自考总复习-自动检测技术27984(内容)

昆山《自动检测与转换技术》题型：选择 20个，填充15个，判断5个，简答30分，计算5题30分第一章 检测技术的基本概念 ——1个计算题、1个简答题以及基本概念测量:借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程。测量结果包含数值和 单位。测量的方法① 按手段分：直接测量、间接测量；② 按是否随时间变化分：静态测量 (缓慢变化)、动态测量(快速变化)；③ 按显示方式分 模拟式测量、数字式测量测量的具体手段

偏位式测量——如：弹簧秤零位式测量——如：天平、用平衡式电桥来测量电阻值微差式测量——如：核辐射钢板测厚仪偏位式测量：测量过程中，被测量直接作用于仪表内部比较装置， 使该比较装置产生偏移量， 直接以仪表的偏移量来表示被测量的测量方式。零位式测量：测量过程中，被测量与仪表内部的标准量相比较，当测量系统达到平衡时，以标准量的值决定被测量的值。微差式测量：预先使被测量与仪表内部的标准量达到平衡， 当被测量有微小变化时， 测量装置失去平衡， 用偏位式仪表指出其变化部分的值。偏位式测量易产生灵敏度漂移和零点漂移。示值的变化由二个因素组成：零漂和灵敏度漂移。测量误差（计算题一定有）(1)绝对误差△＝Ax－A0Ax为测量值A0为真值绝对误差是有单位的量(2)相对误差a、实际相对误差γA＝△/A0×100%b、示值相对误差γx＝△/Ax×100%c、满度相对误差γm＝△/Am×100%Am为量程Am＝Amax－Amin用于判断仪表准确度等级精确度s＝│△m/Am│×100 绝对误差取最大值我国模拟仪表有7种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级，其他等级是没有的P9例1-1 例1-2看懂*选用仪表时应兼顾精度等级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的 2/3以上，选仪表量程为实际值的 1.5倍。粗大误差、系统误差（装置误差）和随机误差 如发现示值忽大忽小，无预见性属于随机误差。静态误差和动态误差静态误差：在被测量不随时间变化时所产生的误差。动态误差：当被测量随时间迅速变化，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精度吻合，这种误差称为动态误差。（如：水银温度计测水温，由于 滞后产生的误差）知识点5、误差的统计1nxx2xnV1V2Vn1nVxxxxjjVj0njnj1j1nnnVj2Vj2j1j1算术平均值的方均根误差n(n1)式1-11方均根误差n1二者之间关系：测量结果xx3x3n测量结果的数据整理步骤：1．一系列读数列表2．计算测量列Xj的算术平均值3．在每个测量读数旁，相应的列出残差Vj4．检查残差求和是否为0，若不满足，计算有误，需要重新计算5．在每个残差旁列出它的平方值，然后求出均方根误差6．检查是否有大于3倍均方根误差的残差，若有，舍弃，从2开始重新计算7．确定不存在粗大误差后，计算算术平均值的均方根误差8．写出测量结果，并注明置信概率99.7％。测量系统静态误差的合成：1．绝对值合成法公式2．方均根合成法公式应该努力提高误差最大的某个环节的测量精度。传感器：一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。组成

