电子工程制图第2章ppt课件.ppt

《电子工程制图第2章ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

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传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。传感器输出信号通常是电量，它便于传输、转换、处理、显示等。电量有很多形式，如电压、电流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原理确定。半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。图2-1传感器组成方框图目前一般采用两种分类方法：一种是按被测参数分类，如温度、压力、位移、速度

2、等；另一种是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。对于初学者和应用传感器的工程技术人员来说，先从工作原理出发，了解各种各样传感器，而对工程上的被测参数，应着重于如何合理选择和使用传感器。2.2传感器的基本特性2.2.1传感器的静态特性对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示：y=a0+a1x+a2x2+…+anxn传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。1.灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量

3、增量Δx之比。用S表示灵敏度，即考察传感器对输入反映能力的指标，很显然，灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。（2-2）图2-2传感器的灵敏度2.线性度（linearity）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。传感器非线性的方次不高，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，使传感器输入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。图2-3线性度传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔLmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性误差，用γL表示，即式中：ΔLmax——最大非

4、线性绝对误差；YFS——满量程输出值。图2-4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3.迟滞(hysteresis)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(如图2-5所示)。（2-4）产生这种现象的主要原因是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、紧固件松动等。迟滞误差又称为回差或变差。图2-5迟滞特性4.重复性(repeatability)重复性是指传感器在输入

5、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（见图2-6）。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ΔRmax计算，即（2-5）或（2-6）图2-6重复性5.漂移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。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。温度漂移通常用传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

6、温度变化量之比(ξ)来表示，即(2-7)2.2.2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中，所以传感器的输出量也是时间的函数，其间的关系要用动态特性来表示。把一支热电偶从温度为t0℃环境中迅速插入一个温度为t1℃的恒温水槽中（插入时间忽略不计），这时热电偶测量的介质温度从t0突然上升到t1，而热电偶反映出来的温度从t0℃变化到t1℃需要经历一段时间，即有一段过渡过程，如图2-7所示。热电偶反映出来的温度与其介质温度的差值就称为动

7、态误差。图2-7动态测温1.传感器的基本动态特性方程传感器的种类和形式很多，但它们的动态特性一般都可以用下述的微分方程来描述：（2-8）式中，a0、a1、…,an,b0、b1、….,bm是与传感器的结构特性有关的常系数。1）零阶系统在方程式（2-8）中的系数除了a0、b0之外，其它的系数均为零，则微分方程就变成简单的代数方程，即a0y(t)=b0x(t)通常将该代数方程写成y(t)=kx(t)式中，k=b0/a0为传感器的静态灵敏度或放大系数。传感器的动态特性用方程式（2-9）来描述的就称为零阶系统。零阶系统具有理想的动态特性，无论被测量x(t)如何随时间

8、变化，零阶系统的输出都不会失真，其输出