电大《传感器与测试技术》考试重点小抄参考.doc

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1、专业好文档传感器：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，通常有敏感元件、转换元件、测量放大元件组成。静态特性曲线：当输入量为常量或变化极慢时传感器输出输入特性，主要指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。 动态特性曲线：当输入量随时间变化时线性度：静态特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与满程输出量比值的百分比数灵敏度：传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比迟滞原因：1加力变形，应力取消，弹性不能完全返回2机械传动的间隙3磁滞回线电位器：把机械的线位移或角位移输入量转变为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件来使

2、用。通常由骨架、电阻元件、活动电刷组成。为了减小负载误差，应减小负载系数m，通常希望m0.1骨架材料要求：与电阻丝材料具有相同的膨胀系数,电绝缘,具有足够的强度，刚度，散热性好，耐潮湿，易加工半导体比金属丝灵敏度高，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比 k0=1.7-3.6压阻效应：单晶半导体材料在沿着某一方向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象电阻式传感器原理：将被测量的变化转变成电阻值的变化，在经相应的测量电路最终显示被测量值的变化应变片布置原则：1贴在应变最敏感的部位2在复合载荷下测量，能消除互相干扰3考虑温度补偿效应作用。产生温度误差的原因：1敏感栅材料本身的电阻随温度变化

3、2试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝附加变形进而造成电阻的变化。应变片的机械滞后：在同一机械应变下，卸载时的i高于加载时的i的现象。 应变片的绝缘电阻：已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。 应变片最大工作电流：对已安装的应变片，允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大工作电流。 应变片初始电阻：应变片未安装且不受力的情况下，于室温测得的120的最多零漂:已粘贴的应变片,在温度保持恒定,试件上没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时间的增长而逐渐变化原因：1敏感栅通过工作电流后的温度效应2应力计的内应力逐渐变化3粘结剂固化不充分蠕变：:已粘贴的应变片,在温度保持恒定时，承受某一

4、机械应变长时间的作用，应变片的指示会随时间而变化原因：1粘结剂的选用或使用不当2应变计在制造过程中产生的内应力产生温度误差的原因:1敏感栅材料本身的电阻随温度发生变化2试件材料与应变丝材料的线性膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形。温度补偿法：1电桥补偿法2应变计自补偿法线路补偿法：最常用和最好用的方法是电桥补偿法。工作应变片R1安装在被测试件上，另选一个特性与R1相同的补偿片RB，安装在材料与试件相同的某补偿块上，温度与试件相同，但不承受应变。R1和RB接入电桥相邻臂上，造成R1t和RBt相同根据电桥理论所知，其输出电压U0与温度变化无关，当工作应变片感受应变时电桥将产生相应输出电压。单臂桥无

5、温度补偿作用，差动桥和全桥有温度补偿作用。PTC热敏电阻的应用：1温度补偿2过载保护:直接保护，间接保护。在小电流场合,可把PTV热敏电阻直接串入负载中,防止过热损坏被保护的元件;在大电流场合3自动消磁:消磁线圈与热敏电阻串联4电机的启动5延迟开关：热敏电阻两端施加电压，开始到组织突变，直道平衡状态，需要一定时间，利用这种特征，可制成延时开关自感式传感器组成：线圈、铁芯、衔铁。 为减小非线性误差，实际测量中常采用差动变隙式电感传感器。当有裂纹或缺陷出现时，金属电阻率、磁导率将发生变化涡流传感器原理：传感器的激磁线圈通以高频交流电时，在其周围产生交变磁场，使被测导体表面的薄层上感应产生涡电流。它

6、的存在会消弱激磁线圈磁场的变化，使原线圈的等效阻抗发生变化，变化完全取决于被测金属的电涡流效应。电涡流效应的大小与被测金属的电阻率、磁导率、几何尺寸有关，与线圈的几何尺寸、线圈激磁电流的频率有关，与线圈与被测金属导体间的距离等参数有关。如果保持上述中的其他参数不变，而只改变其中的一个参数，则传感器的阻抗就只是这个参数的单值函数，通过测量线圈的变化量，即可实现对参数的测量。涡流测厚度：1、发射线圈L1和接收线圈L2绕在绝缘框架上，分别安装在被测材料M的上、下方。2、电压U加到L1上，线圈中的电流i将产生一个交变磁场。3、若线圈之间不存在被测材料M，L1的磁场将直接贯穿L2，感生处交变电动势e，其