非电量→敏感元件

非电量→ 传感元件

电参量→测量转换电路

电量→作用 敏感元件：在传感器中直接感受被测量的元件，即被测量通过敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量传感元件：非电量通过传感元件被转换成电参量测量转换电路：将传感元件输出的电参量转换成更易于处理的电压、电流或频率参量(2)灵敏度及分辨力灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用 K来表示。分辨力是指传感器能测出被测信号的最小变化量。两者的关系：灵敏度越高，其分辨力越好。分辨力值越小。传感器的基本特性：传感器的特性一般指输入、输出特性，它有静态、动态之分。当被测信息处于稳定状态时，若输入量是维持不变或缓慢变化时，则输入量与输出量是一一对应的静态特性关系，通常用灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性等指标来表示。传感器的动态特性是传感器的输入量随时间变化时输入和输出的关系，一般用微分方程来表示。灵敏度：线性传感器灵敏度为一常数。分辨力：模拟仪表分辨力是最小刻度值一半。数字仪表最后一位数值是它的分辨力，无特殊说明，也可认为分辨力等于最大误差。线性度：（非线性误差）迟滞：传感器正向特性和反向特性不一致程度。正向特性与反向特性不重合，且反向特性的终点与正向特性起点也不重合。可靠性：初期失效期故障率是最高的， 老化试验可以降低故障率。第三章电阻式传感器——有一题计算题电位器：改变其滑动臂的位置，也就改变了电路的分压比。有直滑式和旋转式二种。可用于测量直线位移和角位移。属于接触式测量。为了减少流过电位器的电流，减少温漂，通常采用R大于1千欧。为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状。应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。电阻变化=电阻轴向应变–2×径向应变+电阻率变化轴向应变FRKxxRAE径向应变yx1m610m注意计量单位若F为拉力，应变为正，若F为压力，应变为负。金属单丝灵敏度对于不同的金属材料， K0是不同的，一般为 2左右。应变片的种类： 金属应变片（金属丝式、箔式、薄膜式）和半导体应变片。半导体应变片优点：灵敏度高，横向效应小。缺点：灵敏度一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重。使用时需要采用温度补偿和非线性补偿措施。常用方法有补偿块补偿法和桥路自补偿法。温度补偿原因：在实际应用中，除了应变能导致应变片电阻变化外，温度变化也会导致应变片电阻变化，它将给测量带来误差，因此有必要对桥路进行温度补偿。“应变电桥”有3种较为典型的工作方式a、单臂半桥工作方式 b、双臂半桥工作方式 c、全桥工作方式 全桥工作方式灵敏度最高热电阻传感器 广泛用于测量-200~+960℃范围内的温度。分为金属热电阻（热电阻）和半导体热电阻（热敏电阻）二类。热电阻是利用一般金属电阻随温度升高而增加的这一特性来测量温度的。正温度系数：电阻值与温度变化趋势相同。 金属热电阻无负温度系数。(1)作为测温用的热电阻材料，应具有哪些条件？ （特点）希望具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。铜电阻范围－50℃～﹢150℃目前已逐渐被铂热电阻所取代（-200~+960℃）(2)国内统一设计的工业用铂热电阻在0℃时阻值R0值有25Ω、100Ω，分度号Pt25、Pt100等，热电阻阻值Rt与温度t的关系Rt＝R0(1﹢At﹢Bt2﹢Ct3﹢Dt4)A、B、C、D为温度系数Rt与t之间是非线性关系。*每隔1℃测出铂热电阻和铜热电阻在规定的测温范围内Rt和t之间对应电阻值列表，此表为热电阻分度表。(3)为了减小和消除引线电阻的影响，热电阻通常采用三线制连接法（普通导线即可，而热电偶需用补偿导线）为了减小环境电、磁场的干扰，最好用三芯屏蔽线。屏蔽线的金属网接地。调试热电阻测量转换电路时，先调零（RP1）再调满度(RP2)，最后调中间。采用恒流源作为桥路电源能减小非线性误差。非线性补偿办法： 1.在桥路电源回路中串联热敏电阻。2.用计算机进行非线性修正。3.采用专用的、与对应分度号借口的集成 IC，可以很方便的将阻值变化，线性化的转换成输出电压或者输出电流。热敏电阻热敏电阻是半导体测温元件(2) 负温度系数热敏电阻 NTC，即温度↑→电阻↓正温度系数热敏电阻 PTC，即温度↑→电阻↑

