传感器与检测技术
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传感器与检测技术概述1:传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。
一、传感器的组成2:传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量,并以确定关系输出另一物理量的元件(如弹性敏感元件将力,力矩转换为位移或应变输出)。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数(电阻,电感,电容)及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输,处理的电量。
二、传感器的分类1、按被测量对象分类(1)内部信息传感器主要检测系统内部的位置,速度,力,力矩,温度以及异常变化。
(2)外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态,它有相对应的接触式(触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器)和非接触式(视觉传感器、超声测距、激光测距)。
2、传感器按工作机理(1)物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的(主要有:光电式传感器、压电式传感器)。
(2)结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的(主要有①电感式传感器;②电容式传感器;③光栅式传感器)。
3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移,温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
5、按传感器能量源分类(1)无源型:不需外加电源。
而是将被测量的相关能量转换成电量输出(主要有:压电式、磁电感应式、热电式、光电式)又称能量转化型;(2)有原型:需要外加电源才能输出电量,又称能量控制型(主要有:电阻式、电容式、电感式、霍尔式)。
6、按输出信号的性质分类(1)开关型(二值型):是“1”和“0”或开(ON)和关(OFF);(2)模拟型:输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量,其输入/输出可线性,也可非线性;(3)数字型:①计数型:又称脉冲数字型,它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比;②代码型(又称编码型):输出的信号是数字代码,各码道的状态随输入量变化。
简答题1.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?性能有什么差别?答:金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的,半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。
金属电阻应变片是基于金属的电阻应变效应原理。
半导体应变片是基于压阻效应。
压阻式的优点:灵敏度高,机械滞后小,横向效应小,精度高,体积小、重量轻、动态频响高,易于集成缺点:温度稳定性差,灵敏度分散度大,较大的应力作用下非线性误差大,机械强度低。
电阻应变式传感器特点:精度高,测量范围广;使用寿命长,性能稳定可靠;结构简单,体积小,重量轻;频率响应较好,既可用于静态测量又可用于动态测量;缺点:应变灵敏系数较小2差动变压器零点残留电压对传感器性能有什么影响答:由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称,初级线圈的纵向排列的不均匀性,二次级的不均匀、不一致,铁芯B-H特性的非线性等,因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零,称其为零点残余电压。
+P67的第4小点。
第67页最下面一段。
3.光电效应有哪几种?与之对应的光电效应元件有哪些?答光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。
前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。
后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。
光电子发射:现在常用的半导体发光材料基本上都可以属于这一类,常见的元器件有LED (发光二极管)。
光电导效应:光敏电阻。
光伏特效应:光伏板(太阳能电池板)书P1004.何为测量的准确度和精密度,他们与系统误差和随机误差有什么关系?答:准确度是指你得到的测定结果与真实值之间的接近程度。
精密度是指在相同条件下n 次重复测定结果彼此相符合的程度。
准确度,反映测量结果中系统误差的影响程度;即测量的准确度高,是指系统误差较小,这时测量数据的平均值偏离真值较少,但数据分散的情况,即偶然误差的大小不明确。
精密度,反映测量结果中随机误差的影响程度;即测量精密度高,是指偶随机误差比较小,这时测量数据比较集中。
