传感器的认识-课件

模块一认识传感器

传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。2023/7/71ppt课件

模块一认识传感器

课题一传感器的认识

课题二传感器的技术指标2023/7/72ppt课件[任务导入]

在现代化的大都市中，高楼大厦鳞次栉比，大厦里看似舒适的环境，却因空调系统的通风管道清洁不便致使室内空气污浊，影响人们的身体健康。在狭小的空间里，要完成清扫工作是件不容易的事。

瑞典某公司设计的通风管道清洗机器人专门用于清洁及维护大厦中央空调系统的通风管道。

课题一传感器的认识2023/7/73ppt课件2023/7/74ppt课件

管道清洗机器人是由坦克状的车、各种传感器、显示器、录像机、控制箱及操控杆组成。

工作人员可以根据机器人感受到的外部信息用操控杆控制机器人前进、倒退、转弯，清扫通风管道。

机器人之所以能感受到外界环境的各种信息，正是因为在机器人的各部位安装了相应的传感器来感觉环境信息。那么什么是传感器？它能够起什么作用？本课题任务就是认识传感器，了解传感器在人们生活以及自动化生产中的作用。2023/7/75ppt课件◆知识点¤了解传感器的作用与分类¤学习传感器的组成和适用场所◆技能点¤掌握传感器的组成与使用2023/7/76ppt课件[相关知识]一、传感器的认识

力传感器流量传感器视觉传感器

位移传感器压力传感器2023/7/77ppt课件

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的非电量信息，如温度、压力、流量、位移等，并将检测到的信息，按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录或控制等要求。

传感器是自动化系统和机器人技术中的关键部件，它是实现自动检测的首要环节，为自动控制提供控制依据。传感器在机械电子、测量、控制、计量等领域应用广泛。2023/7/78ppt课件二、传感器的定义及组成

电量一般是指物理学中的电学量，如电压、电流、电阻、电容、电感等；

非电量则是指除电量之外的一些参数，如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度、酸碱度等等。在众多的实际测量中，大多数是对非电量的测量。

2023/7/79ppt课件国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”

广义地说，传感器就是一种能把物理量或化学量转换成便于测量、便于利用的电信号的器件，可以用下图所示的框图简单表示。2023/7/710ppt课件

传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路组成。敏感元件直接与被测量接触，转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量（如压力转化成位移、流量转化成速度）；传感元件再将这一非电量转换成电参量（如电阻、电容、电感）。

传感元件输出的信号幅度很小，而且混杂有干扰信号和噪声，转换电路能够起到滤波、线性化、放大作用，转化成易于测量、处理的电信号，如电压、电流、频率等。2023/7/711ppt课件

应该指出，不是所有传感器都有敏感和传感元件之分，有些传感器的敏感元件可以直接将非电量转化成电参量的变化。

比如铂电阻式温度传感器：当所测温度变化时，其敏感元件的电阻值变化，经测量电路直接转化成电压信号或电流信号。

也不是所有传感器都包含测量电路，有些传感器因测量环境恶劣，测量电路不能正常工作或误差较大，这样的传感器和测量转换电路是分开的。比如温度传感器，电子元器件的工作温度最高为125℃，当所测温度较高时，温度传感器不能包含测量电路。

2023/7/712ppt课件三、传感器的分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：

１.按传感器的物理量分类，可分为温度、压力、流量、速度、位移、力等传感器。

２.按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、霍尔、光电、热电偶等传感器。

３.传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“１”和“0”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。

2023/7/713ppt课件四、传感器的作用在检测和自动控制系统中，传感器的作用相当于人的五官，常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉

气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉

压敏、温敏、流体传感器——触觉自动化程度越高，系统对传感器的依赖性越大，传感器对系统功能的决定性作用越明显。

2023/7/714ppt课件2023/7/715ppt课件课题二传感器的技术指标[任务导入]

要实时监测一个高温箱的温度：测量温度大约为50℃

～80℃，检测结果的精度要达到1℃

。

现有三种带数字显示表的温度传感器，它们的量程分别是0℃

～500℃、0℃

～300℃、0℃

～100℃，精度等级分别是0.2级、0.5级和1.0级，为了满足需要，你应该怎样选择呢？判别传感器好坏的标准是什么？

本课题任务就是通过学习传感器的各项技术指标的含义，了解传感器的判别标准。2023/7/716ppt课件◆知识点¤了解传感器的判别标准¤学习传感器各项技术指标的含义◆技能点¤掌握传感器的误差计算与一般选用2023/7/717ppt课件[相关知识]一、测量误差与仪表等级在实际测量过程中，由于测量仪器的精度限制，测量原理和方法不完善，或测量者感官能力的限制，测量的结果不可能绝对精确，总会产生误差。

