《傳感器與自動檢測技術》期末復習說明課件

《傳感器與自動檢測技術》復習1《傳感器與自動檢測技術》1第1章傳感器的基本知識1傳感器定義傳感器是與人的感覺器官相對應的元件.國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是:"傳感器是指能夠感受規(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或裝置."具體的說,傳感器就是利用物理效應、化學效應、生物效應,把被測的物理量、化學量、生物量等非電量轉換成電量的器件或裝置.2第1章傳感器的基本知識1傳感器定義2傳感器通常由敏感元件和轉換元件組成.傳感器組成方塊圖3傳感器通常由敏感元件和轉換元件組成.3傳感器的分類：按輸入量分類:位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等按工作原理分類:應變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等按物理現(xiàn)象分類:結構型傳感器、特性型傳感器按能量關系分類:能量轉換型傳感器、能量控制傳感器按輸出信號分類:模擬式傳感器、數字式傳感器4傳感器的分類：41.2傳感器的特性傳感器的特性是指傳感器所特有性質的總稱.而傳感器的輸入—輸出特性是其基本特性,輸入—輸出特性是傳感器的外部特性,即輸入量和輸出量的對應關系.線性度：輸入—輸出的線性程度遲滯：傳感器在正〔輸入量增大〕反〔輸入量減小〕行程中輸出與輸入曲線不重合時稱為遲滯.重復性：傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度.靈敏度：傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比.分辨率：傳感器能檢測到的最小的輸入增量.閾值：在傳感器輸入零點附近的分辨率稱為閾值.傳感器的靜態(tài)特性51.2傳感器的特性傳感器的特性是指傳感器所特有性質的總稱.而穩(wěn)定性：傳感器在長時間工作情況是輸出量發(fā)生的變化.溫度穩(wěn)定性：又稱為溫度漂移.它是指傳感器在外界溫度變化情況下輸出量發(fā)生的變化.靜態(tài)誤差：傳感器在其全量程內任一點的輸出值與其理論輸出值的偏離程度.傳感器的動態(tài)特性研究動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面采用瞬態(tài)響應法和頻率響應法來分析.經常采用的輸入信號為單位階躍輸入量和正弦輸入量.6穩(wěn)定性：傳感器在長時間工作情況是輸出量發(fā)生的變化.傳感器的動第2章力、壓力傳感器〔一〕電阻式傳感器電阻式傳感器：基本原理是將被測量〔物理量〕的變化轉換成電阻值的變化,再經相應的測量電路而最后顯示被測量值的變化.應用范圍：測力、測壓、稱重、測位移、測加速度、測扭矩、測溫度等測試系統(tǒng).2.1電位器式傳感器是一種把機械的線位移或角位移輸入量轉換為與它成一定函數關系的電阻或電壓輸出的傳感元件.它們主要用于測量壓力、高度、加速度、航面角等各種參數.測量電路：電橋7第2章力、壓力傳感器電阻式傳感器：基本原理是將被測量〔物理量2.1電阻應變片應變式傳感器的核心元件是電阻應變片,它可將試件上的應力變化轉換成電阻變化.2.1.1應變效應導體或半導體在受到外界力的作用時,產生機械變形,機械變形導致其阻值變化,這種因形變而使阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應變效應.82.1電阻應變片應變式傳感器的核心元件是電阻應變片,它2.2應變片式傳感器電阻應變片的工作原理：基于電阻應變效應,即在導體產生機械變形時,它的電阻值相應發(fā)生變化.只要測出R/R或R的數值,即可獲知試件受力Ｆ的大小測量電路：電橋單臂電橋雙臂電橋四臂全橋用電路分析的方法分析電橋的靈敏度應用范圍：測力、測壓、稱重、測位移、測加速度、測扭矩、92.2應變片式傳感器電阻應變片的工作原理：基于電阻應變

