传感器及其一般特性-力学基础实验课件-中国科技大学-04..ppt

第四章、传感器及其一般特性 人体与智能机器的对应关系 传感器实际上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。 传感器所探测的对象近来显著地增加，因而其品种也极其繁多。为了对各种各样的信号进行检测、控制，就必须获得尽量简单易于处理的信号，这样的要求只有电信号能够满足。电信号能较容易地进行放大、反馈、滤波、微分、存贮、远距离操作等。 ● 传感器的发展促使科学研究不断得以深入，科学技术的进步也在不断带动传感器技术的更新换代。 ● 传感器技术在工业自动化、军事国防和以宇宙开发、海洋开发为代表的尖端科学与工程等重要领域有广泛应用。 ● 同时，它正以自己的巨大潜力，向着与人们生活密切相关的方面渗透；生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器、网络家居等方面的传感器已层出不穷，并在日新月异地发展。 ● 社会需求是传感器技术发展的强大动力。随着现代科学技术，特别是微电子技术和信息产业的飞速发展，以及“电脑”的普及，传感器在新的技术革命中的地位和作用将更为突出，一股竞相开发和应用传感器的热潮已在世界范围内掀起。 ●“电五官”落后于“电脑”的现状，已成为微型计算机进一步开发和应用的一大障碍 ●许多有竞争力的新产品开发和卓有成效的技术改造，都离不开传感器 ●传感器的应用直接带来了明显的经济效益和社会效益 ●集传感、执行等多种功能于一身的器件正在兴起 ●传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成： ●敏感元件（Sensitive element）：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 ●转换元件（Transduction element）：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。 ●转换电路（Transduction circuit）：将转换电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。 传感器种类繁多，目前常用的分类有两种： ●根据被测量的特征进行分类 ●根据传感器的工作原理进行分类 电阻式、光电式、电感式、谐振式、电容式、霍尔式、阻抗式、超声式、磁电式、同位素式、热电式、电化学式、压电式、微波式等。 机械式传感器 机械式传感器 电阻式传感器 电阻式传感器 电感式传感器 电感式传感器 电容式传感器 传感器的基本特性 § 4.4.1静态特性 经使用一段时间 （中国计量法规定一般为一年）或修理后，必须对其主要技术指标再次进行检测试验，即校准试验，以确保其性能指标达到要求。 检定必须严格按照检定规程运作，对所检仪器给出具有法律效应合格或不合格的结论。 2．传感器标定的方法与特点 标定的基本方法是将已知的被测量（亦即标准量）输入给待标定的传感器，同时得到传感器的输出量；对所获得的传感器输入量和输出量进行处理和比较，从而得到一系列表征两者对应关系的标定曲线，进而得到传感器性能指标的实测结果。 标定系统分为绝对法标定系统和比较法标定系统。传感器的标定有静态标定和动态标定两种。 3. 静态标定 确定传感器静态指标，主要是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的，主要用于检验、测试其静态特性指标。静态标准条件主要包括没有加速度、振动、冲击（除参数本身是被测量）及环境温度（一般为室温20℃±5℃）、相对湿度不大于85％、气压为（101±7）kPa等条件。 一般的静态标定包括如下步骤： （1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点。 （2）根据传感器量程分点情况，由小到大、逐点递增输入标准量值，并记录与各点输入值相对应的输出值。 （3）将输入量值由大到小、逐点递减，同时记录下与各点输入值相对应的输出值。 （4）按上述步骤（2）、（3）所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次（一般为3～10次）测试，将得到的输出-输入测试数据用表格列出或画成曲线。 （5）对测试数据进行必要处理。输入已知标准非电量，测出传感器的输出，给出标定曲线、标定方程和标定常数，计算灵敏度、线性度、滞差、重复性等静态特性指标。 4. 动态标定 传感器的动态标定就是通过实验得到传感器动态性能指标，确定方法常常因传感器的形式（如电的、机械的、气动的等）不同而不完全一样，但从原理上一般可分为阶跃信号响应法、正弦信号响应法、随机信号响应法和脉冲信号响应法等。 1．静态标定设备 传感器静态标定设备分类：力标定设备（如测力砝码、拉压式测力计）、压力标定设备（如活塞式压力计、水银压力计、麦氏真空计）、位移标定设备（如量块、直尺等）、温度标定设备（如铂电阻