第三講傳感器的基本知識(shí)演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共39頁(yè)。（優(yōu)選）第三講傳感器的基本知識(shí)當(dāng)前2頁(yè)，總共39頁(yè)。傳感器及基本特性

一、傳感器的組成1-彈簧管2-電位器圖1-4傳感器組成框圖舉例：測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器當(dāng)前3頁(yè)，總共39頁(yè)。彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。當(dāng)前4頁(yè)，總共39頁(yè)。彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α當(dāng)前5頁(yè)，總共39頁(yè)。彈簧管放大圖

當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。

當(dāng)前6頁(yè)，總共39頁(yè)。壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)前7頁(yè)，總共39頁(yè)。被測(cè)量通過(guò)敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量-----電阻的變化（ΔR）

當(dāng)前8頁(yè)，總共39頁(yè)。

360度圓盤(pán)形電位器右圖所示的360度圓盤(pán)形電位器的中間焊片為滑動(dòng)片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。接地當(dāng)前9頁(yè)，總共39頁(yè)。測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當(dāng)電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)系的電壓Uo

。

當(dāng)前10頁(yè)，總共39頁(yè)。分壓比電路的計(jì)算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位移量x成正比：對(duì)圓盤(pán)式電位器來(lái)說(shuō)，Uo與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：當(dāng)前11頁(yè)，總共39頁(yè)。物理型傳感器：物理基礎(chǔ)的基本定律。場(chǎng)的定律、物質(zhì)定律、守恒定律和統(tǒng)計(jì)定律構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)型:物理學(xué)中場(chǎng)的定律物性型:物質(zhì)定律能量轉(zhuǎn)換能量控制型能量轉(zhuǎn)換型二、傳感器分類傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。工作機(jī)理：物理型、化學(xué)型、生物型當(dāng)前12頁(yè)，總共39頁(yè)。按被測(cè)量分類：

可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。按測(cè)量原理分類：

可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。

我們課程主要采用第二種分類法。

當(dāng)前13頁(yè)，總共39頁(yè)。三、傳感器基本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性。一般分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜特性：輸入量為常量，或變化極慢動(dòng)特性：輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí)輸出與輸入間關(guān)系

微分方程微分方程中的一階及以上的微分項(xiàng)取為零時(shí)，可得到靜特性（動(dòng)特性的特例）表示傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系，希望輸出與輸入具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且呈線性關(guān)系。當(dāng)前14頁(yè)，總共39頁(yè)。

其靜態(tài)特性主要包括：靈敏度、分辨力、線性度、穩(wěn)定度、電磁兼容性、可靠性等。

輸出量輸入量零點(diǎn)輸出理論靈敏度非線性項(xiàng)系數(shù)當(dāng)前15頁(yè)，總共39頁(yè)。靈敏度：

靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出量的變化與引起此變化的輸入量之比，用K來(lái)表示：

表征傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力當(dāng)前16頁(yè)，總共39頁(yè)。(a)線性傳感器(b)非線性傳感器當(dāng)前17頁(yè)，總共39頁(yè)。分辨力：

指?jìng)鞲衅髂軝z出被測(cè)信號(hào)的最小變化量。當(dāng)被測(cè)量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。

對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒(méi)有其他附加說(shuō)明，可以認(rèn)為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。一般地說(shuō)，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對(duì)誤差。

當(dāng)前18頁(yè)，總共39頁(yè)。線性度：

線性度又稱非線性誤差，是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線與擬合直線（有時(shí)也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出的百分比。

非線性誤差越小越好。線性度的計(jì)算公式如下：當(dāng)前19頁(yè)，總共39頁(yè)。作圖法求線性度演示（1—擬合曲線2—實(shí)際特性曲線）當(dāng)前20頁(yè)，總共39頁(yè)。直線擬合線性化出發(fā)點(diǎn)獲得最小的非線性誤差擬合方法：①理論擬合；②過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合；③端點(diǎn)連線擬合；④端點(diǎn)連線平移擬合；⑤最小二乘擬合；當(dāng)前21頁(yè)，總共39頁(yè)。①理論擬合擬合直線為傳感器的理論特性，與實(shí)際測(cè)試值無(wú)關(guān)。方法十分簡(jiǎn)單，但一般說(shuō)較大xyΔLmax當(dāng)前22頁(yè)，總共39頁(yè)。②過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合曲線過(guò)零的傳感器。擬合時(shí)，使xyΔL2ΔL1當(dāng)前23頁(yè)，總共39頁(yè)。③端點(diǎn)連線擬合把輸出曲線兩端點(diǎn)的連線作為擬合直線xyΔLmax當(dāng)前24頁(yè)，總共39頁(yè)。④端點(diǎn)連線平移擬合在端點(diǎn)連線擬合基礎(chǔ)上使直線平移，移動(dòng)距離為原先的一半yxΔLmaxΔL1當(dāng)前25頁(yè)，總共39頁(yè)。⑤最小二乘擬合原理:當(dāng)前26頁(yè)，總共39頁(yè)。最小二乘擬合方法xy=kx+by當(dāng)前27頁(yè)，總共39頁(yè)。

可靠性：可靠性是反映檢測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標(biāo)。

浴盆曲線當(dāng)前28頁(yè)，總共39頁(yè)。

“老化”試驗(yàn)：在檢測(cè)設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫環(huán)境

低溫環(huán)境

高溫環(huán)境……反復(fù)循環(huán)。老化之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，故障率大為降低。老化試驗(yàn)臺(tái)當(dāng)前29頁(yè)，總共39頁(yè)。

遲滯：傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐唐陂g其輸出-輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯,如圖2-4所示。也就是說(shuō),對(duì)于同一大小的輸入信號(hào),傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于傳感器敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷所造成的,例如彈性敏感元件的彈性滯后、運(yùn)動(dòng)部件摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動(dòng)等。遲滯大小通常由實(shí)驗(yàn)確定。遲滯誤差γH可由下式計(jì)算:當(dāng)前30頁(yè)，總共39頁(yè)。當(dāng)前31頁(yè)，總共39頁(yè)。%100maxDH=HFSYr式中:ΔHmax——正反行程輸出值間的最大差值。重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí),所得特性曲線不一致的程度,如圖2-5所示。重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差,常用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示,也可用正反行程中的最大偏差表示,即

當(dāng)前32頁(yè)，總共39頁(yè)。%100)3~2(±=FSRYrs當(dāng)前33頁(yè)，總共39頁(yè)。%10021max×D±=FSRYRr當(dāng)前34頁(yè)，總共39頁(yè)。5.零點(diǎn)漂移傳感器在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移零漂＝式中ΔY0——最大零點(diǎn)偏差；YFS——滿量程輸出。當(dāng)前35頁(yè)，總共39頁(yè)。6、溫漂傳感器在外界溫度下輸出量發(fā)出的變化溫漂＝式中Δmax

——輸出最大偏差；ΔT——溫度變化范圍；YFS

——滿量程輸出。當(dāng)前36頁(yè)，總共39頁(yè)。傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鰧?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。反映輸出值真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要是從測(cè)量誤差角度分析產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差的原因以及改善措施。

時(shí)域：瞬態(tài)響應(yīng)法

頻域：頻率響應(yīng)法當(dāng)前37頁(yè)，總共39頁(yè)。1.瞬態(tài)響應(yīng)特性在時(shí)域內(nèi)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用的激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)等。傳感器對(duì)所加激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)稱為瞬態(tài)響應(yīng)。

理想情況下，階躍輸入信號(hào)的大小對(duì)過(guò)渡過(guò)程的曲線形狀是沒(méi)