傳感器(唐文彥)總復習

1、電阻式傳感器基本原理：將被測的非電量轉換成電阻值的變化，再經(jīng)轉換電路變成電量輸出。工作原理 :金屬的電阻應變效應 :金屬導體的電阻隨著機械變形 伸長或縮短 的大小發(fā) 生變 化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應變效應。特點：結構簡單，性能穩(wěn)定，靈敏度較高，適用 于動態(tài)測量。1）橫向效應： 將直的電阻絲繞成敏感柵之后， 雖然長度相同， 但應變狀態(tài)不 同，其靈敏系數(shù) 降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應。為了減少橫向效應產(chǎn)生的測量誤差，一般多采用箔式應變片， 其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸 大得多，電阻值較小，因而電阻變 化量也就小得多。2）機械滯后 應變片安裝在試件上以后，在一定溫度下，其 R/R-的加 載特性與卸載特性不重

2、合，在同一機械應變值g下，其對應的 R/R值相對應的指示應變& i丨不一致。加載特性曲線與卸載特性曲線的最大差值 !）稱應變片的滯后。機械滯后產(chǎn)生的原因： 敏感柵、基底和粘合劑在承受機械應變后所留下的殘余變形所造成的。3）零漂 P0： 粘貼在試件上的應變片，在溫度保持恒定、不承受機械應變時，其電阻值隨時間而變化的特性，稱為應變片的零漂。4）蠕變B：如果在一定溫度下，使其承受恒定的機械應變，其電阻值隨時間而變化的特性，稱為應變片的蠕變。一般蠕變的方向與原應變量變化的方向相反。5）最大工作電流：是指允許通過應變片而不影響其工作的最大電流值。6）絕緣電阻：是指應變片的引線與被測試件之間的電阻值。通常

3、要求50MQ100MQ以上。7）電阻式應變片的溫度誤差：當測量現(xiàn)場環(huán)境溫度變化時，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給 測量帶來的附加誤差，稱為應變片的溫度誤 差。 對應變片溫度誤差產(chǎn)生的主要因素進行分析 : 1. 電阻溫度系數(shù)的影響； 2. 測試件材料和電 阻絲材料的線膨脹系數(shù)影響。溫度補償方法： 1線路補償法加溫度補償電阻 ： 利用電橋的和、差原理來到達溫度補 償?shù)哪康摹?2自補償法選材 ： 主要是通過精心選配敏感柵材料與應變片結構參數(shù)來 實 現(xiàn)溫度補償。2. 壓阻式傳感器 工作原理：對半導體材料施加外力作用時，除了產(chǎn)生形變之外，材料的電阻率也要發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為

4、“壓阻效應”。特點：壓阻式應變片的靈敏度比金屬絲式的要高5080倍 ；半導體材料的應變片尺寸小、橫向效應小、滯后和蠕 變都很小。二電感式傳感器 基本原理：將電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉化為電感量 自感或互 感的一種裝置?？捎脕頊y位移、壓力、振動等多種非電 量，既可用于靜態(tài)測量，又可用 于動態(tài)測量。1. 自感式傳感器變磁阻式傳感器 原理：銜鐵移動導致氣隙變化導致電感量變化，從而得知位移量的大小方向。1) 變氣隙式自感傳感器改變 I s 磁路中氣隙長度 須保持氣隙磁通截面積不變；輸出特性是非線性的； 靈敏度隨著氣隙的增加而減??；為保證一定的測量范圍和線性度，通常s=0.10.5m

5、m , 3=1/51/10S.2) 變面積式自感傳感器改變S須保證氣隙長度保持不變；磁通面積隨著被測量改變，即銜鐵水平方向移動；輸出特性呈線性； 可以得到較大的線性范圍。3) 螺管式自感傳感器改變 卩由于空氣氣隙大，磁路的磁阻大，所以靈敏度比前面兩種要低；可以使線圈繞組均勻排列，來得到較大的線性工作范圍。自感式傳感器的轉換電路：將傳感器的電感量接入不同的轉換電路之后，可以被轉換成電壓或者電流的幅值、頻率、相位的變化，這些轉 換電路相應的被稱為調幅、調頻、調 相電路。2互感式傳感器一一差動變壓器 原理：把非電量的變化轉化為互感量的變化， 互感式傳感器是一種線圈互感隨著銜鐵位移變 化的變磁阻式傳感

6、器。1零位誤差一一零點殘余電壓：差動自感式傳感器當銜鐵位于中間平衡位置時，電橋的輸 出在理論上應該為零，但實際總是存在一個零點不平衡電 壓輸出。零點殘余電壓的危害： 1過大的零點殘余電壓會導致放大器提前飽和； 2使電路產(chǎn)生零 點錯誤動作；3零點殘余電壓中的基波正交分量會使傳感器的輸出產(chǎn)生大小隨輸入信號而變化的相移 .消除零點殘余電壓： (1)銜鐵、骨架等零件保證足夠的加工精度，兩線圈的繞制要一致；(2) 合理選擇磁性材料與激勵電流，使傳感器工作在磁化曲線 的線性區(qū)； 磁性材料要選擇 磁滯小的材料，并保證其加工精度，消除 內部應力； (3) 減少激勵源的諧波成分、采用屏蔽 外殼進行電磁屏蔽； (

