第四章1電阻應變片式傳感器的工作原理電阻應變式傳感器由彈性敏感元件與電阻應變片構成，彈性敏感元件在感受被測量時降產生變形，其表面產生應變。粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應變片將隨著彈性敏感元件產生應變，因此電阻應變片的電阻值也產生相應的變化，這樣，通過測量電阻應變片的電阻值變化，就可以確定被測量的大小。彈性敏感元件的作用就是傳感器組成中的敏感元件，要根據被測參數來設計或選擇它的結構形式。2應變片測試原理用應變片測量應變或應力時，是將應變片粘貼于被測對象上，在外力作用下，被測對象表面產生微小機械變形，粘貼在其表面上的應變片亦隨其發生相同的變化，因此應變片的電阻也發生相應的變化。如果應用儀器測出應變片的電阻值變化三角形R。應力一應變關系3應變片的橫向效應將直的金屬絲燒成敏感柵之后，雖然長度相同，但應變狀態不同，應變片敏感柵的電阻變化較直的金屬絲小，因此靈敏系數有所降低。4箱式應變片的主要特點：（1） 制造技術能保證敏感柵尺寸準確，線條均勻，可以制成任意形狀以適應不同的測量要求。（2） 敏感柵截面為矩形，其表面積對截面積之比遠較圓斷面的為大，故粘合面積大。（3） 敏感柵薄而寬，粘結情況好。傳遞試件應變性能好。（4） 散熱性能好，允許通過較大的工作電流，從而增大輸出信號。（5） 敏感柵彎頭橫向效應可以忽略。（6） 蠕變，機械滯后較小。疲勞壽命高。5敏感系數敏感系數系指應變片安裝于試件表面，在其軸線方向的單向應力作用下。應變片的阻值相對變化與試件表面上安裝應變片區域的軸向應變之比。6應變片的機械滯后：是指對粘貼的應變片。在溫度一定時，增加和減少機械應變過程中同一機械應變量下指示應變的最大差值。7零點漂移：是指已粘貼好的應變片，在溫度一定和機械應變時，指示應變隨時間的變化。8蠕變：是指已粘貼好的應變片，在溫度一定并承受一定的機械應變時，指示應變值隨時間的變化9溫度誤差及產生原因。一、 溫度變化引起應變片敏感柵電阻變化而產生附加應變二、 試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數不同，使應變片產生附加應變10溫度補償方法一、 橋路補償法二、 應變片自補償法三、 熱敏電阻補償法11橋路補償法的優點：是方法簡單，方便，在常溫下補償效果好，缺點：是在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工作片與補償片處于溫度完全一致的情況，因此影響補償效果。12平衡電橋的工作原理平衡電橋多用于直流供電，四壁中任一電阻可用應變片代替，因為應變片工作過程中阻值變化很小，所以認為電源供出的電流L在工作過程中是不變的，即加在3?4間的電壓是一個定值。13不平衡電橋的工作原理不平衡電橋是利用電橋輸出電流或電壓與電橋各參數間的關系進行工作的，此時在橋的輸出端接入檢流計或放大器。在輸入電流時，為了使電橋有最大的電流靈敏度，希望電橋的輸出電阻應盡量和指示器內阻相等。第5章14用調頻系統作為電容傳感器的測量電路主要具有以下特點：（1）抗外來干擾能力強，（2）特性穩定，（3）能取得高電平的直流信號。15諧振電路為了獲得較好的線性關系，一般諧振電路的工作點選在諧振曲線的一邊，最大振幅70%附近的地方。這種電路的特點是比較靈敏。但缺點是1工作點不容易選好，變化范圍也較窄。2傳感器與諧振回路要離得比較近。否則電纜的雜散電容對電路的影響較大。3為了提高測量精度，振蕩器的頻率要求具有的穩定性。16二極管T型網絡電路具有如下特點：1電源S，傳感器電容C1，和平板電容C2以及輸出電路都接地。2工作電平很高，二極管D1和D2都工作在特性曲線的線性區內。3輸出電壓較高。4輸出阻抗為R1或R2，且實際上與電容C1和C2無關，適當選擇電阻R1和R2，則輸出電流就可以用毫安表或微安表直接測量5輸出信號的上升時間取決于負載電阻，對應于1K歐姆的負載電阻。