感受應變的應變片數線路連接

輸入輸出關系

性能

1片

非線性

2片

非線性

2片

線性

2片

非線性

4片

線性表2-1列出了電阻應變片連接方式、輸入輸出關系及性能10感受應變的應變片數線路連接輸入輸2．半導體應變片半導體應變片的工作原理是基于半導體材料的壓阻效應而制成的一種純電阻性元件.當半導體材料某一軸向受外力作用時,其電阻率會發(fā)生變化.當半導體應變片受軸向力作用時,其電阻相對變化為:112．半導體應變片半導體應變片的工作原理是基于半導體材料的壓式中為半導體應變片的電阻率的相對變化,其值與半導體敏感條在軸向所受的應力之比為一常數.即代入〔2-10〕式,得：上式中1+2μ項隨幾何形狀而變化,πLE項為壓阻效應,隨電阻率而變化.12式中為半導體應變片的電阻率的相對變化,其值與半導體實驗證明πLE比1+2μ大近百倍,所以1+2μ可以忽略,因而半導體應變片的靈敏系數為：半導體應變片的突出優(yōu)點是體積小,靈敏度高,頻率響應范圍寬,輸出幅值大,可直接與記錄儀連接.但其溫度系數大,應變時非線性較嚴重.13實驗證明πLE比1+2μ大近百倍,所以1+2μ可以忽略,因而壓電式傳感器是一種有源的雙向機電傳感器.它的工作原理是基于壓電材料的壓電效應.第2章力、壓力傳感器〔二〕壓電式傳感器壓電效應：某些晶體或多晶陶瓷,當沿著一定方向受到外力作用時,內部就產生極化現(xiàn)象,同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力去掉后,又恢復到不帶電狀態(tài)；當作用力方向改變時,電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比.上述現(xiàn)象稱為正壓電效應.反之,如對晶體施加一定變電場,晶體本身將產生機械變形,外電場撤離,變形也隨著消失,稱為逆壓電效應.當力的方向改變時,電荷的極性隨之改變,輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時,電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失.

