傳感器技術及應用教案及習題

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第一章引言

?教學要求

1．掌握傳感器的基本概念。

2．掌握傳感器的組成框圖（p2，圖1.1）。

3．掌握傳感器的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。

4．了解傳感器的課程性質和課程任務。

5．了解傳感器的分類和發(fā)展趨勢。

?教學內(nèi)容

1.1傳感器的發(fā)展和作用

了解。

1。2什么是傳感器

傳感器定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件和裝置，

通常由敏感元件和轉換元件組成。顧名思義，傳感器的功能是一感二傳，即感受被測信息,并傳

送出去.根據(jù)傳感器的功能要求，它一般應由三部分組成,即：敏感元件、轉換元件、轉換電路。

1。3傳感器的分類

1．根據(jù)被測物理量分類

速度傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。

2．按工作原理分類

應變式、電壓式、電容式、渦流式、差動變壓器式等。

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3．按能量的傳遞方式分類

有源的和無源的傳感器。

1.4傳感器的性能和評價

1.4。1傳感器的靜態(tài)特性

傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器的輸入信號不隨時間變化或變化非常緩慢時，所表現(xiàn)出來的輸

出響應特性，稱靜態(tài)響應特性。通常用來描述靜態(tài)特性的指標有：測量范圍、精度、靈敏度、

穩(wěn)定性、非線性度、重復性、靈敏閾和分辨力、遲滯。

?穩(wěn)定性

傳感器的穩(wěn)定性，一是指傳感器測量輸出值在一段時間內(nèi)的變化，即用所謂的穩(wěn)定度表示；

二是指在傳感器外部環(huán)境和工作條件變化時而引起輸出值的變化，即用影響量來表示。

?靈敏度

傳感器靈敏度是表示傳感器的輸入增量與由它引起的輸出增量之間的函數(shù)關系.更確切地

說，靈敏度k等于傳感器輸出增量與被測量增量之比，是傳感器在穩(wěn)態(tài)輸出輸入特性曲線上各

點的斜率。用公式表示為:

?靈敏閾與分辨力

靈敏閾是指傳感器能夠區(qū)分出的最小讀數(shù)變化量。

對模擬式儀表，當輸入量連續(xù)變化時,輸出量只做階梯變化，則分辨力就是輸出量的每個階

梯所代表的輸入量的大小。對于數(shù)字式儀表，靈敏度閾就是分辨力，即儀表指示數(shù)字值的最后

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一位數(shù)字所代表的值。

從物理含義看，靈敏度是廣義的增益，而靈敏度閾則是死區(qū)或不靈敏度。

?遲滯

傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中—-輸入特性曲線不重合的程度稱為

遲滯。

?線性度

傳感器的輸出——輸入校準曲線與理論擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比,

稱為該傳感器的“非線性誤差”或稱“線性度"，也稱“非線性度"。

1。4。2傳感器的動態(tài)特性

動態(tài)特性是指傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應特性。只要輸入量是時間的函數(shù)，則其

輸出量必將是時間的函數(shù).研究動態(tài)特性的標準輸入形式有三種,即正弦、階躍和線性,而經(jīng)常使

用的是前兩種。

?零階傳感器動態(tài)特性指標

零階傳感器，其輸入量無論隨時間如何變化，其輸出量的幅值總是與輸入量成確定的比例關

系，在時間上也不滯后，幅角φ等于零。所以零階傳感器的動態(tài)特性指標就是靜態(tài)特性指標。

?一階傳感器動態(tài)特性指標

一階傳感器動態(tài)特性指標有：靜態(tài)靈敏度和時間常數(shù)τ。如果時間常數(shù)τ越小,系統(tǒng)的頻

率特性就越好。在彈簧阻尼系統(tǒng)中，就要求系統(tǒng)的阻尼系數(shù)小，而彈簧剛度要大.

?二階傳感器動態(tài)特性指標

二階傳感器的傳遞函數(shù)：

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頻率函數(shù)為：

幅頻特性為:

相頻特性為：

上面各式中:

0——系統(tǒng)無阻尼時的固有振動角頻率；

k——彈簧常數(shù)；

m--質量；

——相對阻尼系數(shù)；

C——阻尼器阻尼系數(shù)；

K-—靜態(tài)靈敏度.

由于大多數(shù)傳感器均為二階系統(tǒng)，所以我們要專門討論二階系統(tǒng)的階躍響應。根據(jù)二階系統(tǒng)

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相對阻尼系數(shù)的大小，將其二階響應分成三種情況：既1時過阻尼；1時臨界阻尼;1

時欠阻尼.在一定的值下,欠阻尼系統(tǒng)比臨界阻尼系統(tǒng)更快地達到穩(wěn)態(tài)值；過阻尼系統(tǒng)反應遲鈍，

動作緩慢,所以一般傳感器都設計成欠阻尼。一般取值為0。6~0。8.

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第二章應變式傳感器

?教學要求

1．掌握電阻應變效應的基本概念。

2．掌握電橋原理與電阻應變計橋路。

3．掌握應變計的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。

4。掌握溫度誤差產(chǎn)生的原因及其補償方法.

4．了解應變計的分類和命名規(guī)則.

5．了解應變計的應用和發(fā)展現(xiàn)狀。

?教學內(nèi)容

2.1電阻應變效應

2.1。1電阻應變效應

定義：導體或半導體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應發(fā)生變化，這種

現(xiàn)象稱為“應變效應”。設有一段長為l，截面積為