氧传感器的研究
汽车用氧传感器的研究
摘要：汽车尾气中的有害物主要有CO、HC、NOx、SOx 以及一些微粒物质，给人类赖以生存的大气环境带来了严重的危害。用氧传感器对汽车发动机的空燃比进行调节，控制发动机中的燃烧过程，可以达到减少污染和节约能源的双重目的。目前适用于汽车空燃比控制的传感器主要有三种：氧化物半导体型(TiO2传感器) 、浓差电池型(ZrO2氧传感器)、极限电流型。本文在介绍了这三种汽车用氧传感器的原理、结构的基础上，重点介绍了一种新型极限电流型氧传感器—致密扩散障碍层极限电流型氧传感器，并简要分析了其发展趋势。
关键词:汽车氧传感器氧化物半导体型氧浓差电池型极限电流型
Study of Automobile Oxygen Sensors
Abstract: The pollutants in automobile waste gas mainly are CO, HC, NOx, SOx and some particulates. The wastes seriously pollute our living environment. Adjustment of the ratio of air and fuel with oxygen sensors can control the combustion process in engine in order to reduce pollution and save energy. At present oxygen sensors used in controlling the ratio of air and fuel can be divided into three types: oxide semiconductor sensor, oxygen concentration cell type sensor and limiting diffusion current sensors. In this paper, on the basis of introduction of working mechanism and construction of three kinds of sensors, a new type limiting current oxygen sensors with chemical diffusion barrier is introduced in detail. The future development trend is also predicted.
Keywords: automobile ; oxygen sensors; oxide semiconductor sensors; limiting current sensors
0. 引言
随着人们对汽车的需求越来越大，汽车已逐渐成为人们生活的必需品。而随之带来的污染、能源短缺等问题也就越来越严重。汽车的有害排放物主要
来自发动机的排气，汽车尾气所含的有害物主要有CO、HC、NOx、SOx 以及微粒物质(铅化物、碳烟、油雾等)等，这些有害污染物的排放已经威胁到人类赖以生存的环境。为了满足越来越严格的排放法规要求, 现代汽车发动机上均需安装三元催化转化器( TWC) , 它可以把发动机排气中的有毒气体转化成无害气体。而氧传感器能保证三元催化转化器达到最佳转化效率, 从而既可解决排气净化问题，又可提高燃料的燃烧效率，节约能源。
1.氧传感器的作用
燃烧过程离不开氧，对汽车发动机而言，燃料燃烧充分与否，取决于
A/F，控制汽车发动机A/F 用的氧传感器，装在汽车排气管道内，用它来检测废气中的氧含量，根据氧含量与A/F 的对应关系，故测出了氧的含量，也就确定了A/F 之值。因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F 控制在最佳状态，既大大降低了排污量，又节省了能源。
1.1空燃比控制系统
目前在汽车中用氧传感器控制空燃比的反馈控制系统有两种。一种是三元催化系统，如图1 所示, 三元氧化转化器内部有着极为细微的孔洞并含有大量贵金属: 铂( 氧化触媒) 及铑( 还原触媒) , 它们能通过氧化、还原作用将汽车排放中的有害气体CO、HC、N Ox 转化成无害的气体。但三元催化转化器的使用条件相当苛刻, 除了必须达到较高工作温度外, 更主要的是它的最大净化率发生在理论混合比( 14. 7： 1) 附近[1], 也就是说, 发动机的燃烧必须控制在14. 7： 1 空燃比附近。为此, 将TWC 排放控制系统设置成一个“闭环”空燃比电子控制系统。该系统通过排气氧传感器提供电压反馈信号表示排气成分, 使电子控制单元
ECU 调整喷油量, 在大多数常用工况下保持空燃比在14. 7：1附近, 从而使三元催化转化器达到最佳转化效果, 确保有害排放物最少。
图1 三元氧化转化器
另一个系统为稀薄燃烧系统。该系统的目的是在保证有害气体的排放量低于规定值的基础上, 提高燃料的利用率。即通过增加空燃比, 在稀薄燃烧范围( A/ F> 20) 使NOx 的浓度降到允许范围之内。但是如果继续增加空燃比, 容易使发动机熄火, 引起输出功率下降, 同时由于不充分燃烧, 污染反而更加严重, 达不到净化目的。因此有必要控制空燃比在一个有限的范围内。基于此种目的, 在稀薄燃烧系统中, 也要用到氧传感器以控制发动机废气的空燃比。
1.2氧传感器在降污中的工作过程
在发动机正常工作过程中, 氧传感器根据混合气浓、稀变化向ECU 输送脉冲宽度变化的阶跃电压脉冲信号 , ECU 将这一信号与储存在ECU 内的基准电压信号进行比较, 判定混合气浓、稀程度以进行控制。假若混合气较理论值浓, 氧传感器的输出电压基本上是跳跃性地升高到1 V, ECU 收到这一信号后,会缩短喷油时间; 由于喷油量减少, 混合气很快就变得稀于理论值, 氧传感器的输出电压骤降为0; ECU 接到这一信号后,再延长喷油时间, 使喷油量增加; 空燃比又很快变得浓于理论空燃比, 氧传感器输出电压又随之骤升一级，见图2。这种循环
式负反馈控制, 最终导致空燃比稳定在理论空燃比附近, 达到最低排放污染、最佳动力性能和最佳燃油经济性的目的。
图2 闭环控制时喷油量的变化过程
2.常用汽车用氧传感器的分类、工作原理及结构
按工作原理分类, 用于空燃比控制的氧传感器可分为三类: ( 1) 氧化物半导体型; ( 2) 氧浓差电池型;( 3) 电化学泵型。按其应用来分，可分为两类: ( 1) 理论空燃比传感器; ( 2) 稀薄空燃比传感器。
理论空燃比传感器用于三元催化系统。三元催化系统要求A/ F 比严格控制在理论空燃比处。理论空燃比传感器的输出电压在理论空燃比附近急剧变化, 而这种急剧变化是由装置内氧分压的变化引起的。该传感器的这项特征使它非常适合理论空燃比的控制。
对于稀薄燃烧系统, 稀薄空燃比传感器可将尾气的空燃比控制在一个较广的稀薄范围内( 15≤A/ F≤23) 。在三种氧传感器中, 只有电化学泵型氧传感器用于稀薄燃烧系统中。
2.1氧化物半导体型氧传感器
氧化物半导体型氧传感器是基于氧化物半导体（TiO2、Nb2O5和CeO2）根据周围气氛的分压自身进行氧化或还原反应，从而导致材料的电阻发生变化，即有
