熱工控制系統(tǒng)課堂ppt補充傳感器

1、傳傳 感感 器器 1.1.傳感器定義傳感器定義 廣義廣義: :一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量器件或裝置。定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量器件或裝置。定義包含：定義包含：(1)(1)傳感器是一種測量器件或裝置，能完成檢測任務(wù)；傳感器是一種測量器件或裝置，能完成檢測任務(wù)；(2)(2)輸入量是某一被測量的量，在機電一體化系統(tǒng)中為物輸入量是某一被測量的量，在機電一體化系統(tǒng)中為物理量；理量；(3)(3)輸出量是便于應(yīng)用的某種物理量，在各種信號中便于輸出量是便于應(yīng)用的某種物理量，在各種信號中便于傳輸、轉(zhuǎn)換處理

2、和顯示的信號莫過于電信號，所以在機電傳輸、轉(zhuǎn)換處理和顯示的信號莫過于電信號，所以在機電一體化系統(tǒng)中傳感器測量的輸出采用電信號；一體化系統(tǒng)中傳感器測量的輸出采用電信號；(4)(4)輸入量與輸出量之間有對應(yīng)關(guān)系輸入量與輸出量之間有對應(yīng)關(guān)系, ,且有一定精確度。且有一定精確度。 國標(biāo)定義：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)國標(biāo)定義：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或換元件組成。其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將

3、敏感元響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)化成適于傳輸和測量的電信號件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)化成適于傳輸和測量的電信號部分。部分。由定義組成由定義組成: :敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路. . 敏感元件：它是直接感受和響應(yīng)被測量，并輸出與被敏感元件：它是直接感受和響應(yīng)被測量，并輸出與被測量有一定對應(yīng)關(guān)系的某一物理量的元件。測量有一定對應(yīng)關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出量就是它的輸入量，它把轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出量就是它的輸入量，它把輸入量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量，但這個電路參數(shù)量一般需經(jīng)轉(zhuǎn)輸入量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量，但這個電路參

4、數(shù)量一般需經(jīng)轉(zhuǎn)換后，才能被后續(xù)電路所應(yīng)用。換后，才能被后續(xù)電路所應(yīng)用。 轉(zhuǎn)換電路：它接受轉(zhuǎn)換元件所轉(zhuǎn)換成的電路參數(shù)量，轉(zhuǎn)換電路：它接受轉(zhuǎn)換元件所轉(zhuǎn)換成的電路參數(shù)量，并轉(zhuǎn)換成后續(xù)電路所能應(yīng)用的電信號。并轉(zhuǎn)換成后續(xù)電路所能應(yīng)用的電信號。 2.2.傳感器分類傳感器分類 分類方法很多，一種是按被測的物理量來分；另分類方法很多，一種是按被測的物理量來分；另一種是按傳感器的工作原理來分。一種是按傳感器的工作原理來分。 常見的有：溫度傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、常見的有：溫度傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感

5、器、力傳感器、扭矩傳感器等。傳感器、扭矩傳感器等。按被測物理量分按被測物理量分: :(1)(1)電學(xué)式傳感器電學(xué)式傳感器 常用的有：電阻式、電容式和電感式，及由此派生的常用的有：電阻式、電容式和電感式，及由此派生的電觸式、差動變壓器、壓磁式、容柵式、瓷電式等。電觸式、差動變壓器、壓磁式、容柵式、瓷電式等。 電阻式：利用變阻器將被測非電量轉(zhuǎn)換為電阻信號的電阻式：利用變阻器將被測非電量轉(zhuǎn)換為電阻信號的原理制成，一般有電位器式、觸點變阻式、電阻應(yīng)變片以原理制成，一般有電位器式、觸點變阻式、電阻應(yīng)變片以及壓阻式傳感器。及壓阻式傳感器。按工作原理分按工作原理分: : 電容式：利用改變電容的幾何尺寸或改變

