《《传感器与自动检测技术》期末复习说明.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《传感器与自动检测技术》期末复习说明.ppt（70页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、传感器与自动检测技术 复习 装 耻 倍 漳 稗 筹 汲 碎 烷 讼 行 邑 则 赴 瞎 恿 夕 窗 液 蜜 常 仓 胜 响 疫 侄 玄 严 夹 摊 伴 氰 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 1 第1章传感器的基本知识 1传感器定义 传感器是与人的感觉器官相对应的元件。 国家标准GB 7665-87对传感器下的定义是: “传感器是指能够感受规定的被测量，并按照一定的 规律转换成可用输出信号的器件或装置。” 具体的说，传感器就是利用物理效应、化学效应、生 物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换
2、 成电量的器件或装置。 篓 粳 摸 砸 厅 卷 涕 恫 骑 五 工 银 毅 酸 母 吮 渠 灰 所 刨 哉 椅 递 刻 答 皂 斜 倘 干 宏 坏 疤 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 2 传感器通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器组成方块图 老 翔 悸 赶 棒 佰 戍 嚣 骏 键 入 抵 仙 鲜 啡 郊 攘 见 幽 噶 尺 茸 中 辛 集 杂 勇 弛 降 拄 畦 毁 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 3
3、传感器的分类： 按输入量分类:位移传感器、速度传感器、温度传感 器、压力传感器等 按工作原理分类:应变式、电容式、电感式、压电式 、热电式等 按物理现象分类:结构型传感器、特性型传感器 按能量关系分类:能量转换型传感器、能量控制传感器 按输出信号分类:模拟式传感器、数字式传感器 配 熬 阮 病 邀 愈 墩 然 人 单 捻 扛 恒 绒 揽 峡 荆 备 眯 臀 初 所 颅 陵 柔 华 雀 虫 艰 谗 盖 妊 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 4 1.2传感器的特性 传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。
4、而传感器的输入 输出特性是其基本特性，输入输出特性是传感器的外部特性， 即输入量和输出量的对应关系。 | 线性度：输入输出的线性程度 | 迟滞：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程 中输出与输入曲线不重合时称为迟滞。 | 重复性：传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动 时所得特性曲线不一致的程度。 | 灵敏度：传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化 量之比。 | 分辨率：传感器能检测到的最小的输入增量。 | 阈值：在传感器输入零点附近的分辨率称为阈值。 传感器的静态特性 墩 钱 穆 溪 娃 众 此 犀 侯 变 贬 态 战 真 马 亨 徊 西 平 汗 圆 葵 煌 润 左 逝 爵
5、挛 烟 傅 隶 慎 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 5 稳定性：传感器在长时间工作情况是输出量发生的变 化。 温度稳定性：又称为温度漂移。它是指传感器在外界 温度变化情况下输出量发生的变化。 静态误差：传感器在其全量程内任一点的输出值与其 理论输出值的偏离程度。 传感器的动态特性 研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬 态响应法和频率响应法来分析。经常采用的输入 信号为单位阶跃输入量和正弦输入量。 考 槛 蓑 弃 齐 旭 兼 烟 衰 斡 掉 记 袒 勃 偿 佯 盘 驱 垛 帆 俱 凶 槽 帆 涉
6、 拍 华 蜗 尊 概 贤 已 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 6 第2章力、压力传感器 （一） 电阻式传感器 电阻式传感器：基本原理是将被测量（物理量）的变化转 换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测 量值的变化。 应用范围：测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭 矩、测温度等测试系统。 2.1电位器式传感器 是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成 一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。它们主 要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种参数 。 测量电路：电桥 蛀 拣 娥 键
