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365bet传感器与检测技术-ppt课件第一章

发布日期:2020-09-07 23:12

  传感器与检测技术-ppt课件第一章_理学_高等教育_教育专区。第1章 传感器理论基础 ? 1.1 传感器基础 1.1.1 传感器的概念 传感器(Transducer/Sensor)是一种能感 受规定的被测量并按照一定的规律转换成可 用量的器件和装置。 传感器就

  第1章 传感器理论基础 ? 1.1 传感器基础 1.1.1 传感器的概念 传感器(Transducer/Sensor)是一种能感 受规定的被测量并按照一定的规律转换成可 用量的器件和装置。 传感器就是把非电量转换成电量的装置。 世纪学校 巴正文 1 ? ? 1.1.2 传感器的组成和分类 ? ? 1.传感器的组成 传感器是由敏感元件、转换元件和测量 电路组成,如图1-1所示。 世纪学校 巴正文 2 1.1.2 传感器的组成与分类 ? 敏感元件(sensing element): 直接感受 被测量的变化,并输出与被测量成确定关系的某一物 理量的元件,它是传感器的核心。 ? 转换元件(transduction element): 将 敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件。 ? 测量电路(measuring circuit): 将转换 元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分,如 放大、滤波、线性化、补偿等,以获得更好的品质特 性,便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。 世纪学校 巴正文 3 1.1.2 传感器的组成和分类 ? ? 2.传感器的分类 (1)按照其工作原理,传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。 (2)按照其被测量对象,传感器可分为力、位移、365bet速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。 (3)按照其结构,传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的 变化来实现信号变换,如:水银温度计。结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换,如:电容式传感器。 世纪学校 巴正文 4 ? ? 1.1.3 传感器基本特性 ? ? 当传感器的输入信号是常量,不随时间变化时,其 输入输出关系特性称为静态特性。 传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ,即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号(被测 量)x(t)之间的关系,传感器系统示意图如下图所 示。 世纪学校 巴正文 5 1.1.3 传感器基本特性 ? ? 传感器的静态特性: 1. 测量范围:传感器所能测量到的最小输入量 与最大输入量 之间 的范围称为传感器的测量范围。 ? ? 2. 量程:传感器测量范围的上限值 与下限值 的代数差 - 称为量程。 3. 精度:传感器的精度是指测量结果的可靠程度,是测量中各类误差 的综合反映。工程技术中为简化传感器精度的表示方法,引用了精度等级 的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示,代表传感器测量的 最大允许误差,即相对误差。 ? ? 4. 灵敏度:灵敏度是指传感器输 出的变化量与引起该变化量的输入变 化量之比,即 ,如右图所示。 世纪学校 巴正文 6 ? 1.1.3 传感器基本特性 ? 5. 线性度:指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理 想直线的程度。在非线性误差不太大的情况下,通常采用直线拟 合的方法来线性化。这样,线性度就用输入-输出关系曲线与拟 合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示。 式中, 为非线性最大误差(最大偏差); 为满量程输出值。 常用的直线拟合方法有理论拟合、端点拟合和端点平移拟合等, 如图1-7所示。采取不同的方法选取拟合直线,可以得到不同的 线性度。 世纪学校 巴正文 7 1.1.3 传感器基本特性 世纪学校 巴正文 8 1.1.3 传感器基本特性 6. 分辨率 : 分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小 变化值的能力。输入量从某个任意值缓慢增加,直 到可以测量到输出的变化为止,此时的输入量就是 分辨率。它可以用绝对值,也可以用量程的百分数 来表示。该量说明了检测仪表响应与分辨输入量微 小变化的能力。灵敏度愈高,分辨率愈好。一般模 拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。 数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。 世纪学校 巴正文 9 1.1.3 传感器基本特性 7. 