传感器与检测技术第一章.ppt

传感器与检测技术,主讲：马 畅,第一节 传感器简述,一、传感器定义 传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。,传感器是测量装置，能完成检测任务； 输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； 输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量； 输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。,传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测器、探头,传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。,第一节 传感器简述,辅助电源,敏感元件,测量转换电路,被测量,电量,二、传感器的组成,非电量,传感元件,电参量,敏感元件:是指传感器中能直接感受被测量的部分。,传感元件：是指传感器中能将敏感元件的输出转换为适于传输的电参量部分。,测量转换电路：将传感器输出的很微弱的信号进行放大或转换为易传输、处理、记录和显示的形式的部分。,第一节 传感器简述,三、传感器的分类 1、按工作原理分类,传感器,参量传感器,发电传感器,特殊传感器,触点传感器、电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器,光电池、热电偶传感器、压电式传感器、霍尔式传感器和磁电式传感器,超声波探头、红外线探测器和激光检测,第一节 传感器简述,2、按被测量性质分类,传感器,机械量传感器,热工量传感器,成分量传感器,状态量传感器,探伤传感器,机械量有力、长度、速度和加速度。,热工量有温度、压力和流量。,检测各种气体、液体固体化学成分的传感器,检测设备运行状态的传感器,检测金属制品内部的气泡和裂缝、检测人体内部的病灶等,第一节 传感器简述,3、按输出量种类分类,传感器,模拟传感器,数字传感器,传感器输出与被测量成一定关系的模拟信号。,输出的是数字量,4、按传感器的结构分类,传感器,直接传感器,补偿传感器,差分传感器,第一节 传感器简述,四、传感器的基本特性,1、精度 评价传感器优良的一个指标,精度,准确度,精密度,测量值对于真值的偏离程度,测量相同的对象时，每次测量也会得到不同的测量值。,2、稳定性,有两个指标,（1）稳定度 系统指示值在一段时间中的变化,（2）环境影响因素 系统外部环境和工作条件变化引起指示值的不稳定,第一节 传感器简述,3、可靠性,表征传感器可靠性最基本的尺度是可靠度，它是衡量传感器能正常工作并完成其功能的程度。,4、输入输出特性,输入输出特性,静态特性,动态特性,线性度,传感器输出-输入的实际特性和拟合直线之间的最大偏差与输出量程范围之比。,灵敏度,传感器在稳定标准条件下，输出变化量和输入变化量的比值。,迟滞,传感器的正向特性与反向特性的不一致程度,分辨率与分辨力,表示仪表或装置能够检测被测量最小量值的性能指标,传感器的信号能随输入信号变化的特性,第一节 传感器简述,五、对传感器的要求,1、输入输出成比例，并且输出信号大； 2、滞环和非线性误差小； 3、要有一定的灵敏度和精确度； 4、特性曲线的稳定性和重复性较好； 5、有较好的动态特性； 6、具有一定的抗干扰能力； 7、内部噪声小，反应速度快； 8、小型、重量轻、动作能量小； 9、使用寿命长，价格便宜； 10、易使用、维修和校准，对环境要求不高。,总之：传感器特性好、性能优、使用方便易维修；体积小、重量轻、价格便宜寿命长。,第二节 自动检测系统概述,一、组成,自动检测系统包括信息的获得、信息的转化、信息的显示和信息的处理。,第二节 自动检测系统概述,二、自动检测系统的功能,1、变换功能,将被测量按一定的关系变换成输出电量。,y=F(x),2、选择功能,系统具有选择有用输入信号、抑制其他一些无用影响因素的功能。如温度计。,3、比较功能,将被测量和标准量都要变换到某一中间量进行比较。如 ，模拟式仪表中标准量通常表示成仪表度盘刻度；数字仪表则将被测量与标准电压或标准时间进行比较。,4、显示功能,将被测量结果显示出来。,第三节 测量误差与精度,一、测量误差的基本概念,1、真值：被测量本身所具有的真正值，是一个理想的概念。 2、约定真值：基准器的量值，它与真值之差可以忽略不计。 3、实际值：把精度更高一级的标准器具所测得的值。 4、标称值：由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。 5、测量误差：用器具进行测量时，所测量出来的数值与被测量的实 际值之间的差值。,第三节 测量误差与精度,二、误差的分类,1、按表示方法分类,（2）绝对误差：指测量值Ax与约定真值A0的差值。,= Ax -A0,(3)相对误差：,实际相对误差：绝对误差与约定真值A0的百分比表示。,A= /A0100%,标称相对误差：绝对误差与被测量Ax的百分比表示。,X= /AX100%,满度相对误差：绝对误差与仪器量程Am的百分比表示。,m= /Am100%,（1）容许误差：指根据技术条件的要求，规定某一传感器误差不应超过的最大范围。,第三节 测量误差与精度,满度相对误差,m= /Am100%,当式中取m时，满度相对误差就用来确定仪表的精度等级S,S= m/Am100%,我国仪表精度等级分七级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、和5级。,对于同等级精度的仪表，选择适当的量程，使被测量位于仪表量值的上限附近，将能充分利用仪表精度获得较精确的测量结果。,为什么？,第三节 测量误差与精度,例题： 1、有一数字温度计，它的测量范围为-50150 ，精度等级为0.5级，求，当示值分别为20 和100 时的绝对误差及示值相对误差。 2、欲测220V的电压，要求测量示值相对误差不大于0.5%，问，选用量程为250V的电压表，其精度为哪一级？若选用量程为500V时精度为哪一级。 3、已知待测电压为300V左右。现有两只电压表，一只为1.5级，测量范围为0V500V；另一只为1.0级，测量范围为0V 1000V。问选用哪一只电压表较好。,1= 2= 1 ,x1= 5% x2 = 1%,都选0.2级,0V500V时 x1= 2.5% 0V 1000V时 x1= 3.3%,前者合适,第三节 测量误差与精度,2、按误差出现的规律分,（1）系统误差：指误差的数值是一个常数或按一定规律变化的值。系统误差越小，测量越准确。 （2）随机误差：由于偶然因素的影响而引起的，其数值大小和正负号不定，而且难以估计。随机误差越小，精密度越高。 （3）粗大误差：在一定条件下测量结果显著地偏离其实际值时所对应的误差。由于测量方法不妥，各种随机因素的影响以及测量人员粗心所造成的。,第三节 测量误差与精度,3、