教案项目1传感器与检测系统的认识

1、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

2、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 、 Sensor 信息社会与传感器的关系 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、压力传感器生物传感器1 ）狗2）蝙蝠3）海豚2、检测技术作用检测系统的组成检测技术发展趋势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2）偏差式测量法、零位式测量法和微差式测量法偏差式测量法图1 1所示的压力表就是偏差式

3、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，必须用标图1-1压力表准重量校准弹簧，因此这类仪表的精确度不 高于0.5%。零位式测量法图1 2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RR,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Uk。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=

4、0）,则d=U ,这样，基准电 压U的值就表示被测未知电压值 U。微差式测量法HPI伞A 77 1图1 2直流电位差计原理电路图图1 3微差法测量稳压电源输岀电压的微小变化图14测量系统组成框图图1 3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1 3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 RR和E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RR的值，使电 位计工作电流I i为基准值。然 后，使稳压电源的负载电阻R为额定值，进而调整RP的活动触点位置，使高灵敏度电

5、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 Rn足够大，即要求 RmRP R、RP及r，否则误差会较大。4）测量系统构成3 ）测量误差绝对误差随机误差实际相对误差系统误差引用误差基本误差粗大误差附加误差4、传感器的组成辅助电源5、传感器的分类图17传感器组成方框图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、

6、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

7、重要指标。其定义是输入 量厶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, 用丫 L表示，即LmaxYFS100%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1 11所示）O也就是说，对于同大小

8、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，用丫 H表示，即Hmax100%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1 12）o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max100%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（E）来表示 即yty 206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