指数型突变型(临界温度型 CTR) 电子电路中抑制浪涌电流在电子电路中多起限流、保护作用。热敏电阻标定 ：先调零，再调满度，最后验证各点误差是否在允许范围内。(3)热敏电阻的应用a、热敏电阻测温b、热敏电阻用于温度补偿NTC指数型c、热敏电阻用于温度控制NTC突变型d、热敏电阻用于空气绝对湿度的测量e、热敏电阻用于液面的测量NTC指数型湿敏电阻还原性气体传感器：MQN型气敏电阻多数属于可燃性气体。气敏电阻加热到 200~300摄氏度，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程，并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁左右）二氧化钛氧浓度传感器 TiO2属于N型半导体，其电阻值大小取决于周围 氧气浓度，氧气浓电阻值增大 。绝对湿度：每1立方米大气所含水气的克数。相对湿度：大气的绝对湿度与当时气温下大气的饱和水汽密度之比称为相对湿度。陶瓷湿敏电阻应采用交流供电，若长期采用直流供电，会使湿敏材料极化，吸附的水分子电离，导致灵敏度降低，性能变坏。露点使大气中原来所含有的未饱和水气变成饱和水气所必须降低达到的温度值。第四章 电感式传感器电感式传感器： 利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置。优点：分辨力及测量精度高。 缺点：响应较慢，不宜于快速动态测量，而且其分辨力与测量范围有关。范围大、分辨力低。分为自感式传感器和互感量式传感器（差动变压器式） 。自感式传感器 ：变隙式电感传感器；变截面式电感传感器；螺线管式电感传感器；差动电感传感器变隙式电感传感器： 在线圈匝数确定了以后，若保持气隙截面积 A为常数，则电感 L是气隙厚度的函数，成反比。原始气隙大小影响灵敏度，原始气隙越小灵敏度越高。输入输出是非线性的关系，为了保持一定的线性度，只能用于微小位移的测量。变截面式电感传感器： 直线位移和角位移，电感 L与气隙截面积 A成正比，输入输出呈线性关系，线性区较小，灵敏度低。螺线管式电感传感器： 测量稍大一些的位移。衔铁在中间部分工作时才有希望获得较好的线性关系。差动电感传感器： 既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。差动变压器式传感器的主要性能有 灵敏度和线性范围。采用差动结构的好处：灵敏度是非差动式电感传感器灵敏度的2倍，线性也较好，输出曲线较陡，灵敏度较高。对外界影响、温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消。衔铁的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。电感式传感器测量转换电路一般采用电桥电路。有变压器电桥电路和相敏检波电路 。零点残余电压 ：衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压。 （只能减小不能消除）零点残余电压产生原因：1．差动电感二个线圈的电气参数、几何尺寸、磁路参数不完全对称。2．存在寄生参数。如线圈间的寄生电容等。3．电源电压含有高次谐波。4．励磁电流太大使磁路的磁化曲线存在非线性。减小零点残余电压的方法通常有哪些？提高框架和线圈的对称性；尽量采用正弦波作为激励源；正确选择磁路材料，同时适当减小线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区；在线圈上并联阻容移相网络，补偿相位误差；采用相敏检波电路。相敏检波电路： 不但可以反映位移的大小，还可以反映位移的方向，并减小零点残余电压的影响。差动变压器一般线性范围约为线圈骨架长度的 1/10左右。差动式变压器的灵敏度用单位位移输出的电压或电流表示，行程越小，灵敏度越高。主要影响因素有： 激励源的电压和频率，差动变压器一二次线圈的匝数比，衔铁的直径与长度，材料质量，环境温度，负载电阻等。差动变压器为了获得高灵敏度，在不使一次线圈过热的情况下，适当提高励磁电压，但以不超过 10V为宜，电源频率以 1~10KHz为佳。新国标规定： 电压输出为直流 1～5V，电流输出为直流 4～20mA(用4mA而不用0mA是因0mA无法判断出是故障状态还是工作状态 )一次仪表的输出信号可以是电压，也可以是电流，由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以一次仪表多采用电流输出型 (4～20mA)标准化的传感器或仪表又称为 变送器。不让信号占 0~4mA的原因：一方面方便判断线路故障或者仪表故障，另一方面这类一次仪表内部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到4mA,因此还能利用这一电流为一次仪表提供工作电流，使一次仪表称为

2线制仪表。二线制仪表：仪表与外界联系只需要 2根导线，一般一根为正 24v电源线，另一个一方面作为电源负极引线一方面又作为信号传输线。在信号传输线末端通过一个标准负载电阻（取样电阻）接地，将电流信号转变为电压信号。I=A0

