電子測量與傳感器信電學院楊紅娟1目錄第1章電流、電壓和功率的測量第2章頻率、時間和相位的測量第3章阻抗的測量123第4章阻抗型傳感器第5章電壓型傳感器第7章數字式傳感器456第8章新型傳感器第9-11章面向應用的傳感器78機器人傳感器建筑智能化傳感器2一、電流的測量1理解模擬直流電流表（動圈式磁電系測量結構）工作原理緒論：了解感測技術的作用；掌握傳感器與敏感器的概念和區別；了解測量儀表的組成。動圈式磁電系測量機構的靜態方程：S0=C/k稱為動圈測量機構的靜態靈敏度信號電流為直流I，達到穩定第1章電流、電壓和功率的測量2掌握以動圈式磁電系測量機構為“表頭”的直流電流表計算第1章電流、電壓和功率的測量動圈式磁電系測量機構基本參數：動圈內阻Rg、動圈滿偏電流Im、動圈滿偏電壓Um滿偏電流Im一般為幾微安至幾十微安，表頭只能作微安表或毫安表。被測電流通常比Im大，要測量毫安以上電流時，需并聯一個適當阻值的電阻擴大量程。3了解交流電流表的測量原理，理解電流測量的誤差相對測量誤差為為使電流表讀數值盡可能接近被測電流實際值，就要求電流表的內阻r盡可能接近于0，即電流表內阻越小越好。

第1章電流、電壓和功率的測量4

掌握電流電壓轉換法（間接測量的方法分析）

取樣電阻法進行電流電壓轉換第1章電流、電壓和功率的測量在被測電流回路中串入很小的標準電阻r，稱之為取樣電阻，將被測電流轉換為被測電壓.若被測電流Ix很大，可以直接用高阻抗電壓表測量標準電阻兩端電壓Ux；若被測電流Ix較小，應將Ux放大到接近電壓表量程的適當值后再用電壓表進行測量，減小Ux的測量誤差，采用電壓串聯負反饋放大電路在被測電流回路中串接一個電壓并聯負反饋運放電路(其輸入阻抗和輸出阻抗都極低)，讓被測電流流過反饋電阻反饋電阻法進行電流電壓轉換二、電壓的測量

1掌握普通直流電壓表測量直流電壓計算第1章電流、電壓和功率的測量

普通直流電壓表：采用動圈式磁電系測量機構作為表頭，給表頭串聯適當的分壓電阻構成，稱動圈式直流電壓表。除最小電壓量程U0=ImRe外，擴展電阻，又增加了U1、U2、U3三個量程普通直流電壓表的內阻內阻Rv與量程Um之比(Ω/V)定義為電壓表的電壓靈敏度“Ω/V”數一般標明在磁電式電壓表表盤上，依據它推算出不同量程時的電壓表內阻2掌握交流電壓表征的參數與區別第1章電流、電壓和功率的測量3掌握峰值電壓表，均值電壓表測量交流電壓的計算第1章電流、電壓和功率的測量平均值電壓表的讀數：與被測電壓的平均值成正比；平均值電壓表：不按平均值定度的，是按正弦波的有效值定度的

測量正弦電壓：有效值為U的正弦電壓加到平均值電壓表上指示值為U而不是電壓平均值。將指示值U除以正弦波的波形系數KF=1.11，得被測正弦電壓的平均值：測量非正弦電壓：先將讀數值Ua除以正弦波波形系數KF=1.11，折算成正弦波電壓的平均值，也就是被測非正弦電壓的平均值,將此平均值乘以被測電壓的波形系數KF，求得被測非正弦電壓的有效值Uxrms。波形換算公式一、頻率的測量

1了解頻率的模擬測量方法

2掌握計數法測量的基本原理第2章頻率、時間和相位的測量計數法：在一定的時間間隔T內，對周期性脈沖的重復次數進行計數。若周期性脈沖的周期為TA，計數結果為:3掌握通用計數器的工作方式頻率比測量方式測頻方式測周方式輸入、輸出4掌握頻率、周期的測量誤差和測量范圍的計算第2章頻率、時間和相位的測量測頻最大相對誤差為：若采用K位十進制計數器，為使計數結果不超過計數器最大允許計數值而發生溢出，要求：最大相對誤差還應滿足測量精度r的要求，因此fx應滿足：二、理解時間間隔的測量原理，了解測量誤差、測量范圍

