教案项目1传感器与检测系统的认识.doc

项目1 传感器与检测系统的认识授课班级：楼宇智能化工程技术专业授课学时：6教学目标：1、 能力目标：1）能够根据企业的要求进行传感器电路的设计2）能够根据实际产品进行传感器的产品开发3）能够根据企业订单的要求独立进行产品开发2、 知识目标：1）了解生产生活中常见的传感器2）了解检测技术的构成，熟悉测量误差的相关计算3）了解传感器的分类4) 掌握传感器的作用、构成、性能指标能力训练任务及案例：1、 通过知识点的学习进行传感器功能设计问题导入：现代社会中无处不在的科技给我们带来了生活的方便快捷，那么具体有哪些科技改变生活的例子呢？（提问）（家庭）电视、空调、自动洗衣机、抽油烟机（娱乐）KTV灯光音响（工业生产）机械手臂 生产线 （出行）汽车控制 银行超市感应门（未来）机器人相关知识点：1、生产生活中的传感器应用传感器：Transducer、Sensorl 信息社会与传感器的关系l 自动检测系统与人的五官的比较视觉：光传感器、色传感器嗅觉：气体传感器、温度传感器味觉：味传感器听觉：声传感器、磁传感器触觉：温度传感器、压力传感器l 生物传感器1）狗2）蝙蝠3）海豚2、检测技术l 作用l 检测系统的组成l 检测技术发展趋势3、测量概念1）测量方法直接测量、间接测量和组合测量直接测量间接测量组合测量图1-1 压力表 2） 偏差式测量法、零位式测量法和微差式测量法l 偏差式测量法图12 直流电位差计原理电路图图11所示的压力表就是偏差式测量仪表。由于被测介质压力作用使弹簧变形，产生一个弹簧反作用力，当被测介质压力产生的作用力与弹簧变形反作用力相平衡时，活塞达到平衡，这时指针偏移在标尺所对应的刻度值，就表示被测介质压力值。显然压力表的指示精度取决于弹簧质量及刻度校准情况，由于弹簧变形力不是力的标准量，必须用标准重量校准弹簧，因此这类仪表的精确度不高于0.5%。l 零位式测量法图12是直流电位差计简化等效电路。测量前先将被测电路开断，在电势E的作用下，调节电位器RP1，校准回路的工作电流I，从而在电阻RP上可得某一基准电压U k。测量时调整RP的活动触点，使检流计G(作为零示器)回零（I g=0）,则Uk=Ux , 这样，基准电压Uk的值就表示被测未知电压值Ux 。l 微差式测量法图13 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化图13所示为利用高灵敏度电压表和电位差计，采用微差法测量稳压电源当负载波动时，输出电压微小的变动值。在图13中，r和 E表示稳压电源的等效内阻和电势，RL表示稳压电源的负载电阻；RP、RP1和E1组成电位差计，G和Rm为高灵敏度电压表表头和内阻。在测量之前，应预先调整RP1的值，使电位计工作电流 I1为基准值。然后，使稳压电源的负载电阻RL为额定值，进而调整RP的活动触点位置，使高灵敏度电压表指零。增加和减小RL 的值，这时高灵敏度电压表的偏差指示值，即是负载变动所引起的稳压电源输出电压的微小波动值。注意，在这种电路中，要求高灵敏度电压表的内阻Rm足够大，即要求RmRP，RL、RP1及r，否则误差会较大。4）测量系统构成被测量传感器变送器传输通道信号处理环节被测对象显示装置图14 测量系统组成框图3）测量误差绝对误差实际相对误差引用误差基本误差附加误差随机误差系统误差粗大误差测量误差的性质4、传感器的组成图17 传感器组成方框图被测量信号调理转换电路辅助电源敏感元件转换元件5、传感器的分类传感器的分类分类法型 式说 明按基本效应物理型、化学型、生物型分别以转换中的物理效应、化学效应等命名按构成原理结构型以转换原件结构参数变化实现信号的转换物性型以转换元件物理特性变化实现信号的转换按输入量位移、压力、温度、流量、加速度等以被测量（即按用途分类）按工作原理电阻式、热电式、光电式等以传感器转换信号的工作原理命名按能量关系能量转换型（自然型）传感器输出量直接由被测量能量转换而得能量转换型（外源型）传感器输出量能量由外源供给，但受被测输入量控制按输出信号形式模拟式输出为模拟信号数字式输出为数字信号6、传感器的静态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输入与输出的关系。如果被测量是一个不随时间变化，或随时间变化缓慢的量，可以只考虑其静态特性，这时传感器的输入量与输出量之间在数值上具有一定的对应关系，关系式中不含时间变量。1灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输入量y与引起输入量增量y的相应输入量增量x之比。用S表示灵敏度，即 2线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线形程度。输出与输入关系可分为线性特性和非性形特性。传感器的线性度是指在全程测量范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值Lmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性误差，用L表示，即式中：Lmax最大非线性绝对误差； YFs 满量程输入值。3 迟滞传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象为迟滞（如图111所示）。也就是说，对于同大小的输入信号传感器的正反行程输出信号大小不等，这个差值称为迟滞差值。传感器在全量程范围内最大迟滞差值与满量程输出值之比称为迟滞误差，用H 表示，即4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化时，所得特性曲线不一致的程度（见图112）。重复性误差属于随机误差，常用标准差计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即5 漂移传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器的自身结构参数；二是周围环境（如温度 湿度等）。最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化引起输出的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为200C）时的输出值的变化量与温度变化量之比（）来表示即 6精度精度是评价系统的优良程度。精度分为准确度和精密度。所谓准确度就是测量值对于真值的偏离程度，为了修正这种偏差需要进行校正，完全校正是很麻烦的。因此使用时需尽可能的减小误差。项