一年级常识性问题

~ 1. 传感器常识性问题
传感器常识性问题 1.传感器的应用方面的问题
我就说说压电效应，光电效应 1.压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。

压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式（见图）。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这 5种状态下产生压电效应。

例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器 2.光电效应 （1）概述 金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。

光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限频率和极限波长。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。

还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可是实是，只要光的频率高与金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方。

正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位（即光子或光量子）所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。

光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应（Photoelectric effect）。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。

前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。

（2）说明 ①光电效应的实验规律。 a.阴极（发射光电子的金属材料）发射的光电子数和照射发光强度成正比。

b.光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

c.仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率（或叫做截止频率），相应的波长λ。叫做红限波长。

不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。

是不同的。 几种金属材料的红限波长 金 属 铯 钠 锌 银 铂 红限波长（埃） 6520 5400 3720 2600 1960 d.从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lOe-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。

这表明，光电效应是瞬时的。 ②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。

电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量（即电离能量）I和脱离物体表面时的逸出功（或叫做功函数）W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。

爱因斯坦方程是 hυ=（1/2）mv2+I+W 式中（1/2）mv2是脱出物体的光电子的初动能。 金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为 hυ=（1/2）mv2+W 假如hυ

对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率（极限频率） υ0。由 hυ0=W确定。

相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。 发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。

③利用光电效应可制造光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。

算式 在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式： 光子能量 = 移出一个电子所需的能量 + 被发射的电子的动能 代数形式： 其中 h是普朗克常数， f是入射光子的频率， 是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量， 是被射出的电子的最大动能， f0是光电效应发生的阀值频率， m是被发射电子的静止质量， vm是被发射电子的速度， 注：如果光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。

这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。 爱因斯坦因发现了光电效应而获得诺贝尔物理学奖。
2.传感器故障诊断要点
1、计算机电源线故障会使汽车发动机的性能变差，经济性下降，所以在进行汽车电脑的更换作业之前应该首先检查计算机的电源线。（电源线中应该是包括了地线才算是完整的电源线）。

2、如果氧传感器的电压信号高于标准值，有可能是传感器被污染，很多时候在这种情况下它会使空燃比变浓的。

3、如果氧传感器的电压信号低于标准值，则可能是传感器出现故障，它会导致发动机的空燃比变稀。

4、在检查氧传感器时必须用数字式万用表，或是示波器。

5、如果氧传感的加热器有故障，它有可能会延长发动机的开环工作时间，使油耗量升高。

6、发动机冷却液温度传感器可以用数字表或是模拟表来检查它的性能。

7、某些计算机的ECT电路中，在发动机的某一温度时会控制一个内部电阻器，改变传感器上的电压，在测量中如果遇见这时的电压异常，并不能说明传感器有故障。

8、测试发动机冷却液温度传感器和进气温度传感器可以使用完全相同的操作程序，唯一需要注意的是它们的温度变化曲线不同，所以在相同的温度时不会有相同的电压信号。

9、在节气门打开，检查节气门位置传感器电压信号时，可以通过适当力度的震动来检查传感器的稳定性，某些电路虚接的故障用这种方法很有效。

10、许多四线式节气门位置传感器中包含一个怠速位置开关，用来在节气门处于怠速位置时向发动机控制单元提供发动机的工作状态信息。

11、有些情况下，可以松开节气门位置传感器的固定螺丝，转动传感器的壳体来调节节气门处于怠速位置时的电压信号。

12、如果进气岐管绝对压力传感器输出的是频率信号，就不能用普通的万用表来测试它了。

13、许多进气岐管绝对压力传感器输出的都是由大气压力转换成的电压信号，这类信号可以用接通点火开关的方法来检查它的好坏。（这种方法只能证明传感器还能工作，如果是输出精度下降用这种方法是检查不出来的。）

14、在检查进气岐管绝对压力传感器的输出电压信号时，传感器内应该有一定的真空度。大多数情况下每隔10千帕检测一次它的输出信号就能做出判断。

15、测量翼板式进气流量传感器的电压信号时可以在传感器的翼板从全关转到全开的过程中进行检查，观察输出信号的电压值和连续性。

16、有些热阻式或是热线式的进气流量传感器由发动机电脑提供频率变化的电压信号，这类的传感器只能用可以测试频率的万用表来检查它的电压。

17、排气再循环阀位置传感器的电压信号将在阀关闭时的0.8V到阀全开时的4.5V之间变化。

18、计算机用车速传感器的信号来控制变矩器的离合器、行使时的换档、以及行车电脑的数据采集。

其实工作中有很多东西值得我们来回味和总结，以上只是在实际的应用中我觉得有些是比较特殊的典型现象，希望对大家有所帮助。

如果哪位朋友在工作中还遇到过比较特殊的传感器不妨发上来给大家提个醒，免得走许多冤枉路
3.传感器都有哪些特性
传感器特性：

一、传感器静态

传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

1、线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。

2、灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。

3、迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。

4、重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

5、漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。

6、分辨力：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即最小输入增量。

7、阈值：当传感器的输入从零值开始缓慢增加时，在达到某一值后输出发生可观测的变化，这个输入值称传感器的阈值电压。

二、传感器动态

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

三、线性度

通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。

拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

四、灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。

它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。

当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

五、分辨率

分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。

通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨率的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。
4.选择振动传感器时应注意哪些问题
预测性维修中选择一个最佳加速度传感器是一项艰巨的任务，即使是经验最丰富工程师。