传感器原理与检测技术
传感器是一种能够感知和测量环境中各种物理量的器件或装置。
传感器的原理和检测技术主要包括以下几个方面:
1. 电学原理:基于电学原理的传感器利用电流、电压、电容、电感等物理量与环境中待测物理量之间的关系进行测量。
例如,温度传感器利用材料的电阻随温度变化的特性来测量温度。
2. 光学原理:基于光学原理的传感器利用光的散射、衍射、吸收等特性与环境中的物理量相互作用进行测量。
例如,光电二极管利用光的电离效应来测量光强度。
3. 声学原理:基于声学原理的传感器利用声波的传播、反射、吸收等特性与环境中的物理量相互作用进行测量。
例如,声波传感器利用声波的传播速度和反射特性来测量距离。
4. 磁学原理:基于磁学原理的传感器利用磁场与环境中的物理量相互作用进行测量。
例如,磁传感器利用磁感应强度与待测物理量之间的关系来测量磁场强度。
传感器的检测技术包括以下几个方面:
1. 放大技术:将传感器输出的微弱信号进行放大,以增强信号的稳定性和可靠性。
2. 滤波技术:去除传感器输出信号中的噪声和干扰,以提高信号的准确性和可靠性。
3. 校准技术:根据传感器的特性和工作环境的要求,对传感器进行参数调整和修正,以提高传感器的测量精度和一致性。
4. 数据处理技术:对传感器输出的数据进行处理和分析,以获得所需的物理量信息。
常用的数据处理技术包括滑动平均、中值滤波、傅里叶变换等。
5. 故障诊断技术:监测传感器的工作状态和性能,及时发现和诊断传感器的故障,以保证传感器的可靠性和稳定性。
以上是传感器原理和检测技术的基本内容,不同类型的传感器在工作原理和检测技术上可能存在差异。
传感器与检测技术
传感器是一种能够感知某种物理量或化学量并将其转换成电信号输出的设备。
检测技术是通过特定的方法和手段检测某种物理量或化学成分的技术。
传感器的种类有很多种,例如温度传感器、压力传感器、光线传感器、震动传感器、磁力传感器、声音传感器等等。
这些传感器能够将相应的物理量转换成电信号,在各种电子设备中广泛应用,例如智能手机、电脑、自动化设备等。
检测技术则是通过各种手段来检测物理量或化学成分。
例如,通过光电子器件检测环境中的污染物质浓度、通过电化学方法检测水中的污染物浓度、通过红外线技术检测地表温度等等。
传感器与检测技术的结合,能够实现更加精确的检测和监测,广泛应用于医疗、工业控制、环保、安全监测等领域。
传感器与检测技术简介传感器是现代科学技术领域中一种重要的设备,可以将各种物理量、化学量或生物量转化为可测量的电信号或其他形式的输出信号。
传感器与检测技术的发展在各个领域具有广泛的应用,在科学研究、工业生产、医疗保健、环境监测等方面都发挥着重要的作用。
本文将介绍传感器的基本原理、常见的传感器类型以及传感器在各个领域中的应用。
一、传感器的基本原理传感器是基于特定物理、化学或生物效应的设备,通过与目标物的相互作用来测量目标物的性质或状态。
传感器的基本原理可以分为以下几种:1. 电阻式传感器电阻式传感器利用材料的电阻随物理量或环境变化而变化的特性,将物理量转换为电阻值,进而测量目标物的状态。
常见的电阻式传感器有温度传感器、湿度传感器等。
2. 压力传感器压力传感器利用材料的机械性能随压力变化而变化的特性,将压力转换为电信号输出。
压力传感器广泛应用于工业自动化控制、汽车制造和航空航天等领域。
3. 光学传感器光学传感器利用光的性质来测量目标物的性质或状态。
光学传感器可以测量光的强度、颜色、光的散射等参数。
在医疗保健领域,光学传感器被用于血氧测量、眼底成像等应用。
4. 生物传感器生物传感器利用生物体或生物分子的特性来检测和测量目标物的性质或状态。
生物传感器在医疗诊断、食品安全检测等领域有着广泛的应用。
二、常见的传感器类型根据传感器的工作原理和应用领域的不同,可以将传感器分为以下几种类型:1. 温度传感器温度传感器是一种将温度转换为电信号的传感器。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和半导体温度传感器。
2. 压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力。
根据测量范围和原理的不同,压力传感器可以分为压阻式传感器、压电式传感器和电容式传感器等。
3. 湿度传感器湿度传感器用于测量空气中的湿度。
常见的湿度传感器有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器和表面张力式湿度传感器。
4. 光学传感器光学传感器利用光的特性来测量目标物的性质或状态。
传感器与检测技术(胡向东第3版)简介《传感器与检测技术(胡向东第3版)》是传感器与检测技术领域的经典教材,由胡向东教授撰写。
本书系统地介绍了传感器的基本原理、分类及其在各个领域的应用。
重点介绍了常见的传感器类型和检测技术,以及相关的原理、性能评价方法和设计要点。
本书内容丰富、实用,并结合了大量的应用实例,为读者提供了全面的传感器与检测技术知识。
