资源预览内容
第1页 / 共51页
第2页 / 共51页
第3页 / 共51页
第4页 / 共51页
第5页 / 共51页
第6页 / 共51页
第7页 / 共51页
第8页 / 共51页
第9页 / 共51页
第10页 / 共51页
亲,该文档总共51页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
传感技术的作用工业自动化生产:检测、控制温度、压力、流量等;机械制造业:无损检测;加工精度、表面光洁度、同轴度等检测;航空航天:检测飞机、宇宙飞行器等的飞行参数、运行状态等;交通运输:仅汽车业用30多种传感器检测车速、方位、转矩、 油量等;嚣方面:现代战争是科技战争,就是传感器战争;海湾战争、医疗卫生:B超、磁振、脑电图、心电图等;安防环保:预报地震、海啸、火灾等;对水、空气等污染检测; 海洋工程:海底探测;海洋水文信息、气象信息等;地质勘探考古:探测地下矿藏、放射性元素;鉴定文物制造年代等;办公用具家用电器:复印机、空调、洗衣机、油烟机、DVD等。12传感器的定义及其组成传感器定义根据国标(GB7665-87传感器通用术语),传感器 (Transducer/Sensor)定义为:能感受规定的被测 照一定规律转换成可用输lB什i号的器件或装 置,通常 敏感元件和转换元件组成。敏感元件(传感器中能够直接感受被测量的部分O转换元件传感器中能将敏感元件输出转换为适丁传 输和测量的电信号部分。传感器定义传感器是借助检测元件将一种形式的信息转 换成另一种彳言息南装置。目前,传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲,传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。I三I-输出电量传感器的构成:1=I 敏感元件:它直接感受被测量,并输出与被测量城区定关系 的某一物理量。转换元件:它将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时 敏感元件和转换元件的功能是由一个元件(敏感元件)实现的。调理电路:它将敏感元件和转换元件输出的电路参数转换、调 理成一定形式的电量输出。测定油箱内油面高度的装置。所用器材和电路元件如图所示,R是滑动变 阻器,它的金属滑片是杠杆的一端,R是定值电阻,油量表(由电压表改 装而成)。油面浮标上升时,油量表示数变大;反之,油量表示数变小。油箱简单的说,传感器就是一个能把非电量转换 为电量的器件或装置。传感器能够感受被测量热、光、声、位 移、速度、加速度、力、力矩等等。传感器能将被测量转换成可用信号输出 电阻、电压、电流、频率、脉冲等。转换必须按照一定的规律进行。传感器的组成 一般来说,传感器由敏感元件和转换元件 组成。通常会辅以必要的信号调节电路及电 源。传感器组成的理解:敏感元件的作用通常是将被测量(非电量1)变换 成另一个与被测量有确定关系的非电量2,而非电 量2易丁通过变奂元件箱扳为电吐。例如应变我压 力传感器中的弹性模片就将其被测量(压力)转换 为另一非由量(应变)。变换元件通常不直接感受被测量。例如应变压力传 感器中的应变片,它并不直接感受压力,而是将应 变转换为电阻的变化。不是所有的传感器都能明确的区分敏感元件与变换 元件。传感器组成的理解:传感器的输出信号通常需要必要的信号调节 电路将其进行放大或转换,而变成易于传输、 处理、记录和显示的形式。常见的信号调节电路有放大器、电桥、阻抗 变换器、振荡器等。信号调节电路通常完成传感器输出与后续测 量电路之间的匹配。13传感器的分类1)按被测物理量分类常见的被测物理量机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量;声磁温光声压,噪声.磁通,磁场.温度,热量,比热. 亮度,色彩2)按工作的物理基础分类:机械式,电气式,光学式,流体式等.图8.370切削测力仪4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 陰性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.5OOC0极板空腔E3)按信号变换特征:能量转换型和能量控制型.能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化例如:电阻应变片.集速度型T上 传感器的分类传感器分类方法较多,大体有以下几种: 1)按传感器检测的范畴分备X承鳥蛙物理量传感器化学量传感器生物量传感器6)按传感器的能源分类#有源传感器/无源传感器)按传感器的功能分类 单功能传感器 多功能传感器 智能传感器2)按传感器的3/模拟传感器/数字传感器V)按传感器的转换 原理分类机电传感器 光一电传感器 热一电电传感器 磁一电传感器 电化学传感器)按传感器的结构分类 结构型传感器 物性型传感器 复合型传感器1.4对传感器的一般要求各种传感器,由于原理、结构不同,使 用环境、条件、目的不同,其技术指标 也不可能相同。但是有些一般要求,却 基本上是共同的,这就是:可靠性; 静态精度;动态性能;量程; 抗干扰能力;通用性;轮廓尺寸; 成本;能耗;对被测对象的影响 等。传感器被测量为某值时,可用信号输岀应该是多 少?可由信号输岀为某眉时,对血的被测量输 入应该是存么?输入应该按照某种规律转换为输出,同时, 输出可以以乗种规律反推出输入。1.6传感器的一般特性测量的目的在于确定被测物理量的 数值。对于测量系统,通常称被测的量 为输入,所测岀的量为输出。如果将整 个测量系统(或其中一个环节)简化为一个 方框,X(t)代表输入,y(t)代表输岀。那么 可用图所示的方框图表示。