傳感器教案資料

傳感器教案資料第一頁，共23頁。1.1檢測技術的基本概念

1.1.1檢測技術

檢測技術：以研究自動檢測系統(tǒng)中的信息提取、信息轉換以及信息處理的理論和技術為主要內容的一門應用技術學科。

任務：尋找與自然信息具有對應關系的種種表現(xiàn)形式的信號，以及確定二者間的定性、定量關系；從反映某一信息的多種信號表現(xiàn)中挑選出在所處條件下最為合適的表現(xiàn)形式，以及尋求最佳的采集、變換、處理、傳輸、存儲、顯示

等的方法和相應的設備。

第二頁，共23頁。1.1檢測技術的基本概念1.1.2

自動檢測系統(tǒng)

自動檢測系統(tǒng)是自動測量、自動計量、自動保護、自動診斷、自動信號等諸系統(tǒng)的總稱。他的組成如圖1.1.1所示。

第三頁，共23頁。1.1檢測技術的基本概念

1.1.3

傳感器

定義：是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于應用的某種物理量的測量裝置。

含義：（1）傳感器是測量裝置，能完成信號的獲取任務；（2）它的輸入量是某一被測量；

（3）它的輸出量是某種物理量，這種物理量要便于傳輸、轉換、處理、顯示等；

（4）輸出輸入有對應關系，且應有一定的精確程度。傳感器的組成

功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。

傳感器的分類

第四頁，共23頁。1.2測量誤差及修正

1.2.1誤差的基本概念及表達式1、絕對誤差

2、相對誤差

通常用于衡量測量的準確程度，相對誤差越小，準確程度越高。3、引用誤差

我國電工儀表分七級：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，及5.0。工業(yè)自動化儀表的精度等級一般在0．2～4．0級之間。選用儀表時，一般使其最好能工作在不小于滿刻度值2/3的區(qū)域。

第五頁，共23頁。1.2測量誤差及修正1.2.2誤差的分類與來源1、系統(tǒng)誤差在相同的條件下多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持恒定或在條件改變時，與某一個或幾個因素成函數(shù)關系的有規(guī)律的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。它產生的主要原因是儀表制造、安裝或使用方法不正確，也可能是測量人員一些不良的讀數(shù)習慣等。2、隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律的誤差稱隨機誤差，又稱偶然誤差。誤差產生的原因很復雜，所以不能用修正或采取某種技術措施的辦法來消除。應該指出，在任何一次測量中，系統(tǒng)誤差與隨機誤差一般都是同時存在的，而且兩者之間并不存在絕對的界限。3、粗大誤差是一種顯然與實際值不符的誤差。

第六頁，共23頁。

1.2測量誤差及修正1.2.3系統(tǒng)誤差和隨機誤差的表達式1.2.4基本誤差和附加誤差1、基本誤差簡單地說，測量儀器在額定條件下工作時所具有的誤差，稱為基本誤差。如電源電壓、溫度、濕度等。2、附加誤差當使用條件偏離標準條件時，傳感器和儀表必然在基本誤差的基礎上增加了新的系統(tǒng)誤差，稱為附加誤差。如溫度附加誤差、電源電壓波動附加誤差等。1.2.5測量誤差的估計和校正

測量誤差中包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差，由于它們的性質不同，對測量結果的影響及處理的方法也不同。

第七頁，共23頁。1.2測量誤差及修正1、系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)與判別

發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的常用方法如下：（1）

實驗對比法

（2）剩余誤差觀察法

（3）不同公式計算標準誤差比較法

（4）計算數(shù)據比較法

2、系統(tǒng)誤差的校正

（1）補償法

（2）差分法

（3）比值補償法

（4）測量數(shù)據的修正

第八頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性

1.3.1傳感器的靜態(tài)特性

1、精確度用精密度、準確度和精確度三個指標來描述。（1）精密度精密度是隨機誤差大小的標志，精密度高，意味著隨機誤差小。（2）準確度它說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。準確度是系統(tǒng)誤差大小的標志，準確度高意味著系統(tǒng)誤差小；同樣準確度高不一定精密度高。（3）精確度它是精密度和準確度兩者的總和，精確度高表示精密度準確度都比較高。