上升時間為20微秒左右。因此它能用來測量高速機械運動。17影響電容傳感器精度的因素及提高精度的措施。、1溫度對結構尺寸的影響環境溫度的改變將是引起電容式傳感器各零件幾何尺寸和相互間幾何位置的變化，從而導致電容傳感器產生溫度附加誤差，這個誤差尤其在改變間隙的電容傳感器中更為嚴重，因此它的初始間隙都很小，為了減小這種誤差一般盡量選取溫度系數小的和溫度系數穩定的材料。2溫度對介質介電常數的影響傳感器的電容值與介質的介電常熟成正比，因此若介質的介電常數有不為0的溫度系數。就必然要引起傳感器電容值的改變，從而造成溫度附加誤差。3漏電阻的影響電容傳感器的容抗都很高，特別是當激勵頻率較低時。當兩極板間總的漏電阻若彼此容抗相近，就必須考慮分路作用對系數總靈敏度的影響，它將使靈敏度下降，因此，應選取絕緣性能好的材料作兩極間的支架、4邊緣效應與寄生參量的影響邊緣效應使設計計算復雜化，產生非線性以及降低傳感器的靈敏度，消除和減小的方法是：在結構上增設防護電極，防護電極必須與防護電極取相同的電位。盡量使它們同為地電位。電容傳感器測量系統寄生參數的影響，主要是指傳感器電容極并聯的寄生電容的影響，由于傳感器電容值很小，往往寄生電容要大得多，使電容傳感器不能使用。---消除和減小寄生影響的方法可歸納為以下幾種。1，縮短傳感器至測量線路前置級的距離2，驅動電纜法3,整體屏蔽法18電容式加速傳感器工作原理有兩個固定極板，極板中間有一用彈簧支撐的質量塊，此質量塊的兩個斷面經過磨平拋光后作為可動極板，當傳感器測量垂直方向上的直線加速度時。質量塊在絕對空間中相對靜止，而兩個固定電極將相對質量塊產生位移，此位移大小正比于被測加速度，使C1,C2中一個增大，一個減小。19電容式應變計工作原理。在被測量的兩個固定點上，裝兩個薄而低的拱弧，方形電極固定在弧的中央，兩個拱弧的曲率略有差別，安裝時注意兩個極板應保持平行并平行于安裝應變計的平面。這種拱弧具有一定的放大作用。當兩固定點受壓縮時變換電容值將減小，很明顯電容極板相互距離的改變量與應變之間并非是線性關系，這可抵消一部分變換電容本身的非線性。20荷重傳感器工作原理用一種特種鋼，在同一高度上并排平行打圓孔。在孔的內壁以特殊的粘貼劑固定兩個截面為T型的絕緣體。保持其平行并保留有一定間隙，在相對面上粘貼銅箔，從而形成一排平板電容。21電容測厚儀工作原理在被測帶材的上下兩邊各置一塊面積相等，與帶材距離相同的極板，這樣板極與帶材就形成兩個電容器。把兩塊板極用導線聯接起來。就成為一個板極，而帶材則是電容器的另一板極，其總電容器C=C1+C2。第六章22感式傳感器有以下特點： 1工作可靠，壽命長2靈敏度高分辨力高。3精度高，線性好。4性能穩定，重復性好23電感式傳感器的缺點：是存在交流零位信號，不適合高頻動態信號測量。24影響傳感器精度的因素一、電源電壓和頻率的波動影響二、溫度變化的影響三、非線性的影響四、輸出電壓與電源電壓之間的相位差五。電橋的殘余不平衡電壓---零位誤差25零位信號產生的原因是：一、差動式兩個電感線圈的電氣參數及導磁體的幾何尺寸不可能完全對稱二、傳感器具有鐵損即磁芯化曲線的非線性。三、電源電壓中含有高次諧波，四、線圈具有寄生電容，線圈與外殼。鐵芯間有分布電容。26零位信號誤差危害很大，會降低測量精度，消弱分辨力，容易使放大器飽和、27減小零位誤差的措施是：減少電源中的諧波成分，減小電感傳感器的激磁電流，使之工作在磁化曲線的線性段。28差動變壓器的靈敏度是指：差動變壓器在單位電壓激磁下，鐵芯移動一單位距離時的輸出電壓。29渦流式傳感器的應用一渦流位移計二、振幅計三、渦流轉速計四、渦流探傷儀。第七章30壓電式加速度傳感器工作原理：壓電元件一般為兩片壓電片組成，在壓電片的兩個表面上鍍銀層，并在銀層上焊接輸出引線?；蛟趦蓚€壓電片之間夾一片金屬，引線就焊接在金屬上，輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電片上放置一個比重較大的質量塊。