第3章+传感器理论基础ppt课件.ppt

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1、第3章　传感器理论基础3.1传感器的定义、组成和分类3.2传感器的基本特性3.1.1传感器的定义1）根据中华人民共和国国家标准（GB7665-87）传感器（Transducer/Sensor）：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和装置。包含的概念：①传感器是测量装置，能完成检测任务；②它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；③它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；④输出与输入有对应关系，且应有一定的精确程度。图3-1传感器的组成3

2、.1.2传感器的组成和分类2）组成敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量转换元件转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量转换电路：上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出12435图3－2应变式加速度传感器1－应变梁2－质量块3－应变片4－壳体TT0AB3.1传感器的组成和分类图3-3热电偶（1）按工作原理划分参量传感器发电传感器特殊传感器电阻式传感器电感式传感器电容式传感器等热电偶传感器压电式传感器霍尔式传感器等超声波探头激光检测等3）分类（2）按被测量性质来分机械量传感器热工量传感器成分量传感器状态

3、量传感器探伤传感器等如：扭力传感器、倾角传感器等如：温度传感器、流量传感器等如：气敏传感器等如：各种接近开关等如：超声波探伤仪等（3）按输出量种类来分模拟传感器数字传感器（4）按传感器结构来分直接传感器补偿传感器差动传感器3.2传感器的基本特性在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并不失真地变换成相应的电量——基本特性传感器的基本特性通常分为静态特性和动态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时输出与输入之间的关系。传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性，亦即输出

4、对输入变化的动态跟随能力。3.3传感器的一般特性3.3.1静态特性传感器静态输入、输出关系一般可表示为：3.3传感器的一般特性3.3.1静态特性1.灵敏度2.线性度3.迟滞4.重复性5.漂移1.灵敏度灵敏度——单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化。2.线性度(Line)(1)线性度是指？（输出与输入之间数量关系的线性程度）(2)关于拟合:(3)数学表达式其中为最大非线性绝对误差；为满量程输出直线拟合线性化非线性误差或线性度输出量输入量零点输出理论灵敏度非线性项系数传感器的线性度是指在全量程范围内校准曲线与拟合直线之间的最大偏差值Δymax

5、与满量程输出值yFS之比。线性度也称为非线性误差，用表示，即式中：Δymax——最大非线性绝对误差；yFS——满量程输出值。拟合直线校准曲线图3-5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(Hold)迟滞——传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。数学表达式其中为最大迟滞误差产生的原因？（传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷）图3-6迟滞特性4.重复性(Repeat)重复性——传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时

6、，所得特性曲线不一致的程度。数学表达式其中为最大重复性偏差图3-7重复特性5.漂移传感器的漂移——输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化。产生的原因？（传感器自身结构参数；周围环境）温度漂移其中为测试温度下的输出；为20℃时的输出；，h的单位是小时。零点漂移传感器在无输入时，经长时间后其输出量发生的变化，长时间工作稳定性或零点漂移零漂＝式中　ΔY0——最大零点偏差；YFS——满量程输出。课堂练习(例3-1)有一位移测量系统，对位移在0～5mm的范围进行了两个循环的测量，测量数据如下：以输出的平均值求端点连线拟合直线，问灵敏度和线性度、迟

7、滞、重复性误差各是多少？（mm）012345(mV)0510152025上行程049142025下行程0510162125上行程0510151925下行程051116202504.751015.252025解:拟合直线由(0，0)和(5，25)两个端点确定,直线方程为y=5x比较线性化后的(xi，yi)各点对应的输出与实际测得的输出，最大线性度误差为ΔLmax=ΔL1=ΔL2=…=1mV则线性误差为灵敏度为课堂练习(例3-1)最大迟滞误差发生在第一循环测量xi=3mm处，为ΔHmax=ΔH3=2mV则迟滞误差为对比上行程之间、下行程之

8、间各点的输出偏差，最大重复性误差ΔRmax=1mV则重复性误差为课堂练习(例3-1)3.3.2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。例：