导图社区 德语APS复习-传感器与测试技术
大致整理了一部分机械工程专业中的传感器基本内容,不是很详细,有德语翻译的部分,德语部分作为重点复习对象,仅供参考。
编辑于2022-03-09 15:45:08传感器与测试技术
绪论
传感器定义:能够感受规定的被测量,并按一定规律将其转化为某种可用输出信号的测量装置
组成:被测非电量→敏感元件→转换原件→转换电路→输出电量
测试系统的特性
灵敏度K为常数=输出量增量/输入量增量=Δy/Δx
测量误差与准确度
分类
性质
系统误差:表征测量的准确度
因测量工具或仪器本身或使用不当造成
随机误差:无规律的随机性,通常用精密度表征随机误差的大小
粗大误差:明显偏离
被测量与时间的关系
静态误差:不随时间变化
动态误差:随时间变化,等于动态测量和静态测量所得误差的差值
误差表示方法
绝对误差:,修正值C=-Δ;(A0为真值) 绝对误差表示测量值偏实际值的程度,不能表示准确度
相对误差
实际相对误差:
示值(标称)相对误差:
满度(引用)相对误差:
准确度
最大误差常用来定义准确度:
常用传感器原理及应用
电阻式传感器
被测量转化为材料的电阻变化,通过测量电阻量达到测量被测量的目的
应变式传感器:电阻应变片和测量电路,电阻应变效应,外力作用变形产生电阻变化
电桥补偿法:温度补偿, 应变片R1和R2分别贴到试件和材料及温度相同补偿块上
例如柱式力传感器应用于地磅
压阻式传感器:半导体材料承受压力,电阻率改变,此为压阻效应
例如压阻式压力传感器应用于颅内压力测试
电位式传感器:将机械位移转换为一定函数关系的电阻或电压的机电传感器;由电阻元件和电刷组成
电容式传感器
将被测量的变化转为电容的变化
灵敏度高,结构简单,动态性能好、可实现非接触测量
电容式压差传感器:两薄膜电容相等,可用来测量真空压力,分辨率高
电容式加速度传感器
电容式应变传感器
电感式传感器
利用线圈自感或互感的变化来实现测量的装置;常用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩等
结构简单可靠,输出功率大,抗干扰能力强,对工作环境要求不高,分辨率高且稳定性好。但不适合快速动态测量
自感式传感器
自感式压力传感器
差动变压器式传感器(互感式传感器)
将被测位移转化为传感器线圈的互感变化
互感式压力传感器
电涡流式传感器
电涡流效应:利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行能量转换的原理
电涡流式位移传感器
感应同步器
由两个平面形印刷电路绕组构成,类似于变压器的初、次级线圈,利用两个绕组的互感随其位置变化的原理
点位控制系统
压电式传感器
基于某些物质具有的压电效应,压电效应是可逆的,是典型的双向传感器
外力和电场使其产生形变
优点:工作频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、体积小、重量轻 ;广泛应用于工程力学、生物医学等领域
压电式力传感器
压电式加速度传感器
测量振动冲击
压电式超声波传感器
热电式传感器
将温度变化转换为电阻或电势变化的装置
热电偶传感器:热电效应
两导体结点温度不同,产生热电势
测温范围广、精度高、热惯性小、结构简单、使用方便
常应用于锅炉内
热电阻传感器
利用半导体或半导体的电阻率随温度变化而改变的特性:热敏电阻
金属热电阻
热敏电阻:金属氧化物
电阻温度系数大、灵敏度高、体积小、热惯性小、工艺简单、寿命长、价格低廉
应用
气体成分分析
热敏电阻点温计
PN结温度传感器
利用二极管或晶体管PN结的结电压随温度变化的原理
尺寸小、线性度好、时间常数小
二极管温度传感器
晶体管温度传感器
集成温度传感器
将PN结温度传感器、放大电路、温度补偿电路、驱动电路、信号处理电路等的集成
线性度好、灵敏度高、体积小、稳定性好、输出信号大、后续电路简单
光电式传感器
将光信号转变为电信号的传感器
非接触、高精度、反应快、可靠性好、分辨率高
光纤传感器
利用全反射传递
非功能型光纤传感器
光纤液位探测器
光纤位移传感器
功能型光纤传感器
光栅传感器
两光栅刻面相对重叠在一起,产生莫尔条纹
用于长度和角度的精密测量以及数控系统的位置检测等
可实现大量程高精度测量和动态测量,具有较强的抗干扰能力, 易于实现测量及数据处理的自动化
应用:测机床上的位移
电荷耦合器件CCD
以电荷作为信号,工作过程包括电荷的注入、存储、传输和检测
可实现光电信号的转变、存储、传输和检测等功能。
体积小、重量轻、结构简单和功耗低
常应用于传真、文字识别、图像识别等
其他传感器
生物传感器
