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* * 同学们好! §1-4 改善传感器性能的技术途径 一、结构、材料与参数的合理选择 确保主要指标,放宽次要指标,以求高性价比 二、差动技术 目的:改善非线性 研究生产部门:系列产品 用户:合理选择 思路: 三个技术环节: (1)两个完全相同的传感器 (2)接受输入量:大小相等,方向相反 (3)输出相减 方法: 传感器1: 非线性改善,输出灵敏度提高一倍。 完全相同传感器2,输入量反号: 二者输出相减: 例1-10 变面积式差动电容传感器。 输出: 灵敏度: 输出灵敏度提高一倍,消除了零位输出项 l。 例1-11 超声波流速计。 介质性质 温度 传播速度c 可逆性 超声波发生器 电能 机械能 超声波接收器 机械能 电能 发射超声波: 接收超声波: 超声波换能器:压电式 超声波传感器:声-电转换 三、平均技术 目的:减小随机误差 误差平均效应 数据平均处理 消除了声速变化的影响 1. 误差平均效应 n 个完全相同的电容传感器并联 容栅传感器中的误差平均效应 2. 数据平均处理 方法:将相同条件下的测量重复n次,或n次采样,然后 将数据进行平均处理,随机误差减小 倍。 四、稳定性处理 造成传感器性能不稳定原因:材料、元器件性能变化 稳定性处理方法: 电气元件:老化、筛选 材料 结构材料:时效处理、冰冷处理 永磁材料:时间老化、温度老化、机械老化 交流稳磁处理 五、屏蔽、隔离和干扰抑制 思路 传感器:减小对影响因素的灵敏度 外界影响因素:降低对传感器的实际作用功率 1、屏蔽 3、电路措施 (1)去耦滤波器 2、隔离 隔热、隔振、密封 信号地线 电源地线 信号源地线 屏蔽保护接地线 地线 将测量系统的各种地线连接在一起,并且只在一点接地。 (2)“单点”接地 目的:消除公共阻抗耦合的干扰 六、零示法、微差法与闭环技术 目的:消除或削弱系统误差 1、零示法 原理:被测量和已知标准量对仪表的作用相互平衡 举例:机械天平 优点:消除仪器不准造成的误差 2、微差法 原理:被测量和已知标准量差别减小到一定程度后, 使仪表误差的影响大大减小。 被测量 相近标准量 微差,仪表读出 3、闭环技术 K1 K2 Kn 开环系统 每个环节的相对误差对系统总误差的影响是等权的。 标准量相对误差 指示仪表相对误差 相对微量 测量误差 比较平衡方式:力、力矩平衡、电压(流)平衡、热平衡 A——静态传递函数 ——反馈环节的反馈系数 闭环静态传递函数 闭环时间常数 特点: (1)精度高、稳定性好 (2)动态特性好 七、补偿与校正 例1-13 传感器温度误差补偿。 补偿与校正方法 硬件:电子线路 软件:单片机 八、集成化与智能化 1、集成化 (1)将传感器和信号处理电路制作在同一芯片上 (2)将多个相同或不同的敏感元件集成在同一芯 片上,实现多参数测量。 特点:成本低、体积小、性能改善、 可靠性高、接口灵活 2、智能化 传感器与微机结合 传感器的智能化 智能化传感器 (1)传感器的智能化 传感器 接口 微处理器 (2)智能化传感器 传感器 处理电路 接口电路 微处理器 大规模集成智能传感器 *
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