传感器原理及应用复习

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1、检测技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。一般来说，检测系统由：输入装置、中间变换装置、输出装置三个部分组成。如下图所示：被测对象输入装置非电量中间变换装置输出装置电量有用电信号（1）输入装置的关键部件是传感器，它将被测量（通常为非电量）转换为电量，负责采集信号的任务。（2）中间变换装置（信号处理电路）的主要作用是把传感器输出的电量变成具有一定功率的模拟电压（或电流）信号或数字信号，以推动后级的输出显示或记录设备、数据处理装置及执行机构。（3）输出装置常见的有各种指

2、示仪表、记录仪、显示器等。其主要作用是使人们了解检测数值的大小或变化过程。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。①传感器是测量装置，能完成检测任务；②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。结构型传感器物性型传感器能量控制型传感器能量转换型传感器传感器的发展动向v开发新型传感器v开发新材料v新工艺的采用v集成化

3、、多功能化v智能化静态特性技术指标1．线性度2．灵敏度3、精确度4．迟滞5．重复性6.零点漂移7.温漂二、传感器的动态特性动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。（一）零阶传感器的数学模型第二章电阻式传感器电阻式传感器的工作原理1）应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。（3）主要特性①灵敏度系数当金属丝做成应变片后，其电阻—应变特性，与金属单丝情况不同。K为金属应变片的灵敏系数。应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS。②横向效应4、

4、 温度误差及其补偿（1）温度误差因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：①应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数；②电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。（2）温度补偿（自补偿法和线路补偿法）① 单丝自补偿应变片②双丝组合式自补偿应变片③  电路补偿法3.2电容式传感器的测量电路3.4电容式传感器的应用油量测量湿度测量电容传声器指纹识别1.高频反射式电涡流传感器高频反射式涡流传感器多用于位移测量低频透射式电涡流传感器涡流式传感器的应用1．位移测量2．振幅测量3．厚度测量4．转速测量5.涡流探伤工作

5、原理磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的。根据法拉第电磁感应定律可知，当运动导体在磁场中切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，导体中的磁通量Φ发生变化，在导体中产生感生电动势e，当导体形成闭合回路就会出现感应电流。导体中感应电动势e的大小与回路所包围的磁通量的变化率成正比，则N匝线圈在变化磁场中感应电动势为：5.2磁电感应式传感器的类型按磁场方式分类，磁电感应式传感器分为变磁通式和恒定磁通式两大类，每类还有不同型式。5.3磁电感应式传感器的特性分析磁电感应式传感器只适用于测量动态物理量，因此这种传感

6、器主要考虑其动态性能。主要技术指标磁电感应式传感器的主要技术指标有输出电流I0、电流灵敏度Ki、输出电压U0，以及电压灵敏度KU。5.4磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器可用于速度、振动、扭矩、流量等参数的测量。对应的有（1）磁电感应式振动加速度传感器（2）磁电感应式转速传感器（3）磁电感应式扭矩仪（4）磁流量计（所测的流体应具有导电性，蒸馏水以及各种油类都不能使用）第6章压电式传感器§6.1压电式传感器的工作原理§6.2压电材料§6.3压电式传感器的测量电路§6.4压电式传感器的应用§6.1压电式

7、传感器的工作原理压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。（一

8、）石英晶体的压电效应天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵向轴Z－Z称为光轴（光线沿此轴射入晶体不会产生双折射，所以可用光学方法确定）；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的X－X轴称为电轴（沿该轴施加作用力时，在垂直于该轴面上得到的电荷最多，即压电效应最强）；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y－Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴（当电场作用在此轴方向时机械变形最为明显）。通常把沿电轴X－X方向