选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低等
在医学、生物、环境监测、食品及军事等领域都有应用
以生物体成分或本身作为生物敏感元件,对被测目标具有高度选择性的检测器件
基因传感器
电化学型DNA传感器:利用单链DNA作为敏感元件,通过化学吸附等固定在电极表面,与识别杂交信息的电活性指示剂共同构成的检测特定基因的装置
识别和测定靶基因
化学传感器
能将各种化学物质的特性的变化直接或间接转换成定性或定量电信号的传感器
携带方便、使用简单、得到结果迅速、灵敏度高、可检测浓度极低的物质
气敏传感器
半导体与气体接触使电阻改变
惠斯通电桥
应用
原理:利用电阻的变化来测量物理量的变化,精度高
电桥平衡条件:电桥相对臂电阻乘积相等
即可算出另一个桥臂电阻
误差消除:比较臂R0选高精度的电阻箱,然后调节比较臂R0使电桥平衡,记为R0;交换R0和Rx,调节R0使电桥平衡,记为R0'
主题
Sensor und Messtechnik
grunde Begriffe
Definition: der Sensor kann bestimmte gemessene physikalische oder chemische Eigenschaft erfassen und regelmäßig diese Eichenschaft in verfügbaren Ausgangssignal umsetzen
Bestandteile: gemessenes Wert (nicht Elektrizitätsmenge)-Fühler-Umwandlungselement-Umwandlungsschaltung-Ausgangselektrizitätsmenge
Fehler und Genauigkeit der Vermessung
Kategorien
Eigenschaft
Fehler des Systems
Messwerkzeug und Apparat falsch benutzen
zufälliger Fehler
keine Regelmäßgkeit
grober Fehler
offensichtlich abgewichen,menschlicher Fehler
mit Zeit zusammenhängen
statischer Fehler
dynamischer Fehler
Bezeichnungsweise
absoluter Fehler
Δ=Ax-A0
relativer Fehler
realer relativer Fehler: γA=Δ/A0 * 100%
angeführter relativer Fehler: absoluter Fehler/voller Messbereich * 100%
Genauigkeit
S=|Δ|/AFs(voller Messbereich) * 100%
gebräuchliche Sensorenc
Widerstandssensor
den Widerstand messen
Dehnungsmeßstreifen: unter Kraft ändert sich der Widerstand
wheatstonesche Messbrücke kompensieren

kapazitiver Sensor(kein Berühren und empfindlich)
unter kraft werden Abstand beider Scheiben der Kapazität verändert, dann wird Kapazität verändert
thermoelektrischer Sensor (Änderung der Temperatur in Änderung des Widerstand oder elektrisches Potenzial)
Thermistor
Widerstand des Thermistor ändert sich mit der Temperatur
Photozellengeber
Gittersensor(stärkere Störsicherkeit)
2 Glitter werden gegeneinander gesetzt, dann wird Moriestreifenbild erzeugt
das kann Länge und Winkel genauig messen und CNC-Position testen
Verschiebung der Werkzeugmaschine messen