热工控制系统课堂ppt补充传感器

1、传传 感感 器器 1.1.传感器定义传感器定义 广义广义: :一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置。定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置。定义包含：定义包含：(1)(1)传感器是一种测量器件或装置，能完成检测任务；传感器是一种测量器件或装置，能完成检测任务；(2)(2)输入量是某一被测量的量，在机电一体化系统中为物输入量是某一被测量的量，在机电一体化系统中为物理量；理量；(3)(3)输出量是便于应用的某种物理量，在各种信号中便于输出量是便于应用的某种物理量，在各种信号中便于传输、转换处理

2、和显示的信号莫过于电信号，所以在机电传输、转换处理和显示的信号莫过于电信号，所以在机电一体化系统中传感器测量的输出采用电信号；一体化系统中传感器测量的输出采用电信号；(4)(4)输入量与输出量之间有对应关系输入量与输出量之间有对应关系, ,且有一定精确度。且有一定精确度。 国标定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转国标定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将

3、敏感元响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转化成适于传输和测量的电信号件感受或响应的被测量转化成适于传输和测量的电信号部分。部分。由定义组成由定义组成: :敏感元件、转换元件、转换电路敏感元件、转换元件、转换电路. . 敏感元件：它是直接感受和响应被测量，并输出与被敏感元件：它是直接感受和响应被测量，并输出与被测量有一定对应关系的某一物理量的元件。测量有一定对应关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出量就是它的输入量，它把转换元件：敏感元件的输出量就是它的输入量，它把输入量转换成电路参数量，但这个电路参数量一般需经转输入量转换成电路参数量，但这个电路参

4、数量一般需经转换后，才能被后续电路所应用。换后，才能被后续电路所应用。 转换电路：它接受转换元件所转换成的电路参数量，转换电路：它接受转换元件所转换成的电路参数量，并转换成后续电路所能应用的电信号。并转换成后续电路所能应用的电信号。 2.2.传感器分类传感器分类 分类方法很多，一种是按被测的物理量来分；另分类方法很多，一种是按被测的物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。一种是按传感器的工作原理来分。 常见的有：温度传感器、速度传感器、加速度传感器、常见的有：温度传感器、速度传感器、加速度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感

5、器、力传感器、扭矩传感器等。传感器、扭矩传感器等。按被测物理量分按被测物理量分: :(1)(1)电学式传感器电学式传感器 常用的有：电阻式、电容式和电感式，及由此派生的常用的有：电阻式、电容式和电感式，及由此派生的电触式、差动变压器、压磁式、容栅式、瓷电式等。电触式、差动变压器、压磁式、容栅式、瓷电式等。 电阻式：利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的电阻式：利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成，一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片以原理制成，一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片以及压阻式传感器。及压阻式传感器。按工作原理分按工作原理分: : 电容式：利用改变电容的几何尺寸或改变

6、介质的性质电容式：利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量使电容量发生变化的原理制成。和含量使电容量发生变化的原理制成。 电感式：利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电电感式：利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量的原理而制成。感或互感的电感量的原理而制成。 磁电式：利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电磁电式：利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。量制成。 (2)(2)光电式传感器光电式传感器 利用光电器件的光电效应和光学原理制成，在非电量利用光电器件的光电效应和光学原理制成，在非电量测量中占有重要的地位测量中占有重要的地位, ,主要用于光强、位移、转速、等主要用

7、于光强、位移、转速、等参数的测量。参数的测量。 (3)(3)热电式传感器热电式传感器 利用某些物质热电效应制成，主要用于温度的测量。利用某些物质热电效应制成，主要用于温度的测量。(4)(4)压电式传路器压电式传路器 利用某些物质的压电效应制成，是一种发电式的传感利用某些物质的压电效应制成，是一种发电式的传感器，主要用于力、加速度和振动等参数的测量。器，主要用于力、加速度和振动等参数的测量。 (5)(5)半导体式传感器半导体式传感器 利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应等原利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应等原理而制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场等理而制成，主要用于温度

8、、湿度、压力、加速度、磁场等测量。测量。 (6)(6)其他原理的传感器其他原理的传感器 由两种以上原理的复合形成，如很多半导体式传感器由两种以上原理的复合形成，如很多半导体式传感器就是几种不同原理传感器的复合形式。有的传感器不属于就是几种不同原理传感器的复合形式。有的传感器不属于前前5 5类则可列入第类则可列入第6 6类，如微波式、射线式传感器等等。类，如微波式、射线式传感器等等。 另外，根据传感器输出信号的形式是模拟信号还是数另外，根据传感器输出信号的形式是模拟信号还是数字信号，也可分为模拟传感器和数字传感器等。字信号，也可分为模拟传感器和数字传感器等。 3.3.传感器的基本性能传感器的基本