Rt = A exp [ - E/ KT ] ·( pO2) 1/ 4 ,
式中Rt 为TiO2氧传感器电阻的变化; A 为常数;E 为活化能,与晶格缺陷的形成有关; T 为温度; K为Boltzmann 常数; pO2为待测氧分压。
在常温下，氧化物半导体具有很高的电阻，一旦氧气不足，其晶格便出现缺陷变化，从而使电阻下降，氧化物半导体型氧传感器就是利用氧化物半导体材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的[2]。
TiO2系列氧传感器是各种金属氧化物材料中研究得最多，也是较为成熟的，已经实用化。TiO2是一种结构稳定且可以抗铅毒的优良敏感材料，常温下不显示氧敏特性，只有在高温下才有明显的氧敏特性，并且其温度系数较大，必须进行温度补偿。
用于汽车控制的TiO2氧传感器其结构如图3所示。
图3 氧化钛式氧传感器
( a) 无加热器 ( b) 有加热器
1 防护套管;
2 废气;
3 多孔的二氧化钛元件;
4 实心二氧化钛热敏电阻;
5 弹簧;
6 密封橡
胶; 7 输出导线; 8 陶瓷绝缘体; 9 加热圈
在陶瓷绝缘体的前端设置TiO2元件, TiO2氧传感器阻抗特性如图4 所示。
图4 TiO2氧传感器的阻抗特性
氧化物半导体型氧传感器具有结构简单、轻巧、便宜、响应速度快且抗铅污染能力强的特点，但这种氧传感器的阻值在理论空燃比附近处急剧变化，输出电压也急剧变化，在整个稀薄燃烧区内受到应用上的限制。且其寿命与灵敏
度不如氧化锆传感器，输入和输出信号处理设备比较昂贵，因此应用不如氧化锆氧传感器广泛。
2.2氧浓差电池型氧传感器
在各类氧传感器中，ZrO2浓差电池型氧传感器是最早实用化的氧传感器，至今已有二十多年的历史，基本上已成熟。和同样在实际中有应用的TiO2氧传感器相比，ZrO2氧传感器的最大的优势就在于其很高的灵敏度和可靠性。目前研究主要是提高它的性能，如小型化、低温性能等方面。
氧浓差型氧传感器利用了氧化锆固体电解质材料,在高温下(285～850 ℃) 能够导通氧离子并产生电动势的原理,电动势的大小是由氧浓差决定的,电势值可由能斯特方程求出[3] :
E = ( R T/ 4 F) ln ( P/ Pref)
式中: E 为电动势,mV ; R 为理想气体常数, R = 8. 314J·K- 1 ; T 为传感器工作温度,绝对温度, K; F 为法拉弟常数, F = 96493 C·mol - 1 ; P 为尾气的氧分压; Pref为参比气体的氧分压。
除ZrO2可作为电解质外，LaCaO3在掺杂Sr 、Mg 之后也有高的氧离子电导率，用它制备的电压型氧传感器在低于600 K时也有很好的性能。下面主要介绍一下ZrO2浓差电池型氧传感器。
图5 氧化锆式氧传感器
( a) 无加热器 ( b) 有加热器
1 防护套管;
2 废气;
3 锆管;
4 电极;
5 弹簧;
6 绝缘体;
7 信号输出导线;
8 空气;
9 加热器
图6 氧传感器的工作原理
1 废气;
2 多孔陶瓷层; 4 铂膜电极; 4 空气
ZrO2浓差电池型氧传感器的工作原理： ZrO2 固体电解质材料的一侧暴露在汽车排气中，排气氧分压为Po2；另一端暴露在参考气氛中，其氧分压固定为Pref 。这样它两侧的氧气浓度或压强会存在位差，氧会以氧离子的形态通过有大量氧空位的ZrO2固体电解质，从高浓度侧向低浓度侧传导，从而形成氧离子导电，这样在固体电解质两侧电极上产生氧浓度差电势E，便形成一种浓差电池结构[4]。由于在汽车上使用，环境条件苛刻，寿命要求长，为防止废气中的杂质腐蚀铂膜，在ZrO2传感元件的铂膜上覆盖一层多孔陶瓷作为涂层。氧传感器内侧通大气，外侧直接与废气接触，尾气温度在300～950℃之间变化，为保证传感器在稳定温度下工作，Ｕ型管内须插入加热器。
当浓混合气燃烧时，排气中的氧气极端贫乏，Po2和Pref相差很大，由此可以产生较大的电动势；当稀薄混合气燃烧时，因氧气比较多， Po2和P ref很接近，氧浓差很小，几乎不产生电压。因此，在理论空燃比附近，ZrO2浓差电池
1.传感器 定义 传感器是一种以一定的精确度把被测量转化为与之有确定对应关系的、便于精确处理和应用的另一种量的测量装置或系统。 静态特性 指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入的关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出和输入的关系。 动态特性 输入量随时间动态变化时，传感器的输出也随之变化的回应特性。 扩展 一阶环节 微分方程为 a1dt dy +a0y=b0x 令τ=a1／a0为时间常数，K=b0／a0为静态灵敏度 即（τs+1）y=Kx 频率特性y （j ω）／x （j ω）=K ／（j ωτ+1）.课后习题1-10 2.金属的电阻应变效应：导体或半导体在受到外力的作用下，会产生机械形变，从而导致其电阻值发生变化的现象。 应变式电阻传感器主要由电阻应变计、弹性元件和测量转换电路三部分构成；被测量作用在弹性元件上，弹性元件作为敏感元件，感知由外界物理量（力、压力、力矩等）产生相应的应变。 3.实际应用中对应变计进行温度补偿的原因，补偿方法及其优缺点 原因：由于环境温度所引起的附加的电阻变化与试件受应变所造成的电阻变化几乎在相同的数量级上，从而产生很大的测量误差。 补偿方法：A 自补偿法a 单丝自补偿法 优点是结构简单，制造使用方便，成本低，缺点是只适用于特定的试件材料，温度补偿范围也狭窄。b 组合式补偿法 优点是能达到较高精度的补偿，缺点是只适用于特定的试件材料。B 线路补偿法a 电桥补偿法 优点是结构简单，方便，可对各种试件材料在较大温度范围内进行补偿。缺点是在低温变化梯度较大的情况下会影响补偿效果。b 热敏电阻补偿法 补偿良好。C 串联二极管补偿法 可补偿应变计的温度误差。 4.变隙式电感传感器的结构、工作原理、输出特性及其差动变隙式传感器的优点 由线圈、铁芯和衔铁构成；在线圈中放入圆柱形衔铁当衔铁上下移动时，自感量将相应变化，构成了电感式传感器 输出函数为L=ω2μ0S0／2δ 其中μ0为空气的磁导率，S0为截面积，δ为气隙厚度。优点 可以减小气隙厚度带来的误差。 5.电感式传感器和差动变压器传感器的零点残余误差产生原因，如何消除 原因①两个电感线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时也不能达到幅值和相位同时相同； ②传感器的磁芯的磁化曲线是非线性的，所以在传感器线圈中产生高次谐波。而两个线圈的非线性不一致使高次波不能相互抵消。 措施 ⑴在设计和工艺上，要求做到磁路对称、线圈对称，磁芯材料要均匀，特性要一致；两个线圈要均匀，紧松一致。 ⑵采用拆圈的试验方法，调整两线圈的等效参数，使其尽量相同。 ⑶在电路上进行补偿。 6.改善单组式变极距型电容式传感器的非线性 传感器输出特性的非线性随相对位移△δ／δ0的增加而增加，为了保证线性度，应限制相对位移的大小。 一般采用差动式结构，使之在结构上对称，减小非线性误差。 电容式传感器工作原理：两平行极板组成的电容器，不考虑边缘效应，其电容C=εS ／δ式中ε 极板间介质的介电常数 S 极板的遮盖面积 δ 极板间的距离 当被测量的变化使式中的εδS 任一参量发生变化时，电容C 也随之变化。
