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海珠区实验常用仪器有效认可证书第一章 绪论

传感器的组成

传感器一般由敏感元件、转换元件以及转换电路三个部分组成。

敏感元件是能直接感受被测量，并将被测非电量信号按一定对应关系转换成电信号的另一种非电量元件。如应变式压力传感器中的弹性元件。

转换元件是能将敏感元件输出的非电信号或直接将被测非电量转换成电量信号的元件。如应变式压力传感器中的应变片。

转换电路是将转换元件输出的电量信号转换为便于显示、处理、传输的电信号的电路，它的作用主要是信号的转换，常用的转换电路有电桥、放大器、振荡器等。

1.1传感器的分类

1.按输入被测量分类：热工量、机械量、物理量、生物医学量、化学量

2.按工作原理分类

3.按输出信号的性质分类：按输出信号性质可分为模拟式传感器和数字式传感器

4.按传感器的能量转换情况分类

可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器

能量控制型传感器需要外电源供给能量，如电阻电感电容等电参量传感器。

能量转换型传感器又被称为发电型传感器，其输出端能量由被测对象取出的能量转换而来。

第二章 检测装置基本特性

2.1检测系统的静态特性：

什么是静态特性？静态特性反映的是当信号为定值或变化缓慢时，现在空调的品牌越来越多，而且人们开始选购的也越来越多，所以就会有许多的商家推出优惠活动，其中就有的提醒，下面由空调维修部说一下，系统的输出与输入的关系。

静态特性参数：零点、测量范围、灵敏度和分辨率等。

1.零点：输入量为0时的输出的量为零点。

2.测量范围：量程，4、小心引发火灾，不要用插入或拔出电源插头的方式来启动或停止空调机，是表征检测装置能够测量或检测被测量的有效范围。

3.灵敏度：灵敏度是描述检测装置输出量对于输入量变化的反应能力。由输出的变化量与输入变化量之比来表示

4.分辨率：分辨率是表征检测装置能够有效分辨的最小被测量（绝对分辨率），一般为仪器仪表最小分度值的1/5～1/2.

静态特性的性能指标：滞差、重复性、线性度、精度、稳定性、可靠性、影响系数和输入/输出电阻。

1.滞差：滞后误差，反映了装置的输出对于输入的某种滞后现象（输出值的最大差值）

2.重复性：重复性反映了检测装置的输入量按同一方向作全量程多次变化时，静态特性不一致的程度。

3线性度：表示对选定拟合直线的接近程度。校准直线与拟合直线的最大偏差用非线性引用误差表示。

4.精度：精度也称精确度，包括精密度和准确度两方面含义。是指仪器的指示值和被测量真值的符合程度。

精度等级表征方法：即测量误差表征方法，是采用最大引用误差去掉百分号。我国工业仪表的精度等级分为七个等级，0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0 。

引用误差指仪器仪表某刻度点的绝对误差与量程的比值

检测装置的标定：对于检测装置来说，在使用前必须确定检测装置的参数和质量指标，使用一段时间以后，输入/输出的关系也可能发生变化，为了确保测量的准确性，需要重新确定其输入、输出的关系。这一过程被称为对检测装置进行标定或校准。

静态特性的获取：对于一个测量系统来说，必须在使用前进行标定或定期进行检验。即在标准工作条件下，由高精度输入量发生器给出一系列数值已知、准确的、不随时间变化的输入量xj (j=1,2,3...m)，进行维修前务必给电容器完全放电，用高精度测量仪表测定被校测量系统对应输出量yj (j=1,2,3...m)，从而可以获得由yj和xj数值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式表征的被校测量系统的输出和输入的关系，就获得了静态特性。

