《傳感器與檢測技術(shù)》復(fù)習(xí) 2

1、 紅河學(xué)院工學(xué)院自動化系紅河學(xué)院工學(xué)院自動化系傳感器與檢測技術(shù) 2021-12-29傳感器的定義傳感器的定義: 傳感器傳感器（Transducer/Sensor）：根據(jù)中華人民共和根據(jù)中華人民共和國國家標準（國國家標準（GB7665-87）傳感器是能感受規(guī)定的被測）傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器組成方塊圖傳感器組成方塊圖2021-12-291. 有關(guān)測量技術(shù)中的部分名詞（1）等精度測量：在同一條件下所進行的一系列重復(fù)測量稱為等精度測量。（2

2、）非等精度測量：在多次測量中，如對測量結(jié)果精度有影響的一切條件不能完全維持不變的測量稱為非等精度測量。（3）真值：指一定的時間及空間條件下，某物理量體現(xiàn)的真實數(shù)值。真值是客觀存在，但不可測量的，是一個理想的概念。在測量中，一方面無法獲得真值，而另一方面又往往需要運用真值。因此，在實際計量和測量工作中，經(jīng)常使用“約定真值”和“相對真值”。 2021-12-29（4）實際值： 測量次數(shù)無限多，其測量結(jié)果的算術(shù)平均值接近于真值，由于系統(tǒng)誤差不可能完全排除，因此把精度更高一級的標準器所測量的值作為真值，為了強調(diào)它并非真值，故稱為實際值。（5）標稱值： 測量器具上所標出的數(shù)值。（6）示值： 由測量器具上

3、所指示出來的被測量值。（7）測量誤差： 測量的目的是希望通過測量求取被測未知量的真實值。由于種種原因，造成被測參數(shù)的測量值與其實值并不一致，即存在測量誤差。 2021-12-292. 誤差的分類誤差的分類按照誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可把誤差分為系統(tǒng)誤差、按照誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可把誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差隨機誤差、粗大誤差（1）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差 在同一條件下，多次測量同一量值時絕對值的符號保持不變，在同一條件下，多次測量同一量值時絕對值的符號保持不變，或在條件改變時按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。或在條件改變時按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。 （2）隨機誤差）隨機誤差 在同一條件下，多次

4、測量同一量值時絕對值的符號以不可預(yù)在同一條件下，多次測量同一量值時絕對值的符號以不可預(yù)見的方式變化著的誤差稱為隨機誤差。見的方式變化著的誤差稱為隨機誤差。（3）粗大誤差）粗大誤差 超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差。超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差。63 3 精度精度u（1）準確度：反映系統(tǒng)誤差影響的程度。u（2）精密度：精密度則是反映隨機誤差影響的程度u（3）精確度：又稱為精度，它反映系統(tǒng)誤差和隨機誤差綜合影響的程度；因此，精度高說明準確度和精密度都高，意味著系統(tǒng)誤差和隨機誤差都小。 在科學(xué)研究及科學(xué)實驗中，精度是首要的；在科學(xué)研究及科學(xué)實驗中，精度是首要的；在工程實際中，穩(wěn)定性是首要

5、的，精度只要滿足工藝指在工程實際中，穩(wěn)定性是首要的，精度只要滿足工藝指標范圍即可。標范圍即可。2021-12-294 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法(1) 絕對誤差：示值與被測量真值之間的差值。設(shè)被測量的真值為絕對誤差：示值與被測量真值之間的差值。設(shè)被測量的真值為A0，器，器具的標稱值或示值為具的標稱值或示值為x，則絕對誤差為，則絕對誤差為(2) 相對誤差相對誤差n相對誤差是絕對誤差與被測量的約定值之比。相對誤差有以下表現(xiàn)形式：相對誤差是絕對誤差與被測量的約定值之比。相對誤差有以下表現(xiàn)形式： 實際相對誤差。實際相對誤差。 示值相對誤差。示值相對誤差。 滿度（引用）相對誤差滿度（引用）相對

