传感器技术及应用教学课件作者陈文涛第一章节检测技术基本知识课件

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1、传感器技术及应用陈文涛主编第一章检测技术基础知识第一节传感器的基本知识一.传感器的定义二.传感器的组成三.传感器分类四.传感器技术的发展方向五.传感器的基本特性一.传感器的定义传感器是一种以一定的精确度能够感受规定的被测量信息同时又能够将感受到的被测量信息按照一定的规律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器件或装置。传感器的基本功能是将非电量转化成电量进行输出的装置。传感器又称为变换器、换能器、变送器、发送器与探测器等。二.传感器的组成传感器的组成敏感元件是直接感受被测量，并且将感受到的被测量转换为与被测量有确定

2、关系的某一物理量的元件。转换元件的作用就是将敏感元件送出的非电量转化成适合于传输或测量的电信号。由于传感器输出信号一般都很微弱，因此传感器在除敏感元件，转换元件两大组成部分之外，还必须加入信号调理转换电路将输出的信号进行调理与转换、放大、运算与调制之后才能进行显示和参与控制。传感器的各个组成部分可以集成在同一芯片上构成传感器模块和集成电路传感器。三.传感器分类按被测参数分类机械量：位移、力、力矩、扭矩、速度、加速度、振动、噪声········热工量：温度、热量、流量、风速、压力、液位·····物性参数：浓度、粘度、比重、酸碱度··

3、····状态参量：裂纹、缺陷、泄露、磨损、表面质量····按传感器的工作原理分类按传感器的工作原理可分为按应变原理工作式、按电容原理工作式、按压电原理工作式、按磁电原理工作式、按光电效应原理工作式等，相应的有应变式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等。按信号变换特性分类结构型：主要通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。物性型：利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。按能量关系分类能量转换型：传感器直接由被测对象输入能量使其工作。例如热电偶、光电池等，这种类型传感器也称为有源传感器。能量控制型

4、：传感器从外部获得能量使其工作，由被测量的变化控制外部供给的能量的变化。四.传感器技术的发展方向提高与改善传感器的测量精度、量程范围、可靠性等技术性能。寻找新原理、新材料、新工艺。传感器的智能化。传感器的集成化。传感器的多功能化。传感器的网络化和微型化。五.传感器的基本特性传感器输出输入之间的关系特性是传感器的基本特性。基本特性又分为静态特性和动态特性。静态特性是指静态信号作用下的输出输入关系特性。动态特性是指动态信号作用下的输出输入关系特性线性度：线性度是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。yxy′yxm

5、ym传感器线性度示意图灵敏度:灵敏度是指在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值，用s来表示，即若测量系统是由灵敏度分别为s1、s2、s3等多个独立环节组成时，如图1-3所示传感器系统的总灵敏度S为迟滞:迟滞特性表明检测系统在正向（输入增大）和反向（输入减少）行程期间，输入输出特性曲线不一致的程度.yxy′yxmym传感器迟滞示意图重复性: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。传感器重复性示意图分辨率:分辨率指传感器在规定测量范围内能够精确检测到被测量的最小输入信号增量。漂移:

6、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。第二节测量误差的分析与处理一.测量的概念二.测量的方法三.测量误差的分类四.测量误差的表示方法一.测量的概念测量：测量过程实际上是一个比较过程，就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而获得被测量大小的过程。测量可分为狭义测量和广义测量两种。简单的比较过程称为狭义测量，而能对被测量完成检出、变换、分析、处理显示和控制的综合过程，则称为广义测量。二.测量的方法实现被测量与标准量比较得出的比值的方法，称为测量方法。按测量过程的特点分类1.直接测量：利用测

7、量仪器，直接读取被测量的测量结果。2.间接测量：已知被测量与其他几个量有确定的函数关系，可以分别测出其他几个量,再利用函数关系求出被测量。3.组合测量:是指在一个测量过程中同时采用直接测量和间接测量两种方法进行测量的测量方法。按测量结果的方式分类1.偏差式测量2.零位式测量3.微差式测量1.偏差式测量利用测量仪表指针对于刻度初始点的偏移来读出被测量的的测量方法。如万用表测量。特点：表内没有标准量具（如单位电流、单位电阻），只有经标准量具校准过的刻度盘。比较是将被测量与刻度盘比较。精度低，但简单迅速。2.零位式测量调节已知标准量与被

8、测量达到平衡状态（相等），读取标准量作为被测值。特点：测量装置中有标准量具（如天平的砝码、电桥的标准电阻），测量过程是将被测量与标准量具比较，在平衡或指针指零时，读取标准量具的大小。精度高，操作复杂，反应速度较慢。3.微差式测量零位式与偏差式测量的