傳感器與檢測技術(shù)第二版知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、一、電阻式傳感器1）電阻式傳感器的 原理：將被測量轉(zhuǎn)化為傳感器 電阻值的變化，并加上測量電路。2）主要的種類：電位器式、 應(yīng)變式、熱電阻、熱敏電阻 應(yīng)變電阻式傳感器應(yīng)變：在外部作用力下發(fā)生形變的現(xiàn)象。應(yīng)變電阻式傳感器：利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻值的變化組成：彈性元件+電阻應(yīng)變片主要測量對(duì)象：力、力矩、壓力、加速度、重量。原理：作用力使彈性元件形變發(fā)生應(yīng)變或位移應(yīng)變敏感元件電阻值變化通過測量電路變成 電壓等點(diǎn)的輸岀。1)2)a.b.c.3)4)電阻值：R 丄（電阻率、長度、截面積 ）。A應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：E （被測試件的應(yīng)力=被測試件的材料彈性模量 *軸向應(yīng)變）5)應(yīng)力與力和受力面積的關(guān)系:

2、（應(yīng)力）F （力）A （面積）種類金屬電阻應(yīng)變片（應(yīng)變?yōu)橹鳎┌雽?dǎo)體電阻應(yīng)變片（壓阻為主）靈敏度優(yōu)點(diǎn)散熱好允許通過較大電流應(yīng)變片的種類:6)電阻應(yīng)變的溫度補(bǔ)償：電橋補(bǔ)償 應(yīng)注意的問題：a.b.c.直流電橋交流電橋平衡條件R1R4=R2R3輸岀電壓典型應(yīng)用R3=R4;R1與R2應(yīng)有相同的溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏度、初值; 補(bǔ)償片的材料一樣，個(gè)參數(shù)相同；工作環(huán)境一樣；直流電橋、交流電橋d.測量電路:種類被測量電阻式力傳感器荷重或力電阻式壓力傳感器流動(dòng)介質(zhì)液體重量傳感器容器內(nèi)液體的重量加速度傳感器加速度差壓傳感器氣動(dòng)測量二、電感式傳感器1）電感式傳感器的 原理：將輸入物理量的變化轉(zhuǎn)化為線圈自感系

3、數(shù)L或互感系數(shù) M的變化。2）種類：變磁阻式、變壓器式、電渦流式。3) 主要測量物理量：位移、振動(dòng)、壓力、流量、比重。 變磁阻電感式傳感器原理：銜鐵移動(dòng)導(dǎo)致氣隙變化導(dǎo)致電感量變化，從而得知位移量的大小方向。1)2)2KI0(磁導(dǎo)率)Ao(截面積)自感系數(shù)公式：L N一”宀2 (氣隙厚度)3)4)5)6)種類：變氣隙厚度、變氣隙面積變磁阻電感式傳感器的靈敏度取決于工作使得當(dāng)前厚度。測量電路：交流電橋、變壓器式交變電橋、諧振式測量電橋。P56應(yīng)用：變氣隙厚度電感式壓力傳感器(位移導(dǎo)致氣隙變化導(dǎo)致自感系數(shù)變化導(dǎo)致電流變化)差動(dòng)變壓器電感式傳感器原理：把非電量的變化轉(zhuǎn)化為互感量的變化。 種類：變隙式、

4、變面積式、螺線管式。測量電路：差動(dòng)整流電路、相敏撿波電路。1)2)3)電渦流電感式傳感器1) 電渦流效應(yīng)：塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，磁通變化，產(chǎn) 生電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)將在導(dǎo)體表面形成閉合的電流回路。Z F( , ,r,f,x)(電阻率、磁導(dǎo)率、尺寸 、勵(lì)磁電流的頻率、距離)等效阻抗式傳感器的等效阻抗變化。種類位移測量振幅測量轉(zhuǎn)速測量無損探傷原理距離的變化英氣 阻抗的變化測量幾十微米到級(jí)毫米的距離變化距離變化電渦流 大小變化，形成 周期的脈沖距離不變遇到傷 痕電導(dǎo)率、磁導(dǎo) 率變化三、電容式傳感器2)3)4)5)6)趨膚效應(yīng)：電渦流只集中在導(dǎo)體表面的現(xiàn)象。原理：產(chǎn)生的感

