傳感器技術(shù)第一講(上)

1、第一講：基礎(chǔ)概念（上）傳感器與測量技術(shù)講師：張鵬 2015-9-20課程介紹課程共分為5講課本7,8,10,11章節(jié)不作為講課內(nèi)容重點為3,4,5三個章節(jié)第9章為實驗演練章節(jié)課程目的會用傳感器，而不是造傳感器課程特點區(qū)別于自動控制原理，本課程特點概括為：簡單：對數(shù)學(xué)和理論的要求大幅降低應(yīng)用：此課程強調(diào)工程應(yīng)用，自動控制原理強調(diào)設(shè)計與分析實踐：此課程強調(diào)實踐，按書本進行授課，則是不能完全領(lǐng)悟相關(guān)內(nèi)容的，必須用到，才更清楚課程宗旨結(jié)合我們廠實際使用情況來講解各類傳感器提供相應(yīng)的傳感器實物配合講解重案例分析與理解，輕數(shù)學(xué)與理論課程提綱第一講 傳感器概述 壓力類：壓電晶體式、壓阻式傳感器第二講 溫度類

2、：熱電阻、熱電偶、熱敏電阻傳感器 溫度類傳感器的轉(zhuǎn)換電路第三講 轉(zhuǎn)速類：磁電式、霍爾式、光電式傳感器 轉(zhuǎn)速類傳感器的轉(zhuǎn)換電路課程提綱第四講 位移類：激光式、電容式、接觸式傳感器 角度編碼器類傳感器（光柵式）第五講 LabView簡介 傳感器采集設(shè)計案例第一講：內(nèi)容簡介什么是傳感器傳感器與變送器的區(qū)別今天人們常說的傳感器指什么？典型傳感器舉例傳感器的組成結(jié)構(gòu)傳感器的靜態(tài)和動態(tài)特性汽車上用到的傳感器 豪華轎車上的傳感器多達200個以上傳感器與變送器傳感器嚴(yán)格上講只含有“傳感”部分，信號產(chǎn)生后，經(jīng)過“變送”后才形成能被其它系統(tǒng)讀取的電信號傳感器與變送器舉例：溫度傳感器：通常指pt100這種熱電阻溫度

3、變送器：指pt100輸出的電阻信號，經(jīng)過變送器之后，形成05V或420mA的標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸?shù)?，目前工程人員常常把“變送器”與“傳感器”混起來稱呼，都叫做“傳感器”傳感器與變送器的聯(lián)合當(dāng)前已經(jīng)有較多產(chǎn)品將傳感器與變送器集成到一起，形成整體來出售，例如某公司賣出的溫度傳感器，采用了pt100的熱電阻，配合自己的變送電路，最終輸出為420mA信號通常：聯(lián)合型傳感器都屬于低端傳感器，精度差，信號干擾多，要求較高的傳感器均為分開類型例如：進口的奇石樂型壓力傳感器，單獨配置專用的電荷放大器（變送器），而不集成典型傳感器舉例汽車的油門踏板：屬于電容型位移傳感器發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測：屬于磁電式或霍爾式傳感器燃油溫度

4、檢測：常用熱電阻式傳感器滑油壓力檢測：常用壓阻式壓力傳感器以上各種傳感器舉例需要提供圖片輸出信號的國際標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出：05V為標(biāo)準(zhǔn)信號電流輸出：420mA為標(biāo)準(zhǔn)信號電阻輸出：NTC負溫度系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)信號熱電偶：有國際標(biāo)準(zhǔn)分度號，例如pt100，pt200傳感器基本概念測量范圍：儀器按照規(guī)定的精度進行測量的被測變量的范圍。測量下限：測量范圍的最小值。測量上限：測量范圍的最大值。量程：量程=測量上限值-測量下限值?；靖拍钆e例例：某溫度測量儀表的下限值是-50，上限值為150， 則其測量范圍可表示為-50150，量程為200。基本概念：零點遷移和量程遷移零點：測量的下限值。零點：測量的下限值。根據(jù)測量

5、要求和條件變化對儀表零點或量程的改變。根據(jù)測量要求和條件變化對儀表零點或量程的改變。X X：儀表量程：儀表量程Y Y：指針最大偏轉(zhuǎn)值：指針最大偏轉(zhuǎn)值1 1：遷移前特性曲線：遷移前特性曲線2 2：零點遷移特性曲線：零點遷移特性曲線3 3、4 4：量程遷移特性曲線：量程遷移特性曲線零點遷移的作用：克服儀表的死區(qū)，但犧牲了量程。零點遷移的作用：克服儀表的死區(qū)，但犧牲了量程。量程遷移的作用：改變儀表的靈敏度和量程。量程遷移的作用：改變儀表的靈敏度和量程?；靖拍睿红`敏度和分辨率靈敏度：被測參數(shù)改變時，經(jīng)過足夠時間儀表指示值達到穩(wěn)定狀態(tài)后，儀表輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比。靈敏度為量綱（無單位

6、）。由量綱U和Y確定。分辨率：靈敏度的一種反映，表示儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量，又稱靈敏限。YU靈敏度重要概念：靈敏度靈敏度表征傳感器對輸入量變化的反應(yīng)能力靈敏度表征傳感器對輸入量變化的反應(yīng)能力 (a) (a) 線性傳感器線性傳感器 (b) (b) 非線性傳感器非線性傳感器 兩者關(guān)系 靈敏度高的儀表一定分辨率高（充分條件）靈敏度高的儀表一定分辨率高（充分條件） 分辨率高的儀表不一定靈敏度高（非必要條件）分辨率高的儀表不一定靈敏度高（非必要條件） 原因：分辨率高的儀表，如量程也很小，則靈原因：分辨率高的儀表，如量程也很小，則靈敏度也不高。敏度也不高。 靈敏度具有可傳遞性，首尾串聯(lián)的多儀表系

