传感器与检测技术-第一章课件

1、第1章 传感器理论基础1.1 传感器基础1.1.1 传感器的概念传感器（Transducer/Sensor）是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用量的器件和装置。 传感器就是把非电量转换成电量的装置。12022/10/521.1.2 传感器的组成和分类1传感器的组成 传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成，如图1-1所示。1.1.2 传感器的组成与分类敏感元件(sensing element)： 直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，它是传感器的核心。转换元件(transduction element)： 将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电

2、信号的元件。测量电路(measuring circuit)： 将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。2022/10/532022/10/541.1.2 传感器的组成和分类（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及热电式传感器等。（2）按照其被测量对象，传感器可分为力、位移、速度、加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温度和光等。（3）按照其结构，传感器可分为结构型、物性型和复合型传感器。物性型传感器是依靠敏感元

3、件材料本身物理性质的变化来实现信号变换，如：水银温度计。结构型传感器是依靠传感器结构参数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。2传感器的分类 1.1.3 传感器基本特性当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其输入输出关系特性称为静态特性。传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测量）x(t)之间的关系，传感器系统示意图如下图所示。2022/10/551.1.3 传感器基本特性5. 线性度：指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想直线的程度。在非线性误差不太大的情况下，通常采用直线拟合的方法来线性化。这样，线性度就用输入-输出关系曲线与拟合直

4、线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示。 式中， 为非线性最大误差(最大偏差); 为满量程输出值。常用的直线拟合方法有理论拟合、端点拟合和端点平移拟合等，如图1-7所示。采取不同的方法选取拟合直线，可以得到不同的线性度。2022/10/571.1.3 传感器基本特性2022/10/581.1.3 传感器基本特性2022/10/5107. 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动时所得特性曲线间不一致的程度.1.1.3 传感器基本特性2022/10/5118. 迟滞: 迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出特性曲线不重合的程度，如图所示为传感器的

5、迟滞特性特性曲线。 1.1.3 传感器基本特性2022/10/5129. 稳定性: 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。10. 漂移: 漂移是指在外界的干扰下，在一定时间间隔内，传感器输出量发生与输入量无关的或不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等，如图所示。 1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号 2022/10/5142传感器的代号 一种传感器的代号应包括以下四部分： a 主称(传感器)；b 被测量；c 转换原理；d 序号，如图所示。1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号 2022/10/5153传感器的图形符号 传感器的图形符号是电气图用图形符号的一个组成部

6、分。按GB/T 1447993传感器图用图形符号规定，传感器的图形符号由符号要素正方形和等边三角形组成，如图所示。2022/10/5171.2.1 检测技术 检测技术是以研究检测系统中的信息提取、信息转换以及 信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术学科。检测技术主要研究被测量的测量原理、测量方法、检测系统和数据处理等方面的内容。不同性质的被测量要采用不同的原理去测量，测量同一性质的被测量也可采用不同测量原理。1.2 检测技术理论基础2022/10/5181.2.2 测量方法 1) 直接测量、间接测量和组合测量 (又称联立测量)。经过求解联立方程组，才能得到被测物理量的最后结果，则称这样的

7、测量为组合测量。 2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量3) 等精度测量与非等精度测量4) 静态测量与动态测量1.2检测技术理论基础2022/10/5191.2. 3 检测系统检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成， 1.2检测技术理论基础2022/10/5201.2. 3 检测系统检测系统又分：开环检测系统与闭环检测系统 1.2检测技术理论基础2022/10/5211.2. 4 测量误差及数据处理 测量误差 在检测过程中，被测对象、检测系统、检测方法和检测人员都会受到各种变动因素的影响。而对被测量的转换，有时也会改变被测对象原有的状态。这就造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一定的差别，这个差值称为测量误差。简言之，测量误差就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度。测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等。1.2检测技术理论基础2022/10/5221.2. 4 测量误差及数据处理 测量数据的估计和处理 1) 随机误差的评价指标 （1） 算术平均值。在实际测量时，真值A一般无法得到。可以证明，随着测量次数的增多，算术平均值越来越接近真值，当无限大时，测量值的算术平均值就是真值。 （2）标准误差(又称均