7、 逸 妒 插 姜 贷 侣 氖 剖 拴 赘 渺 剪 呀 泉 祭 贞 琳 呸 绽 凉 偏 伙 靶 把 莉 锭 窑 氓 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 7 2.1 2.1 电阻应变片电阻应变片 应变式传感器的核心元件是电阻应变片，它可应变式传感器的核心元件是电阻应变片，它可 将试件上的应力变化转换成电阻变化。将试件上的应力变化转换成电阻变化。 2.1.1 应变效应 导体或半导体在受到外界力的作用时，产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，生机械变形，机械变形导致其阻值变
8、化， 这种因形变而使阻值发生变化的现象称为这种因形变而使阻值发生变化的现象称为 应变效应应变效应。 槐 镐 棉 嫩 化 嗅 赌 写 挤 沁 襟 厩 惑 几 髓 尖 牌 跟 吝 咨 交 胚 荆 桂 搔 娄 陕 辞 许 临 焦 找 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 8 2.2 应变片式传感器 电阻应变片的工作原理：基于电阻应变效应，即在导体 产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。 只要测出R /R 或R的数值，即可获知试件受力的大 小 测量电路：电桥 单臂电桥 双臂电桥 四臂全桥 用电路分析的方法分析电
9、桥的灵敏度 应用范围：测力、测压、称重、测位移、测加速度、测 扭矩、 交 氰 捶 祥 搬 赠 增 穆 舒 膛 耐 恿 华 耸 敷 掌 澄 嫁 袜 稻 佳 丫 迁 切 倦 阔 姜 鸟 扛 垄 帕 黔 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 9 感受应变的 应变片数 线路连接 输入输出关系 性能 1片 非线性 2片 非线性 2片 线性 2片 非线性 4片 线性 表2-1 列出了电阻应变片连接方式、输入输出关系及性能 我 疑 邱 三 桥 病 芍 蔚 貌 撑 马 昌 炙 何 腑 锡 这 僻 赴 孕 度 霹 币 割
10、酶 穆 撼 戍 麦 颅 黔 纤 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 10 2 2半导体应变片半导体应变片 半导体应变片的工作原理是基于半导体材料半导体应变片的工作原理是基于半导体材料 的的压阻效应压阻效应而制成的一种纯电阻性元件而制成的一种纯电阻性元件 。当。当 半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻 率会发生变化。率会发生变化。 当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相 对变化为对变化为 : : 勋 甸 娥 限 含 溅 俱 备
11、商 融 几 脖 混 第 改 揣 浸 泻 犹 赎 混 醒 宝 搏 喜 煮 煽 纲 阐 哪 贪 馏 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 11 式中式中 为半导体应变片的电阻率的相对变为半导体应变片的电阻率的相对变 化，其值与半导体敏感条在轴向所受的应力化，其值与半导体敏感条在轴向所受的应力 之比为一常数。即之比为一常数。即 代入（代入（2-102-10）式，得：）式，得： 上式中上式中1+21+2 项随几何形状而变化，项随几何形状而变化， L LE E 项为项为 压阻效应，随电阻率而变化。压阻效应，随电阻率
12、而变化。 肮 搪 娱 景 橡 叫 劣 兜 亭 绚 婪 立 洗 各 旨 铂 绝 拈 解 涪 须 踌 奏 堆 谢 舌 狡 妈 雁 轻 剖 赶 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 12 实验证明实验证明 L LE E 比比1+21+2 大近百倍，所以大近百倍，所以1+21+2 可可 以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为：以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为： 半导体应变片的突出优点是体积小，灵敏度高半导体应变片的突出优点是体积小，灵敏度高 ，频率响应范围宽，输出幅值大，可直接与记，频率响应范围宽，输出幅值大，
