自动检测技术复习资料

测量方法分类：根据被测量是否对时间变化，可分为静态测量和动态测量

根据测量手段，可分为直接测量和间接测量

根据测量结果的显示方式，可分为模拟测量和数字式测量

根据测量时是否与被测对象接触，可分为接触式测量和非接触式测量为了监视生产过程，或在生产流水线上测量产品质量的测量分为在线测量反之称为离线测量

根据测量的具体手段来分，分为偏位式测量、零位式测量和微差实测量

测量误差：A x被测量值 A0真值A m仪器满度值

绝对误差Δ=A x-A0 相对误差Yx=Δ/A x×100％引用误差Ym=Δ/A m×100％

测量误差的分类：按误差性质分为粗大误差、系统误差、随机误差、静态误差和动态误差

随机误差的统计特性：集中性、对称性、有界性

P15 例1-3

传感器组成：敏感元件、传感元件和测量转换电路

传感器的特性一般指输入、输出特性

静态特性的指标：灵敏度、分辨力、线性度、迟滞误差、稳定性、电磁兼容性、可靠性

应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。

用应变片测试应变时，将应变片黏贴在试件表面

应变片分为金属应变片和半导体应变片两类，金属应变片分为：金属丝式应变片、金属箔式应变片、金属薄膜式应变片、

半导体应变片

P30桥式测量转换电路全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半

桥次之，单臂半桥灵敏度最低

铜热电阻在0℃时的阻值为50欧姆，100欧姆两种

热敏电阻的类型：NTC热敏电阻，PTC热敏电阻

还原性气体：煤气，天然气，酒精蒸气，甲烷，乙烷，氢气

测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂或其他添加剂

绝对湿度a（单位kg/m3） a=2.167e/T×100％（T热力学温度）相对湿度RH RH=e/E×100％（e空气的水气分压，E同意温度下的饱和水气压）

自感传感器的原理：工作时，衔铁通过测杆与被测物体相接触，被测物体的唯一将引起绕组电感量的变化，当传感器绕组接入测量转换电路后，电感的变化将被转化成电流、电压或频率的变化，从而完成非电量到电量的转换。

自感传感器分类：变隙式、螺线管式、差动电感式

差动式电感传感器的优点：线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度是非差动式电传感器的两倍。对外界影响也基本可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力较小，从而减小了测量误差。

差动变压器的工作原理：在线框中部绕有一个输入绕组（一次绕组），在同一线框两组完全对称的二次绕组，它们反向串联，组成差动输出形式。

电涡流效应：电涡流传感器的基本工作原理是电涡流效应。很据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中时，导体的表面就会有感应电流产生。电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应，电涡流传感器就是利用电涡流效应来检测导电物体的各种物理参数的。P87 电涡流平线圈受到被测物流电涡流影响时的表达公式

电容传感器的工作原理可以用图5-1说明。当忽略边缘效应时，其电容为 c=

式中 A 两极板相互遮盖的有效面积（m2）

D 两极板间的距离，也称为极距（m）

两板极间介质的介电常数（F/m）

两极板间介质的相对介电常数

真空介质电常数， =8.85x 10-12 （F/m）

由式5-1可知，在A，d，e三个参量中，改变其中任意一个量，均可使电容C改变。也就是说，电容C是A,d·e的函数，这就是电容传感器的基本工作原理。固定三个参数中的两个，可以制作成以下三种类型的电容传感器。

湿敏电容传感器：湿敏电容利用很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。成品湿敏电容主要使用以下

两种吸湿性介质：一种是多孔性氧化铝，另一种是高分子吸湿膜。由于多孔性氧化铝可以吸附及释放水分子，所以其电容将随空气的相对湿度的增加而增大。与此同时，其漏电电阻也随相对湿度的增大而降低，形成介质损耗很大的电容器。在水的压力差的作用下，空气中的水分子可以透过多孔性电极，向亲水性高分子薄膜内部扩散，其扩散速度随着湿度的升高而加剧，由于水的介电常数十分大，所以湿敏电容的电容随相对湿度增大而增大。

P111 双T形电桥电路

压力传感器的分类：绝对压力传感器差压传感器压力传感器

流量的基本概念：流量是指在单位时间内通过某一截面的体积数或质量数，分别称为体积流量qv和质量流量qm。这种单位时间内的流量统称为瞬间时流量q。

节流装置：就是在管道中段设置一个流通面积比管道狭窄的孔板或者文丘里喷嘴，使流体经过该节流装置时，流束局部收缩，流速提高。压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。

