傳感器與檢測(cè)技術(shù)第二版知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、傳感器知識(shí)點(diǎn)一、電阻式傳感器1) 電阻式傳感器的原理：將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為傳感器電阻值的變化，并加上測(cè)量電路。2) 主要的種類：電位器式、應(yīng)變式、熱電阻、熱敏電阻l 應(yīng)變電阻式傳感器1) 應(yīng)變：在外部作用力下發(fā)生形變的現(xiàn)象。2) 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a. 組成：彈性元件+電阻應(yīng)變片b. 主要測(cè)量對(duì)象：力、力矩、壓力、加速度、重量。c. 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(cè)量電路變成電壓等點(diǎn)的輸出。3) 電阻值：(電阻率、長(zhǎng)度、截面積)。4) 應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：(被測(cè)試件的應(yīng)力=被測(cè)試件的材料彈性模量*軸向應(yīng)變)5) 應(yīng)力與力和受力面

2、積的關(guān)系：6) 應(yīng)變片的種類：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l 電阻應(yīng)變的溫度補(bǔ)償：電橋補(bǔ)償應(yīng)注意的問題：a. R3=R4；b. 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；c. 補(bǔ)償片的材料一樣，個(gè)參數(shù)相同；d. 工作環(huán)境一樣；l 測(cè)量電路：直流電橋、交流電橋直流電橋交流電橋平衡條件R1R4=R2R3輸出電壓l 典型應(yīng)用種類被測(cè)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(cè)量2、 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(cè)量物理量：位移、振動(dòng)、壓力、流量、比重。l 變磁阻電感式傳感器1) 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。2) 自感系數(shù)公式：。3) 種類：變氣隙厚度、變氣隙面積4) 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。5) 測(cè)量電路：交流電橋、變壓器式交變電橋、諧振式測(cè)量電橋。P566) 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）l 差動(dòng)變壓器電感式傳感器1) 原理：把非電量的變化轉(zhuǎn)化為互感量的變化。2) 種類：變隙式、變面積式、螺線管式。3) 測(cè)量

4、電路：差動(dòng)整流電路、相敏撿波電路。l 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(chǎng)中或在磁場(chǎng)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。等效阻抗2) 趨膚效應(yīng)：電渦流只集中在導(dǎo)體表面的現(xiàn)象。3) 原理：產(chǎn)生的感應(yīng)電流產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)來反抗原磁場(chǎng)，式傳感器的等效阻抗變化。4) 測(cè)量電路：調(diào)頻式測(cè)量電路、調(diào)幅式測(cè)量電路。5) 測(cè)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。6) 應(yīng)用：種類位移測(cè)量振幅測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量無損探傷原理距離的變化英氣阻抗的變化測(cè)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

5、到傷痕電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率變化3、 電容式傳感器1) 原理：將非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化。2) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。3) 測(cè)量對(duì)象：位移、振動(dòng)、角度、加速度、壓力，差壓，液面、成分含量。l 結(jié)構(gòu)分類：平板和圓筒電容式傳感器1) 公式：2) 平板式電容器可分為三類：變極板覆蓋面積的變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型、變極板間距離的變極距型。3) 測(cè)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T型交流電路、脈沖寬度調(diào)制電路。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，極板距

6、變化，電容量變化。運(yùn)動(dòng)時(shí)，定極板與動(dòng)極板的距離變化帶材厚度的變化導(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+C24、 壓電式傳感器（有源）1) 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)生電荷聚集的現(xiàn)象。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能2) 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。3) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)量范圍廣。4) 測(cè)量物理量：加速度、位移、壓力、溫度。5) 壓電材料：石英晶體、壓電陶瓷、壓電高分子材料。6) 壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)，需要有外界電場(chǎng)和壓力的共同作用。7)

7、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。8) 壓電式傳感器可以輸出電壓信號(hào)和電荷信號(hào)，因此前置放大器有兩種：電荷/電壓放大器。9) 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)10) 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(cè)。5、 磁敏式傳感器1) 原理：對(duì)磁場(chǎng)參數(shù)（磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁通）敏感、通過磁電作用將非電量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。2) 磁通作用分類：電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)3) 磁敏式傳感器分類：電感應(yīng)式傳感器、霍爾式傳感器。l 電感應(yīng)式傳感器（有源）1) 原理：利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電動(dòng)

8、勢(shì)。2) 特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、輸出阻抗小、具有一定的響應(yīng)頻率（101k）3) 測(cè)量物理量：轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移、扭矩4) 公式：式中B、L、S、N為確定量。5) 電感應(yīng)式傳感器種類：恒磁通式 動(dòng)圈式 、變磁通式變磁阻式 動(dòng)鐵式變氣隙式（典型應(yīng)用轉(zhuǎn)速計(jì)）² 測(cè)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(cè)轉(zhuǎn)速*齒數(shù)。（不宜測(cè)高速）² 齒凸相對(duì)氣隙最小，磁通最大。6) 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用振動(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切割磁感線產(chǎn)生正比于振動(dòng)速度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量一定導(dǎo)電率的流體物質(zhì)的流量（不能測(cè)量有

9、機(jī)溶劑，有大氣泡的液體，石油）l 霍爾傳感器1) 霍爾效應(yīng)：載流導(dǎo)體垂直處于電流磁場(chǎng)中在其兩端產(chǎn)生電位差2) 測(cè)量物理量：微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、振動(dòng)、壓力、流量、液位3) ab激勵(lì)電流，cd霍爾電極。4) 霍爾元件的基本特性：線性特性（模擬量）、開關(guān)特性（開關(guān)量）。5) 霍爾元件的誤差：零位誤差不等位電動(dòng)勢(shì)：加電阻（對(duì)稱、不對(duì)稱）寄生直流電動(dòng)勢(shì)：盡量歐姆接觸溫度誤差6) 霍爾傳感器的應(yīng)用：微位移的測(cè)量轉(zhuǎn)速的測(cè)量壓力的測(cè)量原理方向移動(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)的脈沖7) 可用作無損探傷6、 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；熱電阻和熱敏電阻是將溫度

10、的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。l 熱電偶（有源）1) 1001300攝氏度,不同導(dǎo)體的自由電子的擴(kuò)散速度不同。2) 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)3)4) 熱電偶的基本定律：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(cè)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。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：方法補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端恒溫法冷端溫度校正法自動(dòng)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(cè)量電路：測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差：應(yīng)確保冷端溫度相同。（反極性串聯(lián)）測(cè)量多點(diǎn)：同極性串聯(lián)（一

11、個(gè)斷開就會(huì)停止）或并聯(lián)（一個(gè)燒壞很難看出，不會(huì)停 止）l 熱電阻1) 和零溫度下的電阻值：Pt10和Pt1002) 熱電阻的測(cè)量電路：兩線制、三線制、四線制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l 熱敏電阻1) 利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化。2) 不要使用大電流。3) 應(yīng)用：溫度控制，管道流量測(cè)量。7、 光電式傳感器1) 原理：利用光電器將光電號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。2) 測(cè)量物理量：溫度、壓力、位移、速度、加速度3) 種類：a. 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)。b. 紅外熱釋電探測(cè)器對(duì)光譜中長(zhǎng)波敏感的器件c. 固體圖像傳感器4) 外光電效應(yīng)：電子溢出物體表面的現(xiàn)象。光電管、光電倍增管5) 內(nèi)光電效應(yīng)：光電子只在物體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而不