自动检测与转换技术 教学课件 ppt 作者 罗振成 张桂枝 主编 杨兴 郭俊杰 副主编传感器的概述.ppt

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传感器的概述 2.1传感器的定义 传感器是能感受被测量并按照一定规律转换成与之对应的电量的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。 这是判定装置是否为传感器的依据 问题: 温度计、体温计是不是传感器? 气体打火机中的点火装置是吗? 敏感元件:直接感受被测物理量并对其进行转换的元件或单元。 敏感元件是传感器的核心部件。 2.2 传感器的分类 按被测物理量进行分类 : 力传感器、速度传感器、温度传感器等。 按传感器的工作原理或传感过程中信号转换的原理分类: 结构型传感器:根据传感器的结构变化来实现信号的传感,如电容传感器。 物性型传感器:根据传感器敏感元件材料本身物理特性的变化来实现信号的转换。 根据传感器与被测对象之间的能量转换 能量控制型传感器:依靠外部提供辅助能源来工作,由被测量来控制该能量的变化。如电桥电阻应变仪。 能量转换型传感器:直接由被测对象输入能量来使传感器工作的。如热电偶温度计、弹性压力计等等。 根据输出信号分为模拟传感器、数字传感器、开关量传感器 根据输出信号的特点分为:电压、电流、总线型 2.3系统的特性 静态和动态 静态特性 当被测量是恒定的、或是慢变的物理量时 ,涉及到系统的静态特性。 静态特性包括:重复性;漂移;误差;精确度;分辨率;线性度;非线性。 动态特性 被测量是随时间变化,了解动态输入和输出之间的差异 重复性(亦称精度): 表示由同一观察者采用相同的测量条件、方法及仪器对同一被测量所做的一组测量之间的接近程度。 表征测量仪器随机误差接近于零的程度。 漂移: 仪器的输入未产生变化时其输出所发生的变化。 由仪器的内部温度变化和元件的不稳定性引起。 误差: 误差定义: 误差E是指示值与真值或准确值的差: E=xm-x xm-指示值; x-真值或准确值。 校正值或修正值B是与误差E的数值相等但符号相反的值 : B=x-xm 分类(根据误差的性质): 系统误差: 定义:每次测量同一量时,呈现出相同的或确定性方式的那些测量误差。 随机误差: 定义:每次测量同一量时,其数值均不一致、但却具有零均值的那些测量误差。 过失误差或非法误差: 意想不到而存在的误差。 精确度: 测量仪器的指示值和被测量真值的符合程度,通过所宣称的概率界限将仪器输出与被测量的真值关联起来。 精确度是由诸如非线性、迟滞、温度变化、漂移等一系列因素所导致的不确定度之和。 灵敏度: 单位被测量引起的仪器输出值的变化。 灵敏度有时亦称增益或标度因子。 分辨率: 当一个被测量从一个相对于零值的任意值开始连续增加时,使指示值产生一定变化量所需的输入量的变化量 。 如果指示值不是连续的,将指示的不连续步距值称作分辨率 。 数显式仪器的分辨率是指显示值最后一位数的数据。 线性度 第一种定义: 用理论刻度的端点值来确定参考直线。最大的偏离量并以示值范围的百分比给出 。 第二种定义: 采用线性回归技术来求出该直线,使得测量值偏离该直线的误差平方之和为最小值。而最大的偏离量则按照测量的不确定度的定义给出。 8. 迟滞、回差和弹性后效 2.4系统的动态特性 单位脉冲输入下系统的脉冲响应函数 单位脉冲函数δ(t),其傅立叶变换为1。Y(s)=H(s)X(s)=H(s)Δ(s)=H(s) 。对Y(s)作拉普拉斯反变换可得装置输出的时域表达 h(t)为称装置的脉冲响应函数或权函数。 单位阶跃输入下系统的响应函数 阶跃函数和单位脉冲函数间的关系是 亦即 因此系统在单位阶跃信号激励下的响应便等于系统对单位脉冲响应的积分。 单位斜坡输入下系统的响应函数 斜坡函数也可视为是阶跃函数的积分,因此系统对单位斜坡输入的响应同样可通过系统对阶跃输入的响应的积分求得。 系统特性参数的实验测定 一阶系统动态特性参数测定 静态灵敏度K可通过静态标定来得到 。 求τ方法: 方法一:对系统施加一阶跃信号,然后求取系统达到最终稳定值的63.2%所需时间作为系统的时间常数τ 。这一方法的缺点是不精确 。 方法二:阶跃试验 由一阶系统的阶跃响应函数: 定义 Z=ln[1-y(t)] 则有 进而有 画出Z与t的关系图, 根据所测得的数据点是否落在一根直线上的情况,我们可判断该系统是否是一个一阶系统。 方法三:(频率响应试验) 将正弦信号在一个很宽的频率范围上输入被试验系统,记录系统的输入与输出值。然后画出系统的幅值比和相位。若系统为一阶系统,则所得曲线在低频段为一水平线(斜率为零),而在高频段曲线斜率为-20dB/10倍频。相角则渐近地接近-90o。于是由曲线的转折点(转折频率)处可求得时间常数: 2.5测试系统实现精确测量的条件 测试的任务 :精确

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