检测技术期末复习整理

检测技术期末复习整理内容摘要：

习 12 电气 Zior 第 18 页  测量电路 测量电路的作用是将自感式传感器电感量的变化转换成电压或电流信号，以便进行放大，而后用仪表显示或记录。 1》交流电桥电路 2》相敏整流电路（重点叙述它的工作原理） ★ 因此，带相敏整流桥的电路不但可以反映位移的大小，还可以反映位移的方向。 3》紧耦合电桥电路 互感式传感器（差动变压器）  结构原理 =Z2=Z， Uo=0 ↑ Z2↓，若 U 上正下负，二极管 4 导通， 3截止。 R1 压降小于 R2（ Z1 R1，Z2 R2 相当于并联在 U两端， Z1 电阻大。 压降大，则 R1压降小。 ）。 若 U上负下正， 3 导通， 4 截至。 R2 压降小于 R1。 2种情况 Uo 均是下正上负。 （ U 上正下负时。 将 B 看成 0 电位， R2 压降大， C 点电位相对于 A 点电位高。 所以 Uo 下正上负， U 上负下正时，将 B 点看作‘满’电位，此时 R2 压降小，到 C电时，相对于 B 减少的电压小。 所以 C 点电位相对于 A点高，所以 Uo 还是下正上负 ） ↓ Z2↑的分析同 2 相反。 Uo 上正下负 A B C 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 19 页  特性分析 1） 灵敏度 ：单位电压激励下 ，铁心移动单位位移所产生的输出电压。 适当提高励磁电压，适当增加二次线圈匝数，选择较高励磁电源频率，适当选择铁芯材料和形状 2） 线性度：输出电压与衔铁位移是否线性关系以及在衔铁位移多大范围内保持线性关系。 采用大量程差动变压器的线圈排列可扩大差动变压器的线性范围。 3） 频率特性 频率增加引起与二次侧相联系的磁通量变化率增加，使输出电压增加。 另外增加频率使一次线圈电抗增加，这使输出电压减小。 只有在某个频率下输出才最大，励磁电源频率引起的灵敏度变化最小。 误差分析及补偿 1） 温度特性 差动变压器由于机械结构的膨胀及收缩、测 量电路温度特性等的影响，造成测量精度下降。 温度变化时，一次侧线圈励磁电流发生增减，造成二次侧输出电压随温度变化。 2） 电源电压和频率波动的影响 电源电压波动直接影响二次侧输出电压，还会引起变压器磁阻变化。 电源频率的变化会使线圈感抗变化，严格对称的交流电桥能够补偿频率波动的影响。 3） 零点残余电压及补偿 ，引起两个二次电压幅值平衡点与相位平衡点不重合。 BH 曲线弯曲部份导致输出电压含有高次谐波引起零点剩余电压输出 消除方法 —— 相敏整流电路把衔铁在中间位置时的高次谐波所产生的零点剩余电压消除很多 由于传感器的 两次绕组的电气参数 与几何 尺寸不对称，以 及磁性材料的非 线性（磁饱和、磁滞 ）影响，当衔铁位于中 心位置时，输出电压并不等于零，出现 零点残余电压 ；进而 导致两次绕组的感应电动势幅值不等、相位不同 . 在实际应 用中，应设法减小零点残余电压（一般小于几十毫伏） . 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 20 页  测量电路 差动变压器输出量是交流电压量，使输出存在零点剩余电压，且输出不能反映位移方向。 实际采用既能反映衔铁位移方向又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。 如差动相敏检波电路。  应用 由于差动变压器传感器是将被测的非电量转换成线圈互感量变化，并且其次级绕组采用差动形式连接，故它的测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠 . ————————————————————————————————————— —— 涡流式传感器  工作原理 （基于电磁感应理论） 一个通有 交流电流 i1 的传感器线圈，由于 电流的变化 ，在线圈周围就产生一个 交变的磁场 H1，当被测金属体置于 该磁场范围内时 ，在金属导体内便产生涡电流 i2，涡电流也将产生一个新的磁场 H2， H2 和 H1 的变化方向相反，因而抵消部分原磁场H1 的变化，从而导致线圈的 电感量、阻抗、和品质因素发 生变化。 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 21 页  涡流效应 金属导体置于 变化着的磁场中 ，在导体内就会产生 感应电流， 称为 电涡流 或 涡流。 这种现象称为涡流效应。  结构 特点：电涡流式传感器具有 频率响应范围宽 , 灵敏度高 ,测量范围大 ,结构简单 , 抗干扰能力强 , 不受油污等介质影响 ,特别其具有非接触测量等优点。  测量电路 联系教材 根据电涡流式传感器的工作原理，把传感器线圈等效电感 L 的变化通过测量电路转换成电压或者电流的变化。 推出定频调幅式谐振测量电路： .CR源极输出器 高频放大器 检波器 滤波器晶体振荡器L图 4 1 5 定频调幅电路框图 P68 调幅法 调频法 采用了最常用的结构形式 — 高频反射式 结构 .   022221 121111 ILjIRIMj UIMjILjIR  .222222221222222221LRMLLjLRMRRZZ=F（ρ， x， f，μ）当被测金属材料不变，励磁电源频率保持不变，阻抗 Z 变成 x 的单值函数，便可以制成涡流式位移传感器 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 22 页  涡流式传感器应用 测厚仪 如图 L1 为 发射线圈 ， L2为 接收线圈 ，分别绕在 绝缘 框架 上。 L1 和 L2 分别位于被测金属体的 上、下方。 由音频振荡器产生的音频电压加到 L1的两端后，线圈中就会流过一个 同频率的电流 ，并在其作用范围内产生一个交变磁场。 L2 中所产生的感应输出电压 E 将随被测金属件的厚度 的变化而发生变化。 