6、誤差0 xxA 100%AxA100%xxx100%nnxrx2021-12-29最大允許誤差n指示儀表的最大滿度誤差不許超過該儀表準確度等級的百分數(shù)，指示儀表的最大滿度誤差不許超過該儀表準確度等級的百分數(shù)，即即當(dāng)示值為當(dāng)示值為x時可能產(chǎn)生的最大相對誤差為時可能產(chǎn)生的最大相對誤差為用儀表測量示值為用儀表測量示值為x的被測量時，比值越大，測量結(jié)果的相對的被測量時，比值越大，測量結(jié)果的相對誤差越大。選用儀表時要考慮被測量的大小越接近儀表上限越誤差越大。選用儀表時要考慮被測量的大小越接近儀表上限越好。被測量的值應(yīng)大于其測量上限的好。被測量的值應(yīng)大于其測量上限的2/3。100%mnmnxax%mmxr

7、ax誤差的綜合計算：誤差的綜合計算：利用絕對誤差、相對誤差判斷儀表或傳感器是否合格利用絕對誤差、相對誤差判斷儀表或傳感器是否合格2021-12-29靜特性指標靜特性指標 線性度線性度 靈敏度靈敏度 遲滯遲滯 重復(fù)性重復(fù)性 零點漂移零點漂移 溫度漂移溫度漂移2021-12-29第第3章章 電阻式傳感器原理與應(yīng)用電阻式傳感器原理與應(yīng)用1 1 工作原理工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體在外界作用電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機械變形（拉伸或壓縮）時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這下產(chǎn)生機械變形（拉伸或壓縮）時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效

8、應(yīng)。種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。AlRFRFRR或只要測出只要測出 R /R 或或 R的數(shù)值，即可獲知試件受力的數(shù)值，即可獲知試件受力的大小的大小2021-12-29 R1+R1R2R4R3UILRL2、測量電路：電橋、測量電路：電橋單臂電橋單臂電橋RRUU4010211424RRRRURRRUU單臂電橋輸出單臂電橋輸出近似為近似為311011234RRRUURRRRR 當(dāng)當(dāng)R1R2R3R4=R2021-12-29U0R1R1R4R3UR2R2雙臂電橋（半橋）輸出雙臂電橋（半橋）輸出4332211110RRRRRRRRRUURRUU20當(dāng)當(dāng)R1R2R3R4=R全電橋輸出全電橋輸出RRUU02021

9、-12-29溫度誤差及其補償溫度誤差及其補償 溫度誤差：應(yīng)變片由于溫度變化引起電阻值發(fā)生溫度誤差：應(yīng)變片由于溫度變化引起電阻值發(fā)生變化所產(chǎn)生的誤差。變化所產(chǎn)生的誤差。1、敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差。當(dāng)環(huán)、敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，引起的電阻相對變化為境溫度變化時，引起的電阻相對變化為2、試件材料的線膨脹引起的誤差。當(dāng)溫度變、試件材料的線膨脹引起的誤差。當(dāng)溫度變化時，應(yīng)變絲受熱膨脹，粘貼在試件上的應(yīng)變化時，應(yīng)變絲受熱膨脹，粘貼在試件上的應(yīng)變絲膨脹，因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系絲膨脹，因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片將產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），數(shù)不同

10、，應(yīng)變片將產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），引起的電阻相對變化引起的電阻相對變化 。2021-12-29溫度補償溫度補償 單絲自補償法 自補償法 組合式自補償法 線路補償法電橋補償法、熱敏電阻溫度補償 2021-12-29 電感式傳感器：是利用線圈自感或互感的變化來實現(xiàn)測量的電感式傳感器：是利用線圈自感或互感的變化來實現(xiàn)測量的一種裝置?？梢杂脕頊y量位移、振動、壓力、流量、重量、力一種裝置。可以用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應(yīng)變等多種物理量。矩、應(yīng)變等多種物理量。 電感式傳感器的核心部分是可變自感或可變互感，在被測電感式傳感器的核心部分是可變自感或可變互感，在被測量轉(zhuǎn)換成線圈自感或互感的變化

11、時。一般要利用磁場作為媒介量轉(zhuǎn)換成線圈自感或互感的變化時。一般要利用磁場作為媒介或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象。這類傳感器的主要特征是具有線圈或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象。這類傳感器的主要特征是具有線圈繞組。繞組。1 1 自感式傳感器自感式傳感器自感式傳感器的工作原理：是利用線圈自感的變化來實現(xiàn)測量的自感式傳感器的工作原理：是利用線圈自感的變化來實現(xiàn)測量的一種裝置，將被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成自感的變化。一種裝置，將被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成自感的變化。00022lSWL 變變S0、變、變l0 使的使的L變化變化2021-12-29自感式傳感器測量電路：自感式傳感器測量電路： 自感式傳感器實現(xiàn)了把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮?/p>

