2010级《传感器与检测技术》复习

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2016/2/15
温度补偿
单丝自补偿法
自补偿法 温度补偿
组合式自补偿法 线路补偿法〔电桥补偿法、热敏电阻〕
2016/2/15
电感式传感器:是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的 一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力 矩、应变等多种物理量。 电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感,在被测 量转换成线圈自感或互感的变化时。一般要利用磁场作为媒介 或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有线圈 绕组。
近似为
1
单臂电桥
U R U 4 R
' 0
2016/2/15
双臂电桥(半桥)输出
R3 R1 R1 U0 U[ ] R1 R1 R2 R2 R3 R4
R1+⊿R1 R2-⊿R2
U0
R4 U
当R1=R2=R3=R4=R
R3
U R U 0= 2 R
全电桥输出
2016/2/15
2. 误差的分类
按照误差出现的规律,可把误差分为系统误差、 随机误差、粗大误差

(1)系统误差
在同一条件下,多次测量同一量值时绝对值的符号保持不变, 或在条件改变时按一定规律变化的误差称为系统误差。


(2)随机误差
在同一条件下,多次测量同一量值时绝对值的符号以不可预 见的方式变化着的误差称为随机误差。
2 半导体热敏电阻



利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成由金属氧化物和化合物按不 同的配方比例烧结 优 点: (1) 热敏电阻的温度系数比金属大(4~9倍) (2) 电阻率大,体积小,热惯性小,适于测量点温、表面温度及快速变化的温 度。 (3) 结构简单、机械性能好。 缺点:线性度较差,复现性和互换性较差。
① 实际相对误差。
② 示值相对误差。
A
x 100% A

x x 100% x
③ 满度(引用)相对误差
x rn 100% xn
2016/2/15
最大允许误差

指示仪表的最大满度误差不许超过该仪表准确度等级的百分数, 即
xm nm 100% a% xn
红河学院工学院自动化系
传感器与检测技术
传感器的定义: 传感器(Transducer/Sensor):根据中华人民共和 国国家标准(GB7665-87)传感器是能感受规定的被测 量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器组成方块图
2016/2/15
1. 有关测量技术中的部分名词
2016/2/15
压电材料:压电传感器中的压电元件材料一般有三类: 一类是 压电晶体(如石英晶体); 另一类是 经过极化处理的 压电陶 瓷;第三类是高分子压电材料。
测量电路:
电荷放大器:其输出电压与输入电荷成正比。 应用:压电元件是一种典型的力敏感元件。可用来测量最终能转换 为力的多种物理量。(动态量)
送入下级电路进行放大和处理。就要用转换电路把
电感变化转换成电压(或电流)变化。把传感器电感
接入不同的转换电路后,原则上可将电感变化转换
成电压(或电流)的幅值、频率、相位的变化,它们
分别称为调幅、调频、调相电路。
2016/2/15
(1) 相敏检波电路
+

-
2016/2/15
使用相敏整流,输出电压U0不仅能反映衔铁位移的大小和方向, 而且还消除零点残余电压的影响,

2016/2/15
(4)实际值: 测量次数无限多,其测量结果的算术平均值接近于真值, 由于系统误差不可能完全排除,因此把精度更高一级的 标准器所测量的值作为真值,为了强调它并非真值,故 称为实际值。 (5)标称值: 测量器具上所标出的数值。 (6)示值: 由测量器具上所指示出来的被测量值。 (7)测量误差: 测量的目的是希望通过测量求取被测未知量的真实值。 由于种种原因,造成被测参数的测量值与其实值并不一 致,即存在测量误差。
在科学研究及科学实验中,精度是首要的;
在工程实际中,稳定性是首要的,精度只要满足工艺指 标范围即可。
6
4 测量误差的表示方法

