第2章传感器概述ppt课件.ppt

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1、第2章传感器概述2.1传感器的组成和分类2.2传感器的基本特性2.1传感器的组成和分类一、传感器的定义把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。四层含义：（1）传感器是一种测量器件或装置测速发电机、发电机测速传感器（2）“特定的被测量信息”：非电量发电机是不是传感器？物理量化学量生物量电量（3）“某种可用信号输出”把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的器件或装置。——非电量电测技术把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。（4）“转换”：传感器、变换器、变送器、换能器、转换器、探测器工业测

2、量标准输出信号能量转换转换效率二、传感器的物理定律（1）守恒定律（2）统计法则物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变。能量守恒、动量守恒、电荷守恒传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。常和传感器的工作状态有关。运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。如：热力学第二定律在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。（3）场的定律描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时间上的变换规律。静电场：电容式传感

3、器；电磁感应：电感式传感器物理方程传感器工作的数学模型（4）物质定律表示各种物质内在客观性质的定律。虎克定律F=kx、欧姆定律U=RI半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏虎克定律：在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的形变量(伸长或压缩值)成正比。三、传感器的组成敏感元件辅助电源传感元件被测非电量有用非电量有用电量信号调节转换电路电量一、按被测参数分类：温度、压力、位移、速度等；二、按传感器的工作原理分类：如应变式、电容式、压电式、磁电式等。本书是按后一种分类方法来介绍各种传感器的。对于初学者和应用传感器的工程技术人员来说，先从工

4、作原理出发，了解各种各样传感器，对于工程上的被测参数，应着重于如何合理选择和使用传感器。四、传感器的分类2.2传感器的基本特性描述传感器输入–输出关系的方法：数学模型基本特性指标被测输入量静态量动态量静态特性指标动态特性指标静态数学模型动态数学模型传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。一、传感器的静态特性恒定或变化缓慢的量静态特性1.代数方程式中：x——输入量；y——输出量a0——输入量x为零时的输出量；a1，a2，…，an——非线性项系数。2.特性曲线1.灵敏度其定义是输出量增量Δy与引起输出量增

5、量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度，即它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然，灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。二、传感器的静态特性指标线性度、滞后、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移、精度（静态误差）线性传感器=常数非线性传感器式中：ΔLmax——最大非线性绝对误差；YFS——满量程输出值。2.线性度（非线性）传感器的实际输入-输出曲线（校准曲线）与拟合直线之间的吻合（偏离）程度。图2-3几种直线拟合方法(a)理论拟合；(b)过零旋转拟合；(c)端点连线拟合；(d)端点平移拟合拟合直线

6、的选定原则：保证尽量小的非线性误差计算与使用方便选定拟合直线的方法：（4）最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小例用最小二乘法求拟合直线。设拟合直线残差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称为迟滞。对于同一输入信号，传感器的正反行程输出信号的差值称为迟滞差值。传感器在全量程范围内最大的迟滞差值与满量程之比称为迟滞误差。产生这种现象的主要原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷所造成的，例如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固

7、件松动等。迟滞误差又称为回差或变差。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。重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即或5.漂移传感器的漂移: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：一是传感器自身结构参数；二是周围环境。最常见的漂移是温度漂移。式中：Δt——工作环境温度t偏离标准环境温度t20之差；yt——传感器在环境温度t时的输出；y20——传感器在环境温度t20时的输出。温度漂移通常用传

8、感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为20℃）时的输出值的变化量与温度变化量之比(ξ)来表示，即三、传感器的动态特性传感器的动态特性是指输入量随时间变化时，传感器的响应特性。由于传感器的惯性和滞后，当被测量随时间变化时，传感器的输出往往来不及达到平衡状态，处于动态过渡过程之