12、感式傳感器實現(xiàn)了把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼辛康淖兓?。為了測出電感量的變化，同時也為了感量的變化。為了測出電感量的變化，同時也為了送入下級電路進行放大和處理。就要用轉(zhuǎn)換電路把送入下級電路進行放大和處理。就要用轉(zhuǎn)換電路把電感變化轉(zhuǎn)換成電壓電感變化轉(zhuǎn)換成電壓( (或電流或電流) )變化。把傳感器電感變化。把傳感器電感接入不同的轉(zhuǎn)換電路后，原則上可將接入不同的轉(zhuǎn)換電路后，原則上可將電感變化轉(zhuǎn)換電感變化轉(zhuǎn)換成電壓成電壓( (或電流或電流) )的幅值、頻率、相位的變化，它們的幅值、頻率、相位的變化，它們分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。 2021-12-29(1) 相敏檢波電路相敏

13、檢波電路+-使用相敏整流，輸出電壓使用相敏整流，輸出電壓U U0 0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點殘余電壓的影響，而且還消除零點殘余電壓的影響， 差動變壓器差動變壓器工作原理：工作原理：變壓器式傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換為線圈間互感變壓器式傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換為線圈間互感M M的一種磁的一種磁電機構(gòu)，很象變壓器的工作原理，因此常稱變壓器式傳電機構(gòu)，很象變壓器的工作原理，因此常稱變壓器式傳感器。這種傳感器多采用差動形式。感器。這種傳感器多采用差動形式。氣隙型差動變壓器式傳感器氣隙型差動變壓器式傳感器截面積型差動變壓器式傳感器截面積型差動變壓器式傳感器差動

14、變壓器式傳感器測量電路差動變壓器式傳感器測量電路1 1、相敏檢測電路：如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過一個能判、相敏檢測電路：如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過一個能判別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大?。ǖ姆担?，還可別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大小（的幅值），還可以反映位移的方向（的相位）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路以反映位移的方向（的相位）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。2 2、差分整流電路、差分整流電路可以不考慮相位調(diào)整和零點殘余電壓的影響可以不考慮相位調(diào)整和零點殘余電壓的影響電感式傳感器應(yīng)用：可以用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、電感式傳感器應(yīng)用：可以用來測

15、量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應(yīng)變等多種物理量。應(yīng)變等多種物理量。差分整流電路差分整流電路3 3 電容式傳感器電容式傳感器工作原理：工作原理： 由物理學(xué)可知，兩個平行金屬極板組成的電容器，如果不考由物理學(xué)可知，兩個平行金屬極板組成的電容器，如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為慮其邊緣效應(yīng)，其電容為C= C= s s /d /d 由上式可知，改變電容由上式可知，改變電容C C的方法有三種，其一為改變介質(zhì)的介電常的方法有三種，其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)數(shù)；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變兩個極板間的；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變兩個極板間的距離。而得到電參數(shù)的輸出為電容值的增量

16、距離。而得到電參數(shù)的輸出為電容值的增量CC，這就成了電容式，這就成了電容式傳感器。傳感器。 測量電路：一般歸結(jié)為兩大類型測量電路：一般歸結(jié)為兩大類型1、調(diào)制型（調(diào)頻、調(diào)幅、電橋等）、調(diào)制型（調(diào)頻、調(diào)幅、電橋等） 2、脈沖型、脈沖型(或稱為電容充放電器或稱為電容充放電器)應(yīng)用：測量力、壓力、壓差、物位等。應(yīng)用：測量力、壓力、壓差、物位等。2021-12-29電容式傳感器測量電路電容式傳感器測量電路 (1) 電橋電路電橋電路(2) 運算放大器電路運算放大器電路(3) 脈寬調(diào)制電路脈寬調(diào)制電路(4) 調(diào)頻電路調(diào)頻電路(5) 雙雙T型電橋電路型電橋電路2021-12-2912121121212110U

