检测与传感器的技术基础演示文稿

检测与传感器的技术基础演示文稿当前第1页\共有25页\编于星期三\3点（优选）检测与传感器的技术基础当前第2页\共有25页\编于星期三\3点2、研究动态特性的方法（1）阶跃响应法——输入信号为阶跃函数（2）频率响应法——输入信号为正弦函数

3、瞬态响应特性的评定指标（见补充）（1）时间常数T（2）上升时间tr（3）响应时间ts（4）超调量δ当前第3页\共有25页\编于星期三\3点第2章电阻式传感器一、应变式传感器☆

1、应变效应（P22）2、工作原理、数学关系式（注：微应变为1με=1×10-6mm/mm）☆

3、电阻丝的灵敏系数K的物理意义单位应变所引起的电阻相对变化量。其表达式为当前第4页\共有25页\编于星期三\3点☆4、金属导体、半导体材料中，哪种变化是引起电阻变化的主要因素？

1)应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ；

2)应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即(dρ/ρ)/ε。 对金属材料：1+2μ＞＞(dρ/ρ)/ε（P23） 对半导体材料：(dρ/ρ)/ε＞＞1+2μ二、电阻应变片的测量电路1、平衡电桥测量电路（P30）2、不平衡电桥测量电路（P32）☆☆三、应变式加速度传感器（P37）图2-12电阻应变式加速度传感器结构图1—质量块；2—等强度梁；3—电阻应变敏感元件；4—壳体当前第5页\共有25页\编于星期三\3点四、气敏传感器按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体两大类。(P39)

半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。五、湿敏传感器湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。1．负特性湿敏半导瓷及导电机理(P48)电阻率随湿度增加而下降，称之为负特性湿敏半导体陶瓷。2.正特性湿敏半导瓷及导电机理电阻率随湿度增加而增大，称之为正特性湿敏半导体陶瓷。当前第6页\共有25页\编于星期三\3点第3章电感式传感器一、自感式传感器1、电感式传感器的物理基础（P59）☆

2、电感式传感器的类型（P61）(1)变间隙型（δ）(2)变截面型（S）

L∝S0

，L与S0之间成线性关系。(3)螺管型（δ和S） 实际的L=f(δ，S0)为非线性。二、差动变压器式（互感式）传感器1、结构（P64）2、基于的物理基础三、电涡流式传感器1、基于的物理原理（P66）☆

2、有效电感量与位移的关系

L与δ之间是非线性关系。当前第7页\共有25页\编于星期三\3点图变隙式差动电感压力传感器1—C型弹簧管；2—铁芯；3—线圈1；4—衔铁；5—线圈2；6—调机械零点螺钉☆☆四、自感式传感器的应用变隙式差动电感压力传感器它主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。

当前第8页\共有25页\编于星期三\3点第4章电容式传感器一、电容式传感器☆

1、电容式传感器将被测量转换为何种量？（P76）2、电容量的计算（P76）二、电容式传感器的类型1、变面积型（P77）当前第9页\共有25页\编于星期三\3点2)变极距型电容式传感器的灵敏度1)电容量相对变化量的幂级数展开式3)传感器的非线性误差2、变极距型（P76及补充内容）☆☆（1）单电容式当前第10页\共有25页\编于星期三\3点☆☆(2)差分变极距型电容式传感器（差动电容）1）电容量相对变化量的幂级数展开式设；动极板上移，d1=d0-△d，C1增加；d2=d0+△d，C2减小。差分变极距型电容式传感器的电容相对变化量为：当前第11页\共有25页\编于星期三\3点3）差分变极距型传感器的非线性误差2）差分变极距型电容式传感器的灵敏度当前第12页\共有25页\编于星期三\3点三、测量电路运算放大器电路（P81）

☆对反相输入端，考虑“虚地”，有以下电流关系：当前第13页\共有25页\编于星期三\3点第5章压电式传感器一、压力、力、工程大气压1、工程上的“压力”——物理学中的压强。☆

