传感器技术与应用复习

第1章传感器技术基础掌握：1.传感器的定义和组成2.传感器按工作原理分类3.传感器的静态数学模型4.传感器的静态特性5.传感器提高传感器性能的主要方法：线性化、差动、补偿和校正了解：1.自动测试系统的组成2.传感器的动态特性3.传感器的材料4.传感器的制造技术5.传感器的标定与校准第2章温度传感器掌握：1.热力学温标转换公式2.热电效应定义与热电偶测温原理3.热电阻的温度特性（函数）4.AD590应用电路了解：1.热电偶基本定律2.热电偶材料3.热电阻传感器结构4.温度传感器的应用第3章力传感器掌握：弹性敏感元件的特性：刚度、灵敏度、弹性滞后、弹性后效弹性敏感元件分类电阻应变片工作原理电阻应变片测量电路压电效应和逆压电效应变极距式和变面积式电容传感器原理自感式传感器原理了解：压电传感器类型和测量电路电容式传感器测量电路电感式传感器类型和测量电路常见力传感器应用举例第4章光电式传感器掌握外光电效应、内光电效应、光生伏打效应的概念光敏电阻、光敏二极管三极管、光电耦合器的原理和结构热释电效应的定义光电式数字转速表结构了解光电元件特性光纤传感器分类及各自特点第5章图像传感器掌握CCD电荷耦合器件原理数码相机（结构）了解CCD和CMOS图像传感器应用实例第6章霍耳传感器及其它磁传感器掌握霍尔效应霍尔元件主要参数了解磁阻效应磁敏二极管、三极管霍尔传感器应用领域第7章位移传感器掌握机械位移传感器定义接近传感器定义电容式、电感器、热释电接近传感器转速传感器类型了解电容式位移传感器差动变压器接近传感器压差式液位传感器原理电磁式流量传感器的工作原理第8章气体和湿度传感器掌握气体传感器类型湿度传感器分类气体报警器结构了解气体湿度传感器应用第9章新型传感器了解微波传感器定义、分类、特点超声波传感器的种类、应用第10章传感器接口电路掌握传感器信号的处理方法检测电路常用电路类型传感器和微型计算机的连接的模数转换和压频转换了解传感器接口电路实例1.4电桥电路在测量中的应用被测量是非常微弱的，必须用专门的电路，最常用的电路就是各种电桥电路。1.4.1直流测量电桥分析如图所示为最常用的电阻电桥，有四个电阻组成桥臂，一个对角接电源U另一个作为输出U0R1R2R3R4U0UABCD1.桥路形式如图所示，电桥各臂的电阻分别为R1、R2、R3、R4。U为电桥的直流电源电压。当四臂电阻等臂电桥：R1=R2=R3=R4=R，输出对称电桥：R1=R2=R，R3=R4=R’(R≠R’)电源对称电桥：R1=R4=R，R2=R3=R’(R≠R’)R1R2R3R4U0UABCD2.工作方式单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻：双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式：全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。3.输出方式电桥的输出方式有电流型和电压型两种，主要根据负载情况而定。（1）电流输出型当电桥的输出信号较大，输出端又接入电阻值较小的负载如检流计或光线示波器进行测量时，电桥将以电流形式输出，如图所示，负载电阻为Rg，由图可得R1R2R3R4RyUABCDURRRUCA212URRRUCB433URRRRRRRRUUUCACBAB))((43214231应用有源--端口网络定理，电流输出电桥可以简化成下图所示的电路。图中E`’相当于电桥输出端开路电压Uab，R’为网络的入端电阻。RgRE43432121'RRRRRRRRR流过负载Rg的电流为)()())((2143432143214231'3RRRRRRRRRRRRRRRRRURRUIggABg当Ig=0时，电桥平衡。故电桥平衡条件为R1R3=R2R4或3421RRRR当电桥负载电阻Rg等于电桥输出电阻时，即阻抗匹配时，有43432121'RRRRRRRRRRg这时电桥输出功率最大，电桥输出电流为)()(22143432142313RRRRRRRRRRRRUIg输出电压为))((2432142313RRRRRRRRURIUggg当桥臂R1为与被测量有关的可变电阻，且有电阻增量ΔR时，略去分母中的ΔR项则：对于输出对称电桥：)(14I'RRRRUg对于电源对称电桥：)(14'RRRRUIg对于等臂电桥：)(8RRUIg由以上结果可以看出，三种形式的电桥，当ΔRR时，其输出电流都与应变片的电阻变化率即应变成正比，它们之间呈线性关系。（2）电压输出型当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为URRRRRRRRUo))((432142313单臂工作状态，即R1为应变片。对于输出对称电桥：)(4)()(20RRURRRRRRUU对于电源对称电桥：对于等臂电桥：)()(20RRRRRRUU)(4)()(20RRURRRRRRUU由上面三种结果可以看出，当桥臂应变片的电阻发生变化时，电桥的输出电压也随着变化。当ΔRR时，电桥的输出电压与应变成线性关系。还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况下，等臂电桥的灵敏度要高。在实际使用中为了进一步提高灵敏度，常采用等臂电桥，四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式，如图所示，其输出为：RRURRUU440R+ΔRU0UR+ΔRR-ΔRR-ΔR由上式看出，由于充分利用了双差动作用，它的输出电压为单臂工作时的4倍，大大提高了测量的灵敏度。