7、統(tǒng)靈敏度具有可傳遞性，首尾串聯(lián)的多儀表系統(tǒng)總靈敏度是各儀表靈敏度的乘積?？傡`敏度是各儀表靈敏度的乘積?；靖拍睿赫`差作用：衡量儀表的精度。作用：衡量儀表的精度。真值：理論值。真值：理論值。約定真值約定真值A(chǔ) A0 0：國家標(biāo)準(zhǔn)計量機構(gòu)標(biāo)定過的標(biāo)準(zhǔn)儀器：國家標(biāo)準(zhǔn)計量機構(gòu)標(biāo)定過的標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值。的測量值。1 1、絕對誤差、絕對誤差： 絕對誤差絕對誤差 = = 示值示值M M約定真值約定真值A(chǔ) A0 0 不能確切的反映測量的準(zhǔn)確程度。不能確切的反映測量的準(zhǔn)確程度。2 2、相對誤差、相對誤差： 相對誤差相對誤差（% %）= = 絕對誤差絕對誤差/ /約定真值約定真值A(chǔ) A0 0 衡量測量的準(zhǔn)確度，相

8、對誤差越小，準(zhǔn)確度越高。衡量測量的準(zhǔn)確度，相對誤差越小，準(zhǔn)確度越高。3 3、引用誤差、引用誤差Q Q： 引用誤差引用誤差Q Q（% %）= = 絕對誤差絕對誤差/ /量程量程L L 儀表多應(yīng)用在測量接近上限值的量。儀表多應(yīng)用在測量接近上限值的量。 L L通常為儀表滿刻度值通常為儀表滿刻度值. .基本概念：精確度儀表的精確度通常是用允許的最大引用誤差儀表的精確度通常是用允許的最大引用誤差Q Qmaxmax去掉百分號后的數(shù)字來衡量。去掉百分號后的數(shù)字來衡量。 精確度劃分為若干等級，簡稱精度等級，精確度劃分為若干等級，簡稱精度等級，精度等級的數(shù)字越小，精度越高。價格越貴。精度等級的數(shù)字越小，精度越高

9、。價格越貴?；靖拍睿簻h(huán)滯環(huán)：滯環(huán)：儲能效應(yīng)儲能效應(yīng)例如彈性變形、磁滯。例如彈性變形、磁滯。實際上升曲線和實際下降實際上升曲線和實際下降曲線不重合。曲線不重合。特性曲線形成環(huán)狀。特性曲線形成環(huán)狀。滯環(huán)效應(yīng)分析滯環(huán)效應(yīng)分析同一輸入，對應(yīng)多個輸出值，出現(xiàn)誤差。同一輸入，對應(yīng)多個輸出值，出現(xiàn)誤差。基本概念：死區(qū)死區(qū)：死區(qū)：死區(qū)效應(yīng)，例如傳動機構(gòu)死區(qū)效應(yīng)，例如傳動機構(gòu)的摩擦和間隙。的摩擦和間隙。實際上升曲線和實際實際上升曲線和實際下降曲線不重合。下降曲線不重合。儀表輸入小到一定范圍后不儀表輸入小到一定范圍后不 足以引起輸出的任何變化。足以引起輸出的任何變化。死區(qū)效應(yīng)分析死區(qū)效應(yīng)分析基本概念：回差各種

10、情況下，實際上升曲各種情況下，實際上升曲線和實際下降曲線間的差線和實際下降曲線間的差值稱為回差或變差。值稱為回差或變差?；靖拍睿褐貜?fù)性重復(fù)性：在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對同一重復(fù)性：在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對同一輸入值進行測量所得的多個輸出值之間相互一致的程輸入值進行測量所得的多個輸出值之間相互一致的程度。度。綜合效應(yīng)分析綜合效應(yīng)分析衡量傳感器不衡量傳感器不受隨機因素影響的能力。受隨機因素影響的能力。 選用上升曲線最大離散程度和選用上升曲線最大離散程度和下降曲線最大離散程度中的最大下降曲線最大離散程度中的最大值。值?；靖拍睿涸佻F(xiàn)性 再現(xiàn)性：包括滯環(huán)和死區(qū)，儀表實際上升曲線和實

11、際再現(xiàn)性：包括滯環(huán)和死區(qū)，儀表實際上升曲線和實際下降曲線之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散下降曲線之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散程度最大點的值來表示。程度最大點的值來表示。傳感器性能傳感器性能穩(wěn)定的一種標(biāo)志。穩(wěn)定的一種標(biāo)志。基本概念：可靠性可靠度：衡量儀表能夠正常工作并發(fā)揮其功能的程度?？煽慷龋汉饬績x表能夠正常工作并發(fā)揮其功能的程度。體現(xiàn)在儀表正常工作和出現(xiàn)故障兩個方面：體現(xiàn)在儀表正常工作和出現(xiàn)故障兩個方面：正常工作方面：平均無故障工作時間。正常工作方面：平均無故障工作時間。出現(xiàn)故障方面：平均故障修復(fù)時間。出現(xiàn)故障方面：平均故障修復(fù)時間。有效度：（綜合性指標(biāo)）有效度：（綜合性指標(biāo)）平均無故障工作時間有效度平均無故障工作時間平均故障修復(fù)時間我廠使用的傳感器介紹轉(zhuǎn)速傳感器主要為霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器編碼器式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器：產(chǎn)品用、壽命長、價格低、靈敏度低、精度低電荷式壓力傳感器（壓電晶體式）：試驗用、壽命短、價格高、靈敏度高、精度高溫度傳感器NT