传感器与检测技术教学课件作者高成1-传感器与检测技术的基础知识课件

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1、第1章传感器与检测技术的基础知识1.1检测技术概述1.2传感器的基础知识1.3传感器与检测系统的基本特性1.1检测技术概述1.1.1检测技术的内容和作用检测技术是以研究检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术学科。检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术和通信技术构成完整的信息技术学科。检测技术研究的主要内容包括测量原理、测量方法、测量系统和数据处理四个方面。检测是利用各种物理、化学及生物效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。1.1检测技术概述1.

2、1.2检测方法1.直接测量、间接测量和联立测量(1)直接测量(2)间接测量(3)联立测量2.偏差式测量、零位式测量和微差式测量(1)偏差式测量(2)零位式测量(3)微差式测量15.1数字式检测仪表的设计1.1.3检测系统的组成1.2传感器基础知识1.2.1传感器的定义及组成传感器的国家标准定义为能感受(或响应)规定的被测量，并按照一定规律将其转换成可用信号输出的器件或装置。这里的可用信号是指便于处理、传输的信号，目前电信号是最易于处理和传输的。传感器的通常定义为“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。1.2传感器基础知识1

3、.2传感器基础知识1.2.2传感器的分类(1)按基本效应分类：物理型、化学型和生物型(2)按构成原理分类：物性型传感器和结构型传感器(3)按能量转换原理分类：有源传感器和无源传感器(4)按输出信号的性质分类：模拟式传感器和数字式传感器(5)按输入物理量分类：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及流量传感器等(6)按工作原理分类：电阻式、电感式、电容式及光电式等。(7)按测量方式分类：接触式传感器和非接触式传感器1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性1.静态测量和静态特性静态测量是指测量过程中被测量保持恒定不变(即，系统处于稳定状态)时的测量。当被测量

4、为缓慢变化量，但在一次测量的时间段内变动的幅值在测量精度范围内，这时的测量也可当做静态测量来处理。静态特性表示测量仪表在被测物理量处于稳定状态时的输入—输出关系。1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性2.静态特性的校准(标定)条件—静态标准条件检测系统(传感器)的静态特性是在静态标准条件下进行校准(标定)的。静态标准条件是指没有加速度、振动、冲击(除非这些参数本身就是被测量)的影响，环境温度一般为室温20±5℃，相对湿度不大于85%，大气压力为101.3±8kPa(760±60mmHg)的情况。1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性3.传感器的静态性

5、能指标(1)测量范围和量程①测量范围测量范围是指检测系统所能测量到的最小被测输入量(下限)至最大被测输入量(上限)之间的范围，即(,)。②量程量程是指检测系统测量上限和测量下限的代数差，即1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性3.传感器的静态性能指标(2)灵敏度灵敏度是指检测系统(传感器)在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比的极限值，即1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性3.传感器的静态性能指标(2)灵敏度1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性3.传感器的静态性能指标(3)分辨力与分辨率①分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小

6、变化量。②分辨率：全量程中最大的即与满量程L之比的百分数。1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性3.传感器的静态性能指标(4)线性度对于实际的传感器测出的输出—输入校准(标定)曲线与其理论拟合直线之间的偏差就称为该传感器的“非线性”，或称“线性度”，通常用相对误差表示其大小，即相对应的最大偏差与满量程()输出比值的百分数(%)来表示。1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性3.传感器的静态性能指标(4)线性度①端基线性度把检测系统校准数据的零点输出平均值和满量程输出平均值连成直线，作为检测系统特性的拟合直线，其方程式为1.3传感器的基本特性1.3.1传

7、感器的静态特性3.传感器的静态性能指标(4)线性度②平均选点线性度为了寻找较理想的拟合直线，可将测量得到的n个检测点分成数目相等的两组：前半部n/2个检测点为一组；后半部n/2个检测点为另一组。两组检测点各自具有“点系中心”。检测点都分布在各自的点系中心周围，通过这两个“点系中心”的直线就是所要的拟合直线。1.3传感器的基本特性1.3.1传感器的静态特性3.传感器的静态性能指标(4)线性度③最小二乘法线性度拟合直线方程通式为。假定实际校准点有n个，第i个数据经过传感器后对应的输出值是，第i个校准数据在拟合直线上相应的输出值为，则第i个校准