壓電式傳感器只能用于動態(tài)測量!!!14壓電式傳感器是一種有源的雙向機電傳感器.它的工作原理是基于壓壓電材料：壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類：一類是壓電晶體〔如石英晶體〕；另一類是經過極化處理的壓電陶瓷；第三類是高分子壓電材料.測量電路：電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓<壓電元件的輸出電壓>成正比.電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比.應用：壓電元件是一種典型的力敏感元件.可用來測量最終能轉換為力的多種物理量.〔動態(tài)量〕在檢測技術中,常用來測量力、振動和加速度.15壓電材料：壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類：一類是壓電第2章力、壓力傳感器〔三〕電容式傳感器工作原理：由物理學可知,兩個平行金屬極板組成的電容器,如果不考慮其邊緣效應,其電容為C=s/d由上式可知,改變電容C的方法有三種,其一為改變介質的介電常數ε；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變兩個極板間的距離.而得到電參數的輸出為電容值的增量ΔC,這就成了電容式傳感器.測量電路：一般歸結為兩大類型1、調制型〔調頻、調幅、電橋等〕2、脈沖型<或稱為電容充放電器>應用：測量力、壓力、壓差、物位等.16第2章力、壓力傳感器工作原理：測量電路：一般歸結為兩大類型1電感式傳感器：是利用線圈自感或互感的變化來實現(xiàn)測量的一種裝置.可以用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應變等多種物理量.電感式傳感器的核心部分是可變自感或可變互感,在被測量轉換成線圈自感或互感的變化時.一般要利用磁場作為媒介或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象.這類傳感器的主要特征是具有線圈繞組.3.1自感式傳感器自感式傳感器的工作原理：是利用線圈自感的變化來實現(xiàn)測量的一種裝置.將被測參數的變化轉換成自感的變化.變S0、變l0使的L變化第2章力、壓力傳感器〔四〕電感式傳感器17電感式傳感器：是利用線圈自感或互感的變化來實現(xiàn)測量的一自感式傳感器測量電路：自感式傳感器實現(xiàn)了把被測量的變化轉變?yōu)殡姼辛康淖兓?為了測出電感量的變化,同時也為了送入下級電路進行放大和處理.就要用轉換電路把電感變化轉換成電壓<或電流>變化.把傳感器電感接入不同的轉換電路后,原則上可將電感變化轉換成電壓<或電流>的幅值、頻率、相位的變化,它們分別稱為調幅、調頻、調相電路.18自感式傳感器測量電路：18usZiZxuo阻抗型傳感器測量電路電阻式傳感器電容式傳感器電感式傳感器19usZiZxuo阻抗型傳感器測量電路電阻式傳感器電容式傳感器3.2變壓器式傳感器工作原理：變壓器式傳感器是將非電量轉換為線圈間互感M的一種磁電機構,很象變壓器的工作原理,因此常稱變壓器式傳感器.這種傳感器多采用差動形式.氣隙型差動變壓器式傳感器截面積型差動變壓器式傳感器203.2變壓器式傳感器工作原理：氣隙型差動變壓器式傳感器截面差動變壓器式傳感器測量電路1、相敏檢測電路：如果在輸出電壓送到指示儀前,經過一個能判別相位的檢波電路,則不但可以反映位移的大小〔的幅值〕,還可以反映位移的方向〔的相位〕.這種檢波電路稱為相敏檢波電路.2、差分整流電路3、零點殘余電壓的電路電感式傳感器應用：可以用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應變等多種物理量.21差動變壓器式傳感器測量電路1、相敏檢測電路：如果在輸出電壓送3.3渦流式傳感器工作原理：金屬導體置于變化著的磁場中,導體內就會產生感應電流,稱之為電渦流或渦流.這種現(xiàn)象稱為渦流效應.渦流式傳感器就是在這種渦流效應的基礎上建立起來的.當電渦流線圈與金屬板的距離x減小時,電渦流線圈的等效電感L減小,等效電阻R增大.感抗XL的變化比R的變化大得多,流過電渦流線圈的電流i1增大.223.3渦流式傳感器工作原理：當電渦流線圈渦流式傳感器的測量電路：被測量數變化可以轉換成傳感器線圈的品質因素Q、等效阻抗Z和等效電感L的變化.轉換電路的任務是把這些種參數轉換為電壓或電流輸出.一、橋路二、諧振調幅電路三、諧振調頻電路應用：測量振動、位移、轉速、測厚及探傷等23渦流式傳感器的測量電路：23第3章溫度傳感器熱電式傳感器的定義：熱電式傳感器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置,它利用敏感元件的電磁參數隨溫度變化而變化的特性來達到測量目的.3.1熱電阻熱電阻測溫的原理：電阻率隨溫度升高而增大,具有正的溫度系數測溫范圍:-200~+5000C特點:精度高,適宜于測低溫熱電阻的材料：鉑電阻、銅電阻鉑絲的電阻值與溫度之間的關系,即特性方程如下：當溫度t在－200℃≤t≤0℃時：當溫度t在0℃≤t≤650℃時：銅電阻的阻值與溫度之間的關系為熱電阻溫度計最常用的測量電路是電橋電路熱電阻測溫電橋采用三線制接法,線路電阻變化不會影響測量精度,即不會產生溫度誤差.24第3章溫度傳感器熱電式傳感器的定義：熱電式傳感器是將溫度變CDI1I2求出C、D間的開路電壓UCD=I1<R3+r3>-I2<Rt+r2+Ra>=I1R3+I1r3-I2Rt-I2r2-I2Ra圖8-2熱電阻測溫電橋的三線連接法在電路設計時,使I1=I2；UCD=I1R3-I2<Rt+Ra>與線路電阻r2、r3無關.以CD作為電橋的輸出,接后續(xù)電路,線路電阻變化不影響電橋的輸出電壓,即不會產生溫度誤差.調零時使R3=Rt+Ra；有UCD=025CDI1I2求出C、D間的開路電壓UCD=I1<R3+r3>3.2熱電偶工作原理：利用熱電效應進行溫度測量.熱電效應：兩種不同的導體A、B串接成一個閉合回路,使兩個接點處于不同的溫度,回路中就會有電勢產生,這一現(xiàn)象稱為熱電效應.熱電偶的結構：兩種不同的導體焊接而成.對于勻質導體A、B組成的熱電偶,其總電勢為接觸電勢與溫差電勢之和.①如果熱電偶兩電極材料相同,則雖兩端溫度不同<T≠T0>.但總輸出電勢仍為零.因此必須由兩種不同的材料才能構成熱電偶.②如果熱電偶兩結點溫度相同,則回路中的總電勢必等于零.熱電勢的大小只與材料和結點溫度有關,與熱電偶的尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關.263.2熱電偶工作原理：利用熱電效應進行溫度測量.①如果熱熱電偶基本規(guī)律1、中間導體定律在熱電偶回路中,只要中間導體兩端的溫度相同,那么接入中間導體后,對熱電偶回路的總熱電勢無影響.可用式子表示為：EABC<T,T0>=EAB<T,T0>27熱電偶基本規(guī)律1、中間導體定律272、標準電極定律：如果將導體C<熱電極,一般為純鉑絲>作為標準電極<也稱參考電極>,并已知標準電極與任意導體配對時的熱電勢,則在相同結點溫度<T,T0>下,任意兩導體A、B組成的熱電偶,其熱電勢可由下式求得EAB<T,T0>=EAC<T,T0>-EBC<T,T0>282、標準電極定律：28連接導體定律和中間溫度定律3、連接導體定律：在熱電偶回路中,如果熱電極A、B分別與連接導線A’、B’相連接,結點溫度分別為T、Tn、T0,那么回路的熱電勢將等于熱電偶的熱電勢EAB<T,Tn>與連接導線A’、B’在溫度Tn、T0時熱電勢EA’B’<T,Tn>的代數和<見圖8-10>,即EABB’A’<T,Tn,T0>=EAB<T,Tn>+EA’B’<Tn,T0>29連接導體定律和中連接導體定律和中間溫度定律4、中間溫度定律：如果材料A與A’相同,B與B’相同,熱電偶在結點溫度為T、T0時的熱電勢值EAB<T,T0>,等于熱電偶在<T,Tn>、<Tn,T0>時相應的熱電勢EAB<T,Tn>與EAB<Tn,T0>的代數和.如下式所示：EAB<T,Tn,T0>=EAB<T,Tn>+EAB<Tn,T0>〔8-12〕