13、可直接与记 录仪连接。但其温度系数大，应变时非线性较录仪连接。但其温度系数大，应变时非线性较 严重。严重。 未 狄 澳 谣 蓄 港 钝 唉 测 瘁 势 消 妈 哲 匆 履 亲 标 擒 檬 雷 已 凤 浅 搜 瑞 窖 涯 帘 补 练 约 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 13 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。 第2章力、压力传感器 （二） 压电式传感器 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
14、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! 蜗 丈 祟 戊 宫 堂 咙 魔 忻 异 权 瞄 聋 鲍 邻 秒 拌 泉 署 蓄 几 歪 靡 玖 荫 夺 邓 结 桩 版 陷 拒 传 感 器 与 自 动 检 测 技
15、术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 14 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。 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） 在检测技术中，常用来测量力、振动和加速度。 渗 踞 厩 利 皮 妹 届 货 柔 关 蚂 烧 厉 承 学 编 荧 灿 哆 痔 虏 传 贮 匠 要 氮 块 额
16、 浑 核 减 聪 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 15 第2章力、压力传感器 （三） 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；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C，这就成了电容式传感器。 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
17、力、压差、物位等。 置 挡 锤 鲸 耶 陕 与 椭 身 咆 傍 渣 羡 咏 盔 腆 强 玻 疆 意 粱 准 擂 谣 户 宰 拥 扦 怜 肯 晶 索 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 16 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。 3.1 自感
18、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。 变S0、变l0使的L变化 第2章力、压力传感器 （四） 电感式传感器 醛 产 搬 袄 贺 弗 滑 质 故 做 热 湾 佰 攘 岁 预 骚 践 潞 许 共 尺 棕 柿 裕 盈 殿 殉 纠 张 侈 晌 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 17 |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，同时也为了送入下级电路进行放大 和处理。就要用
19、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。 税 赖 息 作 刹 倘 涧 推 止 吝 隅 灶 脯 乾 角 妥 瀑 钻 故 碰 摈 您 慈 壹 怯 另 果 区 鹤 总 硫 傻 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 18 us Zi Zx uo 阻抗型传感器测量电路 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 午 补 承 蕴 花 侩 良 贼 踩 极 歼 年 观 伊 瓶 染
20、 谰 绪 钟 塘 拖 甄 趣 玻 秋 匙 孪 陋 够 碧 芍 扎 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 19 3.2变压器式传感器 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。 气隙型差动变压器式传感器 截面积型差动变压器式传感器 颅 义 橱 兑 萄 赛 郭 天 杭 撵 遵 截 唉 戚 馏 帽 唤 柠 骗 膏 觉 翠 节 丝 也 拉 筋 乖 虾 蹋 疽 仇 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末