地磅原理及基础知识 <点击复制本贴地址,推荐给朋友> 地磅按秤体结构可分为:U型钢地磅、槽钢地磅、工字钢地磅、钢筋混凝土地磅;按传感器可分为数字式地磅、模拟式地磅、全地磅;汽车衡俗 称地磅。地磅按传感器输出信号分类可分为模拟式地磅与数字式地磅;按称量方式分为静态汽车衡与动态汽车衡(地磅);按安装方式可分为地 上衡与地中衡;按秤台结构分为钢结构台面与混凝土台面;按使用环境状况可分为防爆地磅与非防爆地磅;按地磅的自动化程度可分为非自动 地磅与自动地磅。她们的基本配置就是一样的。都需要传感器、接线盒、打印机、称重仪表,现如今的地磅可以配上电脑与称重软件。 地磅英文为:scale,所以在行业内就有:SCS系列之称; 常用规格有:宽3~3、4 长有6~24,称重范围30T~200T,有的厂家可以生产到250T 地磅标准配置主要由承重传力机构(秤体)、高精度称重传感器、称重显示仪表三大主件组成,由此即可完成地磅基本的称重功能,也可根 据不同用户的要求,选配打印机、大屏幕显示器、称重管理软件系统以完成更高层次的数据管理及传输的需要。 承重与传力机构——将物体的重量传递给称重传感器的机械平台,常见有钢结构及钢混结构二种型式。 高精度称重传感器——就是地磅的核心部件,起着将重量值转换成对应的可测电信号的作用,它的优劣性直接关系到整台衡器的品质。 称重显示仪表——用于测量传感器传输的电信号,再通过专用软件处理显示重量读数,并可将数据进一步传递至打印机、大屏幕显示器、 电脑管理系统。 打印机:用于打印重量数据表单大屏幕:用于远距离读数 称重管理软件-系统:用于重量数据的进一步处理、储存、传输等。 不同厂家的地磅,强调的参数与侧重点不一样,不过大致一样,下面以科杰衡器厂的为例 数字式地磅的特点: 数字式地磅解决传输信号弱及干扰问题--数字化通讯 1、模拟式传感器的输出信号最大一般在数十毫伏,在电缆传输这些弱信号过程中,很容易受到干扰,从而造成系统工作不稳定或计量 准确性降低。而数字式传感器的输出信号均在3-4V左右,其抗干扰能力远大于模拟信号数百倍,解决传输信号弱及干扰问题; 2、采用RS485总线技术,实现信号的远距离传输,传输距离不小于1000米; 3、总线结构便于多个称重传感器的应用,在同一个系统中最多可接
称重仪表选型原则 称重传感器和仪表的选型原则： 1 电子秤传感器和仪表的选型中与衡器相关的计量参数 1.1应根据衡器的主要参数：最大秤量、最小秤量、准确度等级、最大检定分度数n、工作温度范围、承载器的静载荷、去皮重量等选择。 2 称重传感器选型 2.1准确度等级及称重传感器温度范围及湿热稳定和蠕变指标，必须满足衡器的要求。2.2如果衡器系统设计时没有规定称重传感器的误差分配系数，称重传感器的误差分配系数可以是0.3～0.8， 2.3如果衡器系统设计方案中没有规定称重传感器的工作温度范围，那么温度范围下限是-10 度及温度范围上限是40度。根据衡器系统设计方案，也可以对温度范围做出限定，但工作温度范围不得小于30度。 2.4称重传感器的最大秤量Emax应满足下述条件： 1）衡器最大秤量修正系数； 2）衡器的最大秤量； 3）衡器载荷传递装置的缩比； 4）衡器传感器支撑点的数量。 2.5传感器最小静载荷：因电子秤承载器所产生的最小载荷必须等于或大于称重传感器的最小静载荷Emin 2.6称重传感器的最大分度数应不小于衡器的检定分度数 2.7称重传感器最小检定分度值不应大于衡器检定分度值e乘以载荷传递装置的缩比R，再除以称重传感器数量n的平方根：对于多称量范围衡器，相同的传感器用于多于一个称量范围时，或多分度值衡器，e用el代替。
2.8传感器额定输出，传感器在用Emax加载后，对应输入电压下的输出信号的变化一般采用mV/V 表示。 2.9 一组的传感器额定值总和应等于或略大于最大量程及皮重的总和。订购称重传感器时需说明最大量程、皮重、需用传感器数量及加载方式拉或压。 3．电子秤称重仪表的选型 3.1准确度等级：称重仪表准确度等级，包括温度范围及湿热稳定性指标，必须满足衡器的要求。如果温度范围足够宽，并且湿热的稳定性指标只能满足较低准确度等级的要求。 3.2称重仪表的最大允许误差系数 如果衡器系统设计时没有规定称重仪表的最大允许误差系数，该系数可以为1～0.8。 3.3工作温度范围 如果衡器系统设计时没有规定称重仪表的温度范围，那么温度范围下限值Tmin=-10度，温度范围上限值Tmax=40度。根据衡器系统设计要求，可以对温度范围进行限制, 但工作温度范围不得小于30度。 3.4最大检定分度数对于每台称重仪表，其最大分度数应不小于衡器的检定分度数，对于多称量范围或多分度值衡器，该要求适用于任何单独的称量范围或局部称重范围：如果可以用于多称量范围或多分度值衡器，这些功能必须包括在受检定的称重仪表中。 4．电子秤连接电缆的选型称重仪表与传感器或传感器接线盒（使用六线制的称重仪表应具有传感器反馈补偿功能）之间的附加电缆必须根据在称重仪表说明书中规定要求来选择。 其它计量设备选型参见HG-T+20507规定 我公司计量室编制，仅供参考。
绪论 一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势 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，通常由敏感元件和转换元件构成。 如果传感器信号经信号调理后，输出信号为规定的标准信号（0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…），通常称为变送器， 分类： 按照工作原理分，可分为：物理型、化学型与生物型三大类。物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。 按照输入量信息： 按照应用范围： 传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术. 发展趋势: 一是开展基础研究，探索新理论，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。 1．发现新现象； 2．发明新材料； 3．采用微细加工技术； 4．智能传感器； 5．多功能传感器； 6．仿生传感器。 二、信息技术的三大支柱
现在信息科学（技术）的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术，即传感器技术、通信技术和计算机技术。 课后习题 1、什么叫传感器，它由哪几部分组成？它们的作用与相互关系？ 传感器(transducer/sensor)：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置（国标GB7665—2005）。通常由敏感元件和转换元件组成。 敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。 转换元件：指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号(一般为电信号)部分。 信号调理电路(Transduction circuit) ：由于传感器输出电信号一般较微弱，而且存在非线性和各种误差，为了便于信号处理，需配以适当的信号调理电路，将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。 第一章传感器的一般特性 1.传感器的基本特性 动态特性静态特性 2.衡量传感器静态特性的性能指标 （1）测量范围、量程 （2）线性度 传感器静态特性曲线及其获得的方法
