传感器的原理及电阻式传感器.ppt

第六章 传感器原理 6.1 传感器基本概念 6.1.1传感器的定义与组成 6.1.2传感器的分类 6.1.3传感器的基本特性 6.1.1传感器的定义与组成 一、传感器的定义 传感器（sensor）是把被测的物理量按一定的规律转换为相应的容易检测、传输及处理的信号的装置。 它是实现自动检测和自动控制的首要环节 。 6.1.1传感器的定义与组成 二.传感器的组成 传感器通常由敏感元件、转换器件和其他辅助器件组成。 敏感元件（Sensing element） 　　 传感器中直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的部分。 转换元件（Transduction element） 　 能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 6.1.2传感器的分类 6.1.2传感器的分类 6.1.2传感器的分类 6.1.3传感器的基本特性 一、传感器的静态特性 二、传感器的动态特性 6.1.3传感器的基本特性 一、静态特性 传感器在被测量处于稳定状态的输入—输出关系。对于理想传感器，其静态特性可用麦克劳林技术表示： 只有当二阶以上的项为0时，才满足理想的线性关系。 6.1.3传感器的基本特性 衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、精确度、重复性、迟滞性和分辨率。 1.线性度 又称非线性误差、非线性度，它表示传感器特性曲线与刻度直线的偏离程度（图6.1）其表达式为： 线性度 6.1.3传感器的基本特性 6.1.3传感器的基本特性 2.精确度 传感器的精度是指测量结果的可靠程度，它以给定的准确度表示重复某个读数的能力，其误差愈小，则精度愈高。一般用极限误差或极限误差与满量程输出之比的百分数表示： 精确度=（极限误差/量程）*100% 在应用中，为了简化传感器的精度的表示方法，引用了精度等级的概念，分为：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0。精度等级越小精度越高。 6.1.3传感器的基本特性 3.灵敏度 表示在稳定工作状态下，传感器输出变化与引起此变化的输入变化的比值，K为灵敏度，即 6.1.3传感器的基本特性 4.重复性 指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全量程范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性。特性曲线一致，则重复性好，测量误差小。 （图6.2） 6.1.3传感器的基本特性 5.迟滞性 在输入量增加过程中测得的某一点输出值，与在输入减少过程测得的同一点值不一样，这种现象称为滞后。图6.3曲线称为滞环特性曲线。 6.1.3传感器的基本特性 6.分辨率 传感器能感测到的测量值的最小变化量，因为变化量是无穷的，小数点后面有无穷位，但传感器测量的输出并不是无穷的变化量都能分辨出来，能分辨的最小单位就是分辨率。 【例1】一光栅传感器，测量长度10mm，最小测量距离0.1um，求分辨率。 6.1.3传感器的基本特性 二、动态特性 指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的主要动态特性指标有： （1）时域性能指标 采用瞬态响应法（阶跃响应） （2）频域性能指标 采用频率响应法（正弦响应） 6.2.1电阻式传感器 电阻式传感器是将被测非电量转换成电阻值变化的器件或装置。 6.2.1电阻式传感器 一、应变片式传感器 二、压阻式传感器 三、其他电阻传感器 6.2.1电阻式传感器 一、应变片式传感器 1.电阻应变效应 长为L、截面积为A、电阻率为r的金属或半导体丝，电阻为 6.2.1电阻式传感器 6.2.1电阻式传感器 6.2.1电阻式传感器 6.2.1电阻式传感器 6.2.1电阻式传感器 6.2.1电阻式传感器 电阻丝较细，直径一般在0.015～0.06 mm，两端焊有较粗的低阻镀锡铜丝(直径为0.1～0.2 mm)作为引线，以便与测量电路连接。应变片的规格一般是以使用面积和电阻来表示的，如PJ-120型金属电阻应变片的规格为13 mm×5 mm，120 W。 6.2.1电