第九頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性以射擊為例，加深對三個概念的理解。

2、穩(wěn)定性

（1）穩(wěn)定度（2）影響量

第十頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性3、傳感器的靜態(tài)輸入—輸出特性靜態(tài)特性是指輸入的被測參數(shù)不隨時間而變化或隨時間變化很緩慢時，傳感器的輸出量與輸入量的關系。（1）線性度通常用相對誤差δL來表示，即（2）靈敏度靈敏度表示傳感器的輸入增量△x與由它引起的輸出增量△y之間的函數(shù)關系。即靈敏度S等于傳感器輸出增量與被測增量之比，它是傳感器在穩(wěn)態(tài)輸出輸入特性曲線上各點的斜率，用下式表示：

第十一頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性靈敏度表示單位被測量的變化所引起傳感器輸出值的變化量。S值越高表示傳感器越靈敏。

靈敏度的三種情況如圖：

從靈敏度的定義可知，靈敏度是刻度特性的導數(shù)，因此它是一個有單位的量。

第十二頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性（3）靈敏度域與分辨力靈敏度域是指傳感器最小所能夠區(qū)別的讀數(shù)變化量。分辨力是指數(shù)字式儀表指示數(shù)字值的最后一位數(shù)字所代表的值，當被測量的變化量小于分辨力時，儀表的最后一位數(shù)不變，仍指示原值。靈敏度域或分辨力都是有單位的量，它的單位與被測量的單位相同。對于一般傳感器的要求是，靈敏度應該大，而靈敏度域應該小。但也不是靈敏度域越小越好，因為靈敏度域越小，干擾的影響越顯著，給測量的平衡過程造成困難，而且費時、費錢。因此，選擇的靈敏度域只要小于允許測量絕對誤差的三分之一即可。靈敏度是廣義的增益，而靈敏度域則是死區(qū)或不靈敏區(qū)。

第十三頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性（4）遲滯傳感器在正反行程中輸出—輸入特性曲線不重合程度稱為遲滯，遲滯誤差大小用下式表達：

遲滯誤差又叫回程誤差，用絕對誤差表示。（5）重復性重復性是指傳感器的輸入在按同一方向變化時，在全量程內連續(xù)進行重復測試時，所得到的各特性曲線的重復程度，用下式表示：

第十四頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性1.3.2傳感器的動態(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特性。只要輸入量是時間的函數(shù)，則其輸出量也將是時間的函數(shù)。研究動態(tài)特性是根據標準輸入特性來考慮傳感器的響應特性。

第十五頁，共23頁。1.3傳感器的基本特性1.動態(tài)特性的數(shù)學描述2.傳遞函數(shù)3.動態(tài)響應第十六頁，共23頁。1.動態(tài)特性的數(shù)學描述對線性系統(tǒng)動態(tài)特性的研究，就要分析數(shù)學模型的輸入量x與輸出量y之間的關系，通過對微分方程求解，就可以得到動態(tài)性能指標。第十七頁，共23頁。2.傳遞函數(shù)動態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線性定常系統(tǒng)中是初始條件為0時，系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換與輸出量的拉普拉斯變換之比。

對一定常系統(tǒng)，當系統(tǒng)微分方程已知，只要把方程式中各階導數(shù)用相應的s變量來替換，即可求得傳感器的傳遞函數(shù)。第十八頁，共23頁。3.動態(tài)響應1)正弦輸入時的頻率響應

·零階傳感器

·一階傳感器

·二階傳感器2)階躍響應第十九頁，共23頁。1.4傳感器的標定1.4.1靜態(tài)標定

1、標定條件及儀器精度

（1）靜態(tài)標定條件

（2）標定儀器設備精度等級的確定

2、靜態(tài)特性的標定方法第二十頁，共23頁。1.4傳感器的標定1.4.2動態(tài)標定

1、靈敏度的標定

2、頻率響應的標定

（1）