6、介質(zhì)的性質(zhì)電容式：利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量使電容量發(fā)生變化的原理制成。和含量使電容量發(fā)生變化的原理制成。 電感式：利用改變磁路幾何尺寸、磁體位置來改變電電感式：利用改變磁路幾何尺寸、磁體位置來改變電感或互感的電感量的原理而制成。感或互感的電感量的原理而制成。 磁電式：利用電磁感應(yīng)原理，把被測非電量轉(zhuǎn)換成電磁電式：利用電磁感應(yīng)原理，把被測非電量轉(zhuǎn)換成電量制成。量制成。 (2)(2)光電式傳感器光電式傳感器 利用光電器件的光電效應(yīng)和光學(xué)原理制成，在非電量利用光電器件的光電效應(yīng)和光學(xué)原理制成，在非電量測量中占有重要的地位測量中占有重要的地位, ,主要用于光強、位移、轉(zhuǎn)速、等主要用

7、于光強、位移、轉(zhuǎn)速、等參數(shù)的測量。參數(shù)的測量。 (3)(3)熱電式傳感器熱電式傳感器 利用某些物質(zhì)熱電效應(yīng)制成，主要用于溫度的測量。利用某些物質(zhì)熱電效應(yīng)制成，主要用于溫度的測量。(4)(4)壓電式傳路器壓電式傳路器 利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)制成，是一種發(fā)電式的傳感利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)制成，是一種發(fā)電式的傳感器，主要用于力、加速度和振動等參數(shù)的測量。器，主要用于力、加速度和振動等參數(shù)的測量。 (5)(5)半導(dǎo)體式傳感器半導(dǎo)體式傳感器 利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)等原利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)等原理而制成，主要用于溫度、濕度、壓力、加速度、磁場等理而制成，主要用于溫度

8、、濕度、壓力、加速度、磁場等測量。測量。 (6)(6)其他原理的傳感器其他原理的傳感器 由兩種以上原理的復(fù)合形成，如很多半導(dǎo)體式傳感器由兩種以上原理的復(fù)合形成，如很多半導(dǎo)體式傳感器就是幾種不同原理傳感器的復(fù)合形式。有的傳感器不屬于就是幾種不同原理傳感器的復(fù)合形式。有的傳感器不屬于前前5 5類則可列入第類則可列入第6 6類，如微波式、射線式傳感器等等。類，如微波式、射線式傳感器等等。 另外，根據(jù)傳感器輸出信號的形式是模擬信號還是數(shù)另外，根據(jù)傳感器輸出信號的形式是模擬信號還是數(shù)字信號，也可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器等。字信號，也可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器等。 3.3.傳感器的基本性能傳感器的基本

9、性能 (1)(1)精確度：精確度： 精密度、正確度和精確度精密度、正確度和精確度 ( (a)a)精密度精密度：它說明測量結(jié)果的分散性。即對某一穩(wěn)它說明測量結(jié)果的分散性。即對某一穩(wěn)定的對象定的對象( (被測量被測量) )由同一測量者用同一傳感器在相當(dāng)短的由同一測量者用同一傳感器在相當(dāng)短的時間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測量多次時間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測量多次( (等精度測量等精度測量) )其測量結(jié)果的分散其測量結(jié)果的分散程度。程度。越小，則測量越精密。越小，則測量越精密。 ( (b)b)正確度正確度它說明測量結(jié)果偏離真值的程度。亦指所它說明測量結(jié)果偏離真值的程度。亦指所測數(shù)值與真值的符合程度。測數(shù)值與真值的符合程度。 (

10、(c)c)精確度表示傳感器在規(guī)定條件下允許的最大絕對誤精確度表示傳感器在規(guī)定條件下允許的最大絕對誤差相對于傳感器滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)。差相對于傳感器滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)。 工程技術(shù)中為簡化傳感器的精度的表示方法，引用了工程技術(shù)中為簡化傳感器的精度的表示方法，引用了精度等級概念。精度等級以一系列標(biāo)準(zhǔn)百分比數(shù)值分檔表精度等級概念。精度等級以一系列標(biāo)準(zhǔn)百分比數(shù)值分檔表示。如壓力傳感器的精度等級分別為示。如壓力傳感器的精度等級分別為0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.30.3，0.50.5，1.01.0，1.5,2.1.5,2.O O等。等。(2)(2)穩(wěn)定性穩(wěn)定性 ( (a)a)穩(wěn)定度穩(wěn)定