+ A1*t

变送器的线性输入输出方程（计算题）第五章

电涡流式传感器

计算题什么是电涡流效应？ 什么是集肤效应？根据法拉弟电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中，导体表面就会有感应电流产生，这种电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为 电涡流效应。而电涡流在金属纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为 集肤效应。*集肤效应与激励源频率 f、工件的电导率 σ、磁导率 μ等有关。频率越高，电涡流渗透深度越浅，集肤效应越严重。*100KHz时的电阻值是直流时的 1.5倍 1MHz时的电阻值是直流时的 4倍激励源频率一般选择100KHz到1MHZ.电涡流式传感器的测量转换电路有：调频法、调幅法和电桥法。调幅法缺点：电压放大器放大倍数的漂移会影响测量精度，必须采用各种温度补偿措施。调频法：电涡流线圈与被测导体的距离变小时，电涡流线圈的电感量也变小。引起LC振荡器频率升高。调频法受外界影响小。电涡流探头的结构：电涡流探头起核心是一个扁平的“蜂巢”线圈，线圈用多股绞扭漆包线（能减小集肤效应，提高Q值）绕制而成，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封。探头直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。被测物为圆盘状平面时，物体直径应该大于线圈直径2倍以上，被测物为轴状圆柱体的圆弧表面时，其直径必须在线圈直径4倍以上。被测物厚度应该在0.2mm以上。变压器和交流电动机的铁芯用硅钢片叠制而成就是为了减少电涡流，避免发热。通常把涡流密度减小到离开表面1/e的深度叫标准渗透深度。E=2.172大约是电涡流密度减少导36.8%处深度。标准渗透深度＝电涡流传感器的应用：1.位移的测量2.振动的测量3.转速测量4.镀层厚度测量5.电涡流式通道安全检查门6.电涡流表面探伤电涡流测速n60fz为齿数f为频率计读数n单位为r/min(转/分)计算题zf与T互为倒数，周期与频率常用的接近开关分类(1)自感式、差动变压器式它们只对导磁物体起作用。激励源频率：1～10KHz(2)电涡流式（俗称电感接近开关）它只对导电良好的金属起作用。(3)电容式它对接地的金属或地电位的导电物体起作用，对非地电位的导电物体灵敏度稍差。(4)磁性干簧开关（也叫干簧管）它只对磁性较强的物体起作用。(5)霍尔式它只对磁性物体起作用。接近开关又称无触点行程开关。接近开关的特点：1.非接触检测，不影响被测物工况。2.不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长。3.响应快。4.采用全密闭结构，防潮防尘性能好，工作可靠。5.无触点、无火花、无噪音，适合防爆的场合。6.输出信号大，易与计算机和PLC接口。7.体积小，安装调试方便。接近开关缺点：触点容量小，输出短路时易烧毁。接近开关主要工作特性：额定动作距离、工作距离、动作滞差、重复定位精度、动作频率。第六章 电容式传感器 ——重点，有计算题电容式传感器的优点：可获取较大的相对变化量；能在恶劣的环境条件下工作；本身发热影响小，所需激励源功率小；动态响应快，所以用于动态测量A0rAd为两极板间距ε为两极板间介质的介电常数CdA为有效面积dCxC0(1)C0ba0/d0K(1)变面积式：xba0d0真空的介电常数：8.85×10－12增加极板长度，减小极距，可以提高灵敏度。但极距太小时，容易引起短路且允许活动的范围（行程）也变的很短。变面积式电容传感器输出特性是线性的，灵敏度是常数。(2)变极距式：xC0ACCxC0Kd0x(d0x)2变极距式电容传感器电容量与位移不是线性关系，其灵敏度不是常数。为了提高传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差动形式，灵敏度提高一倍，线性也得到改善。(3)变介电常数式 常用来检测片状材料的厚度、性质，颗粒状物体的含水量以及测量液体的液位。当介质厚度保持不变，而相对介电常数改变，如空气湿度变化，介质吸入潮气时，电容量将发生较大变化，因此该电容器可以作为相对介电常数的测试仪器，如相对湿度传感器，反之，如果介电常数不变，则可以作为检测介质厚度的传感器。湿敏电容：一种是多孔性氧化铝，一种是高分子吸湿膜。电容传感器的应用：

1.电容测厚仪

2.电容加速度传感器

3.湿敏电容

4.电容式油量表

5.电容式接近开关电容式接近开关特性：

电容式接近开关的检测距离与被测物体的材料性质有很大关系。1. 当被测物是接地导电物体或者虽然未接地，但与大地之间有较大的分布电容时，

LC振荡电路很容易停振，所以灵敏度最高。2. 当被测物是介质损耗较大的绝缘体时，必须依靠极化原理来使

LC

振荡电路的

Q值降低，所以灵敏度差。当被测物是介质损耗较小的陶瓷、塑料、玻璃等物体时，灵敏度极低。对于金属物体而言，不必使用易受干扰的电容式接近开关，应该选择电感式接近开关（工作原理是电涡流效应） ，因此只有在测量绝缘物体时才使用电容式接近开关。第七章 压电式传感器什么是压电效应？什么是逆压电效应？ 某些电介质在沿一定方向上受到外力作用而变形时， 内部会产生极化现象， 同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。反之 ,在电介质极化方向上施加交变电场或电压 ,它会产生机械变形

