模块一认识传感器与检测技术中

机、电类《传感器与检测技术项目教程》多媒体课件ISBN

978-7-111-48817-0课程配套网站或2015年2月第1版5/26（/202作3

者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）

1前言《传感器与检测技术项目教程》共10个模块。模块一是认识传感器与检测技术；模块二~模块十：按检测对象，从易到难，逐一介绍：“重量检测”、“温度检测”、“压力检测”、“流量

检测”、“液位检测”、“振动检测”、“光学检测”、“小位移检测”、“数字式位移检测”。模块二~模块十均有“知识链接”、“项目”、“任务”及“知识拓展”的安排。現在時間是：

*5/26/20232建议教学课时分配表（各学校可根据专业与具体情况作适当调整）模块顺序与名称课时模块顺序与名称课时模块一认识检测技术与传感器12模块九小位移检测3模块二重量检测3模块十数字式位置检测3模块三温度检测4理论课时32模块四压力检测4实验6模块五流量检测3实训6模块六液位检测3讨论课、习题课2模块七振动检测3考试（建议开卷）2模5/2块6/2八023

光学量检测4合计48

3本模块介绍传感器及检测技术的定义、检测技术涉及的领域、检测系统的组成、检测技术的发展、传感器的组成、基本原理、传感器的特性、制图法求取灵敏度、线性度、滞差等参数的方法。简要介绍了测量误差及处理。主要内容介绍今天是：5/26/20235/26/20234项目一、认识检测技术项目二、认识传感器项目三、测量方法及测量误差模块一、认识传感器与检测技术 目录进入5/26/20235检测技术的发展趋势1．不断提高检测系统的测量准确度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性。近年来，人们研制出许多高准确度和宽量程的检测仪器以满足各种需要。人们还对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究，使得检测系统的可靠性及寿命大幅度提高。现在，许多检测系统可以在极其恶劣的环境下连续工作数十万小时。5/26/20236提高测量精度数字式

电压表及欧姆表切换到2V时，分辨力可达到10μV5/26量/202程37提高可靠性火箭内的仪器必须能承受巨大的加速度和振动。5/26/20238提高可靠性（续）设想中的月球基地仪器设备必须能承受巨大的温差和宇宙射线辐射。5/26/202392．应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域月球车7/27/202310勇气号火星车7/27/202311好奇号火星车7/27/202312“惠更斯”号登陆土卫六时拍摄的照片（距离太阳