地磅原理及基础知识 <点击复制本贴地址，推荐给朋友> 地磅按秤体结构可分为：U型钢地磅、槽钢地磅、工字钢地磅、钢筋混凝土地磅；按传感器可分为数字式地磅、模拟式地磅、全地磅；汽车衡俗 称地磅。地磅按传感器输出信号分类可分为模拟式地磅和数字式地磅；按称量方式分为静态汽车衡和动态汽车衡(地磅)；按安装方式可分为地 上衡和地中衡；按秤台结构分为钢结构台面和混凝土台面；按使用环境状况可分为防爆地磅和非防爆地磅；按地磅的自动化程度可分为非自动 地磅和自动地磅。他们的基本配置是一样的。都需要传感器、接线盒、打印机、称重仪表，现如今的地磅可以配上电脑和称重软件。 地磅英文为：scale，所以在行业内就有：SCS系列之称; 常用规格有：宽3~3.4 长有6~24，称重范围30T~200T,有的厂家可以生产到250T 地磅标准配置主要由承重传力机构(秤体)、高精度称重传感器、称重显示仪表三大主件组成，由此即可完成地磅基本的称重功能，也可根 据不同用户的要求，选配打印机、大屏幕显示器、称重管理软件系统以完成更高层次的数据管理及传输的需要。 承重和传力机构——将物体的重量传递给称重传感器的机械平台，常见有钢结构及钢混结构二种型式。 高精度称重传感器——是地磅的核心部件，起着将重量值转换成对应的可测电信号的作用，它的优劣性直接关系到整台衡器的品质。 称重显示仪表——用于测量传感器传输的电信号，再通过专用软件处理显示重量读数，并可将数据进一步传递至打印机、大屏幕显示器、 电脑管理系统。 打印机：用于打印重量数据表单大屏幕：用于远距离读数 称重管理软件-系统：用于重量数据的进一步处理、储存、传输等。 不同厂家的地磅,强调的参数和侧重点不一样,不过大致一样,下面以科杰衡器厂的为例 数字式地磅的特点: 数字式地磅解决传输信号弱及干扰问题--数字化通讯 1.模拟式传感器的输出信号最大一般在数十毫伏，在电缆传输这些弱信号过程中，很容易受到干扰，从而造成系统工作不稳定或计量 准确性降低。而数字式传感器的输出信号均在3-4V左右，其抗干扰能力远大于模拟信号数百倍，解决传输信号弱及干扰问题； 2.采用RS485总线技术，实现信号的远距离传输，传输距离不小于1000米； 3.总线结构便于多个称重传感器的应用，在同一个系统中最多可接
基础知识 传感器：将能感受到的及规定的被测量按一定规律转换成可用输 出信号的器件或装置。 传感器特性：①静态特性：输入为0 时，输出也为0,或输出相对于输入应保持一定的对应关系；②动态特性：传感器对于随时间变化的输入信号的响应特性，通常要求传感器不仅能精确地显示被测量的大小，而且还能复现被测量随时间变化的规律。 静态特性分类：①灵敏度：传感器在稳态工作情况下输出量变化△ y 对输入量变化△ x 的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。 ②线性：输入与输出量之间为线性比例关系，称为线性关系。③时滞（滞后）：输入与输出不是一一对应的关系。④环境特性：周围环境对传感器影响的最大温度。 ⑤稳定性：理性特性的传感器是加相同大小输入量时，输出量总是 相同的。 ⑥精度：评价系统的优良程度。A 准确度：测量值与真实值偏离程度；B 精密度：即使测量相同对象，每次测量也会得到不同测量值，即为离散偏差。 ⑦重复性：在相同的工作条件下，对同一个输入值在短时间内多次 连续测量输出所获得的极限值之间的代数差。
⑧温漂：；连续工作的传感器，在输入恒定的情况下，输出量也会朝着一个方向偏移。⑨零点漂移：由于温度或其他原因会导致传感器在检测的基准零点发生变化，偏离零点位置。⑩分辨率：分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。。 光电传感器光电效应：物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。 外光电效应：在光照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。 光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对某种材料而言便有一个频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发出电子；反之，当入射光的频率高于此极限频率时，即使光线微弱也会有光电子发射出来，这个频率限称为“红限频率” 。 在入射光的频谱成分不变时，产生的光电流正比于光强。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。 基于外光电效应的光电器件属于光电发射型器件，有光电管、光电倍增管等。 光电子的初动能决定于光的频率，与频率成线性关系，与入射光强度无关。 光电子逸出物体表面具有初始动能，故即使没有阳极电压也会产生光电流，为了使零点稳定，应加反向截止电压，切电压大小与入射
XX公司XX称重传感器 技术要求 2017-10-10
XX公司XX称重秤 传感器技术要求 本标书仪表数据表中所注明型号为示范选型，投标商可另选其它产品，但所选仪表的技术指标不得低于示范选型的要求。若投标商变更仪表生产厂家，请按以下要求选型。 一、概述 本次标书范围为XX公司XX称重传感器XX个，可选型号：XXX-XXX-XX-XX，可选品牌：XX公司、XX有限公司、XX有限责任公司。 二、当地气象条件 厂址位于XX省XX市XX县内，其气候特点：气候干燥，蒸发量大，降水稀少且年、季变化大，晴天多、日照长，热量资源丰富，气候变化剧烈，冬寒夏暑、春季升温快不稳定，昼热夜冷。 根据厂址附近的气象站实测资料，得出工程设计所需气象数据如下：历年极端最高气温： 41.5℃ 历年极端最低气温： -37.0℃ 历年年平均气温： 6.9℃ 历年一日最大降水量： 20.5mm 历年最多雷暴日数： 19d 历年平均雷暴日数： 10d 最多沙尘暴日数： 45d 导线最大覆冰厚度： 10mm 最大积雪深度： 38cm 最大冻土深度： 147cm 全年主导风向： W 海拔高度： 682m 三、技术要求： 1.1、称重传感器必须满足下表
1.2、电缆要求：4芯带有屏蔽层，长度2米，耐火电缆。 1.3、传感器为350Ω的电阻应变式传感器，电器原件应满足在极端温度的环境条件下正常工作。 1.4、带XX悬梁式传感器的XX动静载模块，包括接地线、防跑偏柱、钢球、钢球上下凹碗钢、固定螺丝等配件XX套 1.5、四合一中间转接盒XX个，要求转接盒防爆EExdIICT6。 1.6、现场仪表必须要防爆，抗干扰能力强。 2、产品必须有试压合格报告、产品合格证、材质证明书、说明书、装箱清单。 3、产品及安装附件必须分类木箱装运，并在木箱上标写名称、规格标准、数量、货物所属岗位、接货人名称及联系电话，厂家所提供的所有产品（包括备品备件）在投标过程中应明确标明生产厂家，并在投标时以表格的形式附后。如有损坏，一切损失由乙方负责。 四、到货要求：合同签订后20日内供货到需方指定地点（XX省XX市XX县XX公司）、 五、验收要求 1、供货产品到货后，必须提供生产资质证明、产品合格证、产品使用说明书等有效文件。 2、必须提供进口产品证明，必须提供报关证书。 3、材质必须提供试压合格报告、产品合格证、材质证明书、说明书、装箱清单。 六、质保要求 提供的产品经验收或在质保期内（一年）发现为虚假产品或已次充