,当外加电场去掉后

,电介质变形随之消失

,这种现象称为逆压电效应。无论沿

X轴方向施加力还是沿

Y轴方向施加力，电荷只会产生在

X面上。Z轴受力不会产生压电效应。在X轴和

Y轴施加同样性质的力，（拉力或者压力）都会在

X面上产生电荷，且极性相反。X轴电轴 Y轴压电元件材料一般有三类

机械轴 Z轴一是压电晶体（单晶体）二是经过极化处理的压电陶瓷

光轴石英晶体多晶体三是高分子压电材料石英晶体石英晶体的居里点是575℃（即温度达到575℃时，石英晶体失去了压电性质）(2)压电陶瓷材料为了使压电陶瓷具有压电效应，必须对压电陶瓷在100-1700C温度下做极化处理。BaTiO3120℃现在基本不用PZT500℃工业中应用最多PMN260℃，P＝70Mpa，(3)高分子压电材料PVF2或PVDF→压电常数高PVFPVC高分子压电材料的工作温度一般低于100℃温度升高↑→灵敏度降低↓在一些不要求测量精度的场合，如水深测量、防盗、振动测量等领域获得应用。使用电荷放大器时，如果振动或者动态力较弱，压电元件上产生的电荷量Q就小，这时就必须将电荷放大器面板上的反馈电容Cf选择旋钮往容量小的方向调节。以期获得较大的输出电压U0.电荷放大器输出电压仅与输入电荷和反馈电容有关。石英晶体主要用于精密测量，多用于实验室基准传感器，压电陶瓷灵敏度较高，机械强度稍低，多用于测力和振动传感器，而高分子压电材料多用于定性测量。压电片的串联（得大电压）和并联接法（得大电流）。压电元件的等效电路：一个电荷源与一个电容相并联的电荷等效电路。为什么压电式传感器只适用与动态测量：由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量。压电式传感器的前置放大器类型：电压前置放大器和电荷放大器二种型式。振动：物体围绕平衡位置作往复运动。按振动对象分： 机械振动、土木结构振动、运输工具振动、冲击振动按振动频率范围分： 高频振动、低频振动、超低频振动按振动信号的统计特征分： 周期振动、非周期振动、随机振动周期振动又可分为简谐振动和复杂周期振动测振用的传感器又叫拾振器 接触式：磁电式、电感式、压电式非接触式：电涡流式、电容式、霍尔式、光电式第八章 超声波传感器声波是一种机械波

(1)声波——

20Hz～20KHz

次声波——低于

20Hz

超声波——高于

20KHz(2)超声波的传播波型

a、纵波

b、横波（固体）

c、表面波（固体）超声波的频率越高，其声场指向性就越好，与光波的反射、折射特性就越接近。声速： 声音的传播速度取决于介质的弹性系数、介质的密度以及声阻抗。介质的声阻抗 Z＝介质的密度 *声速C波长：超声波的波长 ×频率f＝声速C指向性：sin指向角＝1.22×超声波波长 /超声源的直径 D超声波从声阻抗大的材料透射到声阻抗小的材料时，声压的大部分被反射。介质中声强衰减与超声波的频率及介质的密度、晶粒粗细有关，晶粒越粗或者密度越小、频率越高，衰减越快。气体的密度很小，因此衰减很快，尤其在高频率时衰减更快，因此在空气中传导的超声波频率选的较低，约数千赫兹，而在固体、液体中传播则选用较高的频率，达 MHz级。超声波换能器有时候也称超声波探头，工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式数种。在检测技术中主要采用压电式超声波传感器的应用类型有哪些？具体的应用有哪些形式？超声波传感器按出射方向分 透射型 发射器和接收器位于被测面二侧；反射型 发射器和接收器位于被测面同侧从超声波的波形看，又可分为连续超声波和脉冲超声波；常见的应用有：超声波流量计，超声波测厚，超声波测密度，超声波测液位和物位，超声波防盗报警。为提高分辨力，减少干扰，超声波传感器多采用脉冲超声波。多普勒效应：当超声波源与传播介质间存在相对运动时，接收器收到的频率与超声波发射的频率将有所不同，产生的频偏与相对速度的大小和方向有关。超声波防盗报警器：发射器发散出频率 40kHz左右的连续超声波，如果有人进入信号的有效区域，相对速度为 V，从人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移△ f,这个信号经放大后转换为直流电压，去控制报警器。超声波的探伤A型