7、大小与u的幅值、频率f，L1、L2的匝数、结构及两者的相对位置有关。如果这些参数是确定的，e就是一个确定值。4、L1产生的磁力线透过M并在其中产生涡流。5、涡流损耗了部分磁场能量，使达到L2的磁力线减小，引起e的下降。6、M的厚度越大，涡流越大，涡流引起的损耗越大，e就越小。7、由此可见，e的大小反映了材料厚度h的变化。涡流探伤：可用于焊接部位、金属表面的裂纹的探伤。测量时，被测物体与传感器之间做平行相对运动，在测量线圈上就会产生调制频率信号，此频率取决于相对运动速度和导体中物理性质变化的速度。当有裂纹、缺陷出现时，将引起金属的电阻率的变化。于是传感器的信号产生突变，由此可确定裂纹缺陷的位置和

8、深度。压磁效应：铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变。磁致伸缩：某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生变形，有些伸长，有些缩短压磁传感器原理：铁磁材料在受外力时，内部产生应力，引起磁导率的变化，当铁磁材料上绕有线圈时，将引起线圈阻抗的变化。当铁磁材料上同时绕有激励绕组和输出绕组时，磁导率的变化将导致绕组间耦合系数变化，从而使输出电压变化，这样就把力转换成电量输出了 电容传感器的类型：1电极距型2变面积型3变介电常数型。 电极形状1平板型2圆柱型3球平面型电容传感器特点：优1温度稳定性好，电容值取决于电容几何尺寸，且空气等介质损耗很小2结构简单，适应性强，易于制造

9、，可以把结构做得很小，以实现特殊测量3动态响应好，固有频率很高，介质损耗小，可以用较高频率供电，可以用来测高速变化参数，如振动、瞬时压力4可以实现非接触式测量，具有平均效应。缺：1输出阻抗高，负载能力差2寄生电容影响大3输出特性非线性为了减少因灵敏度随极距变化导致的非线性误差，通常极距变化范围t/d00.1，此类电容传感器仅适用于较小位移测量（0.01m-几百m）。变面积型传感器的测量范围较大，可测量较大的线位移和角位移。消除边缘效应：通过1减小极间距，使极径与间距比值增大2电极放得薄3增设等位环霍尔效应的原理：置于磁场中的静止载流导体 ， 当它的电流方向与磁场方向不一致时 ， 载流导体上垂直

10、于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势.霍尔传感器：利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。霍尔效应：一块半导体薄块至于磁场中(磁场方向垂直于薄片)，当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势的现象霍尔元件：N型半导体制成的扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极，一对叫控制（激励）电极，用红色导线，另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势，用绿色导线金属不宜作霍尔元件，自由电子浓度高，RH小，又由于一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此霍尔元件多用N型半导体。另外，霍尔元件越薄，RH越大，所以霍尔元件都较薄霍尔元件的供电方式：恒压供电：特性较差，适用于测量精

11、度要求不高的场合；恒流供电：适用于高精度测量霍尔传感器测齿轮转速：霍尔传感器固定，测量此轮安装在被测旋转体上，随之一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，输出电压也就变化一次。传感器输出电压的变化频率等于齿轮齿数和转速的乘积，可算出转速。 应用：测位移、测力、测转速、角度检测、钢球计数、测转数、液位测控正压电效应：某些晶体或多晶陶瓷，当沿一定方向受到外力作用时，内部就会产生极化现象，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，电荷的极性也随之改变，晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。 逆压电效应：对晶体施加一定变电