2、工程大气压

1工程大气压=0.1MPa1MPa=1×106Pa☆二、压电效应及材料某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。这种现象称压电效应。

1、正压电效应

2、逆压电效应三、测量电路

1、电压放大器（P98）

当前第14页\共有25页\编于星期三\3点

而ua=Q/Ca，若压电元件受正弦力F=Fmsinωt的作用，则其电压为：式中：

Um——压电元件输出电压幅值，Um=dFm/Ca；

d——压电系数。由此可得放大器输入端电压Ui，其复数形式为.当前第15页\共有25页\编于星期三\3点2、电荷放大器(P99)

如果忽略电阻Ra、Ri及Rf的影响，则输入到放大器的电荷量为:Qi=Q-Qf

电荷放大器等效电路式中，A为开环放大系数。所以有故放大器的输出电压为当A>>1，而(1+A)Cf>>Ci+Cc+Ca时，放大器输出电压可以表示为当前第16页\共有25页\编于星期三\3点第6章霍尔式传感器一、霍尔传感器的工作原理☆

1、霍尔传感器是何种传感器？（P106）2、霍尔效应（P106）☆

3、霍尔电压的数学表达式（P107）二、霍尔传感器的基本测量电路当前第17页\共有25页\编于星期三\3点☆☆三、霍尔式微量位移的检测当前第18页\共有25页\编于星期三\3点

第7章光电式传感器

一、光电效应和光电器件

1.光电效应（P116）

（1）内光电效应

①光电导效应

②光生伏特效应

（2）外光电效应

2.光电器件

☆（1）光敏电阻及主要参数（P144）

①暗电阻

*光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

②亮电阻

*光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

③光电流*亮电流与暗电流之差称为光电流。当前第19页\共有25页\编于星期三\3点（2）光敏电阻的基本特性(P121)

①伏安特性在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。②光照特性光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。③光谱特性光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。当前第20页\共有25页\编于星期三\3点第8章温度传感器一、热电偶的测温原理（P135）1、接触电动势的形成及表示符号

EAB(T)、EAB(T0)

2、温差电动势的形成及表示符号

EA(T,T0)

、EB(T,T0)☆3、热电偶回路的总电动势

EAB(T,T0)=EAB(T，0)－EAB(T0，0)=f(T)-f(T0)当前第21页\共有25页\编于星期三\3点☆☆4、热电极的材料应具备的条件根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶，但在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：

(1)温度测量范围广要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。

(2)性能稳定要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，均匀性和复现性好。

(3)物理化学性能好要求在规定的温度测量范围内使用时不产生蒸发现象。有良好的化学稳定性、抗氧化性或抗还原性能。

当前第22页\共有25页\编于星期三\3点二、普通型热电偶的结构及各部分的作用（P141）

☆三、热电偶冷端温度补偿的原因及补偿方法（P142）1、原因

只有EAB(t0，0)或t0恒定，才能使EAB(t,t0)

与t成单值函数关系。

EAB(t,t0)

=EAB(t,0)-EAB(t0，0)=f(t)-C当前第23页\共有25页\编于星期三\3点☆2、补偿方法（1）补偿导线法： ①延伸型 ②补偿型（2）计算法：EAB(t,t0)

=EAB(t,0)-EAB(t0，0)（3）调机械零点法（4）冷端温度自动补偿法（补偿电桥法）

EAB(t,t0)

=EAB(t,0)-EAB(t0，0)+UAB（5）冰浴法：冷端温度保持0℃☆3、热电偶计算题举例例用镍铬-镍硅（分度号为K）热电偶测量某化学反应器温度。已知冷端温度t0=15℃，测得热电势EAB(t，t0)为5.339mV,求反应器温度。解：查镍铬-镍硅热电偶P265分度表得EAB(15，0)=0.597mV。可得

EAB（t，0）=EAB(t,t0)+EAB(t0,0) =5.339+0.597=5.936mV由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=145℃。当前第24页\共有25页\编于星期三\3点五、金属热电阻传感器1、物理基础（149）☆

2、热电阻的种类及0℃时的电阻值（1）铜热电阻