《第1章 传感器概述与测量技术理论基础》.ppt

传感器技术及应用 电信系 夏银桥 电话邮箱：xiayq@mail.hust.edu.cn 人和机器进行体力劳动、脑力劳动过程 霍尔传感器安装位置及作用 空气流量计安装位置及作用 ECU的安装位置及作用 水温传感器安装位置及作用 爆振传感器安装位置及作用 1.1.1 传感器的概念和组成 国标GB７６６５－８７规定：传感器(sensor)是能感受规定的被测量并能按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 传感器亦称为：变换器(transducer)、转换器(converter)、检测器(detector)和变送器(transmitter)等 通常由敏感元件和转换元件组成。 通俗的说法 　１，传感器是对物理、化学、生物等非电量敏感，并能将其转换成电信号的器件（元件）。 2. 按传感器工作原理进行分类： 应变式传感器，电阻式传感器， 电容式传感器，电感式传感器， 压电式传感器，磁阻式传感器， 霍尔式传感器， 磁光式传感器。 通常的教科书均采用这种分类方法 3.按能量转换关系分类 按照传感器的能量转换情况，可分为能量控制型和能量转换型传感器两大类。 所谓能量控制型传感器是指其变换的能量是由外部电源供给的，而外界的变化(即传感器输入量的变化)只起到控制的作用。如电阻、电感、电容等电参数传感器、霍耳传感器等都属于这一类传感器。 能量转换型传感器，主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电效应等的传感器都属于此类传感器。 1.1.3 传感器的基本特性 传感器特性：描述传感器输出与输入关系特性 静态特性：当输入量为常量，或变化缓慢时的输出与 输入之间的关系。 动态特性：当输入量随时间较快变化时的输出与输入之间的关系。 2.2.1 传感器的静态特性 静态特性：当输入量为常量，或变化缓慢时的输 出与输入之间的关系。 传感器的静态特性一般输入量与输出量之间在数值上具有一定的对应关系 静态特性方程(不考虑迟滞、蠕变及其他不稳定因素） y=a0+a1x+a2x2+…+anxn 式中：a0——输入量x为零时的输出量； a1 ——线性项系数，也是理想的灵敏度， a2，…，an—— 非线性项系数。 各项系数决定了特性曲线的具体形式 1.灵敏度 灵敏度：传感器达到稳定工作状态时输出量的变化与引起此变化的输入量变化之比。 对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，即S = y / x。 非线性传感器的灵敏度为一变量，如图所示。 一般希望传感器的灵敏度高，在满量程范围内是恒定的，即传感器的输出—输入特性为直线。 拟合直线:用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。(在非线性误差不大的情况下,采用直线拟合地办法进行线性化) 线性度(非线性误差):输入输出特性曲线偏离拟合直线的程度。 通常用相对误差表示。 拟合直线的方法： 采用拟合直线的原则：获得最小的非线性误差，使用计算方便。 直线的拟合方法： (a) 理论拟合； (b) 过零旋转拟合； (c) 端点连线拟合； (d) 端点平移拟合 （e）最小二乘法 线性化补偿方法 ①拟合直线法 ②差动法 ③非线性补偿法——补偿线路或补偿软件 线性化补偿目的：使传感器特性曲线趋于线性，有利于简化传感器的理论分析和设计计算，有利于标定和数据处理，有利于刻度均匀，提高测量精度。 3. 迟滞 （回程误差、变差） 回程误差表明的是在正反行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 产生回程误差的原因： 一般滞后现象引起：由于磁性材料的磁化和材料受力变形 仪器的不工作区引起：机械部分存在（轴承）间隙、摩擦、（紧固件）松动、材料内摩擦、积尘等缺陷造成输入变化对输出无影响。 5. 漂移 漂移：指传感器在输入量不变的情况下，其输出量随着时间变化称为漂移。 产生原因：传感器自身结构参数；周围环境（如温度、湿度等） 常见漂移：温漂 零点漂移 为加深对精密度、准确度和精确度的理解，下面用打靶的例子来说明。子弹落在靶心周围有三种情况： 图(a)的弹着点很分散，表明它的精密度很低； 图(b)的弹着点集中但偏向一方，表明精密度高但准确度低； 图(c)的弹着点