12、场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失。 压电传感器应用于：动态力、动态压力、振动加速度的测量。Ra元件为压电元件的漏电阻天然石英：稳定性高，机械强度高，绝缘性好；压电常数比其他材料小，价格极贵。一般用于制作标准传感器，或要求较高的场合。压电陶瓷：压电常数比石英高几百倍，机械强度和居里点比石英低，且性能没有石英稳定，价格低廉，灵敏度高，应用广泛。有电畴，自己的极化方向，经过极化处理才具有压电效应光轴：z轴（沿光轴的作用力不发生压电效应，称中性轴），与晶体纵轴方向一致，光线沿z轴方向通过晶体时不发生双折射，此方向透光性最好。电轴：x轴，通过两个相对的六角棱线并垂直于光轴的轴线，垂

13、直于此轴的晶面上有最强的压电效应。 机械轴：y轴，在电场的作用下，y轴具有最明显的机械变形。电压放大器：作用是将压电传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，并将微弱的电压信号进行适当放大。当作用在压电元件上的力是静态力时，原理上压电式传感器不能测量静态量；当/13时，可看做电压与作用力的频率无关，可见压电式传感器的高频响应好。连接电线不宜过长，不能随意更改电缆。电荷放大器：一种较好的冲击测量放大器。是一种具有深度电容反馈的高增益运算放大器，允许使用很长的电缆，并且电容变化不影响灵敏度。比压电放大器价格高，电路较复杂，调整较困难电压放大器与电荷放大器的比较：电压放大器：适合高频量测量，更换导

14、线灵敏度要重新标定。电荷放大器：适合高低频量测量，灵敏度与导线长度无关，只与反馈电容有关。光电效应：光照射到物体上，引起物质性质发生变化，光能转化为电能的现象外光电效应：在光的照射下，材料中的电子溢出表面的现象。 内光电效应：是指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。光生伏特效应：利用光势垒效应，是指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电势光电导效应：在入射光作用下，电子吸收光子的能量，从价带激发到导带，过度到自由状态，同时价带也因此而形成自由空穴，致使导带的电子和价带的空穴浓度增大，引起材料电阻率减小的现象。基于此效应的有光敏电阻。光敏电阻可以加直流、交流电压。加上电压后，无光照射光敏电

15、阻时，由于光敏电阻的阻值大，电路中只有微小的电流成为暗电流；当有光照射时，阻值变小，电路中的电流变大，称为亮电流。据此可推算入射强度。在选用光敏电阻时，应和光源的光谱特性向匹配。硫化镉光敏电阻的光谱响应峰值在可见光区域，硫化铅在红外线区域液位检测器：在液位未升到发光二极管及光电三极管平面时，红外发光二级管发出的红外线不会被光电三极管接收；当液位上升到光电三极管平面时，由于液位的折射，光电三极管接收的红外线，由此获得液位信号。光电池的种类：硅光电池：适合红外波长工作；硒光电池：工作于可见光段，转换效率低，寿命短；砷化镓光电池：光谱响应与太阳光谱吻合，工作温度高，应用于宇航电池。锗光电池、氧化亚铜

16、光电池。应用：滤纸式烟度计、电子计数器、浊度检测仪光纤传感器：光发生器敏感元件光检测器信号处理系统被测量。（光纤）。由光发生器发出的光，经光纤引至敏感元件，经光检测器，光的某一性质受到被测量的调制，使光信号变为电信号，最后经信号处理系统处理得到所需要的被测量数值孔径反映纤芯接受光量的多少,标志光纤接受性能的重要参数,希望有较大是数值孔径,有利于耦合效率提高电荷耦合器（CCD）：采用光电转换原理，将被测物体的光像转换成电子图像信号输出的一种大规模集成电路光学电器元件。光学系统受光面光敏单元像素点电荷信号CCD缺陷检测原理：当光照物体时，使不透明的物体表面缺陷或透明物体的内部缺陷与其材料背景相比有