(1) 绝对误差:示值与被测量真值之间的差值。设被测量的真值为A0,器
具的标称值或示值为x,则绝对误差为

(2) 相对误差
x x A0
相对误差是绝对误差与被测量的约定值之比。相对误差有以下表现形式:
2016/2/15
涡流式传感器的测量电路: 被测量数变化可以转换成传感器线圈的品质因素Q、等 效阻抗Z和等效电感L的变化。转换电路的任务是把这 些种参数转换为电压或电流输出。
一、桥路
二、谐振调幅电路
三、谐振调频电路
应用:测量振动、位移、转速、测厚及探伤等
2016/2/15
第4章 电动式传感器原理与应用
只要测出R /R 或R的数值,即可获知试件受力F的大小
2016/2/15
2、测量电路:电桥
单臂电桥输出
R1+⊿R1 R2 IL RL R4 R3 U
R3 R1 R1 U0 U[ ] R1 R1 R2 R3 R4
当R1=R2=R3=R4=R
R U R 1 R U0 U 1 4R 2R 4 R 2 R
差分整流电路
电感式传感器应用:可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、 应变等多种物理量。
3 电容式传感器
工作原理:
由物理学可知,两个平行金属极板组成的电容器,如果不考 虑其边缘效应,其电容为C= s /d
由上式可知,改变电容C的方法有三种,其一为改变介质的介电常 数ε ;其二为改变形成电容的有效面积;其三为改变两个极板间的 距离。而得到电参数的输出为电容值的增量Δ C,这就成了电容式 传感器。
IB IB U H vBb RH k H IB ned d
应用: 位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度
2016/2/15
3 压电式传感器
压电式传感器是一种有源的双向机电传感器。它的工作原理是基 于压电材料的压电效应。 压电效应:某些晶体或多晶陶瓷,当沿着一定方向受到外力作用 时,内部就产生极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的 电荷;当外力去掉后,又恢复到不带电状态;当作用力方向改变 时,电荷的极性也随着改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的 大小成正比。上述现象称为正压电效应。反之,如对晶体施加一 定变电场,晶体本身将产生机械变形,外电场撤离,变形也随着 消失,称为逆压电效应。 当力的方向改变时,电荷的极性随之改变,输出电压的频率 与动态力的频率相同;当动态力变为静态力时,电荷将由于表面 漏电而很快泄漏、消失。 压电式传感器只能用于动态测量!!!
1 自感式传感器
自感式传感器的工作原理:是利用线圈自感的变化来实现测量的 一种装置,将被测参数的变化转换成自感的变化。
W 2 0 S0 L 2l 0
变S0、变l0 使的L变化
2016/2/15
自感式传感器测量电路:
自感式传感器实现了把被测量的变化转变为电
感量的变化。为了测出电感量的变化,同时也为了
2016/2/15
U0 U
R
R
温度误差及其补偿 温度误差:应变片由于温度变化引起电阻值发生 变化所产生的误差。 1、敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。当环 境温度变化时,引起的电阻相对变化为 2 、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变 化时,应变丝受热膨胀,粘贴在试件上的应变 丝膨胀,因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系 数不同,应变片将产生附加拉长(或压缩), 引起的电阻相对变化 。
测量电路:一般归结为两大类型
1、调制型(调频、调幅、电桥等)
2、脉冲型(或称为电容充放电器) 应用:测量力、压力、压差、物位等。
电容式传感器测量电路
(1) 电桥电路