2 卿窓特幢技术箍标 线性度 线性度又称非线性误差,是指测试装置的 输入和输出是否保持线性关系,非线性误差越小 越好O模拟仪表的刻度就可做成均匀刻度,而数字式 仪表就可以不必采用线性化环节。线性刻度的测量仪表往往实际特性偏离其理论 上的线性蒋彳生,即罪线性现彖。线性度是衡量实际曲线偏离理论线性特性曲线 程度的指标,它以实际示值与理论值之间差值 的最大值和仪表测量范围之比的百分数表示。通常用相对误差表示:eL= (Amax/yFS) X100 %max最大非线性误差;fs量程输出。非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得 出来的。拟合直线不同,非线性误差也不同。所以,选 择拟合直线的主要出发点,应是获得最小的非线性误差。 另外,还应考虑使用是否方便,计算是否简便。理论拟合;端点连线平移拟合;端点连线拟合;过零旋转拟合;最小二乘拟合;最小包容拟合直线拟合方法a)理论拟合b)过零旋转拟合c)端点连线拟合d)端点连线平移拟合灵敏度:灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比,用K来表示:dx Ax若输岀和输入都是同一量纲时,则称为放大倍数或倍率。例如,一种机械式位移传感器当输入信号(位移量)有0.01mm的变化时,输出信号也是位移量,为10mm,此时K= 10/0.01 = 1000K越大,表示仪器越灵敏。从图形上看,它 表示特性曲线的斜率。如果特性曲线是一根直 线,则K是常数,意即系统是线性的;如果特 性曲线是一根曲线,贝阪是变量,意即测量系 统具有非线性特性,其灵敏度(曲线上各点的 斜率)是变化的。K0,表不输出量随之输人 量的增加而增大;而KV0,则表示输出量随输 入量的增加而减少。重复性是指传感器在输入按 同一方向连续多次变动时所 得特性曲线不一致的程度。重复性误差可用正反行程的最 大彳扁差表示,即max 1正彳亍程的最人重复件偏差, max2反彳亍程的最人重复性偏差。重复性误差也常用绝对误差表示。检测时也可选取儿个测试点, 对应每一点多次从同一方由跆近,莪得输出值系列丫订,y” y山,yin ,算出最大值与最小值之差或作为重复性偏差处, 涯儿个申取出最大值Gmax作为重复性误差。廿(23)07歹100%传感器在正(输入量增大)反 (输入量减小)彳亍程中输岀 输入曲线不重合称为迟滞。 迟滞特性如图所示,它一般 是由实验方法测得。迟滞误 差一般以满量程输岀的百分数表示,即印=l(l/2XA_/%)xl00%式中 n正反行程间输出的最大差值。迟滞误差的另一名称叫回程误差。回程误差常用 绝对误差表示。检测回程误差时,可选择几个测试点。 对应于每一输入信号,传感器正行程及反行程中输出 信号差值的最大者即为回程误差。迟滞产生的原因,是由于机械部分的元件腐蚀,松动,材料的内摩擦,磁性材 料的磁滞效应等原因。迟滞用相同被测量下,正、反行程间仪器 的指示值的最大差值与测量范围之比的百 分数表示,在测量中,仪器的变差不能超 过其精度,否则不能继续使用,必须更换 和修理。今辨力-S阈值分辨力:指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时,传感器对输入量的变化无任何反 应。对数字仪表而言,如果没有其他附 加说明,可以认为该表的最后一位所表 示的数值就是它的分辨力。有些传感器,当输入量连续变化时,输岀量只作阶梯变 化,则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输 入量的大小。分辨力用绝对值表示,用与满量程的百 分数表示时称为分辨率。在传感器输入零点附近的分 辨力称为阈值。稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生 的变化,有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。测试时先将传感器输岀调至零点或某一特定点,相隔 4h、8h或一定的工作次数后,再读岀输出值,前后两 次输出值之差即为稳定性误差。它可用相对误差表示, 也可用绝对误差表示。溫庚稔定煙温度稳定性又称为温度漂移,是指传感器在外界温度下 输出量发生的变化。测试时先将传感器置于一定温度(如20 C),将其输出调 至零点或某一特定点,使温度上升或下降一定的度数 (如5C或10C),再读出输出值,前后两次输出值之差即 为温度稳定性误差。温度稳定性误差用温度每变化若干。C的绝对误差或相对 误差表示,每。C引起的传感器误差又称为温度误差系数。(?)抗干拔稔更艘指传感器对外界干扰的抵抗能力,例如抗冲击和振动的 能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等。评价这些能力比较复杂,一般也不易给出数量概念,需 要具体问题具体分析。测量系统的动态特性 测量系统的基本动态特性是指在动态测量时, 测量系统的输出量E随時间变花的输入量之间 的函数关系,就是通常所讲的输岀与输入的瞬 时响应。更一般说来,就是测量系统的过渡过 程曲线。用体温表测量体温,要过几分钟才能 读数,这时因为时间短了,达不到稳定值,要 有一过渡吐程。一个测量系统的动态#寺性*示志 着它的动态品质的好坏,当测量系统的极限频 率等于被测信号的最高频率时,便可认为测量 系统本身能够完成被测信号的测量任务。反之, 如果测量系统的极限频率低于被测信号的最高 频率时,测量系统的输出就跟不上输入的被测 彳言号,而产生寂头白6动态误圭。也就是反,若 一台仪器的输出彳言号是紧緊追踪一个急速波动 的输入信号,
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号