《检测与转换》复习资料 - 图文

第一章 测试的基础知识

1测量，计量，测试的区别

测量是以确定被测对象的量值为目的的全部操作。如果测量的目的是实现测量单位统一和量值准确传递，则这种测量被称为计量。测试则是具有试验性质的测量或者可以理解为测量与试验的综合。 2测试方法的分类

a按是否直接测定被测量的原则可分为直接测量法和间接测量法。 b按测量时是否与被测对象接触原则可分为接触式测量和非接触式测量。 c按被测量是否随时间变化分为静态测量和动态测量。 3测试系统的组成

测试系统包括信号的检测与转换，信号调理，信号分析与处理，信号的显示和记录等。 4真值：即真实值，是指被测量在一定条件下客观存在的，实际具备的量值。

5测量误差：测量结果与被测量真值之差称为测量误差。即测量误差=测量结果—真值。 6常用测量误差的表示方法：绝对误差和相对误差。在实践中通常用相对误差来评定精度。相对误差越小，精度也高。

a绝对误差: 测量值X与真值A0之差，即 △=X-A0

b相对误差：绝对值误差△与真值A0之比的百分数，即δ0=△∕A0×100％ 7测量误差的分类：系统误差，随机误差，粗大误差。

a系统误差：在相同条件下，对同一被测量进行多次测量，保持定值或按一定规律变化的误差。其中保持定值的误差也被称为已定系统误差。

b随机误差：在相同条件下，对同一被测量进行多次测量，误差的绝对值和符号以不可预知的方式变化。

c粗大误差：明显超出规定条件下的预期值的误差。

8测量不确定度：表示由于测量误差的影响而对测量结果的不可信程度或不能肯定的程度。

分类：a标准不确定度μ：是指用概率分布的标准偏差表示的不确定度。（又可分为A类μa和B类μb不确定度。）

b合成标准不确定度μc：由各个标准不确定度分量合成的标准不确定度。 c扩展不确定度U：由合成标准不确定度的倍数表示的测量不确定度。U=kμc 9测量数据的表述方法：表格法 图示法 经验公式法。 第二章 信号分析基础

1信号分类：确定性信号和随机信号，连续信号和离散信号，能量信号与功率信号等。 2确定性信号：可用明确数学关系式描述的信号。可分为以下两个。 a周期信号：是指按一定时间间隔T重复变化的信号。满足x(t) = x(t+nT) b非周期信号：是指不具有周期重复性的信号。包括准周期信号和瞬态信号。 准周期信号：是由有限个简谐周期信号合成的但其中简谐分量之间无法找到公共周期，因而不能按基本周期重复出现。

瞬态信号：是指或者在一定时间区域内存在，或者随时间增加而衰减至零的信号。特点是过程突然发生，时间极短，能量很大。例如指数衰减，单个脉冲信号。

3随机信号：不是一个确定的时间函数，不能用精确的数学关系式描述，也无法确切的预测未来任何瞬间的数值。可分为平稳随机和非平稳随机信号。

a平稳随机信号：是指其统计特征参数不随时间而变化的随机信号，否则为不平稳信号。 4连续信号和离散信号。

a连续信号：在一定时间间隔内，对任意时间值，除若干个不连续点外，都可以给出确定的函数值即时间变量t时连续的。

b离散信号：在一定的时间间隔内，只在时间轴的某些离散点给出的函数值。

5能量信号与功率信号。

6信号分析：就是采用各种物理的或数学的方法提取有用的信息的过程，而信号的描述方法提供对信号进行各种不同变量域的数学描述，表征了信号的数据特征，它是信号分析的基础。

7信号的描述方法：时间域，频率域，幅值域，时延域。 傅里叶级数的三角函数展开式

一般周期信号按傅里叶级数的复指数函数形式展开后，其实频谱总是偶对称的，其虚频谱总是奇对称的。

周期信号频谱的特点：离散性，谐波性，收敛性。

周期信号的强度可以用峰值，绝对均值，有效值和平均功率来表述。

非周期信号频谱的特点：1.可分解成许多频率不同的正弦，余弦分量之和，但他包含了从零到无穷大的所有频率得分量。2.非周期信号的频谱是连续的。3.非周期信号的自由频谱由频谱密度函数来描述，表示单位频宽上的幅值和相位。4.非周期信号频域描述的数学基础是傅里叶变换。