A=A’B=B’熱電偶延長導線<補償導線>的理論依據30連接導體定律和中間31313232熱電偶參考端溫度熱電偶分度表給出的是在冷端為零度時的值,如果冷端不為零度時必須進行修正.熱電偶參考端溫度為tn時的補正方法1、熱電勢補正法由中間溫度定律得知,參考端溫度為tn時的熱電勢為：EAB〔t,tn>=EAB〔t,t0>-EAB〔tn,t0>,當參考端溫度tn不等于零時熱電偶的熱電勢將不等于EAB〔t,t0>而引入誤差.補正方法：將測量到的熱電勢EAB〔t,tn>加上EAB〔tn,t0>就可獲得所需的EAB〔t,t0>,EAB〔tn,t0>可通過查分度表獲得.即：EAB〔t,t0>=EAB〔t,tn>+EAB〔tn,t0>33熱電偶參考端溫度熱電偶參考端溫度為tn2、調整儀表起始點法采用直讀式儀表時,先測量出參考端溫度tn,并在測量線路短路時將儀表的起始點調整到tn處即可.3、電橋補償法：是利用不平衡電橋產生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值,冷端補償器342、調整儀表起始點法3、電橋補償法：是利用不平衡電橋產生的不冷端延長線法：被測量點與指示儀表之間往往有很長的距離,熱電偶冷端位于生產現(xiàn)場溫度變化較大,熱電偶材料較貴,采用冷端延長線將熱電偶的冷端延長到控制室中,溫度較穩(wěn)定,便于補償.1000C以下熱電偶的熱電勢與響應補償導線的熱電勢近似相等.在二次儀表中補償利用冷端補償器補償35冷端延長線法：1000C以下熱電偶的熱電勢與響應補償導線的熱熱敏電阻是用一種半導體材料制成的敏感元件,其特點是電阻隨溫度變化而顯著變化.利用半導體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結而電阻與溫度之間的關系可用下面公式來表示:R=AeB/T優(yōu)點：<1>熱敏電阻的溫度系數比金屬大〔4～9倍〕<2>電阻率大,體積小,熱慣性小,適于測量點溫、表面溫度及快速變化的溫度.<3>結構簡單.缺點：線性度較差,復現(xiàn)性和互換性較差3.3熱敏電阻36熱敏電阻是用一種半導體材料制成的敏感元件,其特正溫度系數<PTC>負溫度系數<NTC>臨界溫度系數<CTR>熱敏電阻分類：應用：利用熱敏電阻對溫度變化的高度敏感性能,可以制成測量點溫、反應迅速的點溫計.測量電路：根據具體的應用而定,溫度控制：開關型、連續(xù)型、帶可控硅等等.37正溫度系數<PTC>熱敏電阻分類：應用：37第4章位移、物位傳感器電位器式位移傳感器—將機械位移轉換為與其有一定函數關系的電阻值的變化,從而引起電路中輸出電壓的變化.光柵位移傳感器工作原理—莫爾條紋：如果把兩塊柵距W相等的光柵面平行安裝,且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ,這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋.38第4章位移、物位傳感器電位器式位移傳感器—將機械位移轉換為莫爾條紋有兩個重要的特性：〔1〕位移的方向性；〔2〕放大作用磁柵位移傳感器—電磁感應原理,當線圈在一個周期性磁體表面附近勻速運動時,線圈上就會產生不斷變化的感應電動勢.接近傳感器—具有感知物體接近能力的器件.它利用位移傳感器對接近的物體具有敏感特性來識別物體的接近,并輸出相應開關信號.39莫爾條紋有兩個重要的特性：〔1〕位移的方向性；〔2〕放大作用光柵式傳感器工作原理：〔測量位移或角度〕光柵：在玻璃〔或金屬〕上進行刻劃,可得到一系列密集刻線,這種具有周期性的刻線分布的光學元件稱為光柵.或者說：等節(jié)距的透光和不透光的刻線均勻相間排列構成的光學元件稱為光柵.計量光柵：利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象進行精密測量稱為計量光柵.