9、性能 (1)(1)精确度：精确度： 精密度、正确度和精确度精密度、正确度和精确度 ( (a)a)精密度精密度：它说明测量结果的分散性。即对某一稳它说明测量结果的分散性。即对某一稳定的对象定的对象( (被测量被测量) )由同一测量者用同一传感器在相当短的由同一测量者用同一传感器在相当短的时间内连续重复测量多次时间内连续重复测量多次( (等精度测量等精度测量) )其测量结果的分散其测量结果的分散程度。程度。越小，则测量越精密。越小，则测量越精密。 ( (b)b)正确度正确度它说明测量结果偏离真值的程度。亦指所它说明测量结果偏离真值的程度。亦指所测数值与真值的符合程度。测数值与真值的符合程度。 (

10、(c)c)精确度表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误精确度表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误差相对于传感器满量程输出的百分数。差相对于传感器满量程输出的百分数。 工程技术中为简化传感器的精度的表示方法，引用了工程技术中为简化传感器的精度的表示方法，引用了精度等级概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表精度等级概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。如压力传感器的精度等级分别为示。如压力传感器的精度等级分别为0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.30.3，0.50.5，1.01.0，1.5,2.1.5,2.O O等。等。(2)(2)稳定性稳定性 ( (a)a)稳定度稳定

11、度: :一般指时间上的稳定性。由传感器和测量仪一般指时间上的稳定性。由传感器和测量仪表中随机性变动、周期性变动、漂移等引起示值的变化程表中随机性变动、周期性变动、漂移等引起示值的变化程度。一般以精度的数值和时间长短一起表示。例如电压波度。一般以精度的数值和时间长短一起表示。例如电压波动引起每动引起每8 8小时变化小时变化1.31.3mvmv，则写成稳定度则写成稳定度ss1.3mv/8h1.3mv/8h。 ( (b)b)环境影响：室温、大气压、振动等外部环境状态变化环境影响：室温、大气压、振动等外部环境状态变化给予传感器和测量仪表示值的影响，以及电源电压、频率给予传感器和测量仪表示值的影响，以及

12、电源电压、频率等仪表工作条件变化给示值的影响统称环境影响，用影响等仪表工作条件变化给示值的影响统称环境影响，用影响系数来表示。系数来表示。(3)(3)输入输出特性输入输出特性 ( (a)a)灵敏度：传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时，输灵敏度：传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时，输出变化量与引起此变化的输入变化之比，用出变化量与引起此变化的输入变化之比，用S S表示。表示。 ( (b)b)分辨率：是指传感器示值发生可察觉的极微小变化时分辨率：是指传感器示值发生可察觉的极微小变化时所需被测量的最小变化值。所需被测量的最小变化值。 ( (c)c)线性度线性度( (也称非线性误差也称非线性误差) )

13、：线性度用来说明输出量与：线性度用来说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。 ( (d)d)重复性：重复性是指在同一工作条件下，输入量按同重复性：重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变一方向在全测量范围内连续变 ( (e)e)滞环：它说明一个传感器的正向滞环：它说明一个传感器的正向( (上升上升) )特性和反向特性和反向( (下下降降) )特性不一致的程度。特性不一致的程度。 ( (f)f)动态特性：动态特性是指传感器对于随时间变化的输动态特性：动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。入量的响应特性。4 4、设计

14、传感器应用系统依据以下几项原则、设计传感器应用系统依据以下几项原则: : (1) (1)可靠性高、适应性强可靠性高、适应性强 传感器应用现场的环境复杂程度直接影响到测控系统传感器应用现场的环境复杂程度直接影响到测控系统的可靠性。因此传感器应用系统的设计特别要考虑现场电的可靠性。因此传感器应用系统的设计特别要考虑现场电磁场的干扰、机械振动、噪声、粉尘、温度变化等因素的磁场的干扰、机械振动、噪声、粉尘、温度变化等因素的影响。影响。 (2) (2)测量或控制的范围和精度测量或控制的范围和精度 不同的测量和控制对象，以及不同的应用场所，所要不同的测量和控制对象，以及不同的应用场所，所要求的测量或控制的范围和精度是不一样的所以设计时应求的测量或控制的范围和精