然后用一硬彈簧或螺銓，螺帽對質量塊預加載荷。整個組件裝在一個厚基座的金屬殼體中，為了隔離試件的任何應變傳遞到壓電元件上去。避免產生假信號輸出。所以一般要加厚基座或選用剛度較大的材料來制造。31傳感器的靈敏度有兩種表示法：當它與電荷放大器配合使用時，用電荷靈敏度Sq表示。與電壓放大器配合使用時。用點壓靈敏度Sv表示。第八章32動感式磁電傳感器工作原理在永久磁鐵1產生的磁場中放置匝數為N煩人可動線圈，線圈的平均周長為L，如果在線圈運動部分的磁場強度B是均勻的，則當線圈與磁場的相對速度為Dx/Dt時，線圈的感應電動勢為E=NBLaDx/Dtsina(V)第九章33熱電偶的基本原理一、熱電效應1823年賽貝克發現，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當兩接觸處的溫度不同時?；芈分芯鸵a生熱電勢，稱為賽貝克電勢，這個物理現象稱為熱電效應。三、湯姆遜效應假設在一勻質棒狀導體的一端加熱。則沿此棒狀導體有溫度梯度導體內有自由電子將從溫度低的一端擴散。并在溫度較低一端積聚起來，使棒內建立起一電場當這電場對電子的作用力與擴散力相平衡時，擴散作用即停止，電場產生的電勢稱湯姆遜電勢或溫差電勢。34電橋補償法電橋補償法是利用電橋的不平衡電壓去消除冷端溫度變化的影響。這種裝置稱為-冷端溫度補償器在使用冷端補償器應注意一下兩點：1不同分度號的熱電偶要配合與熱電偶同型號的補償電橋2我國冷端補償器的電橋平衡點溫度為20度。在使用前要把顯示儀表的機械零位調到相應的補償溫度20度上。35熱電偶結構形式普通型熱電偶鎧裝熱電偶小慣性熱電偶36熱電偶的標定標定方法：定點法，是以純元素的沸點或凝固點作為溫度標準。比較法，是將標準熱電偶與被標定熱電偶之間直接進行比較，比較法又可以分為雙極法，同名法。微差法。37熱電偶的傳熱誤差和動態誤差一、傳熱誤差。1對流換熱2輻射換熱3傳導換熱二動態誤差1熱電偶的動態響應2減小動態誤差的方法：(主要減小熱電偶的時間常數，或減小測溫系統的時間常數來減小動態誤差，1采用尺寸較小的v/f較小的熱接點2選用比熱e小，密度小的熱電極材料。3采用RC微分網絡進行修正。第十章38在一個真空玻璃泡內裝有兩個電極：光電陰極和陽極。39光敏電阻的工作原理，、光敏電阻是用光電導體制成的光電器件又稱光電導管。它是基于半導體光電效應工作的，光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流偏壓，也可以加交流電壓。當無光照時，光敏電阻值很大，電路中電流很小，當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值急劇減小，因此電路中電流迅速增加。40暗電阻：光敏電阻在室溫條件下。在全暗后經過一定時間測量的電阻值。41暗電流：光敏電阻在室溫條件下。在全暗后經過一定時間測量的電阻值此時流過的電流為暗電流。42亮電阻：光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻。43亮電流：光敏電阻在某一光照下的阻值，，此時流過的電流稱為亮電流。44伏安特性：在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系。45光敏電阻的光照特性：光敏電阻的光電流與光強之間的關系。46溫度系數的定義：在一定光照下，溫度每變化1度。光敏電阻阻值的平均變化率。47光敏二極管的工作原理光敏二極管在電路處于反向偏置。在沒有光照射，反向電阻很大，方向電流很小。這反向電流稱為暗電流。當光照射在PN結上，光子打在PN結附近。使PN結附近產生光生電子和光生空穴。使很少數載流子的濃度大大增加。因此通過PN結的反向電流也隨著增加。如果入射光照度變化，光生電子空穴對的濃