横坐标为时间轴，纵坐标为反射波强度探伤

B型

B超

横坐标为探头的扫描距离，探伤深度为纵坐标，以屏幕的辉度表示反射波强度C型

医用

CTA型超声探伤采用了超声脉冲反射法，根据波形不同，可分为

a、纵波探伤

b、横波探伤

c、表面探伤对缺陷的检测手段有 无损探伤和破坏性试验。超声波探头测量中为什么要用耦合剂？ 无论是直探头还是斜探头，一般不能直接将其放在被测介质表面来回移动，防止磨损。更重要的是，由于超声波探头在与被测物体接触时，在工件表面不平整的情况下，探头与被测物体表面必然存在一层空气薄层，空气的密度很小，将引起三个介质表面强烈的杂乱反射波，造成干扰，而且空气也会对超声波造成很大的衰减，所以用耦合剂充满接触层，起传递超声波的作用。第九章 霍尔传感器霍尔效应 ：如果让一恒定电流通过一金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁场强度成正比的电动势，霍尔电动势中的 θ是指磁力线与霍尔薄片的垂线之间夹角。磁场垂直与霍尔薄片，当磁场方向变为相反后，霍尔电动势绝对值相同，符号相反。霍尔元件的特性参数输入电阻Ri霍尔元件二激励电流端的直流电阻。如果温度升高→输入电阻变小→输出电流上升→霍尔电动势变化 为减少温漂，最好采用恒流源作为激励源 。输出电阻Ro二个霍尔电动势输出端之间的电阻最大激励电流Im由于电流上升→温度上升→温漂上升→所以规定了其最大激励电流灵敏度KH最大磁感应强度B＞Bm时，非线性误差将增大(6)不等位电势 在额定激励电流下， B＝0，输出开路电压≠ 0，它是由于 4个电极几何尺寸不对称引起的使用时多采用电桥法来补偿不等位电动势引起的误差(7)霍尔电动势温度系数

在一定的磁场强度和激励电流的作用下，

温度每变化

1℃时，霍尔电动势变化的百分数，

它与霍尔元件的材料有关 ，要求高的场合应该选用低温漂的霍尔元件。霍尔元件有哪二大类？各有什么特点？霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类，线性型的特点是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便多了。后者是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、 OC门等电路做在同一个芯片上，有些开关型霍尔元件还包括双稳态电路，这种器件的特点是必须施加相反极性的磁场，电路的输出才能翻回到高电平，具有锁键的功能。霍尔传感器的主要用途有哪些？1．维持I和θ不变，则 Eh＝f(B)，这方面应用有：测量磁场强度的高斯计，测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔式角编码器等2．维持I和B不变，则Eh＝f(B)，这方面应用有角位移测量仪。3．维持θ不变，则 Eh＝f(IB)，这方面应用有模拟乘法器、霍尔式功率计。霍尔元件是 4端元件，一对做激励电流端，一对做霍尔电动势的输出端。霍尔电动势是同频率的交变电势。霍尔电动势与输入电流、磁感应强度成正比。第十章 热电偶传感器 计算题热电偶传感器能将温度信号转换成电动势。热电偶的主要优点。它属于自发电型传感器，因此测量时可以不要外加电源，可直接驱动动圈式仪表。结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状限制，可按需要选择。测温范围广，高温电热偶高达1800℃以上，低温可达－260℃。测量精度较高，各温区中的误差均符合国际计量委员会的标准。摄氏温标 t华氏温标 F θ＝（1.8t﹢32） 例 t＝20℃ θ＝（1.8×20﹢32）F＝68F热力学温标 K T＝t﹢273.15 例 t＝100℃ T＝100﹢237.15＝337.15K何谓热电效应？ 两种不同材料的导体 A和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时， 回路中将产生电动势， 这种物理现象称为热电效应。一端——测量端（工作端、热端） 另一端——参考端（自由端、冷端）结论(1)如果热电偶两结点温度相同，则回路总的电动势必然等于 0。两结点温差越大，热电动势越大。如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同（T≠T0），但总输出热电动势仍为0，因此必需由两种不同材料才能构成热电偶热电动势的大小只与材料和结点温度有关。与热电偶有关的几个定律中间导体定律：利用热电偶来实际测温时，连接导线、显示仪表和接插件等均可看成中间导体，只要保证这些中间导体两端温度各自相同，则对热电偶的热电动势没有影响中间温度定律：EAB（T，Tn）﹢EAB（Tn，T0）＝EAB（T，T0）参考电极定律：EAB（t，t0）＝EAC（t，t0）－EBC（t，t0）热电偶的种类及结构8种热电偶，分度号，测量范围、名称表10-2要记熟写在前面的是正极，后面是负极；别人说啃你E鸡腿B铂铑30－铂铑650～1820只适用与高温域的测量R铂铑13－铂－50～1768多用与高温精密的测量S铂铑10－铂－50～1768标准热电偶K镍铬－镍硅－270～1370工业测量N镍铬硅－镍硅－270～1300工业测量E镍铬－铜镍－270～800工业测量J铁－铜镍－210～760工业测量T铜－铜镍－210～400工业测量热电偶的结构形式：普通型铠装热电偶 适用于复杂结构的温度测量薄膜型热电偶 适应于测量微小面积的瞬变温度补偿导线：工业中一般是采用补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温区使用补偿导线的好处a、它将自由端从温度波动区 Tn延长到温度相对稳定区T0，使仪表示值稳定b、购买补偿导线比使用相同长度的热电极（ A、B）便宜了许多c、补偿导线多是用铜及铜的合金组成，必须保证 nA’/nB’＝nA/nBd、由于补偿导线常用塑料作绝缘层，且为多股导线，所以易于弯曲，便于敷设使用补偿导线需注意a、两极补偿导线与热电偶的两个热电极的接点必须具有相同温度b、各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用c、必须在规定温度范围内使用d、极性勿接反热电偶的冷端温度补偿及技术处理(1)冷端恒温法