傅里叶变换的基本性质：线性叠加性，对称性，时移特性，频移特性，时间尺度特性，积分微分特性，卷积特性，能量积分。

第三章 测试系统的特性

1．测试系统:由众多环节组成的复杂的测试系统，又指系统中的个组成环节\\测量装置，标定装置和激励装置的总称。

2.对测试环节的基本要求：使测试系统的输出信号能够真实的反应被测物理量的变化过程，不是信号发生畸变，即实现不失真测试。即具有线性不变特性的测试系统为最佳测试系统。

3.输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系

4．线性系统及其主要特性：系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数线性微分

方程来描述：

（1）叠加特性：叠加特性是指同时加在测试系统的几个输出量之和所引起的输出，等于几个输出量分别作用时所产生的输出量叠加的结果。若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)

（2）比例特性：常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即若x(t) →y(t) 则kx(t) → ky(t)

（3）微分性：系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即若x(t)→y(t) 则x'(t)→y'(t)

（4）积分性:当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分， 即若x(t) → y(t) 则∫x(t)dt →∫y(t)dt

（5）频率保持性:若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即若x(t)=Acos(ωt+φx) 则y(t)=Bcos(ωt+φy) 5.静态特性指标

a．灵敏度: 当测试装置的输入x有一增量△x，引起输出y发生相应的变化△y时，则定义:S=△y/△x

是指测试系统的静态曲线为一条直线，直线的斜率为灵敏度。（灵敏度反应了测试系统对输入量变化的反应能力，灵敏度的高低可以的根据系统的测试范围，抗干扰能力等来决定。灵敏度越高就越容易引入外界干扰和噪声，从而使稳定性变差，测量范围变窄。） b.线性度：指实际特性曲线于拟合直线之间的的最大偏差与满量程输出之比。δL=|△Lmax|∕A×100％

(理想测试系统静态特性曲线是一条直线，但实际上大多数测试系统的静态特性是非线性的。)

3．回程误差：测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为δh=(hmax/A)×100%

( 描述测试系统的输出和输入变化方向有关的特性。)

4．重复性:在测试条件不变的情况下测试系统按同一方向作全程的多次重复测量时，静态特性曲线不一致。

5.精度;用来表征测试系统的测量结果与被测量真值的符合程度，反应了测试系统误差和随机误差的影响。

a.用测量误差来表征 b.用不确定度来表征 c.简化表示

6.稳定性和漂移稳定性:是指在一定的工作条件下，保持输出信号不变时，输出的信号随时间或温度等的变化而出现缓慢的变化的过程，也称为漂移。通常用输出量的变化表示。包含稳定度和环境影响两个方面。

7分辨力（率）（resolution）：是指系统可能检测到的输入信号的最小变化量，分辨力除以满程量为分辨率。分辨力只测试装置能显示或记录的最小输入增量，一般为最小分度值的一半。

8.可靠性：指反应测试系统在规定的条件和规定的时间内保持其运行指标不超限的一种综合性的质量指标。

7．静态特性的的标定：对于一个测试系统，在出厂前必须进行标定，或者使用一段时间后定期进行检验，即在规定的标准工作下用实验方法测定使测试系统的过程称为静态标定。

8.测试系统的动态特性：实质是建立输入信号输出信号，和测试系统结构参数三者之间的关系。

9．动态特性的数学描述: a．微分方程:最基本的数学模型 b.传递函数 c.频率响应函数

10.实现系统测试不失真的条件:系统的幅频特性为常数，具有无限宽的同频带。 第四章 传感器技术概论

1.传感器的定义：能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件，转换元件和信号调理电路组成(根据国标GB765-87定义)。 2.定义内涵：a.从输入端看，传感器对规定的物理量具有最大的灵敏度和最好的选择性。 b.从输出端看，输出的信号为可用信号（可用信号：便于处理和传输的信号）

c.从输入输出的关系看，具有确定规律的静态特性和动态特性。 3.传感器的基本功能是：检测信号和信号转换。 4.传感器的分类：1)按被测物理量分类

a.机械量：位移、力、速度、加速度? b.热工量：温度、流量、热量、比热、压力(差) ? c.物性参量：浓度、比重、真空度、酸碱度?d.状态参量：裂纹、缺陷、泄漏、磨损 2)按信号变换特征分类

a.结构型：主要通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。 b.物理型：利用敏感元件材料本身物理属性的变化来实现信号变换。 3）按能量关系分类

a.能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作。例如:热电偶温度计,压电式加速度计.

b.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化。例如:电阻应变片.