目录本书共分为以下几个部分:第一部分:传感器基础知识1.传感器概述2.传感器的分类3.传感器的基本原理第二部分:常见传感器类型4.温度传感器5.压力传感器6.光学传感器7.振动传感器8.气体传感器9.液体传感器第三部分:传感器性能评价与设计10.传感器的性能评价方法11.传感器的设计要点12.传感器的接口电路设计第四部分:传感器应用技术13.传感器在环境监测中的应用14.传感器在工业自动化中的应用15.传感器在医疗领域中的应用16.传感器在农业领域中的应用17.传感器在安全监控中的应用第五部分:传感器发展趋势与展望18.传感器的发展历程19.传感器的未来发展趋势内容概述本书通过对传感器的基本原理、分类及其在各个领域的应用进行详细介绍,使读者对传感器与检测技术有一个全面的了解。
第一部分主要讲解传感器的基础知识,包括传感器的概述、分类和基本原理。
第二部分详细介绍了常见的传感器类型,如温度传感器、压力传感器、光学传感器、振动传感器、气体传感器和液体传感器等。
第三部分主要介绍传感器的性能评价方法、设计要点和接口电路设计等内容。
第四部分着重介绍了传感器在环境监测、工业自动化、医疗领域、农业领域和安全监控中的应用技术。
最后一部分讨论了传感器的发展历程和未来发展趋势。
本书强调理论与实践相结合,通过大量的实例和案例,让读者更好地理解传感器的应用。
同时,本书还对传感器的性能评价和设计进行了详细的介绍,帮助读者在实际应用中能够选择适合的传感器,并设计出满足要求的传感器接口电路。
传感器与检测技术实验报告
目录
1. 传感器的概念
1.1 传感器的作用
1.2 传感器的分类
2. 检测技术的发展
2.1 检测技术的定义
2.2 检测技术的应用领域
2.3 检测技术的未来趋势
1. 传感器的概念
1.1 传感器的作用
传感器是一种能够感知并转换物理量或化学量等各种被测量信息为电信号或其他所需形式信息的器件。
传感器在工业控制、环境监测、医疗设备等领域发挥着关键作用,可以实现对各种参数的监测和控制。
1.2 传感器的分类
传感器可以根据其感知的被测量信息类型、工作原理、测量范围等不同特征进行分类。
常见的传感器分类包括光学传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等,每种传感器都有其特定的工作原理和适用场景。
2. 检测技术的发展
2.1 检测技术的定义
检测技术是利用各种传感器和仪器设备对特定参数或特征进行监测和测量的技术。
通过检测技术,可以获取被测量物体的信息,实现对其状态和性能的评估。
2.2 检测技术的应用领域
检测技术广泛应用于工业生产、环境保护、医疗诊断、安防监控等各个领域。
在工厂生产中,检测技术可以帮助监测设备运行状态和产品质量,提高生产效率;在医疗领域,检测技术可以用于疾病诊断和治
疗监测,提升医疗水平。
2.3 检测技术的未来趋势
随着科技的不断发展,检测技术也在不断创新和进步。
未来,检测技术可能会更加智能化、便捷化和精准化,例如结合人工智能技术实现自动化检测、远程监控等功能,为各个领域带来更加便利和高效的检测解决方案。
第一章传感器与检测技术基础1 传感器就是能感知外界信息并将其按一定规律转换成可用信号的机械电子装置。
传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置,它由敏感器件和转换器件两部分组成。
2 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值,可表示为:s= dy/dx 或者 s=Δy/Δx3 如果检测系统由多个环节组成,各环节的灵敏度分别为S1,S2,S3,而且各环节以串联方式相连接,则整个系统的灵敏度为:s=S1*S2*S34 分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。
5 线性度是用实测的检测系统输入/输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的,E f=Δm/Y FS *100%6 传感器的迟滞:迟滞特性表明检测系统在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程期间,输入/输出特性曲线不一致的程度。
迟滞的可能是由仪表元件存在能量吸收或传动机构的摩擦、间隙等原因造成的。
7 传感器的重复性:重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度,也叫稳定性。
8 一个完整的检测系统或装置通常由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成,分别完成信息获取、转化、显示和处理等功能。
9 传感器按输出量的性质分为:参量型传感器、发电型传感器。
10 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于传输的电压或电流信号。
11 测量无论表现形式如何,在测量结果中必须注明单位,否则,测量结果就毫无意义。
12 绝对误差是仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值,记做δ=x-x013 相对误差是仪表指示值的绝对误差δ与被测量真值x0的比值,即r= δ/x0 *100%14 引用误差是绝对误差δ与仪表量程上的比值。
r0=δ/L *100%15 最大引用误差r0M是测量仪表整个量程中可能出现的绝对误差最大值δm代替,即r om=δm/L *100%16 常用的精度等级有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级。