14.3亿公里）土卫六的表面（固态甲烷）表面温度-180℃卵形土卫一表面的大陨石坑。直7/27径/20213

30公里，坑底10公里13“玉兔”号月球车7/27/202314哈勃天文望远镜（CCD图像传感器）拍摄的星云照片7/27/202315哈勃天载文凳望远乡丰镜砍拍摄抢的马头位座夸星云川照片5/1偶8/羽2立023创16毒品检柴查5/1慌8/阁2餐023罩17雪指纹骄识别门禁指印智能门禁替、手撞机系法统3．发展夫集洋成化、功鄙能化歪、智吹能化传感器5/1乘8/糊2晶023束184．采用超计超算机握技术恒，使片检测芦技术苏智能倒化面部识别技舅术5/1周8/笋2志023叨19使用模买糊姿（FU愚ZZY坦）理勇论计拌算的祖电子血孝压近计振荡芝法电壶子血称压计让是用会压力登传感裁器来植检测瘦血液熊流动派时血管督振错动的避变化；而籍传统赢的柯氏踪蝶音法摄血压尘计是用绘听5诊/1凤8/甩2器其皂023撤听府取血害液流捆动时革发生农的脉革冲声。躲205．发展较网陵络化津传感贞器及味及网航络化尽检测土系统网络化宴传狼感器.项目你二、钳认识响传感及器【项目道教学果目标】☞知识究目标熟桥悉传扫感器捏的定鞠义及委组成驴。熟悉嫌传感廉器的逝特性。☞各技能举目标掌酒握作涨图法斧求取椒传感雷器的停灵敏鞭度。掌握街作图转法求捐取传斯感器周的线谊性度。回目录5/1源8/牛2鸽023截現在逢時間是：*23一、覆传感必器定麻义及猫传感凯器的调组成传感掀器的果定义液（参活考GB糟76嘱65-称87天）：传感宿器是蹈一种收检测让装置，能感宋受规语定的押被测衡量，肿并能将老检纹测感罪受到睬的信专息，辨按一朴定规垄律变凝换成茂为电域信号或驰其拿他所脾需形栽式的析信息营输出，以坑满足植信息受的传础输、房诚处理、柱存柴储、匪显示认、记迹录和允控制楚等要镜求，焰它是覆实现炊自动乔检测和钥自豪动控垫制的深首要萄环节艰，有厅时也情可以援称为换能易器、检测器酱、探头等。5/1乘8/请2子023泽24传感器限的组成大部协分传售感器洒由敏感腐元件、传感支元件及测量继转换多电路三部眨分组腔成。例：逃测量轨压力叙的电愁位器每式压厕力传管感器图1-9博电位趴器式讯压力巩传感洋器1－弹到簧管槐（敏饼感元叉件）2－电听位器津（传移感元撇件、餐测量联5转/18/类2换核023纤电明路罗）3－电击刷4－传微动机商构（容齿轮-齿条严）25以“电岭位追器式袍压力支传感先器”及来理煮解原贝理框炮图图1-趣10电位阶器式拢压力多传感肃器的菌原理蝴框图当被测卵压力p增大栽时，盘弹簧云管撑联直，通过秀齿条惹带动程齿轮筝转动，从也而带短动电蜓位器羊的电垂刷产捧生角挠位移债。电吉位器不电阻的变化减量裙反映唤了被钢测压忙力p值的列变化惕。在任这个央传感割器中史，弹匠簧管宿为敏感袋元件，它杀将压李力转带换成肾角位肝移α。电凤位器例为传感犹元件，它将角轧位移浴转换骑为电压参量——电阻古的变元化

ΔR。当电型位器堪的两旺端加微上电角源后按，电位武器就盆组成赴分压竹比电路拳，它链的输获出量台是与题压力推成一呢定关俊系的纵电压Uo。在遍子症中，摇电位解器又沾属于邀分压化比式测量杂转换俘电路。这5/1氏8个/锁2美02例晋3嫩26弹性敏感按元件逼（弹幕簧管丧）敏感元鞭件链在传佣感器膛中直危接感谜受被蜓测量耐，并清转换引成与王被测量敞有确丈定关泻系、冤更易碑于转敏换的标非电燃量。5/1着8/堆2墓023花27弹性敏感忌元件遮（弹位簧管墓）弹簧管立将系压力鸟转换单为角本位移α5/1统8/社2旱023圣28弹簧犬管放丸大图当被肉测压片力p增大文时，轰弹簧渡管撑丸直，权通过贺齿条野带动驰齿轮转屿动久，从第而带动勾电位于器的腿电刷面产生肾角位造移。5/1笔8/住2设023击29机械式位压委力传瓣感器尺的外形粗及内准部结构尤5/1能8/闯2醒023宿30被测益量通蝇过敏沿感元趋件转绣换后并，再浑经传寇感元嗓件转斥换成跑电参堡量。在右脏图中兰，电位浇器为传抄感爆元件，它坏将角位税移除转换菊为电穴参量——电阻江的变悬化（ΔR）5/1测8/氏2须023纤31360轨度圆称盘形册电位蹦器传皮感器(测量皆角位毫移)右图庸所示杠的36还0度圆劲盘形砖电位市器的中遇间草焊片扩为

滑动套片估，右基边焊懒片接地益，欣左边渴焊

片接身电摊源。电源端昨滑动臂萌接地5/1抗8/犁2箭023蛙32二、传腰感趣器分鸟类传感牌器的河种类马繁多暑，分辫类不素尽相护同。于常用蔽的分即类方闸法有：蚁１）按被同测量鼓分类：可卫分为剂位移秀、力兔、力偶矩、尚转速认、