4)按工作原理分类

常用技术性能指标：1、输入量的性能指标：量程或测量范围，过载能力。2、静态特性指标：线性度，迟滞，重复度，精度，灵敏度，分辨率，稳定性，漂移。3、动态特性指标：固有频率，阻尼比，频率特性，时间常数，上升时间，响应时间，超调量，稳态误差。4、可靠性指标：工作寿命，平均无故障时间，故障率，疲劳性能，绝缘，耐压，耐温等5、对环境的要求指标：工作温度范围，温度漂移，灵敏度漂移系数，抗潮湿，抗介质腐蚀，抗电磁场干扰能力，抗冲振要求。

传感器的性能要求：1.高灵敏度、线性、抗干扰的稳定性、容易调节。 2.高精度、高可靠性、无迟滞性、工作寿命长。 3.高响应速率、可重复性、抗老化、抗环境影响的能力。 4.选择性、安全性、互换性、低成本。 。宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度、宽工作温度范围

改善传感器性能的技术途径：1.差动技术——提高灵敏度、改善非线性误差、减小外界干扰(温度、电源、噪声等）影响。 2.平均技术若干个传感单元同时感受被测量，输出为平均值，有效减小误差，提高灵敏度。 3.补偿与修正技术——软件或硬件等。 4.屏蔽、隔离与干扰抑制。 5.稳定性处理——传感器是长期测量或反复使用 第五章 电阻应变式传感器

1、电阻应变式传感器由弹性敏感元件和电阻应变片组成。将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。按工作的原理可分为:电阻应变式和变阻器式。核心元件：电阻应变片

2、电阻应变式传感器特点：①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻；④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于 动态测量；⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。

3、电阻应变片（应变片）构成：敏感栅、、基底、覆盖层、引线、粘合剂

电阻应变片的工作原理是基于导体和半导体材料的“电阻应变效应”和“压阻效应”。 4、电阻应变效应：电阻材料的电阻值随机械变形而变化的物理现象；

5、压阻效应：电阻材料受到载荷作用而产生应力时，其电阻率发生变化的物理现象。 6、电阻应变片的横向效应：栅状结构敏感栅的电阻变化一定小于纯直线敏感栅的电阻变化的现象。

7、种类：丝式应变片（丝绕式和短接式，后者横向效应小） 箔式应变片（利用照相制版或光刻技术，横向效应小）

半导体应变片（体型和扩散型，后者频率响应高，机械滞后和蠕变小，精度高）、 薄膜应变片（采用真空蒸发或真空沉淀） 8、材料：敏感栅材料、基底材料（纸基和胶基）粘合剂 9、电阻应变片的性能参数

a.电阻值：在室温环境、未经安装且不受力的情况下，测定的电阻值，标准化，120Ω常用

b.灵敏系数S： 表示应变计变换性能的重要参数。

c.几何尺寸：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用b×L表示。

d.疲劳寿命：在恒定幅值的交变应力作用下，连续工作，直至产生疲劳损坏时的循环次数。

e.其它表示应变计性能的参数（绝缘电阻、应变极限、滞后、蠕变、零漂、允许电流） 9、根据电桥参数与变化的桥臂数目分为;

通式：

若R1=R2=R3=R4=R（等臂电桥）

10、电桥的和差特性（全桥接法：4桥臂均为工作应变片）

相邻桥臂：应变极性相同时，电桥输出电压与两应变差有关；应变极性相反时，电桥输出电压与两应变和有关。相对桥臂：输出电压与应变的关系和相邻桥臂正好相反。 电桥的和差特性的实际应用（意义）：①提高灵敏度——半桥双臂或全桥联接； 相对桥臂：同极性；相邻桥臂：反极性； ②实现温度补偿——全桥自动补偿；半桥双臂：邻臂(同一温度场) ③消除非测量载荷的干扰影响 11、温度误差——附加应变（下列1、2为主要原因） 1)电阻温度效应:△Rα=Rα△t

2)敏感栅与被测试件材料线膨胀系数不同而产生的电阻变化:△Rβ=RS(β1﹣β2)△t 3)其他：基底材料、粘合剂等受温度影响 12、温度补偿方法

1）自补偿法: a. 选择自补偿法——敏感栅材料与试件材料；b. 组合式自补偿法 2)桥路补偿法——电桥的和差特性(最常用方法) 3)热敏电阻补偿法——热敏电阻适当分压 13、应变片的布置和接桥方式

1）应变片应布置在弹性元件产生应变最大的位置，并沿主应力方向贴片；贴片处的应变尽量与外载荷呈线性关系（避开非线性区），同时应注意使该处不受非待测载荷的干扰影响。

2）根据电桥的和差特性，选择适当的接桥方式，可以使输出的灵敏度最大，同时又能排除非待测载荷的影响并进行温度补偿。 14、电阻应变式传感器的应用

1)将应变片粘贴于被测试件上，直接用来测定试件的应力或应变：

a)齿轮轮齿弯矩 b)飞机机身应力 c)立柱应力 d)桥梁应力

2)将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器，常用来测量力、位移、压力、加速度等.