(2)计算修正法

(3)仪表机械零点调整

(4)电桥补偿法

(5)利用半导体集成温度传感器测量冷端温度的方法温度传感器的分类有哪些？按照用途可以分为基准温度计和工业温度计；

按照测量方法又可分为接触式和非接触式；

按工作原理又可分为膨胀式、

电阻式、热电式、辐射式等，按照输出方式分有自发电型、非电测型等。第十一章 光电传感器光电效应：用光照时某物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象光电效应可分为三类：(1)在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。（玻璃真空管）其器件有：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。(2)在光线的作用下能使物体电阻率改变的现象称为内光电效应。（半导体）其器件有：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。(3)在光线作用下，物体产生一定的电动势的现象称为光生伏特效应。（半导体）其器件有：光电池等。光敏电阻的特性和参数暗电阻：置于室温、全暗条件下测得的稳定电阻，称为暗电阻，此时流过电阻的电流为暗电流。亮电阻：置于室温和一定光照下测得的稳定电阻，称为亮电阻，此时流过电阻的电流为亮电流。伏安特性光电特性*由于光敏电阻的光电特性为非线性，不能用于精密测量，只能作为有无光照的判定。光谱特性响应时间(7)温度特性 光敏电阻受温度影响很大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降，这也是光敏电阻的一大缺点热释电效应某些电介物质表面温度发生变化时，这些介质表面就会产生电荷，这种现象称为热释电效应。这些电荷不是永存的，很快就因为元件表面漏电及被空气中各种离子中和。用具有热释电效应的介质制成的元件称为 热释电元件。敏感元件由 PZT制成。红外热释电传感器由滤光片、热释电红外敏感元件、高输入阻抗放大器等组成。光是一种电磁波。光具有波动－粒子二重性质。光照越强，光敏电阻阻值越低。光敏电阻二极常做成梳状，是为了增加 灵敏度。‘光敏三极管与光敏二极管相比， 灵敏度高，频率特性较差，暗电流较大 。欲精密测量光的照度，光电池应该配接 电流/电压转换器。测量与光照度成正比的其他非电量时，应该把光电池作为电量是开关量时，可以把光电池作为 电压源来使用。为了得到光电流与光照度成线性的特性，要求光电池的负载电路必须算放大器组成的 I/U转换电路能较好的解决。如果要得到较大的输出电压，必须将数块光电池 串联起来。光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件选用 APD光敏二极管（雪崩光敏二极管） 。光敏三极管在应用电路中集电极反偏，发射极正偏。光敏二极管在应用中必须反向偏置。阴极为正阳极为负。PIN光敏二极管可用作光盘的读出光敏元件、测紫外线和 y射线、短距离光纤通讯。