〔角度〕〔角度〕〔轉動〕40光柵式傳感器工作原理：〔測量位移或角度〕光柵：在玻璃〔或金屬計量光柵的種類：計量光柵按其用途可分為長光柵和圓光柵兩類.按基體材料的不同主要可分為金屬光柵和玻璃光柵；按刻線的形式不同可分為振幅光柵和相位光柵；按光線的走向又可分為透射光柵和反射光柵；按其用途可分為長光柵和圓光柵兩類.莫爾條紋：均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動41計量光柵的種類：計量光柵按其用途可分為長光柵和圓光柵兩類.按橫向莫爾條紋重要特性:①莫爾條紋運動與光柵運動具有對應關系②莫爾條紋具有位移放大作用③莫爾條紋具有平均光柵誤差作用特例：當=0,w1=w2

→莫爾條紋間距B=→光閘莫爾條紋當=0,w1≠w2

→縱向莫爾條紋方向性：垂直于角平分線,當夾角很小時→與光柵移動方向垂直同步性：光柵移動一個柵距→莫爾條紋移動一個間距一方向對應放大性：夾角θ很小→B>>W→光學放大→提高靈敏度可調性：夾角θ↓→條紋間距B↑→靈活準確性：大量刻線→誤差平均效應→克服個別/局部誤差→提高精度42橫向莫爾條紋重要特性:方向性：垂直于角平分線,當夾角很小時光柵的光—電信號轉換原理光柵輸出電壓信號的幅值為光柵位移量x的函數,即將該電壓信號放大、整形使其變?yōu)榉讲?經微分電路轉換成脈沖信號,再經過辨向電路和可逆計數器計數,則可在顯示器上以數字形式實時地顯示出位移量的大小.位移量為脈沖數與柵距的乘積.當柵距為單位長度時,所顯示的脈沖數則直接表示出位移量的大小.辨向原理：在物體正向移動時,將得到的脈沖數累加,而物體反向移動時就從已累加的脈沖數中減去反向移動所得的脈沖數,這樣就能得到正確的測量結果.完成這樣一個辨向任務的電路就是辨向電路.細分電路：辨向邏輯電路的分辨力為一個光柵極距W,為了提高分辨力,可以增大刻線密度來減小柵距,但這種辦法受到制造工藝的限制.另一種方法是采用細分技術,使光柵每移動一個柵距時輸出均勻分布的幾個脈沖,從而使分辨率提高到W／n.應用：測量位移、角度.43光柵的光—電信號轉換原理將該電壓信號放大、整形使其變?yōu)榉讲?4.2磁柵傳感器<MagneticGratingTransducer>磁柵傳感器由磁柵〔即磁盤〕、磁頭和檢測電路組成.磁柵用于記錄一定功率的正弦或矩形信號；磁頭的作用是讀寫磁柵上的磁信號,并轉換為電信號.4.2.1.磁柵的結構磁柵結構如圖12-11所示.444.2磁柵傳感器<MagneticGratingTra