第2章頻率、時間和相位的測量測周法的周期測量范圍，同樣也受到測量精度要求值和計數器的限制，即應滿足故Tx的測量范圍為：一、電橋法

1掌握惠斯頓電橋的組成、輸出電壓、區分平衡電橋與不平衡電橋的概念。第3章阻抗的測量

輸出為0―平衡電橋電阻、電感、電容元件參數的測量輸出不為0――不平衡電橋:把被測阻抗轉換為電壓進行測量電阻式、電感式、電容式傳感器測量連接成四邊形激勵源4個阻抗電壓源或電流源Z1、Z2、Z3、Z4順時針AB為電源端CD為輸出端平衡條件

2理解平衡電橋法測量電阻、電容、電感的原理第3章阻抗的測量3掌握直流不平衡電橋恒壓源供電時，電橋單臂變化、電橋相對兩臂變化、半差動等臂電橋、全差動等臂電橋輸出電壓、測量誤差分析第3章阻抗的測量4掌握有源電橋輸出電壓的分析。二、阻抗電壓轉換法

1掌握歐姆法測量的工作原理。已知的標準恒定電流通過被測阻抗，把被測阻抗轉換為電壓來測量。

2掌握自舉式R-U轉換電路分析3掌握反饋電阻式R-U轉換電路分析4掌握電容傳感器的比例運算法測量電路分析5理解差動脈沖調制電路的電壓與差動電容之間的關系。一、電阻式傳感器

1了解電位器式傳感器的基本工作原理、輸入輸出特性第4章阻抗型傳感器2理解應變電阻效應和壓阻效應

定義：導體或半導體材料在受到外界力作用時，產生機械變形，機械變形導致其阻值發生變化，這種因變形而使其阻值發生變化的現象壓阻效應：當固體材料在某一方向承受應力時，其電阻率（或電阻）發生變化的現象第4章阻抗型傳感器2理解應變電阻效應和壓阻效應

金屬導體材料的電阻相對變化金屬材料應變材料的靈敏系數

半導體材料的電阻相對變化半導體材料應變材料的靈敏系數

半導體材料的電阻應變效應主要是基于壓阻效應。一般的半導體材料的彈性模量E＝（1.3～1.9）×1011Pa，壓阻系數π＝（48～80）×10-11／Pa，故Ks＝50～150。半導體材料的應變靈敏系數遠大于金屬材料的應變靈敏系數。大多數金屬材料，泊松比μ＝0.3～1.3，所以Ks的數值在1.6～3.6之間。第4章阻抗型傳感器3掌握電阻應變式傳感器中應變電橋輸出電壓的情況及其分析。

（1）單應變片工作

（2）雙應變片工作

一片受拉，另一片受壓

一片承受縱向應變，一片承受橫向應變εy=-μεx

（3）四應變片工作

兩片受拉，兩片受壓

兩片承受縱向應變，兩片承受橫向應變第4章阻抗型傳感器4掌握電阻式應變傳感器存在溫度誤差的原因。

5掌握差動電橋補償法進行溫度補償的原理，分析。（P77：3）

1）應變電阻隨溫度變化2）試件材料與應變片的線膨脹系數不一致

如果兩應變片型號參數、所處環境溫度及所粘貼材料均相同，只要將兩應變片接入電橋的相鄰兩臂，就可消除溫度變化引起的測量誤差。第4章阻抗型傳感器二、電容式傳感器

1理解電容式傳感器的基本原理。

S——極板覆蓋面積

極板間距離；——d極板間介質的介電常數——e2掌握電容式傳感器的結構類型電容式傳感器按照改變電容器的參數可分為三種類型：變極板間距離的變間隙型（變極距型）改變極板面積的變面積型改變介質介電常數的變介電常數型3掌握不同類型電容式傳感器電容的分析（P78:9、10）

