传感器原理及应用第一章概述讲述.ppt

①传感器是测量装置，能完成检测任务； ②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生 物量等； ③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可 以是气、光、电物理量，主要是电物理量； ④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 ● 1665年虎克利用光学显微镜观察软木栓，发现了细胞，促进了生物学的发展； ● 爱因斯坦：通过实验于1905年提出了狭义相对论；1915年提出了广义相对论；大家知道，当时的相对论并未被世人承认，直到50年后的天文望远镜的出现才证实了相对论的正确性； 脉冲响应 一阶系统 阶跃响应 一阶传感器的阶跃响应 暂态响应是指数函数，输出曲线逐渐达到稳定； 理论上t—∞时才能达到稳定，时间常数τ越小越好，是 反 映一阶传感器的重要参数； 实际运用时t = 4τ时工程上认为已达到稳定； 由曲线看出它与动态测温相似，所以动态测温是典型的一阶 系统 。 （3）二阶传感器 加速度 典型二阶测量系统的微分方程通式为 传递函数： 频率响应函数 ： 幅频特性 ： 相频特性 ： 频率响应 式中: ——测量系统的固有圆频率 弹簧－质量－阻尼系统 式中 ——测量系统的阻尼比系数 二阶传感器幅频与相频特性 （a）幅频特性（b）相频特性 当ξ→0时，在ω/ωn=1处A(ω)趋近无穷大，这一现象称之为谐振。 随着ξ的增大，谐振现象逐渐不明显。 当ξ≥0.707时，不再出现谐振，这时A(ω)将随着ω/ωn的增大而单调下降。 频率响应特性取决于 固有频率 阻尼比 二阶传感器幅频与相频特性 （a）幅频特性（b）相频特性 当ξ0.707, 且 ω/ωn1时， 幅值A(ω) ≈ 1， φ（ω）≈ 0； ω在（0.3ωn，2.5ωn）区间： 一般来说，在ζ0.6～0.8时， 可以获得较为合适的综合特性。 当ζ=0.7O7时，在0～0.58ωn 的频率范围内，A（ω）的变化 不超过 5％，同时φ(ω)也接 近于直线。 允许的测量误差 ±ε% 最佳阻尼比 ζ 可用频率范围 ω/ωn ±10 0．54 0 ～ 1.028 ±5 0．59 0 ～ 0.867 ±2 0．63 0 ～ 0.692 ±1 0．66 0 ～ 0.585 最佳阻尼比：0.6～0.8； 实际可用频率范围0～0.6ωn 与不同误差相对应的最佳阻尼比和可用频率范围 然后求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。 最小二乘法求取的拟合直线拟合精度最高，也是最常用的方法。 0 y x ⊿Hmax yFS 迟滞特性 式中△ Hmax—正反行程间输出的最大差值。 传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 2．迟滞（回程误差） 一个电子秤称重 加砝码10g --- 50g --- 100g --- 200g 电桥输出0.5mv --- 2mv --- 4mv--- 10mv 减砝码输出1mv --- 5mv --- 8mv--- 10mv 回程误差是由迟滞现象产生的，即由于装置内部的弹性元件、磁性元件的滞后特性以及机械部分的摩擦、间隙、灰尘积塞等原因造成的。 y x 0 ⊿Rmax2 ⊿Rmax1 传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不一致的程度。 △Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。 3．重复性 重复性误差可用正反行程的最大偏差表示，即 当特性曲线呈非线性关系时，灵敏度的表达式为 ： x x y y y △y △y △x △x 0 0 (a) (b) x 4、灵敏度：测试系统对输入量变化反应的能力 输入x有一个变化量?x，它引起系统输出y发生相应的变化量?y，则定义灵敏度 对于理想的定常线性系统，灵敏度为 灵敏度的量纲：输出量纲/输入量纲（如：V/mm，V/℃，mV/℃，mV/g） 灵敏度越高越敏感，易受干扰 5．分辨力与阈值 分辨力——指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率——分辨力与满量程的百分数表示。 阈值——在传感器输入零点附近的分辨力。 6．稳定性 表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力。 温度稳定性又称为温度漂移，是指传感器在外界温度下输出量发生的变化。 抗干扰稳定性指传感器对外界干扰的抵抗能力，例如抗冲击和振 动的能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等。 表示法：重复性的数值差/观测时间 例如：2.1mV/8h、1％F.S/Y 7．静态误差 取2 σ或3 σ值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相对误差来表示，即 静态误差的求取方法如下：把全部输出数据与拟合直