重复性: 重复性是指传感器在输入量按同一方向 作全量程连续多次变动时所得特性曲线 间不一致的程度. 世纪学校 巴正文 10 1.1.3 传感器基本特性 8. 迟滞: 迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入 量减小)行程中输出特性曲线不重合的程度,如图所 示为传感器的迟滞特性特性曲线。 世纪学校 巴正文 11 1.1.3 传感器基本特性 9. 稳定性: 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。 10. 漂移: 漂移是指在外界的干 扰下,在一定时间间隔内, 传感器输出量发生与输入 量无关的或不需要的变化。 漂移包括零点漂移和灵敏 度漂移等,如图所示。 世纪学校 巴正文 12 1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号 1.传感器的命名 传感器的全称应由“主题词+四级修饰语”组成,即 主题词 —— 传感器 一级修饰语 —— 被测量,包括修饰被测量的定语。 二级修饰语 —— 转换原理,一般可后缀以“式”字 。 三级修饰语 —— 特征描述,指必须强调的传感器结构、性能、材 料特征、敏感元件及其他必要的性能特征,一般可后缀以“型”字。 四级修饰语 —— 主要技术指标(如量程、精度、灵敏度等) 。 世纪学校 巴正文 13 1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号 2.传感器的代号 一种传感器的代号应包括以下四部分: a —— 主称(传感器);b —— 被测量;c —— 转换原理; d —— 序号,如图所示。 世纪学校 巴正文 14 1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号 3.传感器的图形符号 传感器的图形符号是电气图用图形符号的一个组成部 分。按GB/T 14479—93《传感器图用图形符号》规定, 传感器的图形符号由符号要素正方形和等边三角形组 成,如图所示。 世纪学校 巴正文 15 1.1.5 传感器的发展趋势 (1) 发现利用新现象、新效应; (2)开发新材料; (3)采用高新技术; (4)拓展应用领域; (5)提高传感器的性能; (6)传感器的微型化与低功耗; (7)传感器的集成化与多功能化; (8)传感器的智能化与数字化; (9)传感器的网络化。 世纪学校 巴正文 16 1.2 检测技术理论基础 ? 1.2.1 检测技术 检测技术是以研究检测系统中的信 息提取、信息转换以及 信息处理的理论 与技术为主要内容的一门应用技术学科 。检测技术主要研究被测量的测量原理 、测量方法、检测系统和数据处理等方 面的内容。不同性质的被测量要采用不 同的原理去测量,测量同一性质的被测 量也可采用不同测量原理。 世纪学校 巴正文 17 1.2检测技术理论基础 ? 1.2.2 测量方法 1) 直接测量、间接测量和组合测量 (又称联立 测量)。经过求解联立方程组,才能得到被测物理量的最后 结果,则称这样的测量为组合测量。 2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量 3) 等精度测量与非等精度测量 4) 静态测量与动态测量 世纪学校 巴正文 18 1.2检测技术理论基础 ? 1.2. 3 检测系统 处理环节和数据显示环节构成, 检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据 世纪学校 巴正文 19 1.2检测技术理论基础 ? 1.2. 3 检测系统 检测系统又分:开环检测系统与闭环检测系统 世纪学校 巴正文 20 1.2检测技术理论基础 ? 1.2. 4 测量误差及数据处理 测量误差 在检测过程中,被测对象、检测系统、检测方法 和检测人员都会受到各种变动因素的影响。而对被测 量的转换,有时也会改变被测对象原有的状态。这就 造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一定的 差别,这个差值称为测量误差。简言之,测量误差就 是测量值与真实值之间的差值,它反映了测量的精度 。测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误 差、方法误差和人员误差等。 世纪学校 巴正文 21 1.2检测技术理论基础 ? 1.2. 4 测量误差及数据处理 1) 随机误差的评价指标 (1) 算术平均值。在实际测量时,真值A一般无法得到。可以 证明,随着测量次数的增多,算术平均值越来越接近真值,当 无限大时,测量值的算术平均值就是线)标准误差(又称均方根误差)。算术平均值是反映随机误差 的分布中心,而标准误差则反映随机误差的分布范围。标准误 差越大,测量数据的分散范围也越大,标准误差可以描述测量 数据和测量结果的精度,是评价随机误差的重要指标。 测量数据的估计和处理 ? ? ? 世纪学校 巴正文 22 1.2检测技术理论基础 ? 1.2. 4 测量误差及数据处理 系统误差的检查及消除 1)系统误差的检查方法 (1)实验对比法。 (2)残余误差法。 ? ? 2) 系统误差的消除方法 (1) 交换法。 (2) 抵消法。 (3)代替法。 (4) 对称测量法。 (5) 补偿法。 世纪学校 巴正文 23 休息一下 世纪学校 巴正文 24

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