加听速废度、坚温度孩、压盾力、纳流量授、流沫速等经传感促器。按测严量原参理分狱类：可傍分为稍电阻甘、电语容、未电感卖、光衫栅热访电业耦、著超声象波、括激光个、红览外、跨光导葵纤维马等传杰感器高。按传订感器曾输出豆信号疼的性浓质分宋类：可恋分为输出植为开关盈量（“1”和“0”或“巧开”腊和“宫关”训）的障开关携型传辩感器胶；输出为斗模凳拟量神的模凉拟型青传感俱器，输出胃为脉油冲或文代码抗的数字博型吩传感队器。5/1如8/赠2乐023溉33三、传水感剪器基桑本特研性传感照器的俗特性朋一般屑指输入/输出色特性，包括月：灵敏撤度、分辨忆力、分辨恐率、线窜性度纱、迟滞、稳定疑度、电磁况兼容鉴性、可靠栗性等。5/1督8/健2陪023棍341.灵敏梳度逆：灵敏毫度是算指传像感器在稳击态下响输出尤变化奶值与姨输入绘变化追值之比绕，用K来表阴示：灵敏仿度太待高，阶检测系统的稳定讽性将降潜低。5/1仍8/裳2毒023挎35作图法猫求究灵敏垂度过钩程yx1ΔxΔy0切点传感器拨

特性曲捞线xmax言x5/1炮8/确2识023路36例1-1苏有一压力捉传感选器，测量松范围稠为50～30疼0kP乌a，输她出特性坚如区图1-12所示巡寿，请丘用作嗓图法不求取忙该压挎力传鼻感器灭在输入为锡25悔0kP屠a时的识灵敏犹度K205，火并咳比较牌在输入光为70k寻Pa遗时灵敏锻度的大舱小。5/1蹄8/咬2谋0图23纲1-1弦2用作看图法等求取攀某压题力传尽感器不同骑输入膀点的伪灵3敏7传感器逗特粘性曲知线的虽灵敏皇度分杀析对线性李传感房诚器而隙言，擦灵敏酸度为猜一常湿数；对非象线性招传感六器而言蜻，朝灵敏夏度随嫌输入贺量的年变化怎而变腐化。从输预出曲墙线看午，曲线成越陡指，灵攀敏度缝越高。可味以通吗过作剩该曲线脑某一坡点的顶切线已的方直法（作疾图法切）求望得曲五线上扬任一删点的灵花敏膛度由切待线的因斜率聋可以很看出秃，上道一页予图中x2点的斜率俯高，灵敏度陕比x1点高。5/1辰8/搜2株023谨382.分辨资力指传广感器仗能检短出被塔测信号季的贤最小遣变化朵量。当被闹测量困的变壶化小于欲分提辨力继时，虑传感怕器对您输入制量的变喊化嚼无任富何反权应。课对数樱字仪狸表而殊言，如秃果黄没有厅其他炸附加含说明棋，可槽以认为齐该吐表的最后忘一位母所表槐示的名数值冰就是它咳的洞分辨筝力。显一般缸地说饿，分盾辨力的良数奥值小许于仪油表的串最大忽绝对摔误差沸。右表的点分浮辨力事为多川少？5/1晴8/斥2勿023娘393.分辨绞率将分矛辨力除以侵仪表炉的满沃量程就是泪仪表激的分辨倚率，分辨较率常怠以百分慰比每或几朋分之畏一表黑示，是湖量纲肥为1的数穗。右表的进满量看程为99酿.9A肌，训问：缓该表嘉的分辨力愁、分辨柴率为多垫少？解：分辨征力=0.绒1A反，分辨率穷=0.什1A熄÷闲99.连9≈六0.且1提%。5/1矿8/伍2言023浩404.线性泪度线性徐度又段称非线夺性误稳差，是指传侦感器刻实际砍特性洋曲线桂与拟合借直若线（有梯时也良称理论羡直线）之驻间的最大邻偏差与

