计量学基础课程课件4课件.ppt

1． 传感器和计量变换器 传感器是计量仪器或计量链中直接作用于被计量的量的元件。 有些被计量的量是不能直接计量或直接计量时准确度不高。比如温度,流量,加速度等量,直接同它们的标准量进行比较是相当困难的,因此需要传感器变换成易于处理,易于与标准量比较的物理量,如位移,频率,电流,电阻,电压等量。 计量变换器是提供与输入量有给定关系的输出量的计量器件。在计量变换器中,与被计量的量直接作用的部分是它的传感部分或敏感部分。但有时传感部分与变换部分构成一个不可分的整体,例如热电偶。所以,计量变换器可以只是传感器,也可以包括它们的附属计量线路。 输入部分  常用传感器有：  （1） 电阻式传感器：把被计量的量的变化变换为电阻变化的传感器。它包括变阻式（或滑线电阻式）和电阻应变式两类,后者根据应变计结构的不同又可分为丝式,箔式和薄膜式三类。 （2） 电感式传感器：把被计量的量的变化变换为自感或互感变化的传感器。它包括可变磁阻式,涡流式和差动变压器式三类。 （3） 电容式传感器：把被计量的量的变化变换为电容变化的传感器。它包括极距变化型,面积变化型和介质变化型三类。 传感器 （4） 压电式传感器：利用一些晶体材料的压电效应,把力或压力的变化变换为电荷量变化的传感器。压电晶体不但有纵向和横向的压电效应,而且还有剪切的压电效应,因而可作成不同支撑形式和受力状态的传感器,在力,加速度,超声及声纳等计量中得到了广泛的应用。这类传感器是一种高精度的先进的传感器,近年来得到了越来越多的关注和发展。 （5） 压磁式传感器：利用一些铁磁材料的压磁效应,把力或压力的变化变换为导磁率变化的传感器。利用其逆效应,可以作成磁滞伸缩式传感器。 （6） 压阻式传感器： 利用半导体材料的压阻效应,把压力的变化变换为电阻变化的传感器。它可分为薄膜型,结型和体型三类。 （7） 光电式传感器： 利用光电效应把光通量的变化变换为电量变化的传感器。可利用的光电效应包括光电子发射效应（光电管,光电倍增管等）,光导效应（光敏电阻,光导管）和光生伏打效应（光电池,光敏晶体管）。 （8） 振弦式传感器：利用振弦的固有频率与张力之间的函数关系,把力的变化变换为频率变化的传感器。激振方法可分为连续激发和间歇激发两类。  （9） 霍尔传感器：利用一些半导体材料的霍尔效应,将被计量的量的变化变换为霍尔电势变化的传感器。利用霍尔元件的磁阻效应可以作成磁阻式传感器。霍尔元件结构简单、体积小,噪声小,频带宽,动态范围大,有较广泛的应用前景。 （10） 陀螺传感器： 利用陀螺进动定理将被计量的量的变化变换为电量变化的传感器。例如陀螺式称重传感器,角速度微分陀螺仪和积分陀螺仪等。 （11） 热电式传感器： 利用热电效应将温度的变化变换为电势变化的传感器。各种热电偶就是广泛应用的热电式传感器。 （12） 磁电式传感器： 利用电磁感应定律将转速的变化变换为感应电动势或其频率变化的传感器。它可分为可动线圈式和可动衔接式两类。 （13） 电离辐射式传感器： 利用电离辐射的穿透能力,使气体电离并具有热效应和光电效应,把被计量量（例如厚度）的变化变换为电量变化的传感器。例如射线测厚仪。 （14） 约瑟夫森效应传感器： 利用超导体的约瑟夫森效应,把磁通量变换为周期变化的阻抗,或把频率变换为电压的传感器。它包括约瑟夫森结和计量灵敏度极高的超导量子干涉器件（SQUID）,在监视电动势基准,直流电计量,辐射计量,磁学计量,低温计量、重力计量,光频计量中有着广泛的应用。 （15）光纤传感器：利用光在光纤中传播时其振幅（光强）,相位,偏振态,模式等随被计量值变化而变化的性质而制成的传感器。它可分为功能型和非功能型,前者光纤既是敏感元件又是传光元件,后者则仅起传光作用。它也可分为干涉型和非干涉型,前者结构复杂,其灵敏度,分辨力,线性均较后者好。用它们可以计量压力,温度,流速,转速,加速度,位移,电流,磁场,辐射等多种参量。 3． 主要的计量变换器 主要的计量变换器有热电偶,电流互感器,电动/气动变换器,计量电桥等。计量电桥的应用极为广泛,它的功能是把来自传感器的电阻,电容,电感等量的变化,变换成电流或电压的变化。 按照激励电压（辅助能源）的性质,计量电桥可以分为直流电桥和交流电桥两种。直流电桥的优点是容易获得高稳定直流电源,电桥的平衡电路比较简单,对传感器与计量仪器中间变换部分的连接导线要求较低；缺点是在计量过程中前级引进的低频干扰和后接直流放大器的漂移都较难去除,这就要求助于交流电桥。 按桥臂的性质,计量电桥又可分为阻抗比率臂电桥和变压器比率臂电桥两种。目前广泛使用的是前者。由于后者的准确度,灵敏度及稳定度