检测与转换-名词解释

检测与转换技术―是自动检测技术和自动转换技术的总称，是信息技术的重要组成部分。它所研究的是信息的提取与处理的理论、方法和技术。自动检测系统―是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号等系统的总称。传感器―从被测的参量中提取出有用的信息，有时还将它转换成易于传递和处理的电信号的器件。分A电量传感器、B&C电参数传感器。等精度测量―在同一条件下所进行的一系列重复测量称为等精度测量。非等精度测量―在多次测量中，如对测量结果精确度有影响的一切条件不能完全维持不变的测量。真值―被测量本身所具有的真正值称为真值。实际值―把精度更高一级的标准器具所测得的值作为真值，为区别真正的真值，称其为实际值。标称值―测量器具上所标出来的数值。示值―由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。测量误差―用器具进行测量时，所测量出来的数值与被测量的实际值之间的差值。精度―任何测量系统的测量结果都有一定的误差，这个误差称为精度。按表示方法分类绝对误差―是示值与被测量真值之间的差值。相对误差――是绝对误差与被测量的约定值之比。按误差出现的规律分类系统误差―按某种已知的函数规律变化而产生的误差。分为恒定系误差、变值系误差。随机误差―偶然性误差，由未知变化规律产生的误差。粗大误差―是指在一定的条件下测量结果显著的偏离其实际值时所对应的误差。按来源分类―工具误差、方法误差按被测量随时间变化的速度分类―静态误差、动态误差按使用条件分类―工具误差、方法误差静态误差、动态误差基本误差、附加误差按误差与被测量的关系分类―定值误差、累积误差残差―是指测量值与被测量的某一算术平均值之差。用Vi表示。.系统误差的减小―1.引入修正值法2.零位式测量法3.替换法4.补偿法5.对照法传感器的静态特性―传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输出－输入关系。静态特性的指标：线性度、迟滞、重复性、灵敏度线性度：对于实际的传感器，测出的输出-输入校准（标定）曲线与其理论拟合直线之间的偏差，称为该传感器的“非线性误差”，又称线性度。通常用相对误差表示其大小，即相对应的最大偏差与传感器满量程（F.S）输出之比（%）。ef=±..maxSF△△×100%迟滞：迟滞特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减少）行程期间输出-输入曲线不重合的程度。重复性：表示传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。特性曲线一致，重复性就好，误差也小。灵敏度：线性传感器的校准线的斜率就是其静态灵敏度，即输出量的变化量/输入量的变化量。非线性传感器的灵敏度则随输入量而变化。传感器的动态特性：传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。传递函数：初始条件为零时输出函数拉氏变换对输入函数拉氏变换之比。电位器传感器：被测量的变化导致电位器阻值变化的敏感元件。结构简单，价格便宜，输出功率大，有一定的可靠性。电位器传感器的组成---骨架、电阻丝、电刷对此传感器的要求―噪声、非线性小、灵敏度高、稳定性能好电阻应变传感器―将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件.电阻应变片有两种―电阻丝应变片、半导体应变片电阻丝应变片的横向效应：粘贴在试件上的应变片，如果它能准确地反映试件变形，它必然会改变自己的初始电阻值，这种改变不仅是沿应变片轴向变形引起的，而且也是由应变片弯曲部分的横向变形引起的，横向缩短作用引起的电阻值的减小量对于轴向伸长作用引起的电阻值的增加量起着抵消得作用，它使所测应变数值偏小或者说使应变片灵敏系数减小，这种现象称为横向效应。它给测量带来误差，弯曲半径越大，则横向效应也越大。温度的影响是测量误差中的首要因素。薄膜应变片的优点：应变灵敏系数高，允许电流密度大。温度补偿：在电阻应变传感器的桥路输出中，消除这种误差或对它进行修正以求出仅由应变引起的电桥输出的方法。1.桥路补偿2.应变片自补偿：选择式自补偿、组合式自补偿、热敏电阻法。金属电阻应变片有丝式、箔式、薄膜式。