4掌握電容式傳感器測物液位的計算

第4章阻抗型傳感器三、電感式傳感器

1理解自感式傳感器的基本原理。

2掌握自感式傳感器的結構類型3理解不同結構類型下自感式傳感器輸出特性

自感式傳感器的分類：變氣隙型自感傳感器變面積型自感傳感器螺管型自感傳感器第4章阻抗型傳感器三、電感式傳感器

1掌握互感式傳感器的組成。

2理解互感式傳感器（差動變壓器）工作原理工作時，初級線圈接入交流激勵電壓，次級線圈感應產生輸出電壓。被測量使銜鐵移動，引起初次級線圈的互感變化，輸出電壓也發生變化。

3理解互感式傳感器輸出特性4掌握互感式傳感器的差動整流電路的測量原理分析一、磁電式傳感器

1、掌握磁電式傳感器的基本原理和組成第5章電壓型傳感器Φ為磁通量B為磁感應強度l為導體長度v相對運動速度磁電式傳感器由以下三部分組成：1）：磁路系統，產生恒定的直流磁場，一般采用永久磁鐵；2）：線圈，產生感應電動勢；3）：運動機構，感受被測物體的運動。2、理解變磁通式磁電式傳感器與恒磁通式磁電式傳感器的工作原理3、掌握變磁通感應式傳感器測量工作軸轉速的計算二、壓電式傳感器第5章電壓型傳感器某些電介質，沿某一方向受到外力作用時，會產生變形，內部產生極化現象，在材料的兩個表面產生符號相反的電荷，當外力去掉后，它又重新恢復到不帶電的狀態，這種現象被稱為壓電效應。1掌握壓電效應的基本原理2掌握壓電效應方程全壓電效應——多應力同時作用

單一壓電效應——單一應力作用3掌握壓電元件石英晶體、壓電陶瓷的基本變形方式表5-2-1

二、壓電式傳感器第5章電壓型傳感器5掌握壓電元件串并聯時電壓、電荷、電容與單個壓電元件的電壓、電荷、電容之間的關系6了解壓電式傳感器的等效電路及接口電路等效電路、電壓放大器、電荷放大器

4掌握壓電元件的等效電路中電荷量、電壓、電容的計算。三、熱電偶傳感器第5章電壓型傳感器1理解熱電效應的概念、工作原理2理解單一導體的溫差電勢、兩種導體的接觸電勢、掌握熱電偶的總熱電勢3理解并證明熱電偶的基本定律中間導體定律、中間溫度定律第5章電壓型傳感器4掌握熱電偶測溫的方法5了解熱電偶的冷端溫度恒定或溫度補償的方法查表法（儀表按電壓刻度）直讀法（儀表按分度表刻度）T0=0℃1°儀表測出EAB（T，0）2°查分度表求出與EAB（T，0）對應的T儀表直接讀出T值T0≠0℃（T0為已知）1°儀表測出EAB（T，T0）2°查分度表得T0對應的EAB（T0，0）3°計算EAB（T，0）=EAB（T，T0）+EAB（T0，T）4°查分度表得EAB（T，0）對應的T儀表讀取值——T′（指示值）查表求與T′對應的K值計算T——（真實溫度值）：T=T′+K·T0第5章電壓型傳感器四、光電式傳感器1掌握三種光電效應的概念及對應的光電器件光電子發射效應光電導效應光生伏特效應光電管光電倍增管2掌握內光電效應的物理過程3了解光電器件的基本特性4掌握光電傳感器的組成和基本類型第5章電壓型傳感器五、霍爾式傳感器1理解并掌握霍爾效應、霍爾電勢的計算霍爾靈敏度2掌握霍爾傳感器的組成霍爾元件電路部分磁路部分3了解霍爾傳感器的應用4掌握霍爾傳感器的測量誤差及補償辦法零位誤差溫度誤差一、直接編碼器

1掌握直接編碼器的概念。第7章數字式傳感器直接編碼器：直接將角位移或線位移轉換為二元碼（0和1）表示的電信號的的數字式傳感器。2理解光電直接編碼器的工作原