模块一传感器概述练习题 一、填空题： 1、依据传感器的工作原理，通常传感器由、和转换电路三部分组成，是能把外界转换成的器件和装置。 2、传感器的静态特性包含、、迟滞、、分辨力、精确度、稳定性和漂移。 3、传感器的输入输出特性指标可分为和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的指标，而频率响应特性是传感器的指标。 4、传感器可分为物性型和结构型传感器，热电阻是型传感器，电容式加速度传感器是型传感器。 5、已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为。 6、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为、和三类。 7、相对误差是指测量的与被测量量真值的比值，通常用百分数表示。 8、噪声一般可分为和两大类。 9、任何测量都不可能，都存在。 10、常用的基本电量传感器包括、电感式和电容式传感器。 11、对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 12、传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。 13、传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 14、若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 15、如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用作为传感器。 16、动态标定的目的，是检验测试传感器的指标。 17、确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号发生器和。 18、传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持条件。 19、为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行 _ 。
20、传感器的核心部分是。 21、在反射参数测量中，由耦合器的方向性欠佳以及阻抗失配引起的系统误差是。 22、传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度称为。 二、判断题： 1、灵敏度高、线性误差小的传感器，其动态特性就好。（） 2、测量系统的灵敏度要综合考虑系统各环节的灵敏度。（） 3、测量的输出值与理论输出值的差值即为测量误差。（） 4、一台仪器的重复性很好但测得的结果不准确，是由于存在系统误差的缘故。（） 5、线性度是传感器的静态特性之一。（） 6、时间响应特性为传感器的静态特性之一。（） 7、真值是指一定的时间及空间条件下，某物理量体现的真实数值。真值是客观存在的，而且是可以测量的。（） 8、真值是指一定的时间及空间条件下，某物理量体现的真实数值。真值是客观存在的，而且是可以测量的。（） 9、传感器的输出--输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称为该传感器的“非线性误差”。（） 10、选择传感器时，相对灵敏度必须大于零。（） 11、弹性敏感元件的弹性储能高，具有较强的抗压强度，受温度影响大，具有良好的重复性和稳定性等。（） 12、敏感元件，是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。（） 13、传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力。（） 14、灵敏度是描述传感器的输出量（一般为非电学量）对输入量（一般为电学量）敏感程度的特性参数。（） 15、传感器是与人感觉器官相对应的原件。（） 三、选择题： 1、传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间，其输出一输入特性曲线不重合的现象称为（）
衡器基本知识 一、智能化仪表（Intelligence Instruments）概述 当今世界技术发展的主流趋势表现在：测量信息数字化，检测控制仪表智能化，控制管理集成化。 “智能化”是自动化技术当前和今后的发展动向之一，它已经成为工业控制和自动化领域的各种新技术，新方法、新产品的发展趋势和显著标志。智能化应当有两方面的含义：（1）采用‘人工智能’的理论、方法和技术；（2）具有‘拟人智能’的特性或功能，例如自适应、自学习、自校正、自协调、自组织、自诊断、自修复等。这可作为衡量是不是智能化装置、设备、系统的性能标准。由此可得到关于智能化的定义：是‘采用人工智能理论、方法、技术’并‘具有某种拟人智能特性和功能’。也就是说：利用计算机来代替人的一部分脑力劳动，具有运用知识进行推理、学习、联想解决问题的能力。就智能化仪表和装置来说，则应该具有以下特征：（1）能自动完成某些测量任务或在程序指导下完成预定动作；（2）具有进行各种复杂计算和修正误差的数据处理能力；（3）具有自校准、自检测、自诊断功能；（4）便于通过标准总线组成个多种仪表的复杂系统，实现复杂的控制功能，并能灵活地改变和扩展功能”。“现有的测控系统通常具有刚性体系结构，缺乏自组织、自维修、自适应等方面的柔性，智能水平不高。现在一些新型智能仪表虽冠以智能化的名称，实际上是电脑化，名不副实，只是采用了计算机，电脑化并不等于智能化，应该向智能化方向努力”。目前比较受推崇的是柔性智能测控仪表的研究思路，就是在现有电脑化仪表的基础上，采用硬件软化、软件集成，虚拟现实、软测量等人工智能的方法和技术，实现测控仪表的柔性化，研究开发具有拟人智能特性或功能，名副其实的智能化仪表。例如，上海自动化仪表研究所研究开发的带有人工智能预估控制的多回路数字调节器（TDM-50A型），它能解决特大纯滞后（超过12min）过程的启动和稳定控制，自动检测纯滞后时间，自动寻优建立全部控制参数，实现快速无超调的控制品质。又如上海宝科自动化仪表研究所创新设计的通用流量演算器（FC-6000型），从理论分析解决了流量测量上各种复杂计算和补偿修正的工程应用问题，能有效地提高流量测量的精确度，并判断出故障产生的原因。 用来测量各种电量、磁量及电路参数的仪器、仪表，统称为电工仪表。电工仪表的种类繁多，分类方法也各异。（1）按结构和用途的不同，电工仪表主要分以下三类指示仪表。