缺点：灵敏度低（2.0-3.6）应变片的自补偿――1.选择式自补偿应变片2.组合式自补偿应变片3.热敏电阻法半导体应变片的优点：灵敏系数高、可测微小应变、机械迟滞小、横向效应小、体积小半导体应变片的缺点：温度稳定性差、灵敏系数的非线性大，需采用温度补偿和非线性补偿。自感系数—磁通（磁链）与电流成正比，其比例常数称自感系数或电感。INL其值决定与线圈匝数、磁路几何尺寸、介质磁导率。自感传感器的工作原理—它由线圈和铁心、衔铁组成的。线圈套在铁心上，铁心与衔铁之间有空气隙，衔铁与传感器的运动部分相连，当运动部分产生位移时，空气隙厚度变化，从而使电感值发生变化。自感传感器的类型：1.改变气隙厚度的自感传感器2.改变气隙截面的自感传感器3.螺管式自动传感器提高互感器灵敏度的方法:差动变压器的灵敏度是指差动变压器在单位电压励磁下，铁心移动一单位距离时的输出电压。一般差动变压器的灵敏度大于50Mv/mm/V.提高线圈的Q值；选择较高的励磁频率；增大铁心直径，采用磁导率高、铁损小、涡流损失小的材料；减少涡流损耗；在不使一次线圈过热情况下，尽量提高励磁电压。残余电压---我们研究零点附近的特性，可发现在所谓零点，输出信号电压并不为零，而有一个很小的电压值，这个电压值称残余电压。产生残余电压的原因：1.由于两个二次线圈结构上的不对称，引起两个二次电压的幅值平衡点与相位平衡点两者不重合。2.由铁心材料B-H曲线的弯曲部分导致输出电压中含有高次谐波3.励磁电压波形中有高次谐波消除残余电压1.提高框架和线圈的对称性，特别是两组二次线圈的对称。2.采用适当的测量电路，一般可采用在放大电路前加相敏整流器的方法。3.采用适当的补偿电路，使零点残余电压为最小，接近0值。最有效的方法是在电路前加相敏整流器的方法。涡流—成块的金属置于变化的磁场中或在磁场中运动时，金属体内都要产生感应电动势产生电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。涡流传感器和参数的关系—涡流的大小与金属体的电阻率，磁导率、厚度、线圈与金属体的距离、线圈的励磁电流角频率有关。分为：高频反射、低频透射两类。电容传感器：是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测量的变化转化为电容量的变化。电容传感器的三种类型—改变遮盖板面积s，改变介质介电系数,改变极板之间的距离d。变介质介电常数原理：因为各种介质的介电常数不同，在两电极间加以空气以外的其他介质，当他们之间的介电常数发生变化时，电容量也随之改变。电容传感器的优缺点：1.需要的动作能量低2.可获得较大的相对变化量3.能在恶劣的环境下工作4.本身发热影响小5.动态响应快缺点：1.输出特性为非线性2.泄漏电容影响效率和引起误差。电容传感器应用：1.电缆芯偏心测量2.晶体管电容料位指示仪变隙式传感器原理—这种传感器的极板1是固定不变的，极板2可动，称动片，当动片2受被测量变化引起移动时，就改变了两极板的距离d从而使电容量发生变化。变面积式传感器原理—当动片有一个角度变化时，两极板的遮盖面积发生变化，因而改变了两极板间的电容量。电容传感器的一些特殊问题—1，用加云母片的方法提高灵敏度；2在变极间距离的电容传感器中，多用来测量微米级的位移。极板距离不超过1mm，最大位移应限制在间距的1/10范围内，变极板工作面积的可以测量厘米级的位移；3提高灵敏度的一些措施：提高电源频率；用双层屏蔽线；减小极板厚度削弱边缘效应。紧耦合电桥电路比非耦合桥路优越，前者灵敏度为恒值，即工作电源频率和电感值的波动对紧耦合电桥的灵敏度无影响。脉冲调宽电路的特点：1.对敏感元件的线性要求不高。2.无需高频发生器3.无需特殊电路4.调宽频率的变化对输出无影响5.由于低通滤波器的作用，对输出矩形波纯度要求不高。暗电阻—光敏电阻在不受光照射的阻值称暗电阻。光电流—亮电流与暗电流之差即为光电流。亮电阻---光敏电阻在受光照射时的阻值称亮电阻。光敏电阻的伏安特性曲线---在光敏电阻的两段所加的电压和电流的关系曲线，称为光敏电阻的伏安特性曲线，它是一条直线，所加电压越高，光电流也越大，而且没有饱和现象。光敏电阻的光照特性—光敏电阻的光电流I和光强F的关系曲线称为光敏电阻的光照特性。光电效应：由于物体吸收到光子能量为hv的光后产生的电效应。光电效应分类：1.在光线作用下，能使电子逸出物体表面地称为外光电效应。2.