a.柱式测力传感器； b.筒式压力传感器； c.位移传感器； d.加速度传感器 冲床监测与计数、机器人握力测量、扭矩传感器、电子称 第六章 电感式传感器

1、电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量转换成线圈自感量或互感量变化的一种装置。电感式传感器按工作原理可分为自感式、互感式和电涡流式三种。电感式传感器的缺点时存在交流零位信号及不适用于高频动态测量等。主要用于测量位移。

2、组成：线圈、铁心、衔铁 常用的电感式传感器有变气隙式、变面积式、螺管式

W线圈匝数、A气隙导磁截面积、u导磁率 3、差动式自感传感器;将传感器两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度可提高一倍，并改善了非线性特性，补偿干扰影响。

交流电桥平衡条件 4、测量电路 工作前调零

5、交流电桥的调制与其解调

调制：就是用被测信号（称为调制信号）去控制载波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。

解调：在将被测信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号。

目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题，提高被测信号抗干扰能力。 6、常用的调制方法

载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）,即调幅AM、调频FM和调相PM； 载波信号（高频正弦信号f0）为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。 调幅过程相当于“频谱”搬移过程(f→f0)，实质乘法器。

7、互感式电感传感器：互感式传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。实际中多采用螺管线圈型差动变压器。 工作原理：传感器由初级线圈和两个参数完全相同的次级线圈组成，线圈中心插入圆柱形铁芯p，次级线圈反极性串联。

8、电涡流式传感器：当金属导体置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，金属导体内部会产生感应电流，由于这种电流在金属导体内电是自身闭合的，因此称之为涡电流

或涡流。可分为高频反射式（集肤效应）和低频透射式（互感原理）两类

9、传感器线圈的等效阻抗Z变化：Z = Z(d ,r,m,w)若改变距离x，可将位移变化转换为线圈自感变化，通过测量电路变为电压输出；若ρ(μ)改变，可进行探伤或材质鉴别等。 10、高频反射式涡流传感器多用于位移及与位移相关的厚度、振动等测量。低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚度。

11、基本特性：涡流形成范围:径向为线圈外径的1.8～2.5倍，且分布不均匀；外径处电涡流密度最大

涡流贯穿深度有限，深度一般可用经 验公式求得 h涡流贯穿深度 一般要求，被测金属的最小尺寸大于传感器线圈直径的2倍；被测物为圆柱体时，其直径要求大于线圈直径的3.5倍。

12、测量电路应（测量电路：–调幅电路–调频电路）

调幅电路传感器由振荡器提供高频电源，当传感器谐振频率与电源频率相同时，输出电压u最大。调频电路以LC振荡回路的谐振频率作为输出量。

13、电涡流式传感器的特点: a.非接触测量，抗干扰能力强； b.灵敏度高；

c .分辨力高，位移检测范围：±1mm～±10mm，最高分辨率可达0.1%； d.结构简单，使用方便，不受油液等介质影响 14、电涡流传感器的应用

电磁炉、探雷器、接近开关、无损探伤 电涡流式传感器应用实例

测量轴振摆、测量轴回转、测量转速、测量厚度、物件计数、表面探伤。 第7章 电容式传感器 1、工作原理与特性

a.变换原理：将被测量的变化转化为电容量的变化。 两平行板的电容：C= b.分类：

（1）极距变化型： S=dC/dδ=—εA/δ2

工作特性：灵敏度S与极距的平方成反比，极距越小，灵敏度越高，但极距减小受电容极板间击穿电压的限制。电容量C与极距呈非线性关系。

优点：灵敏度高，可进行非接触式测量，对被测量影响小，适用于微小位移的测量； 缺

A：两极板所覆盖的面积；δ：两极板间的距离；ε：极板间介质的介电常数；εr：极板间介质的相对介电常数；ε0：真空介电常数，=8.85×10 -12F/m 点：测量范围受限制，传感器的寄生电容也对精度有影响。 （2）面积变化型（线位移型和角位移型） C=εb（a-x）/δ=C0-εbx/δ S=dC/dx=—εb/δ

