微机控制技术王用伦课件 第5章 检测装置与执行装置.ppt

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1、第5章检测装置与执行装置学习目标:1.了解检测装置与执行装置在微机控制系统中的作用。2.了解各种传感器的测量原理及其选用思路。3.了解各种执行器的工作原理及其配套选型。返回总目录本章主要内容引言5.1检测装置5.2执行装置本章小结思考题与微机输入输出通道紧密相连的是产生、传送测量信号的检测装置与接受、执行控制信号的执行装置。如果把计算机比做人的大脑，那么检测装置相当于人的五官，执行装置则相当于人的手脚。它们是整个微机控制系统中一个重要的、必不可少的组成部分。引言5.1检测装置检测装置包括检测元件、传感器和

2、变送器。检测元件是能够灵敏地感受被测参数并作出响应的元件。传感器不但对被测参数敏感，而且具有把它对被测参数的响应传送出去的能力。也就是说，传感器不只是一般的敏感元件，它的输出响应还必须是易于传送的物理量，现在绝大多数传感器的输出是电量形式，如：电压、电流、电阻、电感、电容、频率等。变送器是从传感器发展起来的，能输出标准信号的传感器就称为变送器。例如：0~10mA、4～20mA的直流电等都是当前通用的标准信号。一方面，由于科学技术的发展，出现了许多集检测元件、传感器甚至变送器为一体的测量部件；另一方面，微机

3、控制系统可以直接接受传感器各种形式的电量信号，使得变送器的作用逐渐淡出。因此，传感器是检测装置中不可缺少的核心部件，讨论传感器更具有广泛实际的意义。现在，可以对传感器下一个确切的定义：它是能把被测物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电学量输出的装置。5.1.1传感器的性能与分类5.1.2温度传感器5.1.3湿度传感器5.1.4压力传感器5.1.5物位传感器5.1.6流量传感器5.1.1传感器的性能与分类一般厂家给出传感器的性能指标主要是静态特性。所谓静态特性是指被测量值处于稳定状态时的传感器输出值与

4、输入值之间的关系，可用数学表达式、特性曲线或表格来表示。动态特性是指被测量值处于动态变化时的传感器输出值跟踪输入值的响应关系，可用响应时间来表示。1.静态特性（1）测量范围在允许误差限内，被测量值的变化范围称为测量范围。其最低值和最高值分别称为测量下限与测量上限。测量上限与测量下限之间的代数差称为量程大小，简称量程。各种传感器都有一定的测量范围，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误差或造成传感器的损坏。在选用传感器时，传感器的测量范围应稍大于实际测量范围。（2）测量误差测量误差是指测量过程中获得的测量

5、值与被测参数之间的差距。可用绝对误差、允许误差与精度等级等几种方式来表示。绝对误差是指测量值与被测参数真实值或标准值之间的代数差。允许误差是指在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，可表示为精度等级是按国家统一规定的允许误差划分成的若干等级，根据允许误差，去掉“±”号及“%”后的数值，可以确定精度等级。常用传感器的精度等级有0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5等。精度等级是衡量传感器质量优劣的重要指标之一，一般数值越小，精度等级越高，传感器的准确

6、度也越高。在选用传感器时，通常是根据系统所允许的最大绝对误差与测量量程来算出允许误差或精度等级。（3）线性度传感器测出的实际输出、输入特性曲线与某一规定直线不吻合的程度，称为非线性误差，或称为线性度。它等于特性曲线与规定直线之间垂直方向上的最大偏差除以量程的百分数。系统中采用线性度高的传感器，在电路上处理容易，测量精度也高；对于非线性大的传感器，则要用硬件电路或软件程序的线性化处理补偿方法。（4）灵敏度灵敏度是指稳态时传感器的输出变化量与输入变化量的比值。它表示了传感器对被测参数变化的灵敏程度。对于线

7、性传感器，其灵敏度为一常数即传递系数；对于非线性传感器，其灵敏度是一个变量，即传递系数随输入量的变化而变化。对于灵敏度大的传感器，它的信号处理电路较为简单。（5）分辨率在规定的测量范围内传感器能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨率。它是一个有量纲的量值，数字式传感器的分辨率是指最低一位数码所代表的输入量。（6）重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向做全量程多次测量时所得到的特性曲线的不一致程度。通常以3次测试输出特性曲线在同一输入量时的最大偏移量除以量程的百分数称为不重复误差。不重复误差越小，长

8、期使用时的测量误差就越小。产生不重复误差的主要原因是传感器机械部分存在着不可避免的问题，如轴承的间隙、紧固件松动和材料内部分子间摩擦等。（7）迟滞（回差）迟滞是指传感器正向特性和反向特性曲线的不重合程度，即对应于同一大小的输入值，传感器在正、反行程时的输出值的差别，一般用其最大差值除以量程的百分数表示。产生迟滞现象的主要原因与产生不重复误差的的原因相同。显然，要尽量选用迟滞小的传感器。（8）零漂和温漂零漂是指传感器在恒定的