17、足够的反差。应用：1微小孔测量2工件尺寸测量3缺陷检测4数码相机5扫描仪热释电效应：若使某些强电介质物质（热释电晶体或压电陶瓷）的表面温度发生变化，随着温度的上升或下降，在它们的两端产生异号的束缚电荷的现象。在钛酸钡这一类晶体上，上下表面设置电极，在上表面加以黑色膜，若有红外线间歇地照射其表面，温度上升T，其晶体内部的原子排列将会发生变化，引起自发极化电荷Q，设元件的电容为C，则在两极之间产生微弱的电压U=/C红外测温仪：1被测物体。2光学系统：使被测物体的辐射聚集在接收元件上。3红外检测元件：接收目标辐射并转换为电信号。4、5：调制器（微电机+齿盘）：把红外辐射调制成交变辐射，一般用微电机带

18、动一个等齿距的齿盘，通过齿盘旋转来切割入射的辐射，使透射到3上的信号是交变辐射信号，产生交变电信号。6：前置放大器：吧3输出的微小信号放大。7：显示记录：显示记录结果。红外测温的依据(原理)：任何物体只要他的温度在绝对零度以上都不断地向外发射红外线，由波尔兹曼定律可知：物体温度越高辐射越大，他们之间存在着一定的函数关系，如果测出物体锁发射的红外辐射功率即可确定其温度人体检测电路采用8-10m波长的双元件热释电红外传感器光栅式传感器构成由光源、透镜、主光栅、指示光栅、光电元件。基本原理是光栅的莫尔条纹现象进行测量 按用途分为：长光栅（位移）圆光栅（角度角位移）莫尔条纹：取两块光栅常数想通的光栅，

19、二者刻线相对，并使它们之间留有很小的间隙向叠合，且在安装时二者的光栅纹线之间形成一个很小的夹角，当光线透过主光栅时，指示光栅就会产生若干条宽的很多的明暗相间的条纹。当指示光栅相对于标尺光栅沿垂直于栅线的x方向每移动一个栅距W时，莫尔条纹近似的沿栅线方向移动一个条纹间距BH。应用：数控机床位移测量热电阻材料选择：最常用的是金属铜和铂，在测量精度要求不高且测量范围比较小的情况下，可采用铜电阻代替铂电阻（最常用的两种），工业标准铂电阻有100和50两种。金属铂的特点，精度高，稳定性好，性能可靠，缺点价格昂贵。金属铜测量精度不如铂高，电阻率小，在测量温度范围小，可替代铂热电效应（塞贝克效应）：两种材料

20、不同的导体A、B串接成一个闭合回路，并使结点1和2处于不同的温度T、T0，那么回路中就会存在热电势，因而就会有电流产生。接触电势（珀尔贴效应）：当电流通过由两种不同导体或半导体连接成的闭合回路时，则在一个接点处产生热量，而在一个接点处吸收热量的现象温差电势（汤姆逊电势）：在一根均质的金属导体中，如果两端的温度不同，在导体内部产生电动势的现象。热电动势只和热电偶的材质、两端温差有关，与其长度、直径无关。热电偶定律：中间导体定律标、准电极定律、连接导体定律、中间温度定律中间导体定律：在热电偶回路中,只要中间导体两端温度相同,接入中间导体后，对热电偶回路的总热电势无影响标准电极定律：如果将导体C作为

21、标准电极，并已知标准电极与任意导体配对时的热电势，那么在相同的结点（T，T0）温度下，任意导体A、B组成的热电偶，其电势EAB（T，T0）=EAC（T，T0）-EBC（T，T0）连接导体定律：在热电偶回路中，如果电极A、B分别于连接导线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（Tn，T0）的代数和，即：EAB B A（T，Tn，T0）=EAB（T，Tn）+ EAB（ Tn，T0）中间温度定律：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

22、相应的热电势EAB（T，Tn）与EAB（Tn，T0）的代数和，即EAB （T，Tn，T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）如果热电偶两种电极材料相同,虽两端温度不同,但总输出电势为零，因此必须用两种不同的材料才能构成热电偶冷端延长法的作用：将热电偶冷端移至离热源较远并且环境温度比较稳定的地点，从而消除冷端温度变化带来的影响，即该补偿导线所产生的热电势等于工作热电偶在此温度范围内产生的热电势热电阻：一般用铂和铜。电阻率随温度升高而增大，具有正的温度系数。电阻温度系数大，电阻大，热容量小，在整个温度范围内具有稳定的物理和化学性质热敏电阻：是用一种半导体材料制成的敏感元件，特点是电阻随温度