这个过程通常可以过滤为九个问题。 问题1：你想要测量什么？ 什么是你真正要测量的？换句话说，你想做什么？你希望得到什么？你打算怎么处理数据？加速度传感器可以监测振动，提供原始振动数据，而振动变送器提供均方根（RMS）值。

分析原始振动数据是有用的，因为它包含了所有振动信号的信息，真实的峰值振幅和振动频率。因为RMS总值或峰值是连续4-20 mA信号，在如PLC,DCS,SCADA系统和PI控制系统中非常有用。

一些应用程序同时使用两种信号。通过确定应用程序所需的各种信号，可以大大缩小搜索范围。

另外，你测量振动是用加速度还是速度或位移？你有没有考虑一些工业传感器可以同时输出振动和温度？最后，一些现场应用，如立式泵，最好监测一个以上的轴振动。您的现场应用是否需要单轴，双轴或三轴测量？ 问题2：振幅有多大？ 被测振动的最大振幅或范围，决定使用哪种范围的传感器。

典型的加速度传感器灵敏度100 mV/ g，标准应用（50g范围）和500mv/g的低频率或低幅值的应用（10g范围）。 一般工业应用的4-20 mA变送器通常使用0-1 in/ s或0-2in/s的范围。

问题3：振动频率是多少？ 对于不同的激励频率，物理结构和动力系统的反应不同。振动传感器是没有什么不同。

压电材料的性质，就像高通滤波器，因此，即使是最好的压电式传感器，也有约0.2Hz的低频率的限制。传感器作为一个单自由度的动态系统，具有自然共振频率。

信号在自然共振频率时被大大放大，导致灵敏度显著的变化，很可能超量程。大多数工业加速度计有单或双RC滤波器抵消激发的共振频率。

选择传感器可用的频率范围，其范围包括你感兴趣的频率，这是很关键的。 问题4：环境温度是多少？ 对于ICP加速度传感器和4-20mA变送器，极高的环境温度对内部电子构成威胁。

充电模式的加速传感器可以在非常高的环境温度下使用，其没有内置电子，而是使用远程电荷放大器。充电模式加速传感器配有一体硬线电缆，可以应用在温度超过260°℃环境下，例如燃气轮机振动监测等。

问题5： 是否会浸没在液体中？ 配有一体聚氨酯电缆的工业加速度传感器可以浸入液体永久安装。对于高压的应用，最好传感器进行一小时的压力测试。

完全淹没的应用需要一体电缆。在喷洒而非完全淹没的场合上一体电缆也是需求的，如机床切削液。

问题6： 是否会暴露在潜在有害的化学物质或碎片中？ 工业加速度传感器可以使用耐腐蚀和耐化学腐蚀的不锈钢进行构造。在有害化学物质的环境中，传感器考虑使用聚四氟乙烯耐腐蚀的连接电缆。

强烈建议检查任何可疑化学物质的化学兼容性图表。对于能接触到切屑的环境，一体铠装电缆能提供良好的保护。

问题7：你是否需要顶出，偏出，小巧的链接？ 最终，传感器都需要在设备的可用空间安装。传感器的形状对其性能影响不大，但需考虑现场安全安装和维修操作。

配有锁紧螺母设计的小巧加速度传感器，能够在任何方向固定，但配有一体电缆时，很方便。 问题8：你是使用高精度的还是低成本的传感器？ 低成本和高精度加速度传感器有两个主要区别。

首先，精度单位通常完整标定，这是指在可用频率范围内进行灵敏度响应测量绘图。低成本加速度传感器是单点标定，只在一个频率进行灵敏度测量。

第二，高精度加速度传感器在某些规格有严格的公差如灵敏度和频率范围。 例如，一个高精度的加速度传感器标称灵敏度为100 mV/ g±5%(95 mV/g至105mV/g)，而一个低成本加速度传感器标称灵敏度100mV/g± 10%(90 mV/g至110mV/g)。

客户可以在数据采集系统设置为传感器的标定灵敏度，这样低成本的传感器也能提供准确，可重复的数据。至于频率，高精度加速度传感器通常最大偏差是5%，而低成本的传感器，可以提供3 dB的频率范围。

尽管如此，一个低成本的传感器可以提供优异的频率响应。 问题9： 你需求特殊的认证码？ 得到CSA和ATEX认证的加速度传感器和4-20 mA变送器都可以在危险区域使用。

比较传感器的认证，以确保它符合您的需求。 九个问题的答案，可以大大缩小您的搜索，以寻找应用的最佳解决方案。

牢记，组合在一起的答案可能是相互排斥的，也就是说，解决方案满足每个标准不存在的。例如，在危险区域使用的特定模式可能没有的ATEX认证。

此外，专门的现场应用可能有其他方面的考虑。

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