特点:输入与输出呈线性关系，但灵敏度较低，适用于测量较大的直线位移和角位移。 （3）介电常数变化型：一般不常用 2、电容式传感器的应用

特点：a.动态范围大，响应快； b.灵敏度高；c. 输出阻抗高、功率小；d. 抗干扰能力 第8章 压电式传感器

1、压电效应：压电传感器是一种可逆型传感器，既可以将机械能转变为电能，又能将电能转变为机械能，其工作原理是利用某些物质的压电效应。

a.正向压电效应：某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。

b.逆压电效应：与压电效应相反，如果将压电效应的物质置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种由于外电场作用导致物体机械变形现象称为逆压电效应。

2、石英晶体的压电效应：石英晶体是由中间一个六棱柱两端六棱锥组成的，纵向Z（光轴）受力时不产生压电效应，与Z垂直的X（电轴）和Y（机械轴）受力时分别叫做纵向压电效应和横向压电效应。

3、压电材料的选择：选择是要考虑的因素有： a. 转换性能：应具有较大的压电系数

b. 机械性能：压电元件作为受力元件，要求机械强度高，机械刚度大，以获得宽的线性范围和高的固有频率。

c. 电性能：应具有高的电阻率和大的介电常数，以减小电荷泄露并获得好的低频特性。 d. 温度和湿度的稳定性要好，得到宽的工作温度范围。 e. 时间稳定性：电压特性不随时间而蜕变。

4、常见的压电材料分为三类：单晶压电晶体（石英、酒石酸钾钠等）；多晶压电陶瓷（钛酸钡、锆钛酸铅等）；高分子材料（聚偏二氟乙烯）

5、等效电路：压电晶体在外力作用下两个表面产生数量相等、极性相反的电荷，相当于一个以压电材料为介质的电容器，其电容量为C为C=

（εr：压电材料的相对介电常数；ε0：真空介电常数，ε0=8.85×10 -12F/m S：压电晶片电极面的面积； δ：压电晶片的厚度）

开路电压Ua、电荷量q与电容Ca之间的关系为：Ua=q/Ca a.等效电路图为

b.实际的等效电路图为：

6、实际的压电式传感器中，往往将两个或两个以上组合使用。由于压电晶片是有极性的，因此连接方式有两种：并联和串联

a.并联时：U0、C0、q0与单个晶片时各值的关系为U0=U, C0=2C, q0=2q b.串联时：U0、C0、q0与单个晶片时各值的关系为U0=2U, C0=C/2, q0=q

7、测量电路：传感器输出信号很小，本身内阻很大，输出阻抗很高，所以通常先把传感器输出的信号先送到一个高输入阻抗放大器，称为前置放大器。

8、作用：a. 把从传感器输入的高阻抗变为低阻抗输出； b. 把传感器输出的微弱信号放大；分为电压放大器和电荷放大器。 测量电路为

9、压电式传感器的特点：

a. 能量转换型（发电型）传感器； b.体积小，重量轻，刚性好，可以提高其固有频率，体积小的得到较宽的工作频率范围； c. 灵敏度高，稳定性好，可靠；d. 有比较理想的线性，且通常没有滞后现象； e.低频特性较差，主要用于动态测量； f. 应用中要求采取严格的绝缘措施，并采用低电容、低噪声电缆。

10、压电式传感器的应用: a. 加速度传感器； b. 测力传感器； c. 压力传感器

第九章 磁敏式传感器

霍尔传感器

1、霍尔效应与霍尔元件

a. 霍尔效应（hall—effect）：当电流垂直于外磁场方向通过导体或半导体薄片时,在垂直于电流和磁场方向的两侧产生电势差的现象叫做霍尔效应。

b. 霍尔效应的产生是由于运动的载流子（电子）受磁场洛仑磁力作用的结果。 其中：KH=RH/d——霍尔元件的灵敏度，一般要求霍尔元件的灵敏度越大越好。 2、霍尔元件的材料及只要特性参数

根据霍尔效应，霍尔元件的材料应该具有高的电阻率和载流子迁移率。只有半导体最适合制造霍尔元件。

a. 额定激励电流：使霍尔元件温度升10℃所施加的激励电流称为额定激励电流。 b. 灵敏度：霍尔元件在单位磁感应强度和单位激励电流作用下的空载霍尔电势值称为霍尔元件的灵敏度。

c. 输入电阻Ri：是指霍尔元件激励电极之间的电阻，规定要在无外磁场和室温的环境温度中测量。

d. 输出电阻R0是指霍尔电极间的电阻，同样要在无外磁场和室温下测量。

e. 不等位电势：当磁感应强度B为零、激励电流为额定值IH时，霍尔电极间的空载电势称为不等位电势（或零位电势）U0。

3、产生不等位电势的原因：（1）霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一电位面上）；（2）半导体材料的不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；（3）激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。