(2) 运算放大器电路
(3) 脉宽调制电路
(4Biblioteka Baidu 调频电路
(5) 双T型电桥电路
2016/2/15
差动脉冲调宽电路原理图
2 霍尔式传感器
霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量、 如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。
霍尔效应 : 一块长为l、宽为b、厚 为d的半导体薄片置于磁感应强度 为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中, 当有电流I流过时,在垂直于电流和 磁场的方向上将产生电动势UH。这 种现象称为霍尔效应。霍尔式传感 器是由霍尔元件所组成。
dt dt
若线圈相对磁场运动为速度v或角转度ω时, e=-WBlv 或 e=-WBsω (5-2)
在传感器中,当结构参数确定后.即B、l、W、s均为定值,那 么感应电势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比。 根据上 述原理。人们设计了两种类型的结构:一种是变磁通式;另一种 是恒定磁通式。
2016/2/15
(1)等精度测量: 在同一条件下所进行的一系列重复测量称为等精度测 量。 (2)非等精度测量: 在多次测量中,如对测量结果精度有影响的一切条件 不能完全维持不变的测量称为非等精度测量。 (3 )真值:指一定的时间及空间条件下,某物理量体 现的真实数值。真值是客观存在,但不可测量的,是 一个理想的概念。在测量中,一方面无法获得真值, 而另一方面又往往需要运用真值。因此,在实际计量 和测量工作中 ,经常使用“约定真值”和“相对真 值”。
静特性指标

线性度
灵敏度
迟滞
重复性
零点漂移
温度漂移
2016/2/15
第3章 电阻式传感器原理与应用
1 工作原理 电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应,即导体在外界作用 下产生机械变形(拉伸或压缩)时,其电阻值相应发生变化,这 种现象称为电阻应变效应。
l R A
R F或R F R
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速 等)转换成电信号的一种传感器。
1 磁电感应式传感器
工作原理:磁电感应式传感器也称为电动式传感器,或感应式传 感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应 电势的。因此它是一种机一电能量换型传感器,不需供电电源, d d 是直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出。 W e
当示值为x时可能产生的最大相对误差为
xm rm a% x

用仪表测量示值为x的被测量时,比值越大,测量结果的相对 误差越大。选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越 好。被测量的值应大于其测量上限的2/3。 误差的综合计算:
利用绝对误差、相对误差判断仪表或传感器是否合格
2016/2/15
差动变压器 工作原理: 变压器式传感器是将非电量转换为线圈间互感M的一种磁 电机构,很象变压器的工作原理,因此常称变压器式传 感器。这种传感器多采用差动形式。
截面积型差动变压器式传感器
气隙型差动变压器式传感器
差动变压器式传感器测量电路
1、相敏检测电路:如果在输出电压送到指示仪前,经过一个能判 别相位的检波电路,则不但可以反映位移的大小(的幅值),还可 以反映位移的方向(的相位)。这种检波电路称为相敏检波电路。 2、差分整流电路 可以不考虑相位调整和零点残余电压的影响
T1 T2 T1 T2 U0 U A U B U1 U1 U1 T1 T2 T1 T2 T1 T2
2016/2/15
U1 U1 U r U1 T2 R2 C2 ln U1 U r T1 R1C1 ln
4
涡流式传感器
工作原理: 金属导体置于变化着的磁场中,导体内就会产生 感应电流,称之为电涡流或涡流。这种现象称为涡流 效应。涡流式传感器就是在这种涡流效应的基础上建 立起来的。 当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时,电涡流 线圈的等效电感L 减小,等效电阻R 增大。感抗XL 的 变化比 R 的变化 大 得 多,流过电涡流线圈的电流 i1 增大。
电压放大器:其输出电压与输入电压(压电元件的输出电压)成正比。
在检测技术中,常用来测量力、振动和加速度。
2016/2/15
温度检测
热电式传感器的定义:热电式传感器是将温度变化转换为电量变化 的装置,它利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达 到测量目的。 1 热电阻 热电阻测温的原理:电阻率随温度升高而增大,具有正的温度系数 测温范围:-200~+5000C 特点: 精度高,适宜于测低温 热电阻的材料:金属材料制成。铂电阻、铜电阻


(3)粗大误差
超出规定条件下预期的误差称为粗大误差。
2016/2/15
3 精度


(1)准确度:反映系统误差影响的程度。
(2)精密度:精密度则是反映随机误差影响的程度

(3)精确度:又称为精度,它反映系统误差和随机
误差综合影响的程度;因此,精度高说明准确度和
精密度都高,意味着系统误差和随机误差都小。
相关文档
最新文档