2.2 动态特性

描述检测装置动态特性的三种形式的数学模型：时域中的微分方程；复频率中的传递函数；频率域中的频率特性。

检测装置的动态特性是由其装置的固有属性决定的。

检测装置的动态特性：在过程测量中，大量的被测信号是随着时间变化的动态信号，即x(t)是时间t的函数，不是常量，动态特性反映其测量动态信号的能力。

第三章 电参量传感器

3.1电阻式传感器

电阻式传感器是一种电参量传感器，它的工作原理是通过转换元件将被测非电量转变为电阻值，通过转换电路将电阻值转换为电信号，再通过测量电信号达到测量非电量的目的。

电阻应变式，压阻式，热电阻，光敏电阻，可以测量应变、压力、位移、加速度和位移等非电参量。

3.1.1电阻应变式传感器

电阻应变式传感器由弹性元件、电阻应变片和测量电路构成。当弹性元件感受到被测物理量时，其表面发生应变，粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的阻值将随着弹性元件的应变而发生相应的变化。通过电桥进一步将电阻变化转换为电压或者电流变化。

它的工作原理是基于电阻丝材料的应变效应。导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。

单位应变引起的电阻相对变化被称为电阻丝的灵敏系数，用 表示。

在电阻丝拉伸极限范围内，同一电阻丝材料的灵敏系数为常数。

主要为金属电阻应变片。此类应变片的结构形式有丝式、箔式和薄膜式三种。

1.丝式应变片 它结构简单，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。

2.箔式应变片 传递应变性能好，横向性能好，散热性好，允许通过较大的电流，适合批量生产。

3.金属薄膜应变片 灵敏度系数高，允许电流大，易实现工业化生产，工作温度范围广。

金属电阻应变片性能稳定，测量精度高；价格低廉，品种繁多，便于选择和大量使用等优点，但灵敏系数低。

直流电桥测量电路

直流电桥平衡条件：

当电桥接入电阻应变片时，即为应变桥。当一个桥臂、两个桥臂、四个桥臂接入应变片时，相应的电桥为单臂桥、半桥和全臂桥。设电桥各臂电阻均有增量，假设为等臂电桥，且（ 重要前提），则有：

①单臂电桥：R1为应变片，R2，R3和R4均为固定电阻，电桥输出为：

②差动半桥：R1， R2为应变片，电桥输出为： ，R1受拉， R2受压。

③差动全桥：R1， R2 ，R3和R4均为应变片电桥输出为： ，R1、R4收拉，R2、R3受压。

总结：差动半桥灵敏度为单臂电桥的两倍，全等臂电桥灵敏度为单臂电桥的四倍。（在实际应用中常借此提高输出灵敏度同时起到温度补偿作用）相对两桥臂应变性一致，输出电压为两者之和，反之为两者之差。相临两桥臂应变性一致，输出电压为两者之差，反之为两者之和。

电阻应变式传感器的应用：（1）柱式力传感器；（2）悬臂式力传感器（R1、R2在悬臂梁上表面受拉应力，R3、R4在下表面受压应力）

3.1.2压阻式传感器

其工作原理是半导体的压阻效应。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，这种物理现象称为半导体的压阻效应。

半导体应变片灵敏系数是金属应变片的几十倍。

（ 为半导体的压阻系数， 为半导体的弹性系数）

半导体应变片：灵敏度系数大，横向效应和机械滞后小；缺点是温度稳定性差，非线性较大（测量时需要进行补偿）

分为体型半导体应变片，扩散型半导体应变片，第二个因素是环境温度太高引起的，我们可以通过改善它的工作环境解决，例如加一个遮栅来避免阳光的直接晒，或者是把空调器放在具有良好风的地方等;还有一个情况就是冷凝器太脏了，薄膜型半导体应变片

测量电路：

对于恒压源，设四个桥臂由于应变电阻的变化为R，四个桥臂由于温度变化引起的电阻值的增量为RT，则电桥输出电压为：

若采用恒流源，可消除温度的影响，电桥输出电压为：

应用：扩散型压阻式压力传感器

3.1.3 热电阻式传感器

热电阻传感器是利用导体或者半导体的电阻值随着温度变化的特性对与温度相关的参量进行测量的装置。测量范围低中温区。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

铂电阻的灵敏度等于其温度系数

铂电阻通常采用三线制或四线制测量电路。因为与电桥相邻的两个桥臂增加了相同的导线电阻，差动输出后，可消除由于环境温度变化带来的导线电阻的影响。

应用：（1）热电阻温度计

为了克服环境温度的影响常采用图示的三导线四分之一电桥电路。

（2）热电阻式流量计

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