精密度和精确度等级为1.0的仪表,在使用时它的最大引用误差不超过±1.0%。
17 系统误差:在相同的条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变,或按照一定的规律变化,这种误差称为系统误差。
18 随机误差:在相同的条件下,多次测量同一量时,其误差的大小和符号以不可预见的方式变化,这种误差称为随机误差。
19 系统误差的消除方法:交换法、抵消法、代替法、对称测量法、补偿法20 电桥电路:电流输出型、电压输出型21 电压输出型:单臂工作状态、22 课后习题:4、5、6第二章电阻式传感器1 电阻应变效应:导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时,它的电阻值也会发生相应的变化,这一物理现象称为电阻应变效应。
2 热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测传感器。
铂热电阻的测量精度是最高的。
3 热电阻的应用:热电阻温度计、热电阻式流量计。
4 热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件,其特点是电阻率随温度而显著变化。
5 根据应变片的材质,可以分为金属和半导体应变片两大类。
金属应变片:丝式应变片,它的结构简单,价格低,强度高,但允许通过的电流较小,测量精度较低,适用于测量要求不很高的场合使用;箔式应变片,其优点是导体截面面积大,散热性好,允许通过较大的电流,由于它的厚度很薄,因此具有较好的挠性,可以根据需要制成任意形状,灵敏度系数较高;金属薄膜应变片,具有较高的灵敏度系数,允许电流密度大,工作温度范围较广。
1、半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应制成的一种纯电阻元件。
2、对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时,它的电阻率会发生变化,这种物理现象称为导体的压阻效应。
3、半导体应变片有:体型半导体应变片、薄膜型半导体应变片、扩散型半导体应变片。
4、应变计安装在具有某一线胀系数的试件上,试件可以自由膨胀并不受外力作用,在缓慢升(或降)温的均匀温度场内,由温度变化引起的指示应变称为热输出。
5、热输出是静态应变测量中最大的误差源,而且应变片的热输出分散随着热输出值的增大而增大。
当测试环境存在温度梯度或瞬变时,这种差异更大。
因此,理想的情况是应变计的热输出值超过零,满足这一要求的应变计称为温度自补偿应变计。
6、传感器由弹性元件、应变片和外壳所组成。
7、热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测传感器。
8、铂热电阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的温度基准仪。
9、热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜。
10、铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚固实体。
11、铂电阻:铂易于提纯,物理、化学性质稳定,电阻率较大,能耐较高的温度。
12、热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中,如果R’1=R’2,则有环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。
13、热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件,其特点是电阻率随温度而显著变化。
14、热敏电阻的缺点是互换性较差,同一型号的产品特性参数有较大差别。
15、热敏电阻灵敏度高、便于远距离控制、成本低、适合批量生产等突出优点使得它的应用范围越来越广。
16、按温度特性热敏电阻可分为两类,随温度上升电阻增加的正温度系数热敏电阻,反之为负温度系数热敏电阻。
17、热敏电阻的型号表示第一部分:主称,用字母“M”,表示敏感元件第二部分:类别,用字母“Z”,表示正温度系数热敏电阻,或者用字母“F”,表示负温度系数热敏电阻第三部分:“1”表示普通用途;“2”表示稳压用途;“3”表示微波测量用途;“4”表示旁热式;“5”表示测温用途;“6”表示控温用途“7”表示消磁用途;“8”表示线性型“9”表示恒温型“0”表示特殊型18、标称电阻值是在25℃零功率时的电阻值,实际上总有一定误差,应在 10%之内。
19、一般,时间常数与耗散系数的乘积越大,则表示电阻的热容量越大,抑制浪涌电流的能力亦越强。
20、固态压阻式传感器是利用硅的压阻效应和集成电路技术制成的新型传感器。
21、单晶硅材料在受力作用后,电阻率将随作用力而改变,这种物理现象称为压阻效应。
22、在弹性变形限度内,硅的压阻效应是可逆的,即在应力作用下硅的电阻发生变化,而当应力除去时,硅的电阻又恢复到原来的数值。
23、压敏电阻具有频率响应高、体积小、精度高、灵敏度高等优点,可以测量冷冻机,空调机,空气压缩机的压力和气流流速。
24、气敏电阻是一种半导体敏感器件,它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。
