自動檢測技術第一章 傳感器與測量基本概念ppt課件

1、第一章 傳感器和丈量根本概念目目 錄錄l第一節(jié)第一節(jié) 傳感器根本概念傳感器根本概念l第二節(jié)第二節(jié) 丈量的根本概念丈量的根本概念l第三節(jié)第三節(jié) 傳感器特性傳感器特性第一節(jié) 傳感器根本概念一、檢測技術在國民經(jīng)濟中的位置和作用 檢測技術是現(xiàn)代化領域中很有開展出路的技術，它在國民經(jīng)濟中起著極其重要的作用。二、檢測系統(tǒng)組成 目前，非電量的檢測多采用電丈量法，即首先將各種非電量轉變?yōu)殡娏?，然后?jīng)過一系列的處置，將非電量參數(shù)顯示出來，其原理框圖如11所示。l 傳感器Transducer是指一個能把被測的非電量變換成電量的器件。信號處置電路的作用是把傳感器輸出的電量變成具有一定功率的電壓或電流、頻率信號等，以

2、推行后級的顯示電路、數(shù)據(jù)處置電路及執(zhí)行機構。l目前常用的顯示器有四類：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖象顯示及記錄儀等。l 數(shù)據(jù)處置安裝用來對測試所得的實驗結果進展處置、運算、分析，對動態(tài)測試結果作頻譜分析、幅值譜分析、能量譜分析等，完成以上任務必需采用計算機技術。l 數(shù)據(jù)處置的結果通常送到顯示器和執(zhí)行機構中去，以顯示運算處置的各種數(shù)據(jù)及控制各種被控對象。而在不帶數(shù)數(shù)據(jù)處置安裝的自動檢測系統(tǒng)中，顯示器和執(zhí)行機構由信號處置電路直接驅動，如圖11中的虛線所示。l所謂執(zhí)行機構通常是指各種繼電器、電磁鐵、電磁閥門、伺服電動機等在電路中起通斷、控制、調理、維護等作用的電器設備。許多檢測系統(tǒng)能輸出與被丈量有關的電流

3、或電壓信號，去驅動這些執(zhí)行機構，從而為自動控制系統(tǒng)提供信號。l 如今的檢測系統(tǒng)越來越多地運用計算機微機來控制執(zhí)行機構的任務。檢測技術、計算機技術與執(zhí)行機構等配合就能構成工業(yè)中的某些控制系統(tǒng)。三、檢測技術開展趨勢三、檢測技術開展趨勢 1)不斷提高檢測系統(tǒng)的丈量精度、量程范圍不斷提高檢測系統(tǒng)的丈量精度、量程范圍延伸運用壽命、提高可靠性延伸運用壽命、提高可靠性2)運用新技術和新的物理效應，擴展檢測領域運用新技術和新的物理效應，擴展檢測領域3)開展集成化、功能化的傳感器開展集成化、功能化的傳感器4)采用微機技術，使檢測技術智能化采用微機技術，使檢測技術智能化第二節(jié)第二節(jié) 丈量的根本概念丈量的根本概念一

4、一.丈量丈量定義：將被丈量與同性質的規(guī)范量用專門的技術定義：將被丈量與同性質的規(guī)范量用專門的技術和設備進展比較，獲得被丈量對比該規(guī)范量的和設備進展比較，獲得被丈量對比該規(guī)范量的倍數(shù)，從而在量值上給出被丈量的大小和符號。倍數(shù)，從而在量值上給出被丈量的大小和符號。l表示式：X=A*X0 l其中： X為被丈量；lX0為規(guī)范量；lA為比值無量綱。l規(guī)范量必需有單位，單位越小，A數(shù)值越大，A=X/X0，丈量精度越高。例：以mm最小分格，以cm最小分格，哪個丈量精度高。而人眼分辨1/10。l規(guī)范量：國際上或國家特定機構所指定的。丈量方法：直接丈量如電壓表測電壓從事先分度好的表盤讀被丈量。 間接丈量如伏安法

5、測電阻利用被丈量與某中間量之函數(shù)關系，先測出中間量，再經(jīng)過函數(shù)關系計算被丈量。l二、丈量儀表的準確度與分辨率二、丈量儀表的準確度與分辨率l 準確度精度目的有三個：精細度、準確準確度精度目的有三個：精細度、準確度、精度等級。度、精度等級。l 精細度隨機誤差：描畫丈量儀表指示值精細度隨機誤差：描畫丈量儀表指示值不一致程度的量。不一致程度的量。l 準確度：精細度和準確度的總和，以丈量誤差相對值反映丈量儀表的優(yōu)良程度。l 精度等級：在規(guī)定任務條件下，其最大絕對允許誤差相對儀表丈量范圍的百分數(shù)。l 式 A%=gmax/Xmax-Xmin*100%lgmax為最大絕對允許誤差值。l Xmax /Xmin為

6、丈量范圍的上、下限。lA為精度等級，以規(guī)范百分數(shù)分檔。lA可為0.001，0.005，0.02，0.051.5，2.5，4.0，6.0等l分辨率：顯示儀表可以檢測到被丈量最小變化量的身手。模擬表為最小刻度一半讀數(shù)誤差/數(shù)字表為最后一位數(shù)字的一個字讀數(shù)誤差。l三、直接丈量的三種方法三、直接丈量的三種方法l零位法：被丈量與知規(guī)范量在比較儀器中進展比較，使這兩種量對儀器的作用抵消為零例如天平丈量砝碼，知規(guī)范量。丈量精度高。l偏向法：丈量儀表用指針相對于表盤上刻度線的位移來直接表示被丈量的大小用規(guī)范量標定過，例如彈簧秤。丈量精度不高。l微差法：零位法和偏向法的結合，先將被丈量與一個知規(guī)范兩進展比較，即