能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接显示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。（2）按工作原理分类主要有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外，还有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。（3）按使用方法分类有安装式、便携式两种。安装式仪表是固定安装在开关板或电气设备面板上的仪表，又称面板式仪表。它的准确度一般不高，广泛应用于发电厂、配电所的运行监视和测量中。便携式仪表是可以携带的仪表，其准确度较高，广泛应用于电气实验、精密测量及仪表检定中。 二、衡器（weighing machine）概述 衡器就是称量物体重量的器具，如秤、天平等。某些衡器习惯上称为秤。 衡器广泛应用于工业、农业、商业、科研、医疗卫生等部门。衡器是利用力的形变平衡原理（虎克原理）或力的杠杆平衡原理测定物体质量的。形变平衡根据被测物自身重量所引起的弹性体形变量来测定被测物质量，形变量随着重力加速度的变化而变化；杠杆平衡根据标定砝码重量与被测物重量在杠杆上的平衡来测定被测物质量。杠杆平衡与重力加速度的变化无关，但在重力加速度等于零时，衡量失效。 衡器主要由承重系统（如秤盘）、传力转换系统（如杠杆传力系统）和示值系统（如刻度盘）3部分组成。衡器按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类。机械秤又分杠杆秤和弹簧秤。按衡量方法分非自动秤和自动秤。其主要品种有天平、杆秤、案秤、台秤、地中衡、地上衡、轨道衡、皮带秤、邮政秤、吊秤、配料秤和袋装秤等。衡器发展的重点是电子衡器。程控、群控、电传打印记录、屏幕显示等现代技术的配套使用，使衡器功能齐全，效率更高。通过衡量物体的重量（所受重力的大小）来测定该物体质量的器具。 分类衡器按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类，机械秤又分为杠杆秤（包括等臂杠杆秤也即狭义的天平、不等臂杠杆秤）和弹簧秤。衡器还可按衡量方法分为非自动衡器和自动衡器。衡器的主要品种有天平、杆秤、案秤、台秤、地中衡、地上衡、轨道衡、皮带秤、邮政秤、吊秤、配料秤和装袋秤等。 结构衡器主要由承重系统、传力转换系统和示值系统3部分组成。 承重系统其结构取决于所称物体的形态。台秤、地中衡一般配用平板承重机构；专门衡量一种物体的秤，则配有能缩短衡量时间、减少操作繁重性的专用承重机构，如：衡量颗粒状物料的秤上设置簸箕式秤盘，衡量液体的秤则安装专用贮盛器。此外，承重机构的形式还有轨道衡的轨道、皮带秤的运输带，吊秤的吊钩等。承重系统的结构虽各不相同，但功能却是一致的。 传力转换系统是决定衡器计量性能的关键部件。通常采用杠杆传力系统和形变传力系统。
称重传感器如何选型 [ 2009-6-2 9:06:24 | Author: ：染尛魚丶 ] 称重传感器被喻为电子衡器的神经系统，它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度 和稳定性。在设计电子衡器时，经常要遇到如何选用传感器的问题。 如何选用传感器 称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器茵先要 考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否 正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。 环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面： （1）高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题 。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；另外，必须加有隔热、水冷或气冷 等装置。 （2）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。 不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。 常见的密封有密封胶充填或涂覆；橡胶垫机械紧固密封；焊接（氩弧焊、等离子束焊）和 抽真空充氮密封。 从密封效果来看，焊接密封为最佳，充填涂覆密封胶为量差。对于室内干净、干燥环境下 工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作
的传感器，应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。 （3）在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响， 应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。 （4）电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检 查，看其是否具有良好的抗电磁能力。 （5）易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大 的威胁。因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求：在易燃 、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考 虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。 其次对传感器数量和量程的选择。 传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体 几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只 传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤 就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。 传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的 最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感 器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物