25、常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。
26、半导体气敏传感器具有灵敏度高,响应快,稳定信好,使用简单等特点,应用极其广泛。
27、气敏元件在使用时需要加温/加热。
28、在气敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐类催化剂可以获得低温时的灵敏度,也可增强对气体种类的选择性。
29、气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种。
直热式消耗功率大,稳定性较差,故应用逐渐减少;旁热式性能稳定,消耗功率小,其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆,因此安全可靠,其应用面较广。
30、QM-J3的电导率随气体浓度的增加而迅速升高。
31、湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成。
32、利用湿敏电阻能进行湿度测量和控制具有灵敏度高的、体积小、寿命长、不需维护、可以进行遥测和集中控制等优点。
33、常见湿敏元件的类型(一)半导体陶瓷湿敏元件(二)氯化锂湿敏元件氯化锂是潮解性盐,这种电解质溶液形成的薄膜能随着空气中水蒸气的变化而吸湿或脱湿。
感湿膜的电阻随空气相对湿度变化而变化,当空气湿度增加时,感湿膜中盐的浓度降低。
(三)有机高分子膜湿敏电阻有机高分子脱湿敏电阻是在氧化铝等陶瓷基板上设置梳状型电极,然后在其表面涂以具有感湿性能,又有导电性能的高分子材料的薄膜,再涂覆一层多孔质的高分子膜保护层。
34、光敏电阻是采用半导体材质制作,利用内光电效应工作的光电器件。
35、光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻,此时流过的电流称为亮电流。
36、光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻或暗阻,此时流过的电流称为暗电流。
37、光敏电阻的暗阻越大越好,而亮阻越小越好,也就是说暗电流要小,亮电流要大,这样光敏电阻的灵敏度就高。
38、在一定照度下,光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系,称为伏安特性。
39、光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。
40、P61,课后练习题4、5、6第三章电容式传感器1、电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器。
它具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性和抗过载能力强及价格低廉等优点。
可以用来测量压力、力、位移、振动、液位等参数。
2、电容式传感器可以分为三种类型:改变极板面积的变面积式、改变极板距离的变间隙式和改变介电常数的变介电常数式。
3、在实际应用中,为了提高灵敏度,减小非线性,可采用差动式结构。
4、当电容式传感器中的电介质改变时,其介电常数发生变化,从而引起电容量发生变化。
5、电容量C与位移X呈线性关系。
6、P83-P84 课后练习题1、2、3、4第四章电感式传感器1、电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感的变化,从而导致线圈电感量改变来实现测量的。
2、自感式电感传感器就是利用线圈自感的变化进行测量的传感器。
3、线圈的电感可用式:L=N2/Rm(N为线圈匝数,Rm为磁路中磁阻)4、传感器的灵敏度随气隙的增大而减小,为了减小非线性,气隙的相对变化量应很小,但太小又会影响测量范围,所以,既不要太小,也不能太大。
5、(1)变间隙型灵敏度高,但非线性误差较大,且制作装配比较困难。
(2)变面积型灵敏度较前者小,但线性较好,量程较大,使用比较广泛。
(3)螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单,易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种传感器。
6、差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外,对温度变化、电源频率变化等影响也可以进行补偿,从而减少了外界影响造成的误差。
7、交流电桥是电感式传感器的主要测量电路,它的作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的输出或电流输出,8、差动变压器:由于在使用时采取了两个二次绕组反向串接,以差动方式输出,所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器,通常称为差动变压器。
9、零点残余电动势的存在,使得传感器的输出特性在零点附近比灵敏,给测量带来误差,此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。
10、为了减小零点残余电动势,可采取以下方法:(1)尽可能保证传感器几何尺寸,线圈电气参数每个磁路的对称。