檢測與傳感器的技術基礎

檢測與傳感器的技術基礎第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、傳感器☆

1、什么是傳感器（P13）傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量量并按一定規(guī)律和精度轉換成可輸出信號的器件或裝置?！?/p>

2、傳感器的組成（P13）兩大部件：敏感元件和轉換元件。3、傳感器的分類（P14）☆

4、傳感器的性能評價（P15）（1）靜態(tài)特性靜態(tài)特性及指標（P15-19）靈敏度定義（P16）☆線性度（P17）（2）動態(tài)特性（見補充）

動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，輸出對輸入的響應特性。第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日2、研究動態(tài)特性的方法（1）階躍響應法——輸入信號為階躍函數（2）頻率響應法——輸入信號為正弦函數

3、瞬態(tài)響應特性的評定指標（見補充）（1）時間常數T（2）上升時間tr（3）響應時間ts（4）超調量δ第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日第2章電阻式傳感器一、應變式傳感器☆

1、應變效應（P22）2、工作原理、數學關系式（注：微應變?yōu)?με=1×10-6mm/mm）☆

3、電阻絲的靈敏系數K的物理意義單位應變所引起的電阻相對變化量。其表達式為第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日☆4、金屬導體、半導體材料中，哪種變化是引起電阻變化的主要因素？

1)應變片受力后材料幾何尺寸的變化，即1+2μ；

2)應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即(dρ/ρ)/ε。 對金屬材料：1+2μ＞＞(dρ/ρ)/ε（P23） 對半導體材料：(dρ/ρ)/ε＞＞1+2μ二、電阻應變片的測量電路1、平衡電橋測量電路（P30）2、不平衡電橋測量電路（P32）☆☆三、應變式加速度傳感器（P37）圖2-12電阻應變式加速度傳感器結構圖1—質量塊；2—等強度梁；3—電阻應變敏感元件；4—殼體第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日四、氣敏傳感器按構成氣敏傳感器材料可分為半導體和非半導體兩大類。(P39)

半導體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導體表面接觸時，產生的電導率等物理性質變化來檢測氣體的。五、濕敏傳感器濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成的。1．負特性濕敏半導瓷及導電機理(P48)電阻率隨濕度增加而下降，稱之為負特性濕敏半導體陶瓷。2.正特性濕敏半導瓷及導電機理電阻率隨濕度增加而增大，稱之為正特性濕敏半導體陶瓷。第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日第3章電感式傳感器一、自感式傳感器1、電感式傳感器的物理基礎（P59）☆

2、電感式傳感器的類型（P61）(1)變間隙型（δ）(2)變截面型（S）

L∝S0

，L與S0之間成線性關系。(3)螺管型（δ和S） 實際的L=f(δ，S0)為非線性。二、差動變壓器式（互感式）傳感器1、結構（P64）2、基于的物理基礎三、電渦流式傳感器1、基于的物理原理（P66）☆

2、有效電感量與位移的關系

L與δ之間是非線性關系。第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日圖變隙式差動電感壓力傳感器1—C型彈簧管；2—鐵芯；3—線圈1；4—銜鐵；5—線圈2；6—調機械零點螺釘☆☆四、自感式傳感器的應用變隙式差動電感壓力傳感器它主要由C形彈簧管、銜鐵、鐵芯和線圈等組成。

第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日第4章電容式傳感器一、電容式傳感器☆

1、電容式傳感器將被測量轉換為何種量？（P76）2、電容量的計算（P76）二、電容式傳感器的類型1、變面積型（P77）第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日2)變極距型電容式傳感器的靈敏度1)電容量相對變化量的冪級數展開式3)傳感器的非線性誤差2、變極距型（P76及補充內容）☆☆（1）單電容式第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日☆☆(2)差分變極距型電容式傳感器（差動電容）1）電容量相對變化量的冪級數展開式設；動極板上移，d1=d0-△d，C1增加；d2=d0+△d，C2減小。差分變極距型電容式傳感器的電容相對變化量為：第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日3）差分變極距型傳感器的非線性誤差2）差分變極距型電容式傳感器的靈敏度第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日三、測量電路運算放大器電路（P81）

☆對反相輸入端，考慮“虛地”，有以下電流關系：第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日第5章壓電式傳感器一、壓力、力、工程大氣壓1、工程上的“壓力”——物理學中的壓強?！?/p>

2、工程大氣壓

1工程大氣壓=0.1MPa1MPa=1×106Pa☆二、壓電效應及材料某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生極化現象，同時在它的兩個表面上便產生符號相反的電荷，當外力去掉后，又重新恢復到不帶電狀態(tài)。這種現象稱壓電效應。