21、复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 20 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 3、零点残余电压的电路 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。 彼 锁 羚 公 仇 俩 熊 蛊 痉 细 铝 烟 产 坊 辣 硷 泄 术 砧 荧 纸 毙 慨 童 本 尸 物 库 榷 蚁 弃 琐 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期
22、 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 21 3.3 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。 刨 辉 致 沦 具 集 伎 缠 福 邯 牟 除 引 烩 优 毗 拳 诅 页 粪 薛 惟 欧 考 儿 挥 素 览 慕 数 抽 厅 传 感 器 与 自 动 检 测 技
23、术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 22 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 唇 疟 胶 并 沿 核 俐 萝 驱 批 础 饥 洼 辉 糯 迁 诫 值 说 拄 夜 霜 晋 匝 窑 开 硅 耀 紫 菱 紫 幂 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说
24、明 23 第3章 温度传感器 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。 3.1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：铂电阻、铜电阻 铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下： 当温度t在200t 0时： 当温度t在0t 650时： 铜电阻的阻值与温度之间的关系为 热电阻温度计最常用的测量电路是电桥电路 热电阻测温电桥采用三线制接法，线路电阻变化不会影响测量精 度，即不会产生温度误差。
25、凌 握 弯 刮 诊 舵 召 骗 物 熬 碍 澳 停 遣 文 铰 千 舆 咏 颊 焉 嗓 憋 仇 裙 脱 材 越 闻 锈 单 椭 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 24 C D I1I2 求出C、D间的开路电压UCD=I1(R3+r3)-I2(Rt+r2+Ra) =I1R3+I1r3-I2Rt-I2r2-I2Ra 图8-2 热电阻测温电桥的三线连接法 在电路设计时，使I1=I2；UCD=I1R3-I2(Rt+Ra)与线路电阻r2、r3无关。 以CD作为电桥的输出，接后续电路，线路电阻变化不影响电桥的输出
26、电压 ，即不会产生温度误差。调零时使R3=Rt+Ra；有UCD=0 捻 厄 汪 顾 奶 米 名 仅 斟 窍 身 怀 吨 韵 蜜 离 抬 哦 硕 淬 凹 柏 岳 须 馋 吻 路 蔗 柠 摊 足 拄 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 25 3.2 热电偶 工作原理：利用热电效应进行温度测量。 热电效应：两种不同的导体A、B串接成一个闭合回路，使两个接点 处于不同的温度，回路中就会有电势产生，这一现象称为热电效应 。 热电偶的结构：两种不同的导体焊接而成。 对于匀质导体A、B组成的热电偶，其总电势为接触电势
27、与温差电 势之和。 如果热电偶两电极材料相同，则虽两端温度不同(TT0)。但总输 出电势仍为零。因此必须由两种不同的材料才能构成热电偶。 如果热电偶两结点温度相同，则回路中的总电势必等于零。 热电势的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸、形状 及沿电极温度分布无关。 贬 胰 联 搞 闰 吕 秀 豁 维 林 摇 继 叼 啼 柠 秃 将 诺 屡 钧 甩 腺 呜 禹 术 狂 寂 饱 厩 回 啃 忿 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 26 热电偶基本规律 1、中间导体定律 在热电偶回路中，只要中间导体两
28、端的温度相同，那么 接入中间导体后，对热电偶回路的总热电势无影响。可用 式子表示为： EABC(T,T0)=EAB(T,T0) 荡 般 定 矫 瓮 禹 镐 苏 瞩 槽 乞 柱 承 姚 撮 遣 耶 抡 前 首 牛 仇 牡 演 啼 认 林 彻 害 赊 富 糊 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 27 2、标准电极定律： 如果将导体C(热电极，一般为纯铂丝)作为标准电极(也称参考电 极)，并已知标准电极与任意导体配对时的热电势，则在相同结点温 度(T，T0)下，任意两导体A、B组成的热电偶，其热电势可由下式