〔a〕尺形長磁柵；〔b〕帶形長磁柵〔c〕同軸形長磁柵；〔d〕圓磁柵圖12—11幾種常用的磁柵結構45〔a〕尺形長磁柵；〔b〕帶形長磁柵〔c〕同軸形長磁4.2.2磁柵傳感器的工作原理磁柵傳感器的磁頭一般分為靜態(tài)和動態(tài)兩種,由讀取信號的方式決定.靜態(tài)磁頭的結構如圖12-13〔a〕所示,靜態(tài)磁頭與磁柵間無相對運動,一般由若干個磁頭串行連接構成多間隙靜態(tài)磁頭體.在H鐵心上繞激磁線圈L1和輸出線圈L2,當在激磁繞組上施加交變激磁信號時,H鐵心的中間部分在每個周期內兩次被激磁信號作用產生磁通導致飽和.此時因鐵心的磁阻很大,磁柵上的信號磁通不能通過磁頭,使得輸出繞組無感應電勢輸出.只有當激磁信號兩次過零時,鐵心不飽和,磁柵上的信號磁通才能通過鐵心在輸出繞組上產生感應電勢.464.2.2磁柵傳感器的工作原理46〔a〕靜態(tài)1—磁頭；2—磁柵；3—輸出波形圖12—13靜磁頭的工作原理47〔a〕靜態(tài)47動態(tài)磁頭僅有一組輸出繞組,如圖12-13〔b〕.動態(tài)磁頭只有相對運動才有信號輸出,輸出信號的幅值隨運動速度而變化.為了保證一定幅值得輸出,通常規(guī)定磁頭以一定速度運行.因此,動態(tài)磁頭不適合長度測量.當磁頭以一定速度運行時,磁頭輸出一定頻率的正弦信號,且在N-N處信號達到正向峰值,在S-S處信號達到負向峰值.48動態(tài)磁頭僅有一組輸出繞組,如圖12-13〔b〕動態(tài)1—磁頭；2—磁柵；3—輸出波形圖12—13動態(tài)磁頭的工作原理49〔b〕動態(tài)49電容式物位傳感器—利用被測物不同,其介電常數不同的特點進行檢測的導電式水位傳感器—利用水的導電性.液位傳感器壓差式液位傳感器—液面的高度與液壓成比例的原理制成的.磁致伸縮液位〔位移〕傳感器—磁致伸縮效應,即鐵磁性物質在外磁場作用下,其尺寸伸長〔或縮短〕,去掉外磁場后,其又恢復原來的長度,這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象〔或效應〕.流量傳感器流量—流體在單位時間內通過管道某一截面的體積或質量數.前者稱為體積流量,后者稱為質量流量.電磁流量計—根據法拉第電磁感應定律,當一導體在磁場中運動切割磁力線時,在導體的兩端即產生感生電勢e.渦流式流量傳感器也是一種速度式流量傳感器.它是通過測量安裝在管道中的渦輪轉速而間接測量流體的流速,進而測得流量的.返回本章目錄50電容式物位傳感器—利用被測物不同,其介電常數不同的特點進行檢第5章光電式傳感器工作原理：光電式傳感器是將光通量轉換為電量的一種傳感器.光電式傳感器的基礎是光電轉換元件的光電效應.光電效應：由于物體吸收了能量為E的光后產生的電效應.外光電效應:指在光的照射下,材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象.光電管及光電倍增管均屬這一類.內光電效應:指在光的照射下,材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象.光敏電阻即屬此類.光生伏特效應:在光的照射下,物體內部產生一定方向的電勢.如光電池、光敏晶體管等51第5章光電式傳感器工作原理：光電效應：由于光電器件光電管與光電倍增管：受光照射后產生電流光敏電阻：受光照射后電阻率發(fā)生改變光敏二極管和光敏三極管：受光照射后PN結電流增大,光敏二極管工作是加反向電壓光電池：受光照射后產生電壓測量電路：根據不同的光電器件、不同的用途采用不同的電路.應用：模擬式光電傳感器：工作原理是基于光電元件的光電特性,其光通量是隨被測量而變,光電流就成為被測量的函數,故稱為光電傳感器的函數運用狀態(tài).它的形式有吸收式、反射式、遮光式和輻射式.脈沖式光電傳感器：光電元件的輸出僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài),即"通"與"斷"的開關狀態(tài),所以也稱為光電元件的開關運用狀態(tài).52光電器件光電管與光電倍增管：受光照射后產生電流測量電路：應用光纖傳感器光纖傳感器基本原理光纖傳感器的基本原理是將來自光源的光經過光纖送入調制器,使待測參數與進入調制區(qū)的光相互作用后,導致光的光學性質<如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等>發(fā)生變化,成為被調制的信號光,再經過光纖送入光探測器,經解調器解調后,獲得被測參數.光導纖維的結構光纖由圓柱形內芯和包層組成,而且內芯的折射率略大于包層的折射率光導纖維的導光原理光纖工作的基礎是光的全反射,入射光線必須在2θc內才能發(fā)生全反射.n1>n253光纖傳感器光纖傳感器基本原理n1>n253光導纖維的種類按其折射〔n〕變化情況分為：階躍型、漸變型按其傳輸模式多少來分,則有單模和多模兩種單模光纖：中心玻璃芯很細<芯徑一般為9或10μm>,只能傳一種模式的光.