传感器的基本知识 一、传感器的定义 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 二、传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： 1、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器 2、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 3、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“１”和"０”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 三、传感器的静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。 四、传感器的动态特性
所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 五、传感器的线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。 拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 六、传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。 它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。
电工基础知识 一，通用部分 1，什麽叫电路？ 电流所经过的路径叫电路。电路的组成一般由电源，负载和连接部分（导线，开关，熔断器）等组成。 2，什麽叫电源？ 电源是一种将非电能转换成电能的装置。 3，什麽叫负载？ 负载是取用电能的装置，也就是用电设备。 连接部分是用来连接电源与负载，构成电流通路的中间环节，是用来输送，分配和控制电能的。 4，电流的基本概念是什麽？ 电荷有规则的定向流动，就形成电流，习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。 电流方向不变的电路称为直流电路。 单位时间内通过导体任一横截面的电量叫电流（强度），用符号I表示。 电流（强度）的单位是安培（A），大电流单位常用千安（KA）表示，小电流单位常用毫安（mA）,微安(μA)表示。 1KA=1000A 1A=1000 mA 1 mA=1000μA 5，电压的基本性质？ 1）两点间的电压具有惟一确定的数值。 2）两点间的电压只与这两点的位置有关，与电荷移动的路径无关。 3）电压有正，负之分，它与标志的参考电压方向有关。 4）沿电路中任一闭合回路行走一圈，各段电压的和恒为零。 电压的单位是伏特（V），根据不同的需要，也用千伏（KV），毫伏（mV）和微伏（μV）为单位。 1KV=1000V 1V=1000 mV 1mV=1000μV 6，电阻的概念是什麽？ 导体对电流起阻碍作用的能力称为电阻，用符号R表示，当电压为1伏，电流为1安时，导体的电阻即为1欧姆（Ω），常用的单位千欧（KΩ），兆欧（MΩ）。 1 MΩ=1000 KΩ 1 KΩ=1000Ω 7，什麽是部分电路的欧姆定律？ 流过电路的电流与电路两端的电压成正比，而与该电路的电阻成反比，这个关系叫做欧姆定律。用公式表示为I=U/R 式中：I——电流（A）；U——电压（V）；R——电阻（Ω）。 部分电路的欧姆定律反映了部分电路中电压，电流和电阻的相互关系，它是分析和计算部分电路的主要依据。 8，什麽是全电路的欧姆定律？
称重传感器的样式与应用 称重传感器是一种将质量信号转换成可测量的电信号输出的装置。简单的理解是，当力施加到称重传感器上时，质量信号将被转换成可测量的电信号，该电信号将通过电路输出到主板，以便由芯片进行处理和分析。然而，在使用传感器时，需要首先考虑传感器所处的工作环境，这对于正确选择称重传感器至关重要。它关系到传感器的正常运行、安全和使用寿命，甚至整个称重仪器的可靠性和安全性。 。 称重传感器运用于多个行业，为了满足各个行业的需求所以会有各种形状的传感器：S型称重传感器，单点式称重传感器，悬臂梁称重传感器，轮辐式称重传感器，双剪切梁式称重传感器，圆板式称重传感器，柱式称重传感器。 S型传感器上下平行梁和等应力工作梁组成，通过上下及对称辅助梁(8型)来进行力的传递。上下平行梁的根部尺寸较小，使之成为两平行柔性梁构成一框架，使它对垂直方向的力影响很小，使工作载荷垂直上下运动，准确地将力传递到工作梁上，使工作梁只感受垂直载荷，而对非工作力，力矩不敏感，这样就能有效地消除非工作力的影响。在两柔性梁之间为一等应力工作梁，测试应变计贴在中心梁平面的两边。由于等应力梁使应变计感受同一应变，桥路的输出为平均应力值的4倍，这样输出灵敏度较高，同时对贴片位置
要求 不高，贴片方便。 适用于吊钩秤、机电结合秤、料斗秤、料罐秤、包装秤、配料称重控制、试验机、力的监控及测量 单点传感器是基于平行四边形的原理，但是应该为应变仪的位置提供一个附加的中心横梁。从而完成测量平行四边形顶部和底部的梁和挠曲的任务。它的优点是应变仪离开位置时会受到偏心载荷的扭转作用。同时增加了结构的刚性。适用于自动轴重秤、无人零售柜、电子计价秤、小型平台秤等工业称重和生产过程称重。
传感器原理复习提纲 第一章 绪论 1. 检测系统的组成。 2. 传感器的定义及组成。 3. 传感器的分类。 4. 什么是传感器的静态特性和动态特性。 5. 列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义。 n n a x + 理论灵敏度，a 2非线性项系数传感器在稳态下，输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。 k
线性传感器非线性传感器 迟滞 正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 产生迟滞的原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷 所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、 紧固件松动等。 线性度传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。 4种典型特性曲线 非线性误差 % 100 max? ? ± = FS L Y L γ ，ΔLmax——最大非线性绝对误差，Y FS——满量程输出值。 直线拟合线性化：出发点→获得最小的非线性误差（最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小。） 例用最小二乘法求拟合直线。 设拟合直线y=kx+b 残差△i=yi-（kxi+b） 分别对k和b求一阶导数，并令其=0，可求出b和k 将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时， 所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准 差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即 或 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，即为零点漂移。 零漂＝ 0100% FS Y Y ? ? ，式中ΔY0——最大零点偏差；Y FS——满量程输出。 % 100 2 max? ? = FS H Y H γ 最小 ∑ = ? n i i 1 2 % 100 )3 ~ 2( ? ± = FS R Y σ γ% 100 2 max? ? ± = FS R Y R γ