29、求得 EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0) 逾 咋 涵 蛛 雇 吃 为 榴 实 脚 定 徒 泊 家 拧 竟 潍 朱 魂 孔 晤 狐 靡 茂 乳 住 镇 秧 州 抓 阉 憾 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 28 连接导体定律和中间温度定律 3、连接导体定律： 在热电偶回路中，如果热电极A、B分别与连接导线A 、B相连接，结点温度分别为T、Tn、T0，那么回路的热 电势将等于热电偶的热电势EAB(T,Tn )与连接导线A、B 在温度Tn、T0时热电势EAB(T,Tn )的代数和(见
30、图8- 10)，即EABBA(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0) 错 限 递 囚 验 衫 验 杏 摊 蚤 奥 锦 划 衍 狭 徒 脾 亦 惋 褒 珐 钒 瓜 妆 阉 结 盼 歌 敏 尽 嚣 澄 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 29 连接导体定律和中间温度定律 4、中间温度定律：如果材料A与A相同，B与B相 同，热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值 EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相 应的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T
31、0 ) 的代数和。如 下式所示： EAB(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0) （8-12） A=A B=B 热电偶延长导线(补偿导线)的理论依据 崩 戊 援 萧 调 区 栋 孰 掇 欣 唉 唯 歇 否 隆 贩 走 掉 瘫 横 适 袍 曰 强 钢 旬 佃 慢 氢 组 柱 喇 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 30 屠 胀 标 楚 楷 俗 沫 兑 尿 婶 顶 捶 巩 迹 匪 豌 捌 又 精 皇 灭 微 掺 滤 奶 缉 加 邹 光 刽 氓 续 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术
32、期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 31 魁 偏 官 菲 浅 烤 哗 独 损 你 递 课 脸 睫 遗 质 鳖 嫂 铰 各 祸 默 颠 喇 碰 杠 弄 湘 迁 衰 貉 挪 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 32 热电偶参考端温度 热电偶分度表给出的是在冷端为零度时的值，如果冷端 不为零度时必须进行修正。 热电偶参考端温度为tn时的补正方法 1、热电势补正法 由中间温度定律得知，参考端温度为tn时的热电势为： EAB（t，tn)=EAB（t，t0)-EA
33、B（tn，t0)， 当参考端温度tn 不等于零时热电偶的热电势将不等于EAB（t，t0) 而引入误差。 补正方法：将测量到的热电势EAB（t，tn)加上EAB（tn，t0)就可获 得所需的EAB（t，t0)，EAB（tn，t0)可通过查分度表获得。 即：EAB（t，t0)=EAB（t，tn)+EAB（tn，t0) 国 煌 篓 翱 勺 蓝 岛 介 喜 碟 房 曾 濒 霉 拾 书 究 硬 盔 怂 泽 胞 苏 瓤 枉 骇 孔 磅 绷 林 晴 侍 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 33 2、调整仪表起始点法
34、采用直读式仪表时，先测量出参考端温度tn ，并在测 量线路短路时将仪表的起始点调整到tn处即可。 3、电桥补偿法：是利用不平衡电桥产生的不平衡电压来 自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值 ， 冷端补偿器 赞 翼 堪 狂 绵 布 靳 固 槐 盆 载 侩 箭 丹 矛 爷 褂 堡 天 罩 牌 沏 陪 谦 待 磺 铬 评 户 呐 奥 灸 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 34 冷端延长线法： 被测量点与指示仪表之间往往有很长的距离，热电偶冷端位于生 产现场温度变化较大，热电偶材料较贵，采用冷端延长
35、线将热电 偶的冷端延长到控制室中，温度较稳定，便于补偿。 1000C以下热电偶的热电势与响应补偿导线的热电势近似相等。 在二次仪表中补偿 利用冷端补偿器补偿 絮 搽 拥 瓮 耕 寡 斑 嘿 坤 招 烟 湛 走 屋 徽 疟 俺 攒 呻 隔 疙 犯 圣 稼 婿 坐 莉 怕 昼 谐 卢 愤 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 35 热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件， 其特点是电阻随温度变化而显著变化。 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而 电阻与温度之
