傳感器的一些基本概念與常識

1、整理課件整理課件 1 1、什么是傳感器、什么是傳感器 2 2、傳感器的定義和組成、傳感器的定義和組成 3 3、傳感器分類傳感器分類 4 4、傳感器的一般特性、傳感器的一般特性 5 5、傳感器傳感器的基體材料的基體材料 6 6、傳感器、傳感器的表面粗糙度的表面粗糙度 7 7、傳感器的表面處理傳感器的表面處理整理課件1、什么是傳感器 傳感器是獲取信息的工具。 傳感器（ Transducer 或 Sensor ），俗稱探頭，有時亦被稱為換能器、變換器、變送器或探測器。整理課件傳感器定義：傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學量、生物量等）按一定規(guī)律轉換成便于處理和傳輸的另一種物理量（一般為電量）的裝

2、置。 國家標準GB 7665-87對傳感器下的定義是： 能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置, 通常由敏感元件和轉換元件組成。2、傳感器定義和組成 整理課件表面應變計滲壓計磁通量傳感器鋼筋計錨索計土壓力盒整理課件熱電偶熱電偶熱敏電阻熱敏電阻光敏電阻光敏電阻光敏三極管光敏三極管壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器整理課件 傳感器一般由敏感元件、轉換元件、信號調理電路和輔助電路組成。v 并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉換元件。 如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉換元件，因此，敏感元件和轉換元件兩者合一的傳感器是很多的。例如：壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻、光電

3、器件等都是這種形式的傳感器。 組成：敏感元件轉換元件信號調理電路輔助電路被測量非電量其他量非電量電量電信號標準信號電量整理課件1. 敏感元件（預變換器）：是指傳感器中能直接感受或響應被測量（非電量）并輸出與之成確定關系的其他量（非電量）的部分。 （在完成非電量到電量的變換時，并非所有的非電量都能利用現有手段直接變換為電量，往往是將被測非電量預先變換為另一種易于變換成電量的非電量，然后再變換為電量。能夠完成預變換的器件稱為敏感元件）。2. 轉換元件：是指傳感器中能將敏感元件感受或響應到的被測量轉換成適于傳輸或測量的可用輸出信號（一般為電信號）的部分。3. 信號調理電路：是能把轉換元件輸出的電信號

4、轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。 類型視轉換元件的分類而定，經常采用的有電橋電路、放大器、振蕩器、阻抗變換、補償及其它特殊電路，如高阻抗輸入電路、脈沖調寬電路等。4. 輔助電路：通常指電源，即交、直流供電系統(tǒng)。 整理課件3、傳感器分類 整理課件整理課件 一種傳感器就是一種系統(tǒng)，一個系統(tǒng)總可以用一個數學方程式或函數來描述。即用某種方程式或函數表征傳感器的輸出和輸入間的關系和特性。 從傳感器的靜態(tài)輸入輸出關系建立的數學模型叫靜態(tài)模型； 從傳感器的動態(tài)輸入輸出關系建立的數學模型叫動態(tài)模型。 傳感器所測量的非電量一般有兩種形式：一種是穩(wěn)定的，即不隨時間變化或變化極其緩慢，稱為靜態(tài)信

5、號；另一種是隨時間變化而變化，稱為動態(tài)信號。 由于輸入量的狀態(tài)不同，傳感器所呈現出來的輸入輸出特性也不同，因此存在所謂的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 為了降低或消除傳感器在測量控制系統(tǒng)中的誤差，傳感器必須具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，才能使信號(或能量)按規(guī)律準確地轉換。 靜態(tài)模型 動態(tài)模型 靜態(tài)特性 動態(tài)特性 4、傳感器的一般特性整理課件1. 1. 線性度（非線性誤差）線性度（非線性誤差） 2. 2. 靈敏度靈敏度 3. 3. 重復性重復性 4. 4. 遲滯（回差滯環(huán)）現象遲滯（回差滯環(huán)）現象 5. 5. 精確度（精度）精確度（精度）6. 6. 分辨率分辨率 7. 7. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 8. 8. 漂

6、移漂移 傳感器的靜態(tài)特性主要由下列幾種性能指標來描述傳感器的靜態(tài)特性主要由下列幾種性能指標來描述: : 整理課件線性度（非線性誤差） 所謂傳感器的線性度就是其輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度。又稱為非線性誤差。 非線性誤差可用下式表示： %100maxFSYYE式中Y max 輸出量和輸入量實際曲線與擬合直線之間的最大偏差； YFS 輸出滿量程值。 整理課件L1L2L0L1L2L0整理課件 傳感器的靈敏度是其在穩(wěn)態(tài)下輸出增量y與輸入增量x比值，常用Sn 來表示。即 xySn 對于線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖 (a) 所示。即 xyySn0 非線性傳感器的靈

7、敏度是一個變量，如圖 (b) 所示，即用 d y / d x 表示傳感器在某一工作點的靈敏度。 靈 敏 度 整理課件L1L2L0L1L2L0整理課件dxdyxyxytgk(a) 傳感器的輸入輸出特性曲線(b)靈敏度的表示yx 由圖可知靈敏度 k 是特性曲線上某點的切線斜率。如果特性曲線是直線，則 k 為常數；如果特性曲線是非線性的，則 k 是變化的。整理課件 重復性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時，所得特性曲線不一致性的程度。多次按相同輸入條件測試的輸出特性曲線越重合，其重復性越好，誤差也越小。不重復性一般采用下式的極限誤差式表示： %100maxFSxYE式中max輸出最大不重