17、TTTTUTTTUTTTUUUBATR CUUUr11111lnTR CUUUr22211ln2021-12-294 4 渦流式傳感器渦流式傳感器工作原理：工作原理： 金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象稱為渦流感應(yīng)電流，稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。渦流式傳感器就是在這種渦流效應(yīng)的基礎(chǔ)上建效應(yīng)。渦流式傳感器就是在這種渦流效應(yīng)的基礎(chǔ)上建立起來的。立起來的。 當(dāng)電渦流線圈與金屬板的距離當(dāng)電渦流線圈與金屬板的距離x 減小時，電渦流減小時，電渦流線圈的等效電感線圈的等效電感L 減小，等效電阻減小，等效電

18、阻R 增大。感抗增大。感抗XL 的的變化比變化比 R 的變化的變化 大大 得得 多，流過電渦流線圈的電流多，流過電渦流線圈的電流 i1 增大。增大。 2021-12-29渦流式傳感器的測量電路：渦流式傳感器的測量電路：被測量數(shù)變化可以轉(zhuǎn)換成傳感器線圈的品質(zhì)因素被測量數(shù)變化可以轉(zhuǎn)換成傳感器線圈的品質(zhì)因素Q Q、等、等效阻抗效阻抗Z Z和等效電感和等效電感L L的變化。轉(zhuǎn)換電路的任務(wù)是把這的變化。轉(zhuǎn)換電路的任務(wù)是把這些種參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出。些種參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出。一、橋路一、橋路 二、諧振調(diào)幅電路二、諧振調(diào)幅電路三、諧振調(diào)頻電路三、諧振調(diào)頻電路 應(yīng)用：測量振動、位移、轉(zhuǎn)速、測厚及探傷等

19、應(yīng)用：測量振動、位移、轉(zhuǎn)速、測厚及探傷等2021-12-29 磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量(如振動、位移、轉(zhuǎn)速等如振動、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。第第4 4章章 電動式傳感器原理與應(yīng)用電動式傳感器原理與應(yīng)用1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器工作原理：磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動式傳感器，或感應(yīng)式傳工作原理：磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動式傳感器，或感應(yīng)式傳感器。它是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)感器。它是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電勢的。因此它是一種機一電能量換型傳感器，不需供電電源

20、，電勢的。因此它是一種機一電能量換型傳感器，不需供電電源，是直接從被測物體吸取機械能量并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。是直接從被測物體吸取機械能量并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。若線圈相對磁場運動為速度若線圈相對磁場運動為速度v或角轉(zhuǎn)度或角轉(zhuǎn)度時，時， e-WBlv 或或 e-WBs (5-2)在傳感器中，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后即在傳感器中，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后即B、l、W、s均為定值，那均為定值，那么感應(yīng)電勢么感應(yīng)電勢e與線圈相對磁場的運動速度與線圈相對磁場的運動速度(v或或)成正比。成正比。 根據(jù)上根據(jù)上述原理。人們設(shè)計了兩種類型的結(jié)構(gòu)：一種是變磁通式；另一種述原理。人們設(shè)計了兩種類型的結(jié)構(gòu)：一種是變磁通式；另一種是恒定磁

21、通式。是恒定磁通式。dtdWdtde2021-12-292 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾式傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測量、霍爾式傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測量、如電流、磁場、位移、壓力等轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。如電流、磁場、位移、壓力等轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器?；魻栃?yīng)霍爾效應(yīng) ： 一塊長為一塊長為l、寬為、寬為b、厚、厚為為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為為B的磁場的磁場(磁場方向垂直于薄片磁場方向垂直于薄片)中，中，當(dāng)有電流當(dāng)有電流I流過時，在垂直于電流和流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢磁場的方向上將產(chǎn)生電動

22、勢UH。這。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柺絺鞲蟹N現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柺絺鞲衅魇怯苫魻栐M成。器是由霍爾元件所組成。IBkdIBRnedIBvBbUHHH應(yīng)用：應(yīng)用： 位移測量、力、壓力、應(yīng)變、機械振動、加速度位移測量、力、壓力、應(yīng)變、機械振動、加速度 2021-12-29壓電式傳感器是一種有源的雙向機電傳感器。它的工作原理是基壓電式傳感器是一種有源的雙向機電傳感器。它的工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)。于壓電材料的壓電效應(yīng)。3 3 壓電式傳感器壓電式傳感器 壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：某些晶體或多晶陶瓷，當(dāng)沿著一定方向受到外力作用某些晶體或多晶陶瓷，當(dāng)沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象

