传感器原理-应用的技术演示课件.ppt

第1章 传感器的特性;1.1 传感器的组成及分类;图1.1 传感器的一般组成; 1. 敏感元件 在具体实现非电量到电量间的变换时， 并非所有的非电量都能利用现有的技术手段直接变换为电量， 而必须进行预变换， 即先将待测的非电量变为易于转换成电量的另一种非电量。这种能完成预变换的器件称之为敏感元件。 2. 变换器 能将感受到的非电量变换为电量的器件称为变换器。例如，可以将位移量直接变换为电容、 电阻及电感的电容变换器、 电阻及电感变换器； 能直接把温度变换为电势的热电偶变换器。显然，变换器是传感器不可缺少的重要组成部分。; 在实际情况中,由于有一些敏感元件直接就可以输出变换后的电信号,而一些传感器又不包括敏感元件在内,故常常无法将敏感元件与变换器严格加以区别。 如果把传感器看作一个二端口网络,则其输入信号主要是被测的物理量（如长度、力）等时,必然还会有一些难以避免的干扰信号（如温度、电磁信号）等混入。严格地说,传感器的输出信号可能为上述各种输入信号的复杂函数。就传感器设计来说,希望尽可能做到输出信号仅仅是（或分别是）某一被测信号的确定性单值函数,且最好呈线性关系。对使用者来说,则要选择合适的传感器及相应的电路,保证整个测量设备的输出信号能惟一、正确地反映某一被测量的大小,而对其它干扰信号能加以抑制或对不良影响能设法加以修正。; 传感器可以做得很简单,也可以做得很复杂；可以是无源的网络,也可以是有源的系统；可以是带反馈的闭环系统,也可以是不带反馈的开环系统；一般情况下只具有变换的功能,但也可能包含变换后信号的处理及传输电路甚至包括微处理器CPU。因此,传感器的组成将随不同情况而异。 1.1.2 传感器的分类 传感器的分类方法很多,国内外尚无统一的分类方法。一般按如下几种方法进行分类。 1. 按输入被测量分类 这种方法是根据输入物理量的性质进行分类。表1.1给出了传感器输入的基本被测量和由此派生的其它量。;表1.1 传感器输入被测量; 2. 按工作原理分类 这种分类方法以传感器的工作原理作为分类依据,见表1.2。 ;表1.2 传感器按工作原理的分类; 3. 按输出信号形式分类 这种分类方法是根据传感器输出信号的不同来进行分类,见表1.3。 ;表1.3 传感器按输出信号形式的分类 ;1.2 传感器的基本特性; 式中： x——输入量； y——输出量； a0——零位输出； a1——传感器的灵敏度,常用k表示； a2,a3,…,an——非线性项的待定常数。 式(1.1)即为传感器静态特性的数学模型。该多项式可能有四种情况,如图1.2所示。 ;图1.2 传感器静态特性曲线 ;设ai≥0, a0≥0。 1) 理想线性 这种情况见图1.2(a)。此时  a0=a2=a3= … =an=0 于是  y=a1x (1.2) 因为直线上任何点的斜率都相等,所以传感器的灵敏度为  a1= =k=常数（1.3） ; 2) 输出-输入特性曲线关于原点对称 这种情况见图1.2（b）。此时,在原点附近相当范围内曲线基本成线性,式（1.1）只存在奇次项：  y=a1x+a3 x3 +a5x5+… (1.4) 3) 输出-输入特性曲线不对称 这时,式（1.1）中非线性项只是偶次项,即  y=a1x+a2x2 +a4x4 +… (1.5) 对应曲线如图1.2（c）所示。 ; 4） 普遍情况 普遍情况下的表达式就是式（1.1）,对应的曲线如图1.2(d)所示。 当传感器特性出现如图1.2中(b)、（c）、（d）所示的非线性情况时,就必须采取线性化补偿措施。 实际运用时,传感器数学模型的建立究竟应取几阶多项式,是一个数据处理问题。建立数学模型的古典方法是分析法。该法太复杂,有时甚至难以进行。利用校准数据来建立数学模型,是目前普遍采用的一种方法,它很受人们重视,并得到了发展。 ; 传感器的静态特性就是在静态标准条件下,利用校准数据确立的。 静态标准条件是指没有加速度、振动和冲击(除非这些参数本身就是被测物理量),环境温度一般为室温20±5℃, 相对温度不大于85%,大气压力为0.1 MPa的情况。在这样的标准工作状态下,利用一定等级的校准设备,对传感器进行往复循环测试,