7、4)采用適當?shù)碾娐反胧?比方添加串聯(lián)電阻消除基波零位電 壓、添加 并聯(lián)電容去除基波正交分量等。3. 電渦流電感式傳感器特點 :結構簡單，易于進行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強。1) 電渦流效應：塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中做切割磁感線的運動，磁通變 化，產(chǎn)生電動勢，電動勢將在導體外表形成閉合的電流回路。2) 趨膚效應：電渦流只集中在導體外表的現(xiàn)象。3) 電渦流的貫穿深度是指把電渦流強度減小到外表強度的 1/e 處的表 面厚度。 影響渦流傳感器靈敏度的因素：1 被測體材料對測量影響 2被測體大小和形狀對測量的影響 3傳感器形狀和大小 對傳感器的靈敏度影響 三電容式傳感器 工作

8、原理：電容式傳感器是將被測非電量的變化轉換成電容量變化的一種傳感器。 特點：結構簡單、分辨力高、適應性強、動態(tài)響應時間短、易實現(xiàn)非接觸測量 等。由于材 料、工藝，特別是測量電路及半導體集成技術等方面已到達 了相當高的水平，因此寄生電 容的影響得到較好地解決，使電容式傳感 器的優(yōu)點得以充分發(fā)揮。1.變面積型電容傳感器2. 變介質型電容傳感器1邊緣效應：當極板厚度h與極距3之比較大時，邊緣效應的影響就不能忽略。此時，計算電容時必須引入邊緣效應因子。消除邊緣效應：采用保護環(huán)結構。2 寄生電容：寄生電容對傳感器的輸出特性有嚴重干擾，甚至會淹沒有用信號。消除寄生電容： 1增加傳感器原始電容值 2注意傳感

9、器的接地和屏蔽 3集成化， 將傳感器與測量電路本身或其前置級裝在一個殼體內，省去傳感器的電纜引線 4驅動電纜法 5整體屏蔽法3溫度影響： 溫度變化使傳感器內各零件的幾何尺寸和相互位置及某些介質的介電常數(shù)發(fā)生改變 ,從而改變傳感器的電容量 , 產(chǎn)生溫度誤差。消除溫度影響：設計電容式傳感器時，需根據(jù)使用環(huán)境適當選擇材料結構尺寸對溫度不敏感、介電常數(shù)溫度系數(shù)較小 。四磁電式傳感器工作原理： 磁電式傳感器是以電磁感應原理為基礎， 通過磁電作用將被測量轉換成電信號的 一種傳感器1磁電感應式傳感器分為恒定磁通式和變磁通式1.霍爾式傳感器：基于霍爾效應原理而將被測量，轉換成電動勢輸出的一種傳感器1霍爾效應：

10、金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流與磁場的方 向上將產(chǎn)生電動勢2磁阻效應：霍爾元件的內阻隨磁場的絕對值增加而增加3霍爾元件的誤差：零位誤差、溫度誤差 零位誤差主要包括：不等位電動勢主要誤差 、寄生直流電動勢 不等位電動勢： 當霍爾元件在額定控制電流作用下， 不加外磁場時， 霍爾輸出端之間的空載 電動勢4不等位電動勢 U。產(chǎn)生原因：由于制造工藝不可能保證將兩個霍爾電極對稱地焊在霍爾片的兩側， 致使兩電極點不可能完全位于同一等位面上。 此外，霍爾片電阻率不均勻或片厚 薄不均勻或控制電流極接觸不良都將使等位面傾斜， 致使兩霍爾電極不再同一等位面上而產(chǎn) 生不等動電動勢降低不 5寄

11、生直流電動勢：當霍爾元件通以交流控制店里路而不加外磁場時，霍爾輸出除了交流 不等位電動勢外，還有直流電動勢分量防止措施： 在元件制作和安裝時，應盡量使電極歐姆接觸，并做到散熱均勻，有良好的散熱條件62.合理選取負載，電阻 Rn 的阻值4. 采用溫度補償元件熱敏電阻、電阻絲等不等位電動勢U。的溫度補償磁致伸縮效應焦耳效應： 鐵磁性材料在磁場中磁化時， 在磁場方向上會伸長或縮短， 長 度或體 積會發(fā)生微小的變化， 去掉磁場之后， 又恢復到原來形狀， 這種現(xiàn)象 稱為磁致伸縮 效應，也被稱為焦耳效應。逆磁致伸縮效應：磁性材料受力形成磁彈 性能，使磁化強度矢量重新取向，從而改變受力 方向上的磁導率， 這

12、種現(xiàn)象稱為逆磁致伸縮效應。對于磁性棒材： 磁性棒材在軸向和圓周方向的磁場磁化過程中， 棒材發(fā)生扭轉的現(xiàn)象 ，被 稱為魏德曼效應。電荷中心相對轉移五壓電式傳感器 壓電效應：某些電介質在一定方向上受外力而產(chǎn)生變形時，其內部正負而產(chǎn)生極化現(xiàn)象， 同時在該電介質兩個外表上產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力消失， 電介質又恢復到不 帶電狀態(tài)；當外力變向，電荷極性也隨之改變。這種機械能 轉化為電能的現(xiàn)象， 被稱為“正壓電效應”，簡稱壓電效應。2.逆壓電效應：在電介質的極化方向上施加電場，同樣會引起電介質內部正負電荷中心的相對位移而導致電介質產(chǎn)生形變，這種 現(xiàn)象被稱為“逆壓電效應”，也被稱為電致伸縮效應 3等效電路：從壓電效應的現(xiàn)象可以看出， 壓電元件既是一個電荷發(fā)生 器，又是一個有源 的電容器。當需要壓電元件輸出電壓時，當需要壓電元件輸出電荷時，可以把它等效成一個與電容 串聯(lián)的電壓源：可以把它等效成一個與電容 并聯(lián)的電荷源。六光電式傳感器1.光電效應：物體吸收了光能后轉換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應，稱為光電效應。2.外光電效應：在光的照射下，使物體內的電子逸出物體外表而產(chǎn)生光子發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效