思考题与练习题： 41 电感式传感器从工作原理上可分为哪几种类型，各自的工作原理是什么。 42 自感式电感传感器的测量电路有哪几种形式。 43 自感式电感传感器在测量时需要考虑哪些误差因素项。 44 自感式电感传感器零点残余误差产生的原因和消除方法。 45 差动变压 器的测量电路可采用哪几种方式进行。 46 影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么。 47 差动变压器和普通变压器的区别是什么。 49 涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响。 它的主要优点是什么。 优点： 410 高频反射式涡流传感器和低频透射式涡流传感器在测量电路和被测量有什么不同。 411 电感式传感器的应用场合有哪些，可应用于哪些物理量的测量。 温度、电源电压和频率波动、 零点残余电压 零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。 产生零点残余电压的原因大致有如下两点： ①由于两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称，因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同，从而形成了零点残余电压的基波分量。 ②由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性使得激励电源与磁通波形不一致，从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。 为减小电感式传感器的零点残余电压，可采取以下措施： ①在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀；要经过热处理以除去机械应力和改善磁性；两线圈绕制药均匀，力求几何尺寸与 电气特性保持一致。 ②在电路上进行补偿。 这是一种既简单又行之有效的方法。 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 23 页 第五章 压电式传感器  压电效应 当沿着一定方向对某些电介质 施力而使它变形， 其 内部产生极化现象 ，同时它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外 力去掉后又恢复不带电状态，这种 将机械能转换成电能的效应称为 正压电效应。 . 当在电介质极化方向施加电场时，电介质在一定方向上产生机械变形，内部出现机械应力，当去掉外加电场时，电介质的变形也随之消失。 这种将电能转换成机械能的现象称 逆压电效应（电致伸缩效应）。 压电陶瓷的压电效应： 经过极化处理后的压电陶瓷在外界电场去除后，内部存在很强的剩余极化强度。 当压电陶瓷受到外力作用时，电畴界限发生移动，剩余极化强度发生变化，出现压电效应。  压电模型 Z光轴 X电轴 Y机械轴 石英晶体压电常数和表面电荷计算（教材） 压电元件的连接方式：串联，并联  压电材料 1） 分类： 压电材料可分为 压电晶体 和 压电陶瓷 两大类，前者为单晶体，后者为多晶体。  石英晶体切片表面计算、厚度（课本）  性能要求 转换性能； 机械性能； 电性能； 时间稳定性； 环境适应性强 . 等效电路 (a)晶体呈中性； (b)晶体极性仅为 X 轴的正方向出现负电荷 — 纵向压电效应 (c)晶体极性仅为 X 轴的正方向出现正电荷 — 横向压电效应 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 24 页 压电式传感器的灵敏度有两种表示方式：一种为单位力的电压，称为电压灵敏度 Ku，一种为单位力的电荷，称为电荷灵敏度 Kq。 两者的广西为 Ku=Kq/Ca  测量电路 压电式传感器的前 置放大器有两个作用：一是放大压电式传感器输出的微弱信号。 二是把压电式传感器的高输出阻抗变为低输出阻抗。 电压放大器 电荷放大器 在时间常数一定的条件下，被测物理量的频率越高，压电式传感器的高频响应越好。 被测量变化缓慢，将造成传感器灵敏度下降。 传感器的灵敏度 uK 近似为 CiCeCa du K。 由该式可知。 电压放大器电缆长度不能长，增加电缆长度必然引起电缆电容 Ce 增大，进而导致传感器电压灵敏度的降低。 对于仪器出厂时的电缆不能随便更换，如果改变电缆长度。 必须重新校正灵敏度。 否则将引起测量误差。 优点：电压放大器电路简单、元器件少、价格低、工作可靠。 缺点：电缆不能太长。 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 25 页  应用 加速度传感器 当加速度传感器和被测物体一起受到冲击振动时，由牛顿第二定律知： F=ma 此时力作用与压电元件上，因而产生电荷： Q=d11F=d11ma 与加速度成正比 . 优点：fiea CACCCAqUo )1(   ，若 A足够大，使（ 1+A） CfCa+Cc+Ci，则 U0=q/Cf ，输出电压仅与输入电荷量和反馈电容有关。 保持反馈电容数不变 ，则输出电压与输入电荷量成正比。 当（ 1+A） Cf达到 10（ Ca+Cc+Ci），可认为传感器的灵敏度和电缆电容无关，故更换电缆或使用很长的电缆时，不需要对传感器的灵敏度进行重新校正。 Rf 提供直流反馈通路，以减小零漂，提高放大器的工作稳定性。 检测技术期末复习 12 电气 Zior 第 26 页 思考题与练习题： 51 压电传感器的工作原理是什么。 52 压电传感器测量电路采用电压放大器和电荷放大器的优、缺点是什么。 53 常见的压材料有哪些。 他们的特点是什么。 54 为什么压电式传感器不能用于静态物理量的测量。 55 影响压电传感器误差的主要因素有哪 些。 56 压电传感器常用于哪些物理量的测量。 第六章 光电传感器 优点 :反应快，可。