光电传感器基础知识及术语 光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽 灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。 LED（发光二极管） 发光二极管最早出现在19世纪60年代，现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做为指示灯来用。LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给LED通电流时，它会发光。由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED的光电传感器能被做得更小，且比白炽灯传感器更可靠。不象白炽灯那样，LED抗震动抗冲击，并且没有灯丝。另外，LED所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的 一部分。（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）。LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。 经调制的LED传感器 1970年，人们发现LED还有一个比寿命长更好的优点，就是它能够以非常快的速度来开关，开关速度可达到KHz。将接收器的放大器调制到发射器的调制频率，那么它就只能对以此频率振动的光信号进行放大。 我们可以将光波的调制比喻成无线电波的传送和接收。将收音机调到某台，就可以忽略其他 的无线电波信号。经过调制的LED发射器就类似于无线电波发射器，其接收器就相当于收音机。 人们常常有一个误解：认为由于红外光LED发出的红外光是看不到的，那么红外光的能量肯定会很强。经过调制的光电传感器的能量的大小与LED光波的波长无太大关系。一个LED发出的光能很少，经过调制才将其变得能量很高。一个未经调制的传感器只有通过使用长焦距 镜头的机械屏蔽手段，使接收器只能接收到发射器发出的光，才能使其能量变得很高。相比之下，经过调制的接收器能忽略周围的光，只对自己的光或具有相同调制频率的光做出响应。 未经调制的传感器用来检测周围的光线或红外光的辐射，如刚出炉的红热瓶子，在这种应用场合如果使用其它的传感器，可能会有误动作。 如果一个金属发射出的光比周围的光强很多的话，那么它就可以被周围光源接收器可靠检测到。周围光源接收器也可以用来检测室外光。 但是并不是说经调制的传感器就一定不受周围光的干扰，当使用在强光环境下时就会有问题。例如，未经过调制的光电传感器，当把它直接指向阳光时，它能正常动作。我们每个人都知道，用一块有放大作用的玻璃将阳光聚集在一张纸上时，很容易就会把纸点燃。设想将玻璃替换成传感器的镜头，将纸替换成光电三极管，这样我们就很容易理解为什么将调制的接收器指向阳光时它就不能工作了，这是周围光源使其饱和了。
称重传感器常用技术参数 一、用分项指标表示法在介绍称重传感器技术参数时,传统的方法是采用分项指标,其优点是物理意义明确,沿用多年,熟悉的人较多。我们现在列出其主要项目如下:*额定容量生产厂家给出的称量范围的上限值。 *额定输出 (灵敏度加额定载荷时和无载荷时, 传感器输出信号的差值。由于称重传感器的输出信号与所加的激励电压有关,所以额定输出的单位以 mV/V来表示。并称之为灵敏度。 *灵敏度允差传感器的实际稳定输出与对应的标称额定输出之差对该标称额定输出的百分比。例如, 某称重传感器的实际额定输出为 2. 002mV/V,与之相适应的标准额定输出则为2mV/V,则其灵敏度允差为:((2. 002 – 2。 000 /2.000 *100% = 0.1% *非线性由空载荷的输出值和额定载荷时输出值所决定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大偏差对于额定输出值的百分比。 *滞后允差从无载荷逐渐加载到额定载荷然后再逐渐卸载。在同一载荷点上加载和卸载输出量的最大差值对额定输出值的百分比。*重复性误差在相同的环境条件下, 对传感器反复加荷到额定载荷并卸载。加荷过程中同一负荷点上输出值的最大差值对额定输出的百分比。 *蠕变在负荷不变(一般取为额定载荷 ,其它测试条件也保持不变的情形下,称重传感器输出随时间的变化量对额定输出的百分比。 *零点输出在推荐电压激励下,未加载荷时传感器的输出值对额定输出的百分比。 *绝缘阻抗传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。 *输入阻抗信号输出端开路, 传感器未加负荷时, 从电源激励输入端测得的阻抗 值。 *输出阻抗电源激励输入端短路,传感器未加载荷时,从信号输出端测得的阻抗。 *温度补偿范围在此温度范围内,传感器的额定输出和零平衡均经过严密补偿, 从而不会超出规定的范围。 *零点温度影响环境温度的变化引起的零平衡变化。一般以温度每变化 10 K 时,引起的零平衡变化量对额定输出的百分比来表示。*额定输出温度影响环境温度的变化引起的额定输出变化。一般以温度每变化 10K 引起额定定输出的变化量额定输出的百分比来表示。 *使用温度范围传感器在此温度范围内使用其任何性能参数均不会产生永久性有害变化二、在《 OIML60号国际建议》中采用的术语。以《 OIML 60号国际建议》92年版为基础,参考 《 JJG669--90称重传感器检定规程》新的技术参数大致有:*称重传感器输出被测
电阻应变式称重传感器基础知识 1.电阻应变式称重传感器等工作原理 2.称重传感器常用技术参数 3.称重传感器选用的一般规则 4.使用称重传感器注意事项 1.电阻应变式称重传感器等工作原理 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。 一、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω）（2—1） 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。 对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2） 用式（2--1）去除式（2--2）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S （2—3） 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （2—4） 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5） 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。