压电式传感器中的压电元件材料主要有三类：压电晶体（单晶体），压电陶瓷（多晶体）和高分子压电材料。

P135 课后习题 6-2 6-3 6-5 6-6

声波：是一种机械振动波，振动频率在20Hz-20kHz范围内为闻声波低于20hz为次声波高于20khz为超声波

超声波分为，纵波，横波，表面波

Z=pc 声速（c）与介质的弹性系数、密度（p）、以及声阻抗（z）有关

入f=c 波长（入）与频率（f）的乘积恒等于声速（c）

sinθ=1.22入/D 指向角（θ）超声波源的直径(D)波长（入）

声压：质点所受交变压强与静压强之差

声强：单位时间内，垂直于声波传播方向上的单位面积A内所通过的声能

耦合技术：将接触面之间的空气排挤掉，使的超声波顺利的入射到被测介质之中（耦合剂）

超声波探伤：A型超声探伤（横坐标为时间轴，纵坐标为反射波强度，二维坐标图） B型超声探伤（探头的扫描距离为横坐标，纵坐标为探伤深度） C型超声探伤（三维画面）

A型超声探伤：纵波探伤，横波探伤，表面波探伤（d=v*t/2）

霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁感应强度为b的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I经过薄片是，在垂直于电流I和磁感应强度B的方向上将产生电动势Eh

霍尔传感器的应用：①.I、θ不变，Eh=f（B）测量磁场强度的特斯拉计，高斯计，测量转速的霍尔转速表，磁性产品计数器，霍尔角编码器以及基于微小位移测量原理的霍尔加速度计，微压力计②I、B 不变，Eh=f（B），角位移测量仪③θ不变，Eh=f（IB），模拟乘法器，基于霍尔乘法器技术的霍尔功率计，电能表

温度：表征物体冷热程度的物理量

温标：摄氏温标，华氏温标，热力学温标，1990国际温标

热电偶：两种不同材料的导体所组成的回路

热电效应：一个由温差产生电压的直接转换，且反之亦然。

热电动势的结论：①如果热电偶两电极材料相同，及时两端温度不同，总输出热点懂事仍为零，因此必须由两种不同材料才能构成热电偶②如果热电偶两结点温度相同，则回路总的热电动势必然等于零，两结点温差越大，电动势越大③热电动势的大小只和材料结点温度有关中间导体定律：若在热电偶回路中插入中间道题，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总热电动势无影响

热电偶的分类：装配式热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶

热电偶的冷端温度补偿方法的原因:各种热电偶温度与热电动势关系的分度表都是在冷端温度为0℃是做出来的，因此用热电偶测量时，若要直接应用热电偶的分度表，就必须满足to=0℃的条件，但在实际测文中，冷端温度常随着环境温度而变化，热电动势总是偏小，因此需要进行冷端温度补偿。

热电偶的冷端温度补偿方法分类：①冷端恒温法②计算修正法③仪表机械零点调整法④电桥补偿法

热电偶的应用：管道温度测量，金属表面测量（测钢水）

光电效应:①外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出表面物体的现象（光电管、光电倍增管、光电摄像管）②内光电效应：在光线的作用下能使物体的电阻率改变的现象（光敏电阻、光敏二极管、光敏

晶体管、光敏晶闸管）③光伏特效应：在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象（光电池）①为玻璃真空管元件②③为半导体元件

光电效应

外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面。

闪光电效应：在光线的作用下能使物体的电阻率改变的现象。

光生伏特效应：在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象。光电元件有：电敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管。

光电池能够将入射逛能量转换成电压和电流的元件成为光生伏特效应元件。

计算题

设某光敏电池的面积A=10mm^2,输出特性如图，Rf=100k欧姆，R21=10K欧姆，R22=300K欧姆，Rrp=10lx,求：U02的调节范围。

I=KA=((80uA/10mm^2)/10000lx)*10lx*10mm^2=0.8uA

U=-IR=-0.8UA*0.1M欧姆=-0.08V

Uo2max=(-Rf2/R21)Uol=-（300K欧姆+50K欧姆）/10K欧姆*（-0.08V）=2.8V

Uo2min=(-R2/R1)Uol=-（300K欧姆/10K欧姆）*（-0.08V）=2.4V

热释电效应：某些电介质，表某文都发生变化时，在电介质的表面就会产生电荷。

增量式测量的特点是只能获得位移增量。增量式位置传感器必须有一个零位标志，作为测量起点的标志。

绝对式测量的特点是，每一被测点都有一个对应的编码，常以二进制数据形式来表示。

接触式编码器（注意分辨力与分辨率的区别，数值高低对测量的影响，并举例计算）

若是n位二进制码盘，就有n圈码道，且圆周均分2 n个数据来分别表示其不同位置，所能分辨的角度α为

α=360°/2n 分辨率=1/2n

格雷码：一种无权码，是一种误差最小化得编码方式。

莫尔条纹原理：在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠和在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角θ。

莫尔条纹有如下特征：（用两块刻线玻璃演示）

1）莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。

2）当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图11-12中，当指示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。

3）莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距，它随着指示光栅与主光栅刻线夹角而改变。由于θ很小，所以其关系可用下式表示

L＝W/sinθ≈W/θ

细分技术

细分电路能在不增加光栅刻线数（线数越多，成本越昂贵）的情况下提高光栅的分辨力。

磁栅分类：带形磁尺、线形磁尺和圆磁尺两大类。用途：长磁栅主要用于直接位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。