传感器的测量误差与准确度.PPT

课程教学目标与方法 ●了解传感器的基本概念。 ●掌握常用传感器的原理、结构、特性和用途，能正确选用传感器。 ●理解传感器的信号处理方法和测量电路、抗干扰技术及数据采集系统的组成方法。 ●掌握常用传感器的技术特性及其使用、安装和调整方法。 ●本课程应采用理论与实践相结合的教学方法，重点理解传感器的原理与特性，掌握传感器的选用、安装与调整技能。 传感器的初步认知 ● 1.1 传感器的定义与作用 ● 1.2 传感器的组成与分类 ● 1.3 传感器的基本特性 ● 1.4 传感器的测量误差与准确度 ● 1.5 传感器中的弹性敏感元件 要点：1.传感器的作用、类型及基本特性 2.传感器的误差与准确度 3.弹性敏感元件的作用与类型 1.1 传感器的定义与作用 1.1.1 传感器的定义与作用 传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。 1.4.1 误差的类型 2.按被测量与时间的关系分类 （1）静态误差 被测量不随时间变化时测得的误差称为静态误差。 （2）动态误差 被测量在随时间变化过程中测得的误差称为动态误差。动态误差是由于检测系统对输入信号响应滞后，或对输入信号中不同频率成分产生不同的衰减和延迟所造成的。动态误差值等于动态测量和静态测量所得误差的差值。 1.4.2 误差的表示方法 绝对误差和修正值的量纲必须与示值量纲相同。 绝对误差可表示测量值偏离实际值的程度，但不能表示测量的准确程度。 1.5 传感器中的弹性敏感元件 小结： 1.误差按性质分类 2.误差的表示方法 3.准确度 4.弹性敏感元件的作用 5.弹性敏感元件的特性 6.弹性敏感元件的类型 作业：1-9、1-10、1-11、1-12、1-13 3.虎克定律与弹性模量 σ=Eε τ=Gγ 式中，E为弹性模量或称杨氏模量，单位为N／m2； G为剪切模量或称刚性模量； τ为切应力。 1.5.2 弹性敏感元件的特性 1.刚度 图1-8 特性曲线 说明弹性元件受力(或力矩、压力)与其相应的位移(线位移，角位移)之间的关系 2.灵敏度 3.固有振动频率 其他：弹性滞后和弹性后效 1.5.3 弹性敏感元件的材料 表1-1 常用弹性材料性能表 2.7 0.72 硬铝 11 5.0 1.31 铍青铜 10 - 2.18 40Cr 2 1.若淬火830～850℃,回火500℃，强度限可达9.5～10.5 2.用于一般传感器 - 2.0 45号钢 1 G(109) E(1011) 材料按序号说明 弹性模量/(N/m2) 名称 序号 1.5.4 弹性敏感元件的类型 1.变换力的弹性敏感元件 图1-9 变换力的弹性敏感元件 a)实心轴 b)空心轴 c、d)等截面圆环 e)变形的圆环 f)等截面悬梁 g)等强度悬臂梁 h)变形的悬臂梁 i)扭转轴 2.变换压力的弹性元件 图1-10 变换压力的弹性敏感元件 a)弹簧管 b)波纹管 c)等截面薄板 d)膜盒 e)薄壁圆简 f)薄壁半球 * * 传感器及应用 图1-1 人机对应关系 外界信息 五种感官 人脑 四肢等 传感器 电子计算机 执行器 1.1.2 传感器的作用和应用领域 1.传感器的作用 如图1-1所示,人们把传感器比作人的五种感觉器官，但在诸如高温、高湿、深井、高空等环境及高精度、高可靠性、远距离、超细微等方面是人的感官所不能代替的。 传感器的作用可包括信息的收集、信息数据的交换及控制信息的采集三大内容。通过传感器对自然界的各种物质信息进行采集。 2.传感器的应用领域 如图1-2所示,传感器是任何一个自动控制系统必不可少的环节。如今，传感器的应用领域已涉及到科研、各类制造业、农业、汽车、智能建筑、家用电器、安全防范、机器人、人体医学、环境保护、航空航天、遥感技术、军事等各个方面，人们已经离不开各种各样的传感器了。 传感器 显示与 记录设备 输出接口 计算机 输入接口 控制设备 控制对象 图1-2 微机化检测与控制系统的基本组成 3.传感器在国民经济中的地位 传感器技术对现代化科学技术、现代化农业及工业自动化的发展起到基础和支柱的作用，在世界各国也已成为一种重要产业。可以说“没有传感器就没有现代化的科学技术”；没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件。传感器技术已成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一。 1.2 传感器的组成与分类 被测 非电量 输出 电量 敏感元件 转换元件 转换电路 图1-3 传感器的组成 辅助电源 从功能上讲，传感器通常由敏感元件、转换元