2019第1章传感器概述ppt课件.ppt

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1、第1章传感器概述1.1基本概念11.2传感器的一般特性1.3传感器的标定和校准31.4传感器选择的一般原则421.1基本概念1.1.1传感器的定义传感器(Sensor/Transducer)是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，主要是电量。输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。能量转换输入量输出量电量（便于传输、转换、处理

2、、显示）物理量、化学量、生物量等附:传感器的定义示意图1.1基本概念传感器的定义示意图1.1基本概念1.1.2传感器的组成敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。被测量电量敏感元件转换元件转换电路图1-1传感器的组成1.1基本概念被测量电量敏感元件转换元件转换电路直接感受被测量转化为电量参数敏感元件的输出作为转换元件的输入附：传感器组成示意图传感器组成示意图1.1基本概念1.1.3传感器的分类按工作机

3、理分类可分为物理型、化学型、生物型按构成原理又分为：结构型、物性型和复合型三大类按能量的转换分类可分为能量控制型和能量转换型按输入量分类常用的有机、光、电和化学等传感器按输出信号的性质分类可分为模拟式传感器和数字式传感器1.1基本概念1.1.4传感器技术的发展方向开发新的敏感、传感材料开发研制新型传感器及组成新型测试系统研究新一代的智能化传感器及测试系统传感器发展集成化多功能与多参数传感器的研究1.2传感器的一般特性1.2.1传感器的静态特性传感器的静态特性定义：被测量处于稳定状态下的输入输出关系。1．线性度传感器的线性度

4、是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。传感器的输出与输入关系:1.2传感器的一般特性实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，因此引入了非线性补偿电路或者计算机软件法等补偿环节。非线性的方次不高，输入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段。使传感器输出—输入特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。1.2传感器的一般特性理论拟合过零旋转拟合端点连线拟合端点平移拟合图1-2几种直线拟合方法1.2传感器的一般特性实际特性曲线与拟合直线之间

5、的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度），通常用相对误差表示——最大非线性绝对误差；——满量程输出。FullScale1.2传感器的一般特性2．灵敏度灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值，即:对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率。而非线性传感器的灵敏度为一变量，用S=dy/dx表示。传感器的灵敏度如图1-3所示。1.2传感器的一般特性图1-3传感器的灵敏度1.2传感器的一般特性3．迟滞传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象称为迟滞

6、，如下图所示:图1-4迟滞特性1.2传感器的一般特性迟滞大小通常由实验确定。迟滞误差可由下式计算：式中：——正反行程输出值间的最大差值。1.2传感器的一般特性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，如图所示:图1-5重复性1.2传感器的一般特性重复性误差属于随机误差，常用标准偏差σ表示，也可用正反行程中的最大偏差ΔRmax表示，即：1.2传感器的一般特性5．漂移传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。漂移可

7、分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移是指环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。1.2传感器的一般特性1.2.2传感器的动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化规律，即具有相同的时间函数。实际上除了具有理想的比例特性外，输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数，这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。1.2传感器的一般特性以动态测温的问题为例说明传感器动态特性。在被测温度随时间变化或传感器突然插入

8、被测介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的温度分布等情况下，都存在动态测温问题，如图所示:动态测温1.2传感器的一般特性传感器的种类和形式很多，但它们一般可以简化为一阶或二阶系统。高阶可以分解成若干个低阶环节。对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称为传感器的阶跃响