在光线作用下，能使物体电阻率改变的称谓内光电效应，又叫光电导效应。3.在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称谓阻挡层光电效应。光敏电阻的光照特性：光敏电阻的光电流I和光强F的关系曲线，称为光敏电阻的光照特性。由于光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，因此不适宜做线性敏感元件，故而常用作开关量的光电传感器。光电池的种类很多，有硒、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、锗、硅、砷化镓光电池。硅光电池的优点：性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传递效率高、能耐高温辐射等。光敏晶体管的伏安特性：光敏晶体管在不同照度下的伏安特性，就象一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。只要将入射光在发射极与基极之间的PN结附近所产生的光电看作基极电流。就可以将光敏晶体管看成一般的晶体管。光电传感器可应用于检测多种非电量。光电传感器按其输出量性质可分为两类：第一类，模拟量光电传感器检测系统。光电比色高温计中，测液体、气体的透明度、浑浊度的光电比色计、浑浊度计的传感器等。测量表面粗糙度、粗糙度等仪器的传感器。检测尺寸或振动等仪器中。第二类，开关量光电传感器检测系统，如电子计算机的光电输入机以及转速表的光电传感器、光栅等。光电转换电路有：光电耦合器，光电式转速传感器。光电转换理论基础原理：把两种不同的导体或半导体连接成闭合电路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为T及T的热源中，则在该电路内就会产生热电动势，这种现象称作热电效应。热电动势由两部分组成：接触电动势和温差电动势。温差电动势是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电动势。由于高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温跑道高温端的要来的多，结果高温端失去电子而带来正电荷，低温端因得到电子而带负电荷，从而形成一个静电场。接触电动势产生的原因是，当两种不同的A和B接触时，由于两者电子密度不同，电子在两个方向上扩散的速率就不同，接触面上便形成一个从A到B的静电场。有关热电偶回路的几点结论1.若组成热电偶回路的两种导体相同则无论两接点温度如何，热电偶回路内的总热电动势为零。2.如热电偶两接点温度相同，则尽管导体的材料不同，热电偶回路内的总电动势亦为零。3.热电偶的热电势与材料的中间温度无关，而至于接点温度有关。4.热电偶在接点温度为T1、T2时的热电动势，等于热电偶在接点温度为T1、T2和T2、T3时的热电动势总和。5.在热电偶回路中接入第三种的导线，只要第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热点偶的热电动势，这一性质称为中间导体定律。6.当温度为T1、T2时，用导体A、B组成的热电偶的电动势等于AC热电偶和CB热电偶的电动势的代数和，导体C称为标准电极，故把这一性质称为标准电极定律。常用的热电偶：1.铂铑-铂热电偶（WRLB）2.镍铬-镍硅热电偶（WREU）3.镍铬-考铜热电偶（WREA）4.铂铑-铂铑热电偶（WRLL）。热电偶冷端的温度补偿：1.补偿导线2.冷端温度校正法3.冰浴法4.补偿电桥法。磁电传感器原理：是以导体和磁场发生相对运动而产生电动式为基础的，根据电磁感应定律，具有n匝的线圈，其内的感应电动式的大小取决于贯穿该线圈的磁通的变化速率。磁电检测法包含剩余磁场法、直流矫顽力、磁导率法等。剩余磁场法的意义：当材料、尺寸、形状一定的机械零件在磁化之后具有的剩余磁场与硬度、渗层深度、淬硬层深度间存在单调对应关系时，便可以应用这种方法进行检查。测量剩余磁场的方法有冲击法、测磁法。压电传感器的压电效应：对某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在他的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电