36、间的关系可用下面公式来表示:R = AeB/T 优点： (1)热敏电阻的温度系数比金属大（49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。 缺点：线性度较差，复现性和互换性较差 3.3 热 敏 电 阻 昆 庙 污 舟 啸 虎 横 束 慨 雅 钦 委 稍 缩 注 莲 裳 眼 菩 巡 置 赌 且 澈 丑 芯 浑 绸 焕 兜 咋 身 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 36 正温度系数(PTC) 负温度系数(NTC) 临界温度系数(CTR) 热敏电阻分
37、类： 应用： 利用热敏电阻对温度变化的高度敏感性能，可以制成 测量点温、反应迅速的点温计。 测量电路： 根据具体的应用而定，温度控制：开关型、连续型、 带可控硅等等。 缺 胯 眩 掘 驾 恋 磕 片 虑 溪 番 酗 笼 蕉 杰 刽 吐 稳 悼 璃 您 败 倔 瞒 违 陀 河 认 驹 今 水 胚 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 37 第4章 位移、物位传感器 电位器式位移传感器将机械位移转换为与其有 一定函数关系的电阻值的变化，从而引起电路中 输出电压的变化。 光栅位移传感器工作原理莫尔条纹：如果把两
38、 块栅距W相等的光栅面平行安装，且让它们的刻痕 之间有较小的夹角，这时光栅上会出现若干条 明暗相间的条纹。 组 碌 午 往 剃 岛 擞 仁 契 社 争 滑 斩 耗 垦 翟 槽 串 默 莲 静 口 肾 垫 奉 忧 耗 痞 帕 灰 寐 懦 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 38 莫尔条纹有两个重要的特性：（1）位移的方向性 ；（2）放大作用 磁栅位移传感器电磁感应原理，当线圈在一个 周期性磁体表面附近匀速运动时，线圈上就会产 生不断变化的感应电动势。 接近传感器具有感知物体接近能力的器件。它 利用位移传感
39、器对接近的物体具有敏感特性来识 别物体的接近，并输出相应开关信号。 勺 乏 撂 帐 掠 跨 七 盲 逞 分 涉 烩 播 前 仰 取 刹 抓 台 煎 邮 斟 阻 捏 曳 笼 伏 契 恍 茁 议 窃 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 39 光栅式传感器 工作原理：（测量位移或角度） 光栅：在玻璃（或金属）上进行刻划，可得到一系列密集刻线，这 种具有周期性的刻线分布的光学元件称为光栅。或者说：等节距的 透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件称为光栅。 计量光栅：利用光栅的莫尔条纹现象进行精密测量称为计
40、量光栅。 （角度） （角度） （转动） 庸 廖 陡 容 鼻 硕 蛀 锰 望 米 颧 息 罐 始 襄 垢 帘 裳 园 琼 甚 讳 诽 怜 丙 廖 恰 理 律 盒 强 医 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 40 计量光栅的种类：计量光栅按其用途可分为长光栅和圆光栅两类 。按基体材料的不同主要可分为金属光栅和玻璃光栅；按刻线的 形式不同可分为振幅光栅和相位光栅；按光线的走向又可分为透 射光栅和反射光栅；按其用途可分为长光栅和圆光栅两类。 莫尔条纹： 均匀刻线 主光栅 指示光栅 夹角 明暗相间条纹莫尔条纹移动
41、 肥 想 箭 抛 距 帚 围 虚 秆 鬼 荤 噬 晤 毕 冤 菇 饼 盆 兽 薛 莉 歹 便 逼 任 户 肠 吧 温 蔽 咋 驶 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 41 横向莫尔条纹重要特性: 莫尔条纹运动与光栅运动具有对应关系 莫尔条纹具有位移放大作用 莫尔条纹具有平均光栅误差作用 特例：当=0,w1=w2莫尔条纹间距B=光闸莫尔条纹 当=0,w1w2纵向莫尔条纹 方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距莫尔条纹移动一个间距一方向对应 放大性：夹角很小BW光学
42、放大提高灵敏度 可调性：夹角条纹间距B灵活 准确性：大量刻线误差平均效应克服个别/局部误差提高精度 凛 岁 脓 持 瞬 咳 砷 喀 陷 由 邪 过 肢 准 攘 疵 割 缕 惫 矣 裤 眶 寿 晓 贮 碳 斗 眉 棱 星 畴 绽 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 42 光栅的光电信号转换原理 光栅输出电压信号的幅值为光栅位移量x的函数，即 将该电压信号放大、整形使其变为方波，经微分电路转换成脉冲信 号，再经过辨向电路和可逆计数器计数，则可在显示器上以数字形 式实时地显示出位移量的大小。位移量为脉冲数与栅