8、復誤差； YFS 滿量程輸出值。 不重復性誤差一般屬于隨機誤差性質，按極限誤差公式計算不太合理。不重復性誤差可以通過校準測得。根據隨機誤差的性質，校準數據的離散程度隨校準次數不同而不同，其最大偏差值也不一樣。因此，重復性誤差E z 可按下式計算： %10032FSzYE式中 為標準偏差，可用貝賽爾公式求得。 重 復 性 整理課件遲滯(回差滯環(huán))現象 遲滯特性能表明傳感器在正向(輸入量增大)行程和反向(輸入量減小)行程期間，輔出-輸入特性曲線不重合的程度。 對于同一大小的輸入信號 x ，在 x 連續(xù)增大的行程中，對應某一輸出量為 yi ，在 x 連續(xù)減小過程中，對應于輸出量為 yd 之間的差值叫

9、做滯環(huán)誤差，這就是所謂的遲滯現象。該誤差用 E 表示為 diyyE 在整個測量范圍內產生的最大滯環(huán)誤差用m 表示，它與滿量程輸出值 YFS 的比值稱為最大滯環(huán)率 E max ，即 %100maxFSYmE整理課件精確度（精度） 說明精確度的指標有三個：精密度、正確度和精確度。 1. 精密度 它說明測量結果的分散性。即對某一穩(wěn)定的對象（被測量）由同一測量者用同一傳感器和測量儀表在相當短的時間內連續(xù)重復測量多次（等精度測量），其測量結果的分散程度。精密度越小說明測量越精密（對應隨機誤差）。 2. 正確度 正確度說明測量結果偏離真值的程度，即示值有規(guī)則偏離真值的程度。指所測值與真值的符合程度（對應系

10、統(tǒng)誤差）。 3. 精確度 它含有精密度與正確度兩者之和的意思，即測量的綜合優(yōu)良程度。在最簡單的場合下可取兩者的代數和。通常精確度是以測量誤差的相對值來表示的。 整理課件（c）多次測量的結果大多準確，并且一致性好有準確度，也有精密度有精確度。（a）多次測量的結果比較一致，但是誤差較大有精密度，無準確度。（b）多次測量的結果大多準確，但是一致性差有準確度，無精密度。(a)(b)(c)整理課件測 量 值 xab測量值x真 值 A誤差x誤差x a與b兩個測量，其誤差雖然相同，但被測量的長度不同，顯然a的測量結果更準確！整理課件分 辨 率 傳感器的分辨率是在規(guī)定測量范圍內所能檢測輸入量的最小變化量x m

11、in。有時也用該值相對滿量程輸入值的百分數( )表示。穩(wěn) 定 性 穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性之分。對于傳感器常用長期穩(wěn)定性描述其穩(wěn)定性。 所謂傳感器的穩(wěn)定性是指在室溫條件下，經過相當長的時間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異。因此，通常又用其不穩(wěn)定度來表征傳感器輸出的穩(wěn)定程度。 %100minFSXx整理課件yxFSyminxmaxx分辨力：maxx平均分辨率為 ：%nR1001最大分辨率為：%xx)x(Rminmaxmax100（滿量程） （滿量程） maxxn個臺階(有量綱）(無量綱）整理課件漂 移 傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關

12、的、不需要的變化。 漂移包括零點漂移（零漂）和靈敏度漂移等。 零點漂移：傳感器在無輸入（或輸入值不變時），每隔一段時間進行讀數，其輸出偏離零值（或原指示值）。 %100FSoYY零漂 零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移和溫度漂移（溫漂）。 時間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化。 溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點或靈敏度的漂移程度。一般以溫度變化1輸出最大偏差與滿量程的百分比來表示。 %100maxTYFS溫漂max 輸出最大偏差；T 溫度變化范圍 式中Yo最大零點偏差（或相應偏差）整理課件5、傳感器的基體材料45號鋼304不銹鋼(0Cr18Ni9)316L不銹鋼( 00

13、Cr17Ni14Mo2 ) 202、204不銹鋼(鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼)整理課件基體材料45號鋼-軸力計、錨索計、鋼筋計、土壓力盒304不銹鋼(0Cr18Ni9)316L不銹鋼( 00Cr17Ni14Mo2 ) 202、204不銹鋼(鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼)內埋式表面式應變計、滲壓計、夾弦器整理課件6、傳感器的表面粗糙度 零件在加工過程中，受刀具的形狀和刀具與工件之間的摩擦、機床的震動及零件金屬表面的塑性變形等因素，表面不可能絕對光滑，零件表面總會存在著由較小間距和峰谷組成的微量高低不平的痕跡。表述這些峰谷的高低程度和間距狀況的微觀幾何形狀的特性，稱為表面粗糙度。 表面粗糙度是評定零件表面質量的一項重要的指標，降低零件表面粗糙度可以提高其表面耐蝕、耐磨和抗疲勞等能力，但其加工成本也相應提高。整理課件完工零件實際表面輪廓圖 表面輪廓 表面輪廓：平面與表面相交所得的輪廓線，稱為表面輪廓。整理課件整理課件整理課件整理課件1耐磨性2配合性質穩(wěn)定性3耐疲勞性4抗腐蝕性整理課件整理課件7、傳感器的表面處理-電鍍 整理課件整理課件電鍍方法防腐性能耐磨性能環(huán)保鍍層厚度成本示樣鍍鉻NSS-16-24h很好一般0.3m以上(Cr)高土壓力盒鍍鎳NSS-24h好