。电流源来使用；当被测非短路。采用集成运依据什么可将光电传感器分为哪四类？依据被测物、光源、光电元件三者之间的关系，可以将光电传感器分为以下四类：1．光源本身是被测物 ，被测物发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，典型的有光电高温比色温度计。2．恒光源发射的光通量穿过被测物时，一部分被被测物吸收，剩余部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数，典型的有透明度计。3．恒光源发射的光通量投射到被测物上，然后由被测物反射到光电元件上，光电元件的输出反映了被测物的某些参数，如用反射式光电法测转速。4．恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物，照射到光电元件上的光通量被遮蔽了一部分，光电元件的输出反映了被测物的尺寸，如振动测量。光电开关与光电断续器都是用来检测物体靠近、通过等状态的光电传感器。第十二章 数字式位置传感器数字式位置测量 位置测量主要是指直线位移和角位移的精密测量。目前广泛应用的是角编码器、光栅、感应同步器、磁栅和容栅测量技术。数字式位置测量的特点a、将被测的位置量直接转变为脉冲个数或编码，便于显示和处理。b、测量精度取决于分辨力，和量程基本无关。c、输出脉冲信号的抗干扰能力强。位置测量的方式直接测量和间接测量位置传感器有直线式和旋转式两大类。直接测量：所测量的对象就是被测量本身。如：直接用于直线位移测量的直线光栅、带型感应同步器和长磁栅等；直接用于角度位移测量的角编码器、圆光栅、圆磁栅、圆盘形感应同步器、旋转变压器及圆盘式电位器等。间接测量：位置传感器测量回转运动只是中间值，然后推算出与之相关的移动部件的直线位移。如：丝杠上的旋转式位置传感器。增量式测量和绝对式测量增量式测量的特点是：只能获得位移增量，输出信号为脉冲，必须有零位标志作测量起点。绝对式测量的特点是：每一个被测点都有一个对应的编码，以二进制数据形式来表示。角编码器又称码盘，是一种旋转式位置传感器，能将被测轴的角位移转换成增量脉冲或二进制编码。可分为绝对式编码器和增量式编码器。码道的圈数就是二进制的位数，且高位在内，低位在外。若是

N位二进制码盘，就有

N圈码道，且圆周均分

2的

N次方个数据来分别表示其不同位置。分辨力

A＝360度

/2

的N次方

分辩率＝

1/2

的N次方位数N越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高，要提高分辨力，就必须提高码道数。为了消除非单值性误差，可采用二进制循环码盘（格雷码盘）增量式码盘通常为光电编码器。光电编码器的输出信号是脉冲形式，因此可以通过测量脉冲频率或周期来测量转速。法：根据在一定的时间间隔内，编码器所产生的脉冲数来确定速度。n＝60f/N＝60m1/NTc 编码器每转产生 n个脉冲，Tc时间内测到 m1个脉冲M法适合转速快的场合，如果Tc时间内m1少，则精度下降法：用编码器所产生的相邻两个脉冲之间的时间来确定被测速度的方法n＝60f/N＝60fc/Nm2编码器每转产生N个脉冲，脉冲频率为f，用已知标准频率fc为时钟，则编码器输出的两个相邻脉冲上升沿（或下降沿）之间的能填充的标准时钟数为m2个1MHz＝106HzT法适合转速较慢的场合，当转速快，测到m2少，精度会降低计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅二大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅可分为长光栅和圆光栅两大类。长光栅主要用于直线位移测量，又称直线光栅；圆光栅主要用于角位移测量。计量光栅由标尺光栅和指示光栅组成，莫尔条纹：亮带和暗带形成的明暗相间的条纹。莫尔条纹的特征：1．莫尔条纹是由光栅的大量刻线组成的，对光栅刻划误差有平均作用，能在很大程度上消除刻划不均形成的误差。2．当二光栅沿着与栅线垂直的方向做相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线的方向移动，二者运动方向互相垂直。光栅反向移动，莫尔条纹也反向移动。3．莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距，随光栅刻线夹角而改变，莫尔条纹间距L＝光栅栅距W/二光栅刻线夹角θ（单位弧度）180度＝派弧度1度＝派/180弧度4．莫尔条纹移动过的条纹数和光栅移过的条纹数相等。辨向原理在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件均产生相同的正弦信号，无法辨向，所以用两套光敏元件（sin和cos），以达到辨向的目的。细分技术细分电路能在不增加光栅刻线数的情况下提高光栅的分辨力， 该电路能在一个 W的距离内等间隔地给出分辨力有较大的提高。通常采用的细分方法有四倍频细分法、十六倍频细分法、计算细分法等。公式 W（栅距）＝1/N 分辨力△＝W/n n为细分数磁栅传感器优点： 制作简单，录磁方便、易于安装及调整测量范围可达十几米，不需接长，抗干扰能力强等一系列优点。磁栅可分为长磁栅和圆磁栅两大类。长磁栅主要用于直线位移测量；圆磁栅主要用于角位移测量。鉴相处理：利用输出信号的相位来反映磁头的位移量或磁头与磁尺的相对位置的信号处理方式。容栅传感器： 基于变面积工作原理的电容传感器。直线位移：直线型和圆筒型容栅传感器角位移：圆