《傳感器與自動檢測技術(shù)》課件第1章

第1章傳感器與檢測技術(shù)的基本知識本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：1.1感器基礎(chǔ)知識1.2檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識1.3檢測系統(tǒng)中的彈性敏感元件1.4傳感器的標(biāo)定與選擇1.1傳感器基礎(chǔ)知識

1.1.1傳感器的組成與分類傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成有用輸出電信號的器件或裝置。敏感元件

傳感元件

信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路

被測量非電量電參量電量傳感器組成框圖

目前一般采用兩種分類方法。一是按傳感器的工作原理分類，如應(yīng)變式、電容式、壓變式、磁電式等。二是按被測參數(shù)分類，如溫度、壓刀、位移、速度等被測量。1.1.2傳感器的基本特性

在生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中，要對各種參數(shù)進(jìn)行檢測和控制，就要求傳感器能感受被測非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量，這取決于傳感器的基本特性，即輸出-輸入特性。1.傳感器的靜態(tài)特性

傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸人之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。傳感器的輸出與輸人關(guān)系：

傳感器輸出-輸入特性線性化擬合直線：（1）線性度

線性度概念動畫演示線性度表達(dá)式為（2）靈敏度

傳感器在穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出變化量與輸入變化量的比值（3）遲滯現(xiàn)象

傳感器在正行程（輸入量增大）和反行程（輸入量減?。┢陂g其輸出-輸人特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯現(xiàn)象。遲滯誤差：

（4）重復(fù)性

重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。

重復(fù)性誤差：

2.傳感器的動態(tài)特性

傳感器的動態(tài)特性，是指在測量動態(tài)信號時傳感器的輸出反映被測量的大小和隨時間變化的能力。

給傳感器輸入一個單位階躍函數(shù)信號：

(a)一階系統(tǒng)(b)二階系統(tǒng)1.2檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識

1.2.1檢測系統(tǒng)的組成與功能

檢測系統(tǒng)的主要組成部分如圖。傳感器組成框圖被測量傳感器信號處理模擬信號處理模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬信號顯示記錄

數(shù)模轉(zhuǎn)換

數(shù)字信號處理數(shù)字信號顯示記錄1.2.2測量的方法

實現(xiàn)被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為測量方法。1.根據(jù)測量過程的特點分

直接測量間接測量組合測量2.根據(jù)測量的精度因素分

等精度測量非等精度測量3.根據(jù)測量儀器的特點分

4.根據(jù)測量對象的特點分

非接觸測量接觸測量動態(tài)測量靜態(tài)測量1.2.3測量誤差的分類按誤差出現(xiàn)的規(guī)律劃分

系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差粗大誤差εδ（a）準(zhǔn)確度高而精密度低（b）準(zhǔn)確度低而精密度高（c）精確度高1.絕對誤差

某采購員分別在A

、B

、C

三家商店購買100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對C家賣牛肉干的商店意見最大，是何原因？

【例1】1.2.4測量誤差的表示方法（2）相對誤差①實際相對誤差②標(biāo)稱相對誤差③滿度（或引用）相對誤差當(dāng)Δ取為Δm時，滿度（或引用）相對誤差就被用來確定儀表的精度等級S：我國電工儀表等級分為七級，即：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0級

【例2】今有0.5級的0～500℃和1.0級的0

～100℃兩個溫度計，要測80℃的溫度，試問采用哪一個溫度計好？解：用0.5級儀表測量時，最大標(biāo)稱相對誤差為：

用1.0級儀表測量時，最大標(biāo)稱相對誤差為：

顯然本例中用1.0級儀表比用0.5級儀表更合適。

1.2.5測量誤差的處理1.剔除粗大誤差

一般將稱為測量結(jié)果的極限誤差。當(dāng)有測量數(shù)據(jù)的剩余誤差較極限誤差大，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)有粗大誤差存在，必須剔除。2.估算隨機(jī)誤差

3.數(shù)據(jù)處理的一般步驟

（1）計算n次測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值

（2）計算標(biāo)準(zhǔn)誤差（3）檢查有無粗大誤差數(shù)據(jù)（4）計算算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差（5）寫出測量結(jié)果的表達(dá)式【例3】現(xiàn)對某液體測量溫度11次，測量序號與測量數(shù)據(jù)見下表所示：測量序號i1234567891011測量數(shù)據(jù)（℃）20.7220.7520.6520.7120.6220.4520.6220.7020.6720.7320.741.3.1彈性敏感元件的基本特性1．剛度

2．靈敏度靈敏度為常數(shù)，此彈性特性是線性。彈性特性曲線圖

1.3檢測系統(tǒng)中的彈性敏感元件

1.3.2彈性敏感元件的形式及應(yīng)用范圍

1．彈性敏感元件的形式變換力變換壓力等截面軸環(huán)狀彈性敏感元件懸臂梁扭轉(zhuǎn)軸彈簧管波紋管等截面薄板波紋膜片和膜盒薄壁圓筒和薄壁半球

2．變換力的彈性敏感元件（1）等截面軸力F應(yīng)變ε

等截面軸受力動畫演示等截面軸示意圖（2）環(huán)狀彈性敏感元件

較小力F應(yīng)變ε

環(huán)狀彈性敏感元件受力動畫演示（3）懸臂梁懸臂梁是一端固定另一端自由的彈性敏感元件。懸臂梁受力動畫演示懸臂梁示意圖力F應(yīng)變ε

或力F位移

x

（4）扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩T

應(yīng)變ε

扭轉(zhuǎn)軸受力動畫演示扭轉(zhuǎn)軸示意圖3．變換壓力的彈性敏感元件（1）彈簧管壓力p

中心角角位移△γ

彈簧管受力動畫演示（2）波紋管壓力p

自由端的位移x波紋管受力動畫演示波紋管示意圖（3）等截面薄板（4）波紋膜片和膜盒壓力p

位移x壓力差p

位移x等截面薄板示意圖膜盒示意圖應(yīng)變ε壓力p

或者

1.4傳感器的標(biāo)定與選擇

1.4.1傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)

標(biāo)定實際上就是利用某種標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進(jìn)行刻度。標(biāo)定工作不僅在傳感器出廠時或安裝時要進(jìn)行，而且在傳感器的使用過程中還需定期檢驗。對傳感器進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，必須有一個長期的、穩(wěn)定的和高精度的基準(zhǔn)。1.4.2傳感器的選擇與測量條件有關(guān)的因素與測量條件有關(guān)的因素（1）與測量條件有關(guān)的因素與測量條件有關(guān)的因素（2）與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)（3）與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素（4）與購買和維修有關(guān)的因素與購買和維修有關(guān)的因素2.選擇傳感器的一般原則2.選擇傳感器的一般