23、，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的時，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的時，電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。上述現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一大小成正比。上述現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨著定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨著消失，稱為逆壓電效應(yīng)。消失，稱為逆壓電效應(yīng)。 當(dāng)力的方向改變時

24、，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率當(dāng)力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面與動態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。漏電而很快泄漏、消失。 壓電式傳感器只能用于動態(tài)測量壓電式傳感器只能用于動態(tài)測量!2021-12-29 壓電材料：壓電材料：壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類：壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類： 一類是一類是壓電晶體（如石英晶體）；壓電晶體（如石英晶體）； 另一類是另一類是 經(jīng)過極化處理的經(jīng)過極化處理的 壓電陶壓電陶瓷；第三類是高分子壓電材料。瓷；第三類是高分子壓電材料

25、。測量電路：測量電路：電壓放大器：電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓其輸出電壓與輸入電壓(壓電元件的輸出電壓壓電元件的輸出電壓)成正比。成正比。電荷放大器電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。：其輸出電壓與輸入電荷成正比。應(yīng)用：壓電元件是一種典型的力敏感元件?？捎脕頊y量最終能轉(zhuǎn)換應(yīng)用：壓電元件是一種典型的力敏感元件?？捎脕頊y量最終能轉(zhuǎn)換為力的多種物理量。為力的多種物理量。（動態(tài)量）（動態(tài)量） 在檢測技術(shù)中，常用來測量力、振動和加速度。在檢測技術(shù)中，常用來測量力、振動和加速度。2021-12-29光電式傳感器原理與應(yīng)用光電式傳感器原理與應(yīng)用工作原理：工作原理： 光電式傳感器是將光通量轉(zhuǎn)換為電量的

26、一種傳感器。光電式光電式傳感器是將光通量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。光電式傳感器的基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng)。傳感器的基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng)。光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：由于物體吸收了能量為由于物體吸收了能量為E的光后產(chǎn)生的電效應(yīng)。的光后產(chǎn)生的電效應(yīng)。外光電效應(yīng)外光電效應(yīng):指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍增管均屬這一類。增管均屬這一類。內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng):指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類。類。光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng):在光的照射

27、下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢。在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢。如光電池、光敏晶如光電池、光敏晶體管等體管等1 1 光電效應(yīng)和光電器件光電效應(yīng)和光電器件2021-12-29光電器件光電器件光電管與光電倍增管：受光照射后產(chǎn)生電流光電管與光電倍增管：受光照射后產(chǎn)生電流光敏電阻：受光照射后電阻率發(fā)生改變光敏電阻：受光照射后電阻率發(fā)生改變光敏二極管和光敏三極管：受光照射后光敏二極管和光敏三極管：受光照射后PN結(jié)電流增大，結(jié)電流增大，光敏二極管工作是加反向電壓光敏二極管工作是加反向電壓光電池：受光照射后產(chǎn)生電壓光電池：受光照射后產(chǎn)生電壓測量電路：測量電路：根據(jù)不同的光電器件、不同的用途采用不同

28、的電路。根據(jù)不同的光電器件、不同的用途采用不同的電路。7.1 7.1 光纖傳感器光纖傳感器一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。它是光纖和光通信技一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。它是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎(chǔ)的傳感器有本質(zhì)術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎(chǔ)的傳感器有本質(zhì)區(qū)別。光纖傳感器區(qū)別。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體用光作為敏感信息的載體，用光纖，用光纖作為作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)傳遞敏感信息的媒質(zhì)。(1) 光纖在傳感器中的作用功能型非功能型拾光型 溫度檢測溫度檢測熱電式傳感器的定義：熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化熱電式傳感器的定義：熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的

29、裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來達的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來達到測量目的。到測量目的。1 熱電阻熱電阻熱電阻測溫的原理：電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)熱電阻測溫的原理：電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)測溫范圍測溫范圍:-200+5000C特點特點: 精度高，適宜于測低溫精度高，適宜于測低溫?zé)犭娮璧牟牧希航饘俨牧现瞥?。鉑電阻、銅電阻熱電阻的材料：金屬材料制成。鉑電阻、銅電阻2 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻n利用半導(dǎo)體的利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由的特性制成由金屬氧化物金屬氧化物和和化合物化合