5、應(yīng)電流產(chǎn)生新的交變磁場來反抗原磁場， 測量電路：調(diào)頻式測量電路、調(diào)幅式測量電路。測量對(duì)象：位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷、振幅、轉(zhuǎn)速。 應(yīng)用：1)2)原理：將非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、分辨率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、溫度穩(wěn)定性好、電容量小、負(fù)載能力差、 易受外界環(huán)境的影響。測量對(duì)象：位移、振動(dòng)、角度、加速度、壓力，差壓，液面、成分含量。3)結(jié)構(gòu)分類：平板和圓筒電容式傳感器0 rA1) 公式：C d2) 平板式電容器可分為三類：變極板覆蓋面積的間距離的變極距型。3) 測量電路：調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器、變壓器是交流電橋、二極管雙 制電路。變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)的 變

6、介質(zhì)型、變極板T型交流電路、脈沖寬度調(diào)4)典型應(yīng)用：種類/傳感器壓力位移加速度厚度原理作用力膜片位移振動(dòng)導(dǎo)致位移，運(yùn)動(dòng)時(shí)，定極板帶材厚度的變化極板距變化，電 容量變化。與動(dòng)極板的距離導(dǎo)致上下極板的 距離變化導(dǎo)致電 容量的變化，并聯(lián) C=C1+C2四、壓電式傳感器（有源）正壓電效應(yīng)：對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向加外力使之形變，其內(nèi)部產(chǎn)生極化而在表面產(chǎn)生 集的現(xiàn)象。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能1)電荷聚2)3)逆壓電效應(yīng)：在片狀壓電材料的兩段加交電，壓電片發(fā)生機(jī)械振動(dòng)。說明壓電效應(yīng)可逆。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、工作頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、工作可靠、測量范圍 廣。4)5)6)7)8)9)10)測量物理量：

7、加速度、位移、壓力、溫度。壓電材料：石英晶體、壓電陶瓷、壓電高分子材料。壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)，需要有外界電場和壓力 的共同作用。壓電高分子材料屬于有機(jī)分子半結(jié)晶和結(jié)晶聚合物。壓電式傳感器可以輸岀 電壓信號(hào) 和電荷信號(hào)，因此前置放大器有兩種：電荷 /電壓放大器。 壓電參數(shù)：壓電系數(shù)，彈性系數(shù)，介電系數(shù)，機(jī)電耦合系數(shù)，電阻，居里點(diǎn)壓電元件的連接串聯(lián)并聯(lián)電壓相加相等電荷相等相加電容減小相加11）應(yīng)用：壓電式加速度傳感器，壓電式交通檢測。 五、磁敏式傳感器1）原理：對(duì)磁場參數(shù)（磁感應(yīng)強(qiáng)度2）磁通作用分類：電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)3）B磁通巾）敏感、通過磁電作用將非電量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。磁敏式傳感器分類：電感應(yīng)式

8、傳感器、霍爾式傳感器。電感應(yīng)式傳感器（有源）原理：利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸岀感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 特點(diǎn)：電路簡單、性能穩(wěn)定、輸岀阻抗小、具有一定的響應(yīng)頻率（ 測量物理量1)2)3)101k):轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移、扭矩4)公式： ENBLv 禾 口 ENBS5)6)式中B、L、S N為確定量。電感應(yīng)式傳感器種類：恒磁通式動(dòng)圈式動(dòng)鐵式 轉(zhuǎn)速計(jì)）、變磁通式 變磁阻式J變氣隙式（典型應(yīng)用測量齒輪的凸凹導(dǎo)致氣隙大小發(fā)生變化導(dǎo)致磁阻的變化，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒磁 阻變化一次，變化頻率=被測轉(zhuǎn)速*齒數(shù)。（不宜測高速） 齒凸相對(duì)氣隙最小，磁通最大。振動(dòng)速度扭矩電磁流量計(jì)種類恒磁通變磁通哼磁通原理磁路氣隙中的線圈