7、不徹底的零位法，缺乏部分，即被丈量與規(guī)范量之差，再用偏向法測出例如長度丈量。誤差小，不需反復平衡操作。l四、丈量誤差及分類四、丈量誤差及分類l一一 絕對誤差和相對誤差絕對誤差和相對誤差l絕對誤差：丈量值絕對誤差：丈量值Ax與真值與真值A0之間的差值。之間的差值。l=Ax-A0 修正值修正值=-l相對誤差：l實踐相對誤差rA：絕對誤差與被丈量真值A0的百分比。l rA=/A0*100%l示值相對誤差rx：絕對誤差與被丈量Ax的百分比。l rx=/Ax*100%l滿度相對誤差rm：絕對誤差與滿度值Am的百分比。l rm=/Am*100%l精度等級s：當取最大值m時，滿度相對誤差。l S=m/Am*

8、100%l我國電工儀表0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0，七個級別。l二 粗大誤差、系統(tǒng)誤差和隨即誤差l粗大誤差：明顯偏離真值的誤差。應剔除l系統(tǒng)誤差：誤差數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者。l隨機誤差：誤差的絕對值和正負以不可預見的方式變化，服從統(tǒng)計規(guī)律。l三靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差l靜態(tài)誤差：被丈量不隨時間變化。l動態(tài)誤差：被丈量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)輸出在時間上不能與被丈量的變化吻合。l第三節(jié)第三節(jié) 傳感器特性傳感器特性l一、傳感器的普通特性一、傳感器的普通特性l傳感器將被丈量的變化能否不失真地變換成相應電量傳感器將被丈量的變化能否不失真地變換成相應電量取決于傳感器本身根本特性。輸

9、出取決于傳感器本身根本特性。輸出輸入特性。輸入特性。l靜態(tài)特性：被丈量的數(shù)值在穩(wěn)定形狀時，傳感器的輸靜態(tài)特性：被丈量的數(shù)值在穩(wěn)定形狀時，傳感器的輸出與輸入的關系。出與輸入的關系。l靜態(tài)特性技術目的：線性度、靈敏度、遲滯和反復性。靜態(tài)特性技術目的：線性度、靈敏度、遲滯和反復性。l線性度線性度(非線性誤差非線性誤差)：實踐輸出：實踐輸出輸入特性曲線與實輸入特性曲線與實際直線之間的最大偏向再與輸出滿度值相比。如圖際直線之間的最大偏向再與輸出滿度值相比。如圖12所示。所示。lrL=max/ym*100%l其中：rL為線性度；lmax為最大非線性絕對誤差；lYm為輸出滿度值。l 靈敏度：在穩(wěn)態(tài)規(guī)范條件下

10、，輸出變化與輸入變化的比值K。(輸出變化量y與 引起該變化的輸入變化量x之比，校正曲線斜率。線性傳感器K為常數(shù)。)l K=輸出量的變化量/輸入量的變化量=遲滯實驗方法測得：輸入量增大行程期間和輸入量減小行程期間，輸出輸入特性曲線不重合的程度。如圖13所示。l yH=1/2*max/ym*100%l其中：max為正、反行程輸出最大差值。l反復性：輸入量在同一方向增或減做全量程內(nèi)延續(xù)反復丈量，所得輸出輸入特性曲線不一致的程度。如圖1-4 l Yr=max/ym*100%l max為m1、m2之較大者 。 l動態(tài)特性：丈量動態(tài)信號時，輸出對輸入的呼應特性。l實踐中大量的被丈量隨時間變化的是動態(tài)信號；

11、l 假設輸出隨時間的變化規(guī)律再現(xiàn)輸入量隨時間的變化規(guī)律，闡明性能好。l 動態(tài)誤差：實踐傳感器的輸出信號與輸入信號不會具有一樣的時間常數(shù)。對隨時間變l化的輸入量的呼應特性。 l二、傳感器中的彈性敏感元件二、傳感器中的彈性敏感元件l傳感器普通由敏感元件和傳感元件兩個根本部傳感器普通由敏感元件和傳感元件兩個根本部分組成。如圖分組成。如圖1-5所示。所示。l敏感元件：直接感受被測非電量，并按一定規(guī)律轉換成與被丈量有確定關系的其它量普通仍為非電量的元件。例如 膜片將被測壓力轉變成位移。l傳感元件：將敏感元件感遭到的非電量轉換為別的非電量的器件。例如電阻應變片將應變位移轉換成電阻的變化。l轉換電路：傳感元

12、件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄、處置和控制的有用電信號。例如電橋、放大器、振蕩器等。l然而，并不是一切傳感器必需包括敏感元件和傳感元件。假設敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為傳感元件。假設傳感元件直接感受被測非電量而輸出與之成確定關系的電量，此傳感器無敏感元件。例 如壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻等。敏感元件與傳感元件合二為一。l機械彈性敏感元件的輸入量，可以是集中的力、力矩、流體壓力和溫度等各種非電量。而輸出量是彈性元件本身的變形應變、位移、轉角等。l彈性元件分類：兩大類變換力和變換壓力l變換力：力變換成應變或位移的彈性元件。l變換壓力：壓力變換成應變或位移的彈性元件。l。但威力標定和數(shù)據(jù)處置的方便，希望得到線性關系?？刹捎酶鞣N方法，包括計算機硬件或軟件補償，進展線性化處置。但這些方法都較復雜。所以在非線性誤