无法比较3.下列不属于光纤传感器特点的是（C）A.电绝缘B.抗电磁干扰C.可减小非线性误差 D.易于光纤系统相连光纤传感器的特点：电绝缘、抗电磁干扰、非侵入性、高灵敏度、容易实现对被测信号的远距离监控4•系列不是差动结构优点的是（B）A.可提高灵敏度B.可提高稳定性C.可减小非线性误差D.可减小温度影响5.在用交流电桥对电感式传感器进行测量时，响应电压包含与激励电压同相和正交的两个分量，其中（B）同相分量不希望出现正交分量不希望出现同相分量和正交分量都要保留同相分量和正交分量都不希望出现计算题1.11某压电式加速度计动态特性可用下述微分方程描述驾+361/包+2.2弘10】°§=11610%式中，q为输出电荷（pC）：a为输入加速度（m.s2）,试确定dt dt该測量装置的固有振蕩频率®P阻尼系数才、静态灵敏度系数K的值。答：该加速度计为二阶传感器，其微分方程基本型式対巾夢+码竽+哄=杯此式与己知微分方程式比较可得:11.0■10靜态灵敏度系数瓷=固有振荡频率愆=阻尼比才=11.0■10靜态灵敏度系数瓷=固有振荡频率愆=阻尼比才=[_2J。。口23,0x10..25xlOloxl例题3-3如图3-2所示屈筒形金属容器中心放冒个带绝缘套管的闘柱形电极用来测介质液位°绝缘材料相对介电常数为占厂被测液体相对介电常数为旳*液面上方气体相对介电常数为巧，电极各部位尺寸如图所示，并忽略底面电容.求：当被测液体为导体及1「匸体小汕勺两种忖况卜，分别推沖山传感器斡性力程q=/（丹）=成的电容，C#成的电容，C#为被测液体在容器壁与绝缘套管外表而间的电容。根据同心圆筒电容计算公式可得以上电容表达式分別为、l.ghg/©当披测液为非导、l.ghg/©当披测液为非导体时,C4=s2Hl.Slii(Z>.Z>JL ” + L “ -+Ci +C-1.8[占]lii(Z).纠)+勺111〔纠/<7)]llii(Z>/D1i—e2+Ci +C-^A+BHs^L式中s^LZ=1g[E]ln(ZVQ])+两ln(Q]/(/)]B=亘[ 岂 ]1.8斫ln〔D/马)+$111〔马/d) lii(D$D)_®ln(Z\id)_ 巧勺(£—皿) |eh_1罔可 /£])+两111(^idy\1.8ln(Q]/d)=A+BH式中A= 1.,&£]lii(Z)Q]}+用111(2)!rf)]B=亘[ 包 ]1.8kl(DJd)111(2?//>!)-^3111(2?!/£/)例1：如图所示气隙型电感传感器，衔铁断面积S=4X4mm2#气隙总长度/5=0.8mm,衔铁最大位移△M=0.08mm,激励线圈匝数N=2500匝，导线宜径d=(M)6nrni,电阻率卫=1.75X10-6051。当激励电源频率f=4OOOTIz时，忽略漏磁及铁损。要求计算：线圈电感值；电感的最大变化量；当线圈外断面积为llXllmm2时求其直流电阻值；线圈的品质因数5)当线圈存在200pF分布电容与之并联后其等效电感值变化多大？解：⑴虻沁=250宀仆"5*0.57泅⑵当衔铁最大唸移瞥!嗨别计算AI6=+0.08mm时电感L1为rN2u}S 25002x4^x10-7x4x4x10~6“，„厶= = ； =131mH你+2A你 (0.8+2x0.08)x10^A18=-0.08mm时电感L2为L_N%S2sV25002x4^xl.07x4x4xlQ-f, „ ； =19omH(O.8-2xO.O8)xlO~3所以当衔铁最大位移变化土(WSmm时相应的电感变化量AL=L2-Ll=65mH(3)线圈直流电阻=4xl.75xl0-x2500x3=464Q,tx(0.06x10)式屮/CP为线圈的平均每匝长度口