30、物按不同按不同的配方比例的配方比例燒結(jié)燒結(jié)n優(yōu)優(yōu) 點：點：n (1) 熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（49倍）倍） n (2) 電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點溫、表面溫度及快速變化的溫電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點溫、表面溫度及快速變化的溫度。度。 (3) 結(jié)構(gòu)簡單、機械性能好。結(jié)構(gòu)簡單、機械性能好。n缺點：缺點：線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。2021-12-29正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)(PTC)負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)(NTC) 臨界溫度系數(shù)臨界溫度系數(shù)(CTR)熱敏電阻典型特性 2021-12-293 熱電偶熱電偶工作原理：

31、利用熱電效應(yīng)進行溫度測量。工作原理：利用熱電效應(yīng)進行溫度測量。熱電效應(yīng)：兩種不同的導(dǎo)體熱電效應(yīng)：兩種不同的導(dǎo)體A、B串接成一個閉合回路，使兩個接串接成一個閉合回路，使兩個接點處于不同的溫度，回路中就會有電勢產(chǎn)生，這一現(xiàn)象稱為熱電效點處于不同的溫度，回路中就會有電勢產(chǎn)生，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。應(yīng)。熱電偶的結(jié)構(gòu)：兩種不同的導(dǎo)體焊接而成。熱電偶的結(jié)構(gòu)：兩種不同的導(dǎo)體焊接而成。對于勻質(zhì)導(dǎo)體對于勻質(zhì)導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，其總電勢為接觸電勢與溫差電組成的熱電偶，其總電勢為接觸電勢與溫差電勢之和。勢之和。如果熱電偶兩電極材料相同，則雖兩端溫度不同如果熱電偶兩電極材料相同，則雖兩端溫度不同(TT0)。但總輸

32、。但總輸出電勢仍為零。因此必須由兩種不同的材料才能構(gòu)成熱電偶。出電勢仍為零。因此必須由兩種不同的材料才能構(gòu)成熱電偶。如果熱電偶兩結(jié)點溫度相同，則回路中的總電勢必等于零。如果熱電偶兩結(jié)點溫度相同，則回路中的總電勢必等于零。 熱電勢的大小只與材料和結(jié)點溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀熱電勢的大小只與材料和結(jié)點溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關(guān)。及沿電極溫度分布無關(guān)。2021-12-291. 勻質(zhì)導(dǎo)體定律勻質(zhì)導(dǎo)體定律n 由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能

33、產(chǎn)生熱電勢。產(chǎn)生熱電勢。n 熱電偶必須采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成，熱電偶必須采用兩種不用材料的導(dǎo)體組成，n 熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭娕嫉臒犭妱輧H與兩接點的溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無關(guān)。熱電極的溫度分布無關(guān)。2021-12-292. 中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體在熱電偶回路中接入與另一種導(dǎo)體稱中間導(dǎo)體C C，只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動勢不受中間導(dǎo)體接入的影響。勢不受中間導(dǎo)體接入的影響。2021-12-29n 連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律n 連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)

34、體定律：在熱電偶回路中，如果熱電極：在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與分別與連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線A、B相連接，結(jié)點溫度分別為相連接，結(jié)點溫度分別為T T、T Tn n、T T0 0 ，那么回，那么回路的熱電勢將等于熱電偶的熱電勢路的熱電勢將等于熱電偶的熱電勢E EABAB(T,T(T,Tn n ) ) 與連接導(dǎo)線與連接導(dǎo)線A、B在溫度在溫度T Tn n、T T0 0 時熱電勢時熱電勢 E EA AB B(T,T(T,Tn n ) ) 的代數(shù)和，即的代數(shù)和，即 n EABBA(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0) n T TA AB BT Tn nT T0 0T Tn nA