1、正壓電效應

2、逆壓電效應三、測量電路

1、電壓放大器（P98）

第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日

而ua=Q/Ca，若壓電元件受正弦力F=Fmsinωt的作用，則其電壓為：式中：

Um——壓電元件輸出電壓幅值，Um=dFm/Ca；

d——壓電系數。由此可得放大器輸入端電壓Ui，其復數形式為.第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日2、電荷放大器(P99)

如果忽略電阻Ra、Ri及Rf的影響，則輸入到放大器的電荷量為:Qi=Q-Qf

電荷放大器等效電路式中，A為開環(huán)放大系數。所以有故放大器的輸出電壓為當A>>1，而(1+A)Cf>>Ci+Cc+Ca時，放大器輸出電壓可以表示為第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日第6章霍爾式傳感器一、霍爾傳感器的工作原理☆

1、霍爾傳感器是何種傳感器？（P106）2、霍爾效應（P106）☆

3、霍爾電壓的數學表達式（P107）二、霍爾傳感器的基本測量電路第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日☆☆三、霍爾式微量位移的檢測第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日

第7章光電式傳感器

一、光電效應和光電器件

1.光電效應（P116）

（1）內光電效應

①光電導效應

②光生伏特效應

（2）外光電效應

2.光電器件

☆（1）光敏電阻及主要參數（P144）

①暗電阻

*光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為暗電阻，此時流過的電流稱為暗電流。

②亮電阻

*光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。

③光電流*亮電流與暗電流之差稱為光電流。第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日（2）光敏電阻的基本特性(P121)

①伏安特性在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關系稱為光敏電阻的伏安特性。②光照特性光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強度之間的關系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數光敏電阻光照特性是非線性的。③光譜特性光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應。第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日第8章溫度傳感器一、熱電偶的測溫原理（P135）1、接觸電動勢的形成及表示符號

EAB(T)、EAB(T0)

2、溫差電動勢的形成及表示符號

EA(T,T0)

、EB(T,T0)☆3、熱電偶回路的總電動勢

EAB(T,T0)=EAB(T，0)－EAB(T0，0)=f(T)-f(T0)第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日☆☆4、熱電極的材料應具備的條件根據金屬的熱電效應原理，任意兩種不同材料的導體都可以作為熱電極組成熱電偶，但在實際應用中，用作熱電極的材料應具備如下幾方面的條件：

(1)溫度測量范圍廣要求在規(guī)定的溫度測量范圍內有較高的測量精確度，有較大的熱電動勢。溫度與熱電動勢的關系是單值函數，最好是呈線性關系。

(2)性能穩(wěn)定要求在規(guī)定的溫度測量范圍內使用時熱電性能穩(wěn)定，均勻性和復現性好。

(3)物理化學性能好要求在規(guī)定的溫度測量范圍內使用時不產生蒸發(fā)現象。有良好的化學穩(wěn)定性、抗氧化性或抗還原性能。

第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、普通型熱電偶的結構及各部分的作用（P141）

☆三、熱電偶冷端溫度補償的原因及補償方法（P142）1、原因

只有EAB(t0，0)或t0恒定，才能使EAB(t,t0)

與t成單值函數關系。

EAB(t,t0)

=EAB(t,0)-EAB(t0，0)=f(t)-C第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日☆2、補償方法（1）補償導線法： ①延伸型 ②補償型（2）計算法：EAB(t,t0)

=EAB(t,0)-EAB(t0，0)（3）調機械零點法（4）冷端溫度自動補償法（補償電橋法）

EAB(t,t0)

=EAB(t,0)-EAB(t0，0)+UAB（5）冰浴法：冷端溫度保持0℃☆3、熱電偶計算題舉例例用鎳鉻-鎳硅（分度號為K）熱電偶測量某化學反應器溫度。已知冷端溫度t0=15℃，測得熱電勢EAB(t，t0)為5.339mV,求反應器溫度。解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶P265分度表得EAB(15，0)=0.597mV?？傻?/p>

EAB（t，0）=EAB(t,t0)+EAB(t0,0) =5.339+0.597=5.936mV由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得t=145℃。第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日五、金屬熱電阻傳感器1、物理基礎（149）☆

2、熱電阻的種類及0℃時的電阻值（1）銅熱電阻 它的測量范圍為-50～150℃。它們的分度號分別為：

Cu50(R0=50Ω)、Cu100（R0=100Ω）（2）鉑電阻（1）特點

鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200～960℃。它們的分度號分別為：

Pt10（R0=10Ω）和Pt100（R0=100Ω）