傳感器原理及工程應用頁PPT課件

1、傳感器原理及工程應用Sensor and Measurement Technology岳陽職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系 整體教學 理、實一體教學模擬實驗教學 項目制作教學 理論教學課程教學安排Company Logo 超聲波傳感器5電勢型傳感器7傳感技術(shù)基礎(chǔ)1電阻式傳感器2 磁電式傳感器6 光電式傳感器8 電容式傳感器3電感式傳感器4 理論教學Company Logo CSY-998型傳感器系統(tǒng)實驗儀模擬實驗教學：Company LogoCSY3000型實驗臺 不足方面：不能在實驗模擬時同時進行波形分析 分析數(shù)據(jù)人工測試記錄計劃改進：CSY實驗臺Company Logocsy-3000型傳感器實驗

2、臺 Company Logo項目制作教學e-WorkPlace 聲光控開關(guān)的 設(shè)計制作測微儀的設(shè)計與制作24電子秤的模擬測試13數(shù)字溫度計的設(shè)計制作 研究項目理論教學溶于項目教學理實一體Company Logo學 報傳感器是能感受規(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。在有些學科領(lǐng)域，傳感器又稱為敏感元件、檢測器、轉(zhuǎn)換器等。Company Logo傳感器(SENSOR)的組成敏感元件：能直接感受與檢出被測對象的待測信息的部分。轉(zhuǎn)換元件： 能將敏感元件所感受出的信息直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。信號調(diào)節(jié)電路：把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號變換成為便于記錄、顯示、處理和控制的有用信號的電路，

3、Company Logo人的五官：眼睛 耳朵 鼻子 舌頭 皮膚視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺被測量：物理量、化學量、生物量 可用信號：便于處理和傳輸?shù)姆窃肼曅盘?（電信號、光信號）R傳感器：傳-傳遞信息；感-感受被測量；器-器件感覺：功 能傳感器傳感器(SENSOR)的組成Company Logo案例1數(shù)字溫度計：1、敏感元件2、轉(zhuǎn)換元件3、信號轉(zhuǎn)換電路4、輸出Company Logo分類法型式說 明按基本效應分類物理型化學型生物型采用物理效應進行轉(zhuǎn)換采用化學效應進行轉(zhuǎn)換采用生物效應進行轉(zhuǎn)換按構(gòu)成原理分類結(jié)構(gòu)型物性型以轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換按能量關(guān)系分

4、類能量轉(zhuǎn)換型能量控制型傳感器輸出量直接由被測量能量轉(zhuǎn)換而來傳感器輸出量能量由外部能源提供，但受輸入量控制按工作原理分電阻式電容式電感式壓電式磁電式熱電式光電式光纖式利用電阻參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用電容參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用電感參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用壓電效應實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用電磁感應原理實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用熱電效應實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用光電效應實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用光纖特性參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換按輸入量分類長度、角度、振動、位移、壓力、溫度、流量、距離、速度等以被測量命名（即按用途分類）按輸出量分類模擬式數(shù)字式輸出量為模擬信號（電壓、電流、）輸出量為數(shù)字信號（脈沖、編碼、）傳感器的分類Company Logo傳

5、感器分類樣例氣敏傳感器壓電式壓力傳感器溫度傳感器熱電偶超聲波傳感器Company Logo傳感器的基本特性靜態(tài)特性：.傳感器在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入輸出關(guān)系基本特性動態(tài)特性：傳感器在被測量隨時間變化的條件下輸入輸出關(guān)系.Company Logosensor的靜態(tài)特性(1) 線性度:檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度相對誤差輸出值與理想直線的最大偏差值理論滿量程輸出值理想直線：亦稱非線性誤差定義:( non-linearity )表達:xy擬合直線一般不存在或很難獲得準確結(jié)果利用測量數(shù)據(jù)，通過計算獲得Company Logosensor的靜態(tài)特性獲取擬合直線方法：使得正負行程的非線性偏

6、差相等且最小(a) 端點連線法：檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線的兩端點連線特點：xy算法：簡單、方便，偏差大，與測量值有關(guān)(b) 最佳直線法：精度最高，簡單實用算法：特點：xyCompany Logosensor的靜態(tài)特性(2) 靈敏度傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量之比a. 線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為常數(shù)；定義：b. 非線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為變數(shù)說明：(靈敏度系數(shù))( sensitivity )斜率Company Logosensor的靜態(tài)特性(3) 重復性同一條件下，對同一被測量，同一方向，多次重復測量的差異程度重復性是檢測系統(tǒng)最基本的技術(shù)指標，是其他各項指標的前提和保證重復性誤差：隨機誤差 標準差：大

7、，則分散性大；反之亦然計算：貝塞爾公式y(tǒng)i-測量輸出值，i=1,2,ny-輸出值的平均值( repeatability )產(chǎn)生原因：傳感器機械部分的磨損、間隙、松動、部件的內(nèi)摩擦、積塵以及輔助電路老化和漂移等原因產(chǎn)生。Company Logosensor的靜態(tài)特性(4) 遲滯現(xiàn)象（回程誤差）傳感器在正行程和反行程的輸入輸出曲線不重合的程度相對誤差Hmax：正反行程輸出值的最大偏差定義：( hysteresis )算法：Company Logosensor的靜態(tài)特性(5) 分辨力（分辨率）:能夠檢測出的被測量的最小變化量2、分辨率 - 是相對數(shù)值：定義：1、分辨力 - 是絕對數(shù)值，如 0.01m

8、m，0.1g，10ms，說明：表征測量系統(tǒng)的分辨能力( resolution )能檢測的最小被測量的變換量相對于 滿量程的百分數(shù)，如： 0.1%, 0.02%3、閥值 - 在系統(tǒng)輸入零點附近的分辨力Company Logo測量系統(tǒng)構(gòu)成 測量系統(tǒng)應具有對被測對象的特征量進行檢測、傳輸、處理及顯示等功能，一個測量系統(tǒng)是傳感器、變送器（變換器）和其它變換裝置等的有機組合。圖1表示測量系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖。 圖 1 測量系統(tǒng)組成框圖 Company Logo傳感器的發(fā)展和應用：返回最早的傳感器 ：17世紀伽利略的溫度計溫度電信號Company LogoCompany Logo生活方面的應用智能開關(guān)控制聲控

9、開關(guān)光控開關(guān)Company Logo 思考?:聲控開關(guān)，白天會造成能源浪費？ 光控開關(guān)，夜晚會造成能源浪費？怎樣更好的解決兩者的缺陷？Company Logo聲光控開關(guān)聲光控開關(guān)及測試原理Company Logo醫(yī)療方面的應用1、電子血壓計2、血糖儀 3、電子心率控制Company Logo國防軍事的應用1、海灣戰(zhàn)爭2、EDO公司Company Logo芝麻開門紅外線傳感器干手器指紋識別器Company Logo數(shù)字游標卡尺數(shù)字風速儀數(shù)字式測振表Company LogoCompany Logo簡易思考題：CO氣體濃度及成分應采用什么傳感器來測試？Company Logo例1：某學生為了測量一個

10、物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受到的壓力（比例系數(shù)為k）如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放上物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池一個、電鍵及導線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請完成對該物體的測量m。（1）設(shè)計一個電路，要求力轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖。（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。（3）請設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。力電轉(zhuǎn)換器輸出輸入受壓面?zhèn)鞲衅髟O(shè)計題Company Logo 設(shè)計電路如圖(2) 測量