35、B3. 連接導(dǎo)體定律2021-12-29幾種冷端處理方法：幾種冷端處理方法： 1. 補償導(dǎo)線法補償導(dǎo)線法2. 熱電偶冷端溫度恒溫法熱電偶冷端溫度恒溫法3. 計算修正法計算修正法4. 冷端補償電橋法冷端補償電橋法2021-12-29使用補償導(dǎo)線時注意問題：使用補償導(dǎo)線時注意問題：n補償導(dǎo)線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（補償導(dǎo)線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（0100）；）；n熱電偶和補償導(dǎo)線的兩個接點處要保持溫度相同；熱電偶和補償導(dǎo)線的兩個接點處要保持溫度相同；n不同型號的熱電偶配有不同的補償導(dǎo)線；不同型號的熱電偶配有不同的補償導(dǎo)線；n補償導(dǎo)線由正、負極需分別與熱電偶正、負極相連；補償導(dǎo)線由正、負極需分別

36、與熱電偶正、負極相連；n補償導(dǎo)線的作用是對熱電偶冷端延長。補償導(dǎo)線的作用是對熱電偶冷端延長。2021-12-29計算修正法計算修正法n在實際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是在實際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是0C，而是環(huán)，而是環(huán)境溫度，這時測量出的回路熱電勢要小，因此必須加境溫度，這時測量出的回路熱電勢要小，因此必須加上環(huán)境溫度與冰點之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢后才能符上環(huán)境溫度與冰點之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢后才能符合熱電偶分度表的要求。合熱電偶分度表的要求。 )0 ,(),()0 ,(11TETTETE可用室溫計測出環(huán)境溫度可用室溫計測出環(huán)境溫度T1，從分度表中查出的，從分度表中查出的E(T1,0)值

37、，值，然后加上熱電偶回路熱電勢然后加上熱電偶回路熱電勢E(T,T1)，得到，得到E(T,0)值，值，反查分度表即可得到準確的被測溫度值。反查分度表即可得到準確的被測溫度值。中間溫度定律中間溫度定律流流量檢測量檢測n流量定義：指單位時間內(nèi)流體(氣體、液體或固體顆粒等)流經(jīng)管道或設(shè)備某處橫截面的數(shù)量，又稱瞬時流量。體積流量：當(dāng)流體以體積表示時稱為體積流量。質(zhì)量流量：當(dāng)流體以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)量流量。AudtdVtVqtv0limAudtdMtMqtm0limV V -體積；M M-質(zhì)量；t t-時間； A A-截面面積；-流體的密度流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動的情況（流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動的情況（流場中任

38、意點的流速流場中任意點的流速不隨時間變化的流動不隨時間變化的流動 ）：連續(xù)性方程連續(xù)性方程(Equation of Continuity)12截面積截面積：A1 A2流流 速速： 密密 度度：1 2 21 11222v Av A 為某截面積上的平均速度為某截面積上的平均速度1v2vv不可壓縮的流體在穩(wěn)定流動時，流不可壓縮的流體在穩(wěn)定流動時，流過各截面流體的體積為常量。過各截面流體的體積為常量。 const(Bernoullis Equation)動能動能壓力能壓力能勢能勢能+流體能流體能h1h2221122121222vpvpghgh能量守恒：能量守恒：v1p1v2p2. 差壓式流量計組成差壓

39、式流量計組成框圖差壓式流量計組成框圖 節(jié)流裝置：節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關(guān)系。開方關(guān)系。引壓導(dǎo)管：引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器：差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標準電信號（產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標準電信號（4-20mA4-20mA）。）。2021-12-29測量原理測量原理n當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降

40、低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。衡量流量的大小。n基礎(chǔ)基礎(chǔ)：流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。程（能量守恒定律）。n壓差影響因素壓差影響因素：流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）粘度）轉(zhuǎn)子流量計測流體從下向上經(jīng)過錐管測流體從下向上經(jīng)過錐管1 1和浮子和浮子2 2形成的環(huán)隙形成的環(huán)隙3 3時，浮子上下端產(chǎn)生時，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子

41、上升的力，當(dāng)浮子所差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量受上升力大于浸在流體中浮子重量時，時， 浮子便上升，環(huán)隙面積隨之浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子浮子上下端差壓降低，上下端差壓降低，作用于浮子作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時，浮子等于浸在流體中浮子重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。n1）基本原理：法拉第電磁感應(yīng)定律：導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 EX = KBDvEX為感應(yīng)電電勢；K為比例系數(shù)；B為磁場強度；D為管道直徑；v為垂直于磁力線的流體流動速度體積流量qv與流速v的關(guān)系為u電磁流量計 如果在流體中設(shè)置兩個超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超如果在流體中設(shè)置兩個超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收