11、度: :一般指時間上的穩(wěn)定性。由傳感器和測量儀一般指時間上的穩(wěn)定性。由傳感器和測量儀表中隨機性變動、周期性變動、漂移等引起示值的變化程表中隨機性變動、周期性變動、漂移等引起示值的變化程度。一般以精度的數(shù)值和時間長短一起表示。例如電壓波度。一般以精度的數(shù)值和時間長短一起表示。例如電壓波動引起每動引起每8 8小時變化小時變化1.31.3mvmv，則寫成穩(wěn)定度則寫成穩(wěn)定度ss1.3mv/8h1.3mv/8h。 ( (b)b)環(huán)境影響：室溫、大氣壓、振動等外部環(huán)境狀態(tài)變化環(huán)境影響：室溫、大氣壓、振動等外部環(huán)境狀態(tài)變化給予傳感器和測量儀表示值的影響，以及電源電壓、頻率給予傳感器和測量儀表示值的影響，以及

12、電源電壓、頻率等儀表工作條件變化給示值的影響統(tǒng)稱環(huán)境影響，用影響等儀表工作條件變化給示值的影響統(tǒng)稱環(huán)境影響，用影響系數(shù)來表示。系數(shù)來表示。(3)(3)輸入輸出特性輸入輸出特性 ( (a)a)靈敏度：傳感器的靈敏度指到達穩(wěn)定工作狀態(tài)時，輸靈敏度：傳感器的靈敏度指到達穩(wěn)定工作狀態(tài)時，輸出變化量與引起此變化的輸入變化之比，用出變化量與引起此變化的輸入變化之比，用S S表示。表示。 ( (b)b)分辨率：是指傳感器示值發(fā)生可察覺的極微小變化時分辨率：是指傳感器示值發(fā)生可察覺的極微小變化時所需被測量的最小變化值。所需被測量的最小變化值。 ( (c)c)線性度線性度( (也稱非線性誤差也稱非線性誤差) )

13、：線性度用來說明輸出量與：線性度用來說明輸出量與輸入量的實際關(guān)系曲線偏離直線的程度。輸入量的實際關(guān)系曲線偏離直線的程度。 ( (d)d)重復(fù)性：重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同重復(fù)性：重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變 ( (e)e)滯環(huán)：它說明一個傳感器的正向滯環(huán)：它說明一個傳感器的正向( (上升上升) )特性和反向特性和反向( (下下降降) )特性不一致的程度。特性不一致的程度。 ( (f)f)動態(tài)特性：動態(tài)特性是指傳感器對于隨時間變化的輸動態(tài)特性：動態(tài)特性是指傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。入量的響應(yīng)特性。4 4、設(shè)計

14、傳感器應(yīng)用系統(tǒng)依據(jù)以下幾項原則、設(shè)計傳感器應(yīng)用系統(tǒng)依據(jù)以下幾項原則: : (1) (1)可靠性高、適應(yīng)性強可靠性高、適應(yīng)性強 傳感器應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜程度直接影響到測控系統(tǒng)傳感器應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜程度直接影響到測控系統(tǒng)的可靠性。因此傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計特別要考慮現(xiàn)場電的可靠性。因此傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計特別要考慮現(xiàn)場電磁場的干擾、機械振動、噪聲、粉塵、溫度變化等因素的磁場的干擾、機械振動、噪聲、粉塵、溫度變化等因素的影響。影響。 (2) (2)測量或控制的范圍和精度測量或控制的范圍和精度 不同的測量和控制對象，以及不同的應(yīng)用場所，所要不同的測量和控制對象，以及不同的應(yīng)用場所，所要求的測量或控制的范圍和精度是不一樣的所以設(shè)計時應(yīng)求的測量或控制的范圍和精