4、霍尔电势温度系数α：在一定的磁感应强度和激励电流下，温度每改变1℃时，霍尔电势值变化的百分率，称为霍尔电势温度系数α。

5、霍尔元件在无外磁场作用：在工作温度范围内，温度每变化1℃，输入电阻Ri和输出电阻R0变化的百分率称为内阻温度系数β。一般取平均值。 6、霍尔器件的基本电路：

7、测量误差及补偿

常用补偿电路：①恒流源激励并联分流电阻补偿电路；②恒压源激励输入回路串联电阻补偿电路；③电桥补偿电路；④采用正、负不同温度系数的电阻或合理选取负载电阻的阻值补偿电路等。

8、霍尔传感器应用特点：结构简单、体积小、灵敏度高、频率响应范围宽，无触点，使用寿命长等。

第十章 光电式传感器

1、光电式传感器：是将光信号转换成电量的一种变换器，光电式传感器工作的理论基础是光电效应。

2、光电效应：是指由于物体吸收了能量为E的光子后产生的电效应。

3、外光电效应：在光线作用下，使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，或光电发射效应。基于外光电效应的光电元件有：光电管，光电倍增管。 爱因斯坦光电效应方程式：Ek=0.5mv2=hν-A 式中：h——普朗克常数 A——表面逸出功

ν——光的频率 m——电子质量 v——电子逸出初速度

上式结论：（1）光电子逸出物体表面时，具有初始动能，它与光的频率有关，频率越高则动能越大。

（2）在入射光的频谱成分不变时，发射的光电子数正比于光强。

4、内光电效应：在光的照射下材料的电阻率发生改变的现象称为内光电效应。或光电导效应。基于这种效应的光电元件有光敏电阻。

5、光生伏特效应：光照射半导体PN结后，能使PN结产生电动势，或使PN结的光电流增加的现象称为光生伏特效应，或PN结的光电效应。基于这种效应的光电元件有光电池，光敏二极管，光敏三极管。

6、光电管的光照特性是指光电管两端所加电压不变时，光通量φ与光电流I间的关系。 光电管的光谱特性主要取决于光电阴极的材料。特性曲线占据的波长范围称为光谱响应范围。

6

当极间电压高于50V时，光电流开始饱和。

7

7、光电管的伏安特性是指在一定的光通量照射下，光电流与光电管两端的电压关系。8、暗电流：光电管在全暗条件下，极间加上工作电压，光电流并不等于零，该电流称为暗电流。

9、温度特性光电管输出信号及特性与温度的关系称为温度特性。

10、频率特性在同样的极间电压和同样幅值的光强度下，当入射光强度以不同的正弦交变频率调制时，光电管输出的光电流I（或灵敏度）与频率f的关系，称为频率特性。 光电管有良好的短期稳定性；入射光越强或波长越短，衰老速度越快。放到黑暗处可恢复。

11、光电倍增管的伏安特性：光电倍增管的阳极电流I与最后一级倍增极和阳极的电压U的关系称为光电倍增管的伏安特性。 10.3 光敏电阻

1、光敏电阻又称为光导管，为纯电阻元件，其工作原理是基于内光电效应。

2、光敏电阻在不受光照射时测得的电阻称为暗电阻，此时流过电阻的电流称为暗电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，则性能越好。 3、光敏电阻的伏安特性：在一定的光照下，光电流与光敏电阻两端所加电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

4、光照特性：光敏电阻的光电流I与光通量φ之间的关系称为光照特性。 5、光敏电阻的光谱特性表示照射光的波长与光电流的关系。 10.4 光电池

1、光电池是基于光生伏特效应制成的，是一种可直接将光能转换为电能的光电元件。 2、 光照特性是指光电池的开路电压UOC和短路电流ISC与照度之间的关系。（短路电流与光照度呈线性关系；开路电压与照度之间呈非线性关系。） 光电池的光谱特性取决于所用材料。

4、光电池的频率特性就是指调制光的频率与光电流的关系。频率特性与光电池的材料、结构、尺寸和使用条件有关。

5、光电池的温度特性是指光电池的开路电压UOC和短路电流ISC随温度变化的关系。 6、光电池的应用:用于宇航电源、检测和自动控制等。种类：硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等。

10.5 光电二极管和光电三极管

1、使用时光电二极管一般处于反向工作状态。光的照度越大，光电流越大。 2、光电三极管的工作原理与反向偏置二极管类似。

3、光照特性：外加偏置电压一定时，光电流I与光照度的关系称为光照特性。 4、光谱特性：在光照度一定时，光电流与入射光频率之间的关系称为光谱特性。 5、伏安特性;光电二极管和光电三极管的光电流与外加偏压的关系称为伏安特性。 6、频率特性是指光电流与光照调制频率的关系。 7、光照度越强，温度影响越小。 问：为什么光电耦合器有抗干扰特性？

