《传感器复习》ppt课件

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1、第一章绪论传感器与检测技术的地位与作用传感技术的内涵及特征传感技术的发展趋势传感器的定义与分类传感器的基本特性传感器性能与结构的关系1.1传感技术的内涵定义：传感技术是利用功能材料从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及材料科学、工艺技术、传感器原理、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动。4传感器的定义、组成与分类4.1定义能感受（响应）规定的被测量，并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。4.2组成敏感元件（预变换器）、

2、转换元件、测量电路5传感器的基本特性5.1传感器的静态特性稳态工作条件下的输出—输入关系。稳态工作状态是指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也达到相应的稳定时的工作状态。主要指标：灵敏度、线性度、迟滞、死区、重复性、噪声电平、分辨率、精度5.2传感器的动态特性反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。5.2.2频率特性及其动态品质之间的关系（1）一阶传感器（2）二阶传感器（3）频域性能指标通频带、工作频带、相位误差●时间常数：●延迟时间：达到稳态值50%●上升时间：达到稳态值90%●峰值时间：●响应时

3、间：●超调量：5.2.3时域响应特性及其动态品质指标6传感器性能与结构的关系直接变换型差动型平衡型—含有反馈环节冗余型1.2问题的定义结构与传感器抗干扰能力的关系？在此问题定义下，设环境对传感器的影响表现为灵敏度变化△S和—个等效的噪声N。S+△SxyN1.2.1直接变换型问题：①整个系统的性能指标与各环节性能指标的关系？②各环节性能的运筹？1.2.2差动型问题：并联系统的优点？1金属电阻应变传感器1.1应变效应导体在机械变形时，其电阻值相应发生变化的现象。应变效应以灵敏系数K来描述：其中：2.1应变片输

4、出信号估算：应变ε约为0.001左右;相对灵敏度K约为3左右；比较大的R=1000Ω;激励电流I约为30mAdR/R=ε*K=0.003;dR=3Ω,dU=dR*I=0.09V2.2恒电流激励恒电流激励的特点是电流的大小与电阻的大小无关●全桥电桥时R1变化为R1+ΔR+ΔRt，R2变化为R2-ΔR+ΔRt，R3变化为R3-ΔR+ΔRt，R4变化为R4+ΔR+ΔRt，R1=R2=R3=R4=R。●采用电流源激励，由于电阻相同，电流也相同，则在此种情况下，输出电压为：U=(I·ΔR)/2因此：全桥电桥和恒电流

5、激励方式可以抑制共模噪声2.5金属电阻应变片的物理尺寸受到制约金属丝电阻应变片的灵敏度K大约只有2，最大不过几十，这使得应变片的输出信号太过微弱，给信号的放大也带来了一定程度的困难。①为提高金属电阻应变片传感器的灵敏度，增大激励；②激励增大时，通过应变片的电流也增大，为避免应变丝过热，增大应变片的物理尺寸；③应变片的物理尺寸过大，则降低其动态性能，增大应变片测量的平均效应。2.1半导体压阻效应当固体材料在某一方向承受应力时，其电阻率（或电阻）发生变化的现象。E：弹性模量半导体材料的值很大，约为60到170

6、2.2晶向的表示方法晶向：晶面的法线方向晶面表示方法:zxyrst截距式：法线式：密勒指数表示方式:表示晶面表示晶向表示晶面族方向余弦某晶向[abc]的方向余弦为：任意方向（P方向）电阻变化σ//σ⊥pQ123Iσ∥：纵向应力σ⊥：横向应力π∥：纵向压阻系数π⊥:横向压阻系数将各个压阻系数向P、Q方向投影(l1,m1,n1):P方向余弦(l2,m2,n2):Q方向余弦2.7温度变化的影响2.7.1电阻应变片敏感栅的金属丝电阻本身随温度发生变化2.7.2膨胀系数不同，使电阻应变片产生附加变形2.7.3灵敏度

7、系数的温度特性2.7.4弹性体弹性模量的温度系数2.7.5桥臂铜引线的热敏特性2.8温度误差补偿方法2.8.1应变片自补偿法2.8.2差动结构恒流源激励补偿法2.8.3灵敏度温度漂移补偿2.8.4温度传感器串联补偿2.8.5温度修正法应变片自补偿法应变片的线栅由两种电阻温度系数不同的电阻丝串联而成，这两种材料的电阻温度系数符号相反，因此在温度变化时能使线栅总的电阻变化为零。缺点：这种方法在应变片上制作和安装，使得加工工艺较为复杂，高精度不易获得。差动结构恒流源激励补偿法其基本思想是将温度变化引起的测量误差

8、，在线路中给予抵消，不致于在输出信号中得到反映。●使电桥的四个桥臂为传感元件工作臂，它们皆随被测参数而变化；●R1、R4的增量和R2、R3的增量符号彼此相反。●采用电流源激励，由于并联支路电阻相同，电流也相同，则在此种情况下，输出电压为：缺点：当应变电桥上电阻的温度系数不同时，这种方法失去了温度补偿的效果。灵敏度温度漂移补偿①恒压源激励时，串联二极管进行补偿原理:二极管的温度特性为负（温度每升高1℃，正向压降要减小1.9至2.