误差是测量值与真实值之差，分为绝对误差和相对误差。2023/7/718ppt课件1．绝对误差△绝对误差反映测量值偏离真值的大小：

△＝Ax-A0式中Ax：测量值；A0：理论真值。

绝对误差△和测量值Ax具有相同的单位。用绝对误差无法比较不同测量结果的可靠程度。2．相对误差γ人们用测量值的绝对误差与测量值之比来评价，称它为相对误差，并可化成百分比，也叫百分误差。相对误差γ由下式计算：式中Ax：测量值；A0：理论真值2023/7/719ppt课件绝对误差是有单位的，和被测量具有相同的量纲。用绝对误差无法比较不同的量程、不同测量结果的误差，多数场合评价仪表精度都用相对误差。

例如：用天平测得两个物体的质量分别是100.0克和1.0克，两次测量的绝对误差都是0.1克，从绝对误差来看，对两次测量的评价是相同的，但是前者的相对误差为0．1%，后者则为10%，后者的相对误差是前者的一百倍。所以，只有用相对误差才能够表达仪表测量结果的可靠程度，即误差。2023/7/720ppt课件3．仪表的准确度S在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度。

式中Δm：最大绝对误差；Am：仪表的满量程准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。我国模拟量工业仪表等级分为七个等级：仪表等级0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0，基本误差±0.1％±0.2％、±0.5％、±1.0％、±1.5％、±2.5％、±5.0％仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。应该指出，误差与错误不能相提并论：误差不可能避免，而错误则可以避免。2023/7/721ppt课件二、传感器的技术指标

1．传感器的静态技术指标传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化时，传感器的输入与输出之间所对应的关系。表征传感器静态特征的技术指标主要有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度和分辨力等。2023/7/722ppt课件（1）传感器的灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。它是输出—输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间呈线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

例如，某温度传感器，在温度变化1℃时，输出电压变化为20mV，则其灵敏度应表示为20mV/℃。2023/7/723ppt课件（2）传感器的分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量最小变化的能力。也就是说，如果输入量小于分辨力时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力是不相同的。在选用传感器时应特别关注该项指标，特别是在要求测量精度较高的时候，传感器的精度虽然较高，但如果分辨力低，仍不能满足测量要求。

2023/7/724ppt课件（3）传感器的线性度δL人们总希望传感器的输入与输出成唯一的对应关系，而且最好呈线性关系，便于仪表显示。但一般情况下，受外界环境的各种影响，传感器输入输出不会完全符合线性关系。线性度（非线性误差）就表示传感器的输入—输出特性近似于一条直线的程度，计算公式如下：

式中ΔLmax—实际测量曲线与理论直线（拟和直线）间的最大差值；

Ymax-Ymin—传感器最大输出范围。

2023/7/725ppt课件1—拟合直线2—实际特性曲线理论直线（拟合直线）的获得方法有多种。如将传感器特性曲线的零点和满量程点相连所成的直线作为的理论直线；或用最小二乘法拟合直线作为理论直线。

2023/7/726ppt课件（4）传感器的迟滞δH传感器正行程（输入量增大）和反行程（输入量减小）的输入-输出特性曲线不能完全重合。迟滞是指传感器在相同工作条件下全测量范围校准时，正、反行程校准曲线间的最大差值，在数值上用此最大差值对满量程输出的百分比来表示，计算公式如下：式中ΔHmax—正、反行程校准曲线间的最大差值。迟滞会引起传感器的分辨力变差，或造成测量盲区。

1—正向特性2—反向特性2023/7/727ppt课件（5）重复性δR重复性是指传感器在相同的工作条件下，输入按同一方向作全测量范围连续变动多次时（一般为3次），特性曲线的不一致性。在数值上用各校准点上正、反行程的平均值与测量数据的最大差值对满量程输出的百分比值来表示，计算公式如下：

式中ΔRmax—正、反行程校准点测量平均值与测量数据间的最大差值。传感器的静态测量精度包含线性度、迟滞、重复性。2023/7/728ppt课件2．传感器的动态指标动态特性，是指传感器在输入随时间变化时，它的输出的特性。主要考虑两项指标：动态响应时间和频率响应范围。传感器的响应动态信号时总有一定的延迟，即动态响应时间。在测量时总希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应范围是指传感器能够保持输出信号不失真的频率范围。传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽。传感器的频率响应范围主要受传感器结构特性的影响，固有频率低的传感器，其频率响应也较低。在校验传感器的动态特性时，常用一些标准输入信号的响应来表示，如阶跃信号、正弦信号，即可求得动态响应时间和频率响应范围。2023/7/729ppt课件三、传感器的一般选择原则现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在组成测量系统时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。如何选择合适的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件具体分析。我们应从以下几方面因素进行考虑:2023/7/730ppt课件1．与测量条件有关的因素

(1)测量的目的；

(2)被测试量的选择；

(3)测量范围；

(4)输入信号的幅值，频带宽度；

(5)精度要求；

(6)测量所需要的时间。

2023/7/731ppt课件2．与传感器有关的技术指标

(1)精度；

(2)稳定度；

(3)响应特性；

(4)模拟量与数字量；

(5)输出幅值；

(6)对被测物体产生的负载效应；

(7)校正周期；

(8)超标准过大的输入信号保护。

2023/7/732ppt课件3．与使用环境条件有关的因素

(1)安装现场条件及情况；

(2)环境条件(湿度、温度、振动等)