传感器与检测技术基础 复习提纲 考试不挂科专用版

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定义:传感器是一种物理量(主要是电量)的测量装置，以一定的精度将测量(主要是非电量)转换成一定的关系，便于应用。

组成：敏感元件、转换元件、转换电路

分类：

根据传感器的工作机制，可分为物理型、化学型、生物型等。

2)根据构成原理，可分为结构型和物性型。

3)根据传感器的能量转换，可分为能量控制型和能量转换型传感器。

4)根据物理原理，可分为电参量传感器、磁电传感器、压电传感器、光电传感器、气电传感器、波传感器、射线传感器、半导体传感器等原理。

1)线性度：指传感器输出与输入之间的线性度。

非线性误差指标，即 γ L = ± Δ L m a x Y f s × 100 \gamma_L=\pm\frac{\Delta L_{max}}{Y_{fs}}\times 100% γL=±YfsΔLmax×100 γ_L 为线性度；△L_max 最大非线性绝对错误；Y_FS=y_max - y_min，为满量程输出。

2）灵敏度：指传感器在稳态下的输出变化量△y与引起此变化的输入变化量△x之比，用k表示，即 k = Δ y Δ x k=\frac{\Delta y}{\Delta x} k=ΔxΔy​ 3）迟滞：传感器在（输入量增大）反（输入量减小）行程间，其输出-输入特性曲线不重合现象称为迟滞。 γ H = ± Δ H m a x Y F S × 100 % \gamma_H=\pm\frac{\Delta H_{max}}{Y_{FS}}\times 100\% γH​=±YFS​ΔHmax​​×100% 或 γ H = ± Δ H m a x 2 Y F S × 100 \gamma_H=\pm\frac{\Delta H_{max}}{2Y_{FS}}\times 100% γH​=±2YFS​ΔHmax​​×100

4）重复性：指在同一工作条件下，输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

即 γ R = ± ( 2 ∼ 3 ) σ 2 Y F S × 100 % \gamma_R=\pm\frac{(2\sim 3)\sigma}{2Y_{FS}}\times 100\% γR​=±2YFS​(2∼3)σ​×100% 或 γ R = ± Δ R m a x 2 Y F S × 100 % \gamma_R=\pm\frac{\Delta R_{max}}{2Y_{FS}}\times 100\% γR​=±2YFS​ΔRmax​​×100% 5) 精度：反应系统误差和随机误差的综合误差指标。

用线性度、重复性和迟滞三项的方和或简单代数和表示，即 γ = γ L 2 + γ R 2 + γ H 2 \gamma = \sqrt{\gamma_L^2+\gamma_R^2+\gamma_H^2} γ=γL2​+γR2​+γH2​ ​ 或 γ = γ L + γ R + γ H \gamma = \gamma_L+\gamma_R+\gamma_H γ=γL​+γR​+γH​

6）零点漂移：传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值，其值为 Δ Y 0 Y F S × 100 % \frac{\Delta Y_0}{Y_{FS}}\times100\% YFS​ΔY0​​×100% △Y₀为最大零点偏差；Y_FS 为满量程输出。

7）温度漂移：温度漂移表示温度变化，传感器输出值的偏离程度。

一般以温度变化1℃，输出最大偏差与满量程的百分比表示，即 Δ m a x Y F S ⋅ Δ T × % \frac{\Delta_{max}}{Y_{FS}\cdot \Delta T}\times \% YFS​⋅ΔTΔmax​​×% △_max 为最大偏差；△T为温度变化值；Y_FS为满量程输出。

结构简单、体积小、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高、动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等优点。

电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生响应变化的现象称为金属的电阻应变效应。

Δ R R = Δ ρ ρ + Δ l l − Δ S S = ( 1 + 2 μ + λ E ) ϵ = K 0 ϵ \frac{\Delta R}{R}=\frac{\Delta \rho}{\rho}+\frac{\Delta l}{l}-\frac{\Delta S}{S}=(1+2\mu+\lambda E)\epsilon=K_0\epsilon RΔR​=ρΔρ​+lΔl​−SΔS​=(1+2μ+λE)ϵ=K0​ϵ μ：电阻丝材料的泊松比

ε：导体纵向应变

λ：压阻系数

K₀：灵敏系数

1）灵敏系数

2）横向效应

3）温度误差及其补偿

误差来源：温度系数的影响，材料膨胀系数的影响。

补偿方式：电桥补偿法，应变片的自补偿法（选择式自补偿应变片、双金属敏感栅自补偿应变片和热敏电阻补偿法）

1. 工作原理 U 0 = U R 1 R 4 − R 2 R 3 ( R 1 + R 2 ) ( R 3 + R 4 ) = U K 4 ( Δ R 1 R − Δ R 2 R − Δ R 3 R + Δ R 4 R ) = U K 4 ( ϵ 1 − ϵ 2 − ϵ 3 + ϵ 4 ) U_0=U\frac{R_1R_4-R_2R_3}{(R_1+R_2)(R_3+R_4)}=\frac{UK}{4}(\frac{\Delta R_1}{R}-\frac{\Delta R_2}{R}-\frac{\Delta R_3}{R}+\frac{\Delta R_4}{R})=\frac{UK}{4}(\epsilon_1-\epsilon_2-\epsilon_3+\epsilon_4) U0​=U(R1​+R2​)(R3​+R4​)R1​R4​−R2​R3​​=4UK​(RΔR1​​−RΔR2​​−RΔR3​​+RΔR4​​)=4UK​(ϵ1​−ϵ