传感器

例：正弦波交流电桥中，Z1、Z2为差动电感式传感器，电压有效值为U。

1）求电桥输出电压Uo与L1、L2的关系式。

2）若采用变气隙式差动电感传感器，设初始极距均为d0，改变Δd后，推导输出电压的表达式。

3）若位移发生上移、下移变化时，画出相应的输出电压

Uo的波形。

实验讲解

差动变压器，有初级线圈和两个次级线圈以及插入线圈中央的铁芯组成。两个次级线圈反向串联，构成差动结构。

根据变压器的工作原理，当在初级线圈上加上适当频率的激励电压时，在两个次级线圈上就会产生感应电动势。

若变压器的结构完全对称，当铁心处于初始平衡位置时，差动变压器输出为0。当铁心偏离平衡位置时，两个次级线圈的互感系数发生极性相反的变化，互感M1≠M2，两次级绕组的互感电势E1≠E2，输出电压

E=E1-E2≠0，即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性反映被测体位移的大小使得差动变压器输出不为0，并且输出电压E随着铁心偏离中心位置将逐渐加大。差动变压器输出电压与铁心位移成正比，即可根据电压大小可判断位移大小。

4－7 已知一差动整流电桥电路如题4－7图所示。电路由差动电感传感器Z1、Z2及平衡电阻R 1、R2（R1=R2）组成。桥路的一个对角接有交流电源，另一个对角线为输出端，试分析该电路的工作原理。

1定义：实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法

2分类：

3.测量不确定度：表示测量的可信度，它表征测量值的分散程度。

4.测量结果的完整表述：测量不确定度，测量单位、估计值。

2.测量误差的性质

根据测量数据中的误差所呈现的规律及产生的原因可将其分为系统误差、随机误差和粗大误差。

（1）随机误差多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化变化着的误差。

（2）表示方法：随机误差是将测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进

行无限多次测量所得结果的平均值之差。

2.测量误差的性质

（2）系统误差多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律（如线性、多项式、周期性等函数规律）变化的误差

表示：在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差

引起系统误差的原因：测量方法不完善，零点未调整，采用近似的计算公式，测量者的经验不足,

3）粗大误差超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。

产生原因测量者疏忽大意，测错、读错或环境条件的突然变化等引起的。

影响含有粗大误差的测量值明显地歪曲了客观现象，故含有粗大误差的测量值称为坏值或异常值。

处理措施剔除所有的坏值。

正态分布 随机误差没有确定的规律，具有随机性，服从正态分布。

2.随机误差的数字特征

1）算术平均值：随机误差服从正态分布，算术平均值处随机误差的概率密度最大，即算术平均值与被测量的真值最为接近，测量次数增加，算术平均值越趋近于真值，可以作为被测量的最佳估计值。

评定算术平均值的可靠性指标。

超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。

判别原则：看测量结果是否满足正态分布。

1. 3σ准则理论依据：把等于3σ的误差称为极限误差，对于正态分布的随机误差，落在±3σ以外的概率只有0.27%，它在有限次测量中发生的可能性很小

3σ准则：

如果一组测量数据中某个测量值的残余误差的绝对值|νi|>3σ时，则该测量值为可疑值（坏值），应剔除。

适用场所：它应用于测量次数充分多的情况。

2.肖维勒准则假设多次重复测量所得的n个测量值中，某个测量值的残余误差|Ui|>Zcσ, 则剔除此数据。

3.格拉布斯准则：某个测量值的残余误差的绝对值|Ui |＞Gσ，则判断此值中含有粗大误差，应予剔除。G值与重复测量次数n和置信概率Pa有关。

第二章

掌握传感器静态性能指标的概念及其计算方法

重点：传感器静态性能指标

传感器的定义能够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。

敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，把输入转换成电路参量。

基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。

传感器特性：主要是指输出与输入之间的关系。

静态特性: 当输入量为常量，或变化极慢时，输出与输入之间关系称为静态特性。慢变信号

研究静态特性，即不随时间变化的特性。

动态特性：当输入量随时间较快地变化时，输出与输入之间关系称为动态特性。快变信号

考虑输出的动态特性,即随时间变化的特性；

传感器的静态特性

1、灵敏度

传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的输入变化量Δx之比即为静态灵敏度:

S=Δy/Δx

2、线性度表示传感器输出与输入之间数值关系的线性程度。

在非线性误差不太大的情况下，采用直线拟合的办法来线性化。

拟合的方法：①理论拟合；②端点连线拟合；③端点平移拟合；

④过零旋转拟合；⑤最小二乘拟合；

3、迟滞传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。迟滞误差的另一名称叫回程误差。

4、4、重复性重复性是指传感器在相同工作条件下，输入按同一方向全程连续多次变动时，所得特性曲线不一致的程度。

5、漂移: 在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化。

产生原因：传感器自身结构参数；周围环境（温度、湿度）。温度稳定性又称为温度漂移，是指传感器在外界温度下输出量发生的变化。

第三章

重点掌握电阻应变片的工作原理、电阻应变片的测量电路。

应变效应导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。