虚拟仪器的设计与实现第3章ppt课件.ppt

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1、第3章虚拟仪器常用传感器3.1传感器概述3.2电阻式传感器3.3电容式传感器3.4红外气体传感器3.1传感器概述3.1.1传感器的定义传感器的定义有多种，比较流行的经典定义为：传感器是把非电量或电量信号转换为标准电信号输出的装置。传感器是测量或测控系统获取原始信息的工具。从信息技术的角度来看，传感器是获取和转换信息的一种工具。这些信息包括电、磁、光、声、热、力、位移、振动、流量、湿度、浓度、成分等。传感器的核心部件是敏感元件。传感器一般由两个环节组成，如图3.1所示。图3.1传感器的组成框图敏感元件：在从非电量到电量的转换过程中，并非所有的非电量都

2、能直接转换为电量，常用的方法是把待测的非电量预先转换为易于转换为电量的另一种非电量，然后再转换为电量，如把化学量、生物量先转换为光学量。转换元件：将感受到的非电量直接变化为电量的器件称为转换元件。用各种物理或化学的效应可制成不同的转换元件。新的物理和化学效应的发现与应用，将使转换元件的品种不断丰富和完善。一些传感器不包括敏感元件，即不需要进行预变换，如热敏电阻、光电器件等。另有一些传感器，其敏感元件和转换元件合并为一个器件。1．精确度精确度是精密度和准确度二者意义的总和。精度指标中精确度等级的概念非常重要。在工程测试中，为表示仪器测量结果的可靠程度

3、，引入表示仪器精确度程度等级的概念——精确度等级，用A表示。A以系列百分比数值表示。A通常是仪器在规定工作条件下其最大允许误差Δy相对于仪器示值全程(FS)的百分数，表示为这个概念被广泛用于各种测试、各类仪表和传感器的技术指标中。式中的Δy可以是仪器的非线性、重复性、回滞等各单项的最大误差值(此时A就成为各单项的精度等级)。各单项指标中以非线性最为重要，常用它代表总体的精度等级。也有用各单项指标中A值最大的为总体精度等级的情况。2．输入/输出特性1)灵敏度(S)灵敏度表示传感器在稳态工作时输出增量对输入增量的比值，即S用输出、输入量的实际单位表示(

4、如mV/mm)。为使用方便，需要S为恒定值，这就希望输入/输出关系特性是直线。这时称传感器工作在线性状态。分辨率也是表示输入/输出关系特性的指标之一。数字表的分辨率指标往往较高，若由数字表和传感器组成一个仪器系统，由于传感器精度等级的限制(工业用一般为0.3%左右)，那么仪器系统示值的可靠程度就不如数字表表示分辨率那样理想。例如，一个0℃~200℃量程，0.5%精度的温度传感器和三位半数字表构成一个测量系统，数字表指示中低于0.1℃的示值就没有实际意义。所以对于数字式仪器，要把系统中各部分的分辨率和精度联系起来考虑，才能衡量其示值的可靠程度，才能达

5、到最有效最经济的配置。2)线性度线性传感器测出的输入/输出曲线与某一规定直线的不吻合程度，称为非线性误差或线性度。在输出特性曲线与规定直线间，垂直方向上的最大偏差相对于最大输出的百分数，即为非线性误差E，表示为2)线性度线性传感器测出的输入/输出曲线与某一规定直线的不吻合程度，称为非线性误差或线性度。在输出特性曲线与规定直线间，垂直方向上的最大偏差相对于最大输出的百分数，即为非线性误差E，表示为3)回滞回滞是指输入量在进程和回程时输入与输出关系特性不一致的程度。回滞H是在同输入量时最大偏差相对于最大输出的百分数，表示为4)量程量程是指传感器测量信号

6、的上、下限值范围。3．稳定性稳定性是指在工作条件不变的情况下，传感器工作性能在规定时间内保持不变的能力。4．动态特性1)频响频响是指传感器在保持其各项性能指标的情况下，工作的最高频率(有时也考虑最低工作频率)。2)稳定时间稳定时间是指从输入信号阶跃变化起，到输出信号进入并不再超过对最终稳态值YS规定的允差区时的时间间隔。5．可靠性可靠性表示对于规定条件，在规定时间内完成所要求功能的能力。它有一整套科学的、周密的衡量方法。3.1.2传感器的分类传感器种类繁多，同一被测量信号可以使用不同类型的传感器，同一类传感器可以用于多种量的测量。以下介绍四种分类方

7、法。1．按照被测量信号的性质分类按照被测量信号的性质，传感性可以分为以下几类。1)机械量传感器这类传感器用于测量位移、力、速度、加速度、重量、几何尺寸等。2)热工量传感器这类传感器用于测量温度、压力、流量、液位等。3)化学量传感器这类传感器用于测量浓度、粘度、湿度、酸碱度、气体化学成分、液体化学成分等。4)生物量传感器这类传感器用于测量表面探伤、材料内部的裂纹或缺陷、材质判别等。2．按照输出量的性质分类1)参量型传感器这类传感器的输出是非源的电参量(使用时需要辅助电源)。电参量包括电阻、电容、电感和频率等。参量型传感器又可分为电阻式(电位器、热敏电

8、阻、光敏电阻、压敏电阻、磁敏电阻、气敏电阻等)、电感式(自感、互感、压磁、涡流等)及电容式等。2)电量传感器电量传感器的输