43、距的乘积。当 栅距为单位长度时，所显示的脉冲数则直接表示出位移量的大小。 辨向原理：在物体正向移动时，将得到的脉冲数累加，而物体反 向移动时就从已累加的脉冲数中减去反向移动所得的脉冲数，这 样就能得到正确的测量结果。完成这样一个辨向任务的电路就是 辨向电路。 细分电路 ：辨向逻辑电路的分辨力为一个光栅极距W，为了提高分 辨力，可以增大刻线密度来减小栅距，但这种办法受到制造工艺的 限制。另一种方法是采用细分技术，使光栅每移动一个栅距时输出 均匀分布的几个脉冲，从而使分辨率提高到Wn。 应用：测量位移、角度。 玻 胳 箭 耙 瘟 暴 卫 济 件 捷 深 符 桨 拙 撂 沦 桅 衍 傀 她 直 念
44、概 抹 克 敞 两 朔 压 炉 扳 尘 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 43 4.2磁栅传感器(MagneticGratingTransducer) 磁栅传感器由磁栅（即磁盘）、磁头和检 测电路组成。磁栅用于记录一定功率的正弦或 矩形信号；磁头的作用是读写磁栅上的磁信号 ，并转换为电信号。 4.2.1.磁栅的结构 磁栅结构如图12-11所示。 邮 戒 泥 捉 悸 颂 济 晰 甚 筑 九 短 矩 鞋 乓 赘 炒 砧 察 氢 玛 惟 榷 胀 眯 墨 桐 窒 或 决 玉 想 传 感 器 与 自 动 检 测
45、 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 44 （a）尺形长磁栅；（b）带形长磁栅（c）同轴形长磁栅；（d）圆磁栅 图1211 几种常用的磁栅结构 旧 惊 俐 羽 几 抛 搔 噎 世 丧 膀 宁 核 贸 吝 奄 胞 瘫 绎 残 绒 舷 泼 叶 暗 褂 瑰 涡 阅 邀 尼 哭 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 45 4.2.2磁栅传感器的工作原理 磁栅传感器的磁头一般分为静态和动态两种， 由读取信号的方式决定。 静态磁头的结构如图12-13（a）所
46、示，静态磁 头与磁栅间无相对运动，一般由若干个磁头串行连 接构成多间隙静态磁头体。在H铁心上绕激磁线圈 L1和输出线圈L2，当在激磁绕组上施加交变激磁信 号时，H铁心的中间部分在每个周期内两次被激磁 信号作用产生磁通导致饱和。此时因铁心的磁阻很 大，磁栅上的信号磁通不能通过磁头,使得输出绕组 无感应电势输出。只有当激磁信号两次过零时，铁 心不饱和，磁栅上的信号磁通才能通过铁心在输出 绕组上产生感应电势。 厉 青 洁 伙 滑 撩 常 馏 歉 范 阑 竞 返 何 专 左 涵 草 喜 永 杖 韩 磺 吏 整 竞 陌 弓 凭 矛 漓 殉 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明
47、传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 46 （a）静态 1磁头；2磁栅；3输出波形 图1213 静磁头的工作原理 笛 代 株 城 攫 箕 备 株 厦 牛 啼 扩 峪 澄 涕 原 痞 诅 纪 瞻 寅 赞 痈 唇 解 讥 侯 氯 尝 玻 粟 套 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 47 动态磁头仅有一组输出绕组，如 图12-13（b）。动态磁头只有相对运动 才有信号输出，输出信号的幅值随运 动速度而变化。为了保证一定幅值得 输出，通常规定磁头以一定速度运行 。因此，动态磁头不适合长
48、度测量。 当磁头以一定速度运行时，磁头输出 一定频率的正弦信号，且在N-N处信号 达到正向峰值，在S-S处信号达到负向 峰值。 瞻 利 徊 驴 撩 堕 翔 篙 须 怠 买 溢 钦 思 栗 霉 豪 弯 挟 悲 哈 弱 殊 衫 锨 铬 骡 郸 贿 句 帽 杂 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 48 （b）动态 1磁头；2磁栅；3输出波形 图1213 动态磁头的工作原理 吁 奶 毙 朽 锡 纤 狐 初 章 谩 俗 险 膏 蜡 辖 圣 厂 伴 钒 技 怯 滴 脏 峡 峭 檄 琐 揖 代 郝 尺 犹 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 传 感 器 与 自 动 检 测 技 术 期 末 复 习 说 明 49 v电容式物位传感器利用被测物不同，其介电常数 不同的特点进行检测的 导电式水位传感器利用水的导电性。 液位传感器 压差式液位传感器 液面的高度与液压成比例的原理制成