因此,其模間色散很小,適用于遠程通訊,譜寬要窄,穩(wěn)定性要好.光源是激光多模光纖：通常是指階躍型光纖中纖芯直徑很大<50或62.5μm>,光纖傳輸模數很多,這種光纖性能較差,帶寬較窄,但由于纖芯面積大,容易制造,連接耦合也比較.光源是LED54光導纖維的種類54光纖傳感器按其工作原理來分有：1、功能型<或稱物性型、傳感型>：其光纖不僅作為光傳播的波導而且具有測量的功能.它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長,從而對外界因素進行測量和數據傳輸.可分為振幅調制型、相位調制型及偏振態(tài)調制型.2、非功能型<或稱結構型、傳光型>：其光纖只是作為傳光的媒介,還需加上其他敏感元件才能組成傳感器.測量電路：模擬量測量、開關量測量：通過光電轉換器件將光的變化轉化成電的變化,因此測量電路與光電傳感器類似.應用：可測量溫度、力、位移、速度、加速度、流量等.55光纖傳感器按其工作原理來分有：55電荷耦合器件〔CCD〕電荷耦合器件<CCD>是典型的固體圖象傳感器,它與光敏二極管陣列集成為一體,構成具有自掃描功能的CCD圖象傳感器.它不僅作為高質量固體化的攝象器件成功地應用于廣播電視、可視和無線電.CCD的工作原理：CCD是一種半導體器件,在N型或P型硅襯底上生長一層很薄的SiO2,再在SiO2薄層上依次序沉積金屬電極,這種規(guī)則排列的MOS電容陣列再加上兩端的輸入及輸出二極管就構成了CCD芯片.CCD可以把光信號轉換成電脈沖信號.每一個脈沖只反映一個光敏元的受光情況,脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強弱,輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置,這就起到圖象傳感器的作用.56電荷耦合器件〔CCD〕電荷耦合器件<CCD>是典型的固體圖象CCD器件有兩個特點：一、它在半導體硅片上制有成百上千個<甚至數百萬個>光敏元,它們按線陣或面陣有規(guī)則地排列.當物體通過物鏡成像于半導硅平面上時.這些光敏元就產生與照在它們上面的光強成正比的光生電荷.二、它具有自掃描能力,亦即將光敏元上產生的光生電荷依次有規(guī)則地串行輸出,輸出的幅值與對應的光敏元上的電荷量成正比.由于它具有集成度高、分辨率高、固體化、低功耗和自掃描能力等一系列優(yōu)點.應用：圖象傳感器57CCD器件有兩個特點：57磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量<如振動、位移、轉速等>轉換成電信號的一種傳感器.第6章磁電式傳感器6.1磁電感應式傳感器工作原理：磁電感應式傳感器也稱為電動式傳感器,或感應式傳感器.它是利用導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端輸出感應電勢的.因此它是一種機一電能量換型傳感器,不需供電電源,是直接從被測物體吸取機械能量并轉換成電信號輸出.若線圈相對磁場運動為速度v或角轉度ω時,e＝-WBlv或e＝-WBsω<5-2>在傳感器中,當結構參數確定后．即B、l、W、s均為定值,那么感應電勢e與線圈相對磁場的運動速度<v或ω>成正比.根據上述原理.人們設計了兩種類型的結構：一種是變磁通式；另一種是恒定磁通式.58磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量<如振動、位磁電感應式傳感器只適用于測量動態(tài)物理量,因此動態(tài)特性是這種傳感器的主要性能.磁電感應式傳感器測量電路方框圖應用：磁電感應式傳感器主要用來測量振動、頻率、速度59磁電感應式傳感器只適用于測量動態(tài)物理量,因此動態(tài)特性是這種傳6.2霍爾式傳感器霍爾式傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應原理而將被測量、如電流、磁場、位移、壓力等轉換成電動勢輸出的一種傳感器.霍爾效應：一塊長為l、寬為b、厚為d的半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場<磁場方向垂直于薄片>中,當有電流I流過時,在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢UH.這種現(xiàn)象稱為霍爾效應.霍爾式傳感器是由霍爾元件所組成.應用： 位移測量、力、壓力、應變、機械振動、加速度測量電路：不等位電勢：606.2霍爾式傳感器霍爾式傳感器是利用霍爾元第7章波式傳感器