9、切測量一定導(dǎo)電率的流6)磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用割磁感線產(chǎn)生正比于 振動(dòng)速度的感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)體物質(zhì)的流量（不能測 量有機(jī)溶劑，有大氣泡的液體，石油）霍爾傳感器1)2)3)4)5)霍爾效應(yīng)：載流導(dǎo)體垂直處于電流磁場中在其兩端產(chǎn)生電位差 測量物理量：微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、振動(dòng)、壓力、流量、液位 ab激勵(lì)電流，cd霍爾電極。（模擬量）、開關(guān)特性（開關(guān)量）。聲位電動(dòng)勢(shì)：加電阻（對(duì)稱、不對(duì)稱）L寄生直流電動(dòng)勢(shì)：盡量歐姆接觸霍爾元件的基本特性：線性特性霍爾元件的誤差：零位誤差溫度誤差6） 霍爾傳感器的應(yīng)用:微位移的測量轉(zhuǎn)速的測量壓力的測量原理Z方向移動(dòng)B! =0，霍爾電勢(shì)變化每個(gè)永磁體通過探頭時(shí)， 產(chǎn)生相應(yīng)的

10、脈沖7）可用作無損探傷六、熱電式傳感器1） 熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢(shì)的變化； 化。熱電偶（有源）1001300攝氏度，不同導(dǎo)體的自由電子的擴(kuò)散速度不同。 熱電勢(shì)來源于：一、接觸電動(dòng)勢(shì)；二、單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì) 熱電偶的基本定律：熱電阻和熱敏電阻是將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變定律中間導(dǎo)體定律中間溫度定律均質(zhì)導(dǎo)體定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律描述在熱電偶測溫回路 內(nèi)接入第三導(dǎo)體，只要其兩端溫度相 同，總電勢(shì)不變。Eabc （T,T0）Eab（T,T0）如果熱電偶的兩 個(gè)熱點(diǎn)極材料相 同，那么無論溫度 是否相同，電勢(shì)為05） 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償:1)2)3)7)8)方法補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端恒溫法冷端溫度校正法自動(dòng)

11、補(bǔ)償法描述中間溫度定律， 補(bǔ)償導(dǎo)線熱電性 質(zhì)一致電熱恒溫器和冷點(diǎn)槽電橋補(bǔ)償6） 測量電路:測量兩點(diǎn)溫差：應(yīng)確保冷端溫度相同。EtEAB（tl,tO） EAB（t2,t0）（反極性串聯(lián)）測量多點(diǎn)：同極性串聯(lián)（一個(gè)斷開就會(huì)停止）或并聯(lián)（一個(gè)燒壞很難看岀，不會(huì)停 止）熱電阻1) RO = 10 和 R0 = 1OO零溫度下的電阻值：Pt10和Pt100兩線制三線制四線制在熱電阻兩端各一根導(dǎo)線一根電源，另外兩根分別與電 橋的相鄰兩臂串聯(lián)分別接在電流回路，電壓回路2) 熱電阻的測量電路：兩線制、三線制、四線制熱敏電阻1)2)3)禾U用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化。 不要使用大電流。應(yīng)用：溫度控制，管道流量測量。七、光電式傳感器原理：利用光電器將光電號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。測量物理量：溫度、壓力、位移、速度、加速度 種類：光電效應(yīng)傳感器光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子或電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 紅外熱釋電探測器對(duì)光譜中長波敏感的器件固體圖像傳感器1)2)3)a.b.c.d.e.4)5)6)7)8)9)外光電效應(yīng)：內(nèi)光電效應(yīng):電子溢岀物體表面的現(xiàn)象。光電管、光電倍增管光電子只