教学课件PPT传感器技术.ppt

2.1 概述 数据采集与控制 2.2 位移传感器 2.3 力传感器 2.4 温度传感器 第2章 传感器技术 传感器技术 2.5 光电传感器 2.1 概 述 1. 基本概念 将被测量的某一物理量按一定规律转换为另外一种与之有确定对应关系的、便于应用的物理量输出的器件或装置。 传感器输出信号有多种形式（电压、电流、频率等），由传感器原理决定。 传感器 —— 传感器技术 2.1 概 述 2. 传感器的组成 由敏感元件和转换元件组成。 敏感元件：能直接感受被测量的部分。 转换元件：能将敏感元件输出转换为适 于传输和测量的物理量部分。 传感器技术 1）按被测量的物理量 长度/线位移传感器 角度/角位移传感器 振动传感器 速度传感器 加速度传感器 力传感器 传感器技术 2. 传感器的分类 2.1 概 述 温度传感器 流量传感器 光传感器 2）按工作原理 电阻式：利用电阻参数变化实现信号转换 电容式：利用电容参数变化实现信号转换 电感式：利用电感参数变化实现信号转换 压电式：利用压电效应实现信号转换 磁电式：利用电磁感应原理实现信号转换 热电式：利用热电效应实现信号转换 传感器技术 2. 传感器的分类 2.1 概 述 光电式：利用光电效应实现信号转换 光纤式：利用光纤特性参数变化实现信号转换 3）按输出信号 模拟式：输出量为模拟信号（电压、电流等） 数字式：输出量为数字信号（脉冲、编码等） 能量转换型：传感器输出量直接由被测量能量转换而来 能量控制型：传感器输出量能量由其它能源提供 传感器技术 2. 传感器的分类 2.1 概 述 4）按能量关系 2.1 概 述 3. 传感器的特性描述 传感器的输出与输入关系特性是传感器的基本特性。 一个高精度传感器，必须要有良好的静态特性和动态特性。 传感器技术 1）传感器的静态特性 传感器在稳态信号作用下，其输出与输入的关系。 （1）线性度：传感器输出与输入的线性程度。 传感器技术 衡量传感器静态特性的指标 2.1 概 述 常用非线性误差来度量。 式中，e表示线性度，Δmax表示最大非线性绝对误差， Ymax表示满量程。 式中： 是输出量， 为零位输出， 为输入量 其余为待定系数。 为线性系数（灵敏度） （2）灵敏度：传感器在稳态下输出变化对输入变化的比值。 传感器技术 衡量传感器静态特性的指标 2.1 概 述 线性传感器，灵敏度为静态特性的斜率即Sn=y/x ； 非线性传感器，灵敏度不是常数，为一变量。 式中： 表示灵敏度， 是输出变化量， 是输入变化量。 （3）迟滞：传感器在正（输入量增大）、反（输入量减小）行程期间输出与输入特性曲线不重合的程度。 传感器技术 衡量传感器静态特性的指标 2.1 概 述 常用实验方法确定。 式中： 表示迟滞大小， 是最大输出差值， 表示满量程输出。 （4）重复性：传感器在输入量按同一方向做全量程多次标定时所得特性曲线不一致性的程度。 传感器技术 衡量传感器静态特性的指标 2.1 概 述 重复性误差属于随机误差，表示测量结果偶然误差的大小，而不表示与真值之间的差别。 2.1 概 述 研究动态特性可以从时域和频域分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析，常采用阶跃信号和正弦信号作为输入。 传感器技术 2）传感器的动态特性 传感器对激励（输入）的响应（输出）特性。 1）变极距式电容传感器 传感器技术 1.电容式传感器：利用被测量的变化引起电容量的变化来工作的。根据测量原理又可分为： 2.2 位移传感器 动极板相对于定极板有相对位移时，电容量发生相应的变化。 表示初始电容 表示介质的介电常数 为电容板间初始极距 表示电容板的面积 当极距减小Δδ，电容量相应增大 2）变面积式电容传感器 传感器技术 1.电容式传感器 2.2 位移传感器 极板间有相对位移时，传感器电容量减小。 灵敏度 特点：输出为线性，灵敏度与初始极距成反比。 3）变介质型电容传感器 传感器技术 1.电容式传感器 2.2 位移传感器 电容量C是l的函数 1）自感型电感传感器 传感器技术 2.电感式传感器：基于电磁感应现象，利用线圈自感或互感的改变来实现非电量的测量。 2.2 位移传感器 被测体的位移引起气隙磁阻的变化，使线圈的电感变化，当线圈与测量电路连接后，将电感的变化转换成电压、电流或频率的变化，完成从非电量到电量的转换。 （1）气隙型 1）自感型电感传感器 传感器技术 2.电感式传感器 2.2 位移传感器 铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈电感值的变化。 （2）螺管型 2）互感型电感