7.1超聲波物理基礎

一聲波的分類<了解>

聲波的本質:是一種機械波.分類:頻率在20Hz~20kHz的范圍內時,可為人耳所感覺,稱為可聞聲波.低于20Hz的機械振動人耳不可聞,稱為次聲波.頻率高于20kHz的機械振動波稱為超聲波.

二聲波的傳播方式<了解>

超聲波的傳播波型主要可分為縱波,橫波,表面波等幾種.

三聲速,波長與指向性

1.聲速

聲波的傳播速度:取決于介質的彈性系數,介質的密度以及聲阻抗.

介質的聲阻抗Z等于介質的密度和聲速c的乘積,了解計算公式的實際意義:

61第7章波式傳感器

7.1超聲波物理基礎

一聲波的分2.波長

超聲波的波長與頻率f的乘積恒等于聲速c,即λ*f=c3.指向性

超聲波聲源發(fā)出的超聲波束以一定的角度逐漸向外擴散

指向角與超聲源的直徑D,以及波長之間的關系為

sin=1.22/D四傾斜入射時的反射與折射<了解>

當超聲波以一定的入射角從一種介質傳播到另一種介質的分界面上時,一部分能量反射回原介質,稱為反射波;另一部分能量則透過分界面,在另一介質內繼續(xù)傳播,稱為折射波或透射波6262五垂直入射時的反射與透射<了解>

由理論和實驗得知:<了解計算公式在超聲探傷中的實際意義>

1>當介質1與介質2的聲阻抗相等或十分接近時,r=0,d=1,即不產生反射波,可以視為全透射.

2>當超聲波從密度小的的介質<例如水>射向密度大的介質<例如鋼>時,反射率r和透射率d均較大.

3>當超聲波從密度大的介質射向密度小的介質時,反射率r較大,而透射率d卻較小.

六聲波在介質中的衰減<了解>

介質中的聲強衰減與超聲波的頻率及介質的密度,晶粒粗細等因素有關.晶粒越粗或密度越小,衰減越快;頻率越高;衰減也越快.

63五垂直入射時的反射與透射<了解>

由理論和實驗得知:<了解7.2超聲波換能器及耦合技術

超聲波換能器的分類:壓電式,磁致伸縮式,電磁式等,在檢測技術中主要采用壓電式.從結構分:直探頭,斜探頭,雙探頭,表面波探頭,聚焦探頭,沖水探頭,水浸探頭,空氣傳導探頭以及其它專用探頭等

1.以固體為傳導介質的超聲探頭單晶直探頭超聲波的發(fā)射和接收雖然均是利用同一塊晶片,但時間上有先后之分,所以單晶直探頭是處于分時工作狀態(tài)必須用電子開關來切換這兩種不同的狀態(tài)

2.雙晶直探頭

它是由兩個單晶探頭組合而成,裝配在同一殼體內.其中一片晶片發(fā)射超聲波,另一片晶片接收超聲波.

64643.斜探頭

當斜楔