因为光电耦合器是以光为媒介进行耦合来传递电信号的，因此它可以实现电隔离，在电气上实现绝缘耦合，因而提高了系统的抗干扰能力，避免了直接耦合造成前后级之间相互影响。

第十一章 热电式传感器

1、热电式传感器：是一种将温度变化转换为电量的装置。分为接触式和非接触式。接触式测温应用广泛，但对被测温度场有干扰。非接触式传感器不与被测对象相接触，是基于热辐射进行热交换，可实现远距离测量，热惯性小，响应速度快，测量范围大。 2、热电阻：是导体或半导体的电阻随温度变化的特性测量温度的。

3、金属热电阻特点：电阻温度系数大而且稳定；电阻率高；电阻与温度应尽可能为线性关系；在整个测温范围内具有稳定的物理和化学性质；容易复制和价格便宜。铂热电阻在氧化介质中，甚至在高温下，他的物理和化学性质稳定，测量精度高、电阻率高。铜热电阻电阻系数高，电阻温度特性曲线线性的，容易提纯，工艺性好，价格便宜，但是电阻率小，电阻体积大，热惯性大，容易氧化，只能用于低温及无侵蚀的介质中。金属热点住测温范围-200~500度，精度高，性能稳定，热惯性大，响应速度慢。流过金属电阻丝的电流不能太大，自身会产生较大热量，影响测量精度。

4、热敏电阻：是由金属氧化物经高温烧结而成的半导体。临界温度系数CTR、负温度系数NTC和正温度系数PTC型热敏电阻。

5、热敏电阻相对于金属电阻优点：热敏电阻温度系数大，灵敏度高；体积小，因而热惯性小，响应速度快；热敏电阻的阻值大看，远距离测量时不必考虑导线电阻的影响，稳定性好。缺点：非线性严重，实际应用时必须对其进行线性化处理。使用热敏电阻时不能加大电流，会带来测量误差。

6、热电偶：是使用最为普遍的接触式测量装置，测量范围大，性能稳定，型号可远距离传输，结构简单，使用方便。

7、 热电效应：是指两个金属导体A和B组成一个闭合回路，若两个结合点的温度不同，则在回路中就有电流产生，相应的电视叫热电势。 测量时置于被测温度场T的接点叫热端，另一端叫冷端。

8、热电势：是两个接点的接触电势和温差电势的代数和。产生热电势的条件：热电偶必须有两种不同材料构成；两个接点必须有温度差。 热电势的大小仅与热电极材料的

性质、两个接点的温度有关，与热电偶的尺寸及形状无关。

9、热电偶三大基本定律：（1）中间导体定律：在热电偶回路中接入第三导体，只要导体两端温度相等，总的热电势没有影响；

（2）中间温度定律：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0) （3）标准电极定律：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)—EBC(T,T0)

10、热电偶的冷端温度补偿三大方法：（1）冷端恒温法：就是把热电偶冷端置于某种温度不变的装置中；（2）补偿导线法：为了使冷端远离热源，避免热源的影响，采用补偿导线来加长热电偶使冷端处于很低或低温的地方（特点：1不同的补偿导线只能与相应的型号的热电偶配用2正负极不能接错3热电偶与补偿导线接点温度必须相等）；（3）补偿电桥法：在热电偶测量回路中串接一不平衡直流电桥，利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度波动产生的热电势的变化（特点：1不同型号的补偿器只能与相应的热电偶配用，只能补偿到固定温度20度2只能在规定的温度范围内使用3正负极不能接反）。热电偶校准的目的是核对热电势与温度关系是否符合标准，标定的目的是确定热电偶的热电势与温度之间的关系（定点法和比较法）。 名词术语

第一章 测量：measurement

测试：measurement and test

真值：true value 理论真值 theoretical true value 相对真值 relative true value 约定真值 conventional true value 相对误差：relative error

系统误差 systematic

绝对误差：absolute error

随机误差 random error

引用误差：fiducial error 测量误差：measurement error

error

粗大误差 gross error

测量不确定度uncertainty of measurement

测量精确度：accuracy of relative error 标准不确定度 standard uncertainty 合成标准不确定度 combined standard uncertainty 扩展不确定度 expanded uncertainty 校准曲线 calibration curve 线性回归linear regression