23、变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化。超声波测厚度（脉冲法、谐振法）：将材料置于一定频率的超声波照射下。在超声波到达物体表面时，一部分被反射为脉冲b，当射线穿过被测物体时，又产生一个反射脉冲c。若知道该物体中超声波的传播速度，物体的厚度就可以由b、c脉冲的时间差计算出来超声波探伤（透射法、反射法）：根据超声波穿过试件后的能量变化情况来判断试件内部质量。若试件无缺陷，声波穿过试件后衰减小，接收信号强；反之，声波被缺陷遮挡，使之在缺陷后形成阴影，接收探头只能收到微弱信号，甚至接收不到信号压电传感器常用于动态力、动态压力、振动加速度的测量。气敏传感器（味觉）:是用来测量溶液或体液中离子

24、浓度的微型固态电化学敏感器件,多数工作时必须加热,目的1加速被测气体的吸附和电离过程的作用2烧去附着在传感器上的油污,尘埃，起清洁作用3控制不同的加热温度,能对不同的气体有不同的选择性作用。一般加热到200-400度。适宜做半导体气敏传感器的材料主要是氧化物（SnO2、Fe2O3、ZrO3）。分类：1半导体式：适于检测低浓度的可燃气体及毒性气体2接触燃烧式：主要用于可燃性气体的检测湿敏传感器的核心部件是湿敏元件，一般由机体、电极、感湿层组成。原理：主要是物理吸附和化学吸附。感湿层为微型孔状结构，极易吸附它周围空气中的水分子。由于水是导电物质，当感湿层中水分子含量变化时，就引起了电极间电导率或介

25、电常数的变化。感湿层还具有电解质的特性，其正离子吸附空气中水分子的OH，在外加电压的作用下，产生载流子移动。供电方式：必须使用交流电，不能使用直流电和任何含有直流成分的电流电感式与磁电式区别：1电感式是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量的一种装置；磁电式是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势，并转为电信号实现测量。2电感式抗干扰强，输出功率大，不适合高频测量；磁电式电路简单、稳定，存在响应范围，适合进行震动、转速等精确测量，尺寸重量较大If we dont do that it will go on and go on. We have to stop it; we need the c

26、ourage to do it.His comments came hours after Fifa vice-president Jeffrey Webb - also in London for the FAs celebrations - said he wanted to meet Ivory Coast international Toure to discuss his complaint.CSKA general director Roman Babaev says the matter has been exaggerated by the Ivorian and the Br

27、itish media.Blatter, 77, said: It has been decided by the Fifa congress that it is a nonsense for racism to be dealt with with fines. You can always find money from somebody to pay them.It is a nonsense to have matches played without spectators because it is against the spirit of football and agains

28、t the visiting team. It is all nonsense.We can do something better to fight racism and discrimination.This is one of the villains we have today in our game. But it is only with harsh sanctions that racism and discrimination can be washed out of football.The (lack of) air up there Watch mCayman Islan

29、ds-based Webb, the head of Fifas anti-racism taskforce, is in London for the Football Associations 150th anniversary celebrations and will attend Citys Premier League match at Chelsea on Sunday.I am going to be at the match tomorrow and I have asked to meet Yaya Toure, he told BBC Sport.For me its a

30、bout how he felt and I would like to speak to him first to find out what his experience was.Uefa hasopened disciplinary proceedings against CSKAfor the racist behaviour of their fans duringCitys 2-1 win.Michel Platini, president of European footballs governing body, has also ordered an immediate inv

31、estigation into the referees actions.CSKA said they were surprised and disappointed by Toures complaint. In a statement the Russian side added: We found no racist insults from fans of CSKA.Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunda.The w

32、eather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where

33、our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause),e can

34、expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet ( Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too har

35、d. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 second

36、s. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its

37、not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).cause there