最小二乘法 least square method 置信概率 fiducia probability 第四章

传感器：sensor（transducer） 弹性元件 elastic element 传感元件：sensing element 变换电路 transfer circuit 第五章

电阻应变式传感器：resistive strain sensor 横向效应 transverse sensitivity 电阻应变效应：resistance strain effect 压阻系数：piezoresistive coefficient 电阻应变片：resistance strain gauge

直流电桥 direct current bridge

平衡电桥 equalization bridge 压阻效应：piezoresistive effect 弹性支撑 elastic bearing

弹性敏感元件 elastic sensitive element

刚度 stiffness

弹性模量 Young’s modulus

线膨胀系数 linear expansion coefficient 屈服极限 yield limit 泊松比 Poisson's ratio

机械品质因素（Q值） mechanical quality factor

波纹膜片 corrugated diaphragm 扭转轴 torsion shaft

谐振子 harmonic oscillator 平面膜片 planar diaphragm 膜盒 capsule 第六章

智能传感器 smart sensor ，intelligence sensor

交流电桥 alternating current bridge 载波 carrier wave

仿生传感器 bionic sensor 自感：self inductio 互感：mutual induction

电涡流：（electric）eddy current 调相PM phase modulation

调幅 AM amplitude modulation 同步解调 synchronous modulation 调频 FM frequency modulation 调制：modulation 解调：demodulation 调制解调：modem

电磁感应：electromagnetic induction

电感式传感器：inductive sensor

感应电势 induced electromotive force

相敏检波电路 phase sensitive circuit

差动整流电路 difference commutating circuit 振荡器 oscillator

零点残余电压 zero residual voltage 并联谐振电路 parallel resonance circuit 等效阻抗 equivalent impedance

鉴频器 frequency discriminator

第七章 极板 polar plate

介电常数 dielectric constant 寄生电容 parasitic capacitance 电容式传感器：capacitive sensor 限幅器 limiter

双稳态触发器 bistable flip-flop 脉冲宽度调制 pulse -width modulation 第八章

压电式传感器：piezoelectric sensor 压电元件 piezoelectric element 压电效应：piezoelectric effect 居里点 Curie point 前置放大器 preamplifier 第九章

磁敏式传感器：magneto-dependant sensor 磁敏效应 magnetoresistivity effec 霍尔传感器：Hall sensor 磁敏二极管magneto diode 磁敏电阻 magneto resistance 磁敏三极管magneto transistor 霍尔效应：Hall effect

电压放大器 voltage amplifier

电荷放大器 charge amplifier

压电加速度计 piezoelectric accelerometer

刚度 stiffness

弹性模量 Young’s modulus

线膨胀系数 linear expansion coefficient 屈服极限 yield limit 泊松比 Poisson's ratio

机械品质因素（Q值） mechanical quality factor

波纹膜片 corrugated diaphragm 扭转轴 torsion shaft

谐振子 harmonic oscillator 平面膜片 planar diaphragm 膜盒 capsule 第六章

智能传感器 smart sensor ，intelligence sensor

交流电桥 alternating current bridge 载波 carrier wave

仿生传感器 bionic sensor 自感：self inductio 互感：mutual induction

电涡流：（electric）eddy current 调相PM phase modulation

调幅 AM amplitude modulation 同步解调 synchronous modulation 调频 FM frequency modulation 调制：modulation 解调：demodulation 调制解调：modem

电磁感应：electromagnetic induction

电感式传感器：inductive sensor

感应电势 induced electromotive force

相敏检波电路 phase sensitive circuit

差动整流电路 difference commutating circuit 振荡器 oscillator

零点残余电压 zero residual voltage 并联谐振电路 parallel resonance circuit 等效阻抗 equivalent impedance

鉴频器 frequency discriminator

第七章 极板 polar plate

介电常数 dielectric constant 寄生电容 parasitic capacitance 电容式传感器：capacitive sensor 限幅器 limiter

双稳态触发器 bistable flip-flop 脉冲宽度调制 pulse -width modulation 第八章

压电式传感器：piezoelectric sensor 压电元件 piezoelectric element 压电效应：piezoelectric effect 居里点 Curie point 前置放大器 preamplifier 第九章

磁敏式传感器：magneto-dependant sensor 磁敏效应 magnetoresistivity effec 霍尔传感器：Hall sensor 磁敏二极管magneto diode 磁敏电阻 magneto resistance 磁敏三极管magneto transistor 霍尔效应：Hall effect

电压放大器 voltage amplifier

电荷放大器 charge amplifier

压电加速度计 piezoelectric accelerometer

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