传感尊器播量程怎范围脊内的撤输出之百分沟比。将传剪感器踢输出牙起始贡点与衔满量心程点团连接计起来卵的直凳线作熄为拟合和直军线，这条乔直线狗称为寨端基杜理论性直线，按上荷述方未法得出庆的仇线性区度称绵为端纸基线丈性度，非线晒性误液差越订小越觉好。线烧性度的计蝇算公膨式如增下：5/1耗8/聪2惑023景41线性误夺差赌（也旗称非增线性钩误差疮）非线性厘误蠢差可掀以直客接通堪过对龙多点驰误差界的大朝小来枝描述朵。例怖如0%时误支差为0%，25跨%时误孩差为+0.投5蜻%，50揉%时误驶差为0%，75蒜%时，来误差抱为：-0.脉5另%，10撒0%时误骄差为0%。5/作图蚕法求端基需线性托度图1-洋13端基献线性崭度作既图方卵法1－端遮基拟晃合直锅线y=Kx+b2－实陶际特运性曲篇线5/1姥8/串2钓023骗43作图窃法求端基最线性第度的演此示首先作妇一堤根理雕论直软线——将仪团表输出他起始敏点与字满量体程点阅连接稀起来皂的直红线，王称为“付端笋基直若线”协。5/1肠8/就2时023给445.迟滞爸误差迟滞误绕差押又称乳为回差或变差，是指传滨感器丧正向袍特性睛和反柔向特约性的坏不一址致程祖度：式中ΔHmax浓——最大鞋迟滞陈偏差；ymxa-菜ymni仪——量程觉范围迟滞会输引毯起重复咐性和分辨力饰变丈差，垫测量河盲区。产生迟皇滞花现象吵的原坦因：传感器发敏巡寿感元光件材料蒙的弹性滞男后、运动奴部件币摩擦、构午的间评隙、紧固礼件松纠动等。图1-1序4迟滞叔特性传5/1毁8动/霜2层02机狡3添456.稳定仿性稳定钥度：仪们表在所有蔬条件辫都恒播定不帽变的泰情况陪下，在规裙定的佛时间类内能列维持令其示魂值不描变的启能力。以渠仪表忍的示就值变化海量扒和时割间的扛长短共之比葵来表吓示。例如勿，某谋仪表零输出欲电压遭值在8h内的嘉最大街变化叮量为1.朋2mV宋，则彩表示莫该仪撕表的姥稳定络性为1.严2mV陷/(仔8h喇)。环境首影响扮量：指桥由外制界环战境变叙化而笨引起停的示掘值变枝化量勾：零漂：用刊于描殖述仪脱表（已调挣零）在受外强界环赛境影僵响后猾，输锣出不趁再等企于零放，而数有一袭定的食漂移。温度枣稳定受性：又渐称为温度伟漂移，指传感圆器在消外界境温度凤下输峡出量剑发生扒的变批化。用温度绵每变除化1℃引起印的绝什对误叫差或炕相对宴误差千表示，又森称为温度堤误差括系数。5/1医8/蛛2仇023悲

467.可靠另性反映垃传感友器和皆检测饰系统渠在规肺定的舰条件炸下，景在规吧定的议时间内拌是茫否耐静用的室一种替综合刷性的摔质量税指标龟。包沫括：（1）故裹障平摄均间劣隔时危间（MTB廉F）膏指镇两次体故障兰间隔摸的平均贝时图间。（2）平押均修联复时魂间（MTT就R）津指喷排除鞭故障满所花志费的迹平均时晕间特。（3）故景障率勿或失询效率姻（λ）罢指嘱工作缸到某看一时俊刻尚训未失耽效的执产品淹，在狭该时查刻后旧，单激位时金间内胡发生水失效糊的概国率。5/1骡8/令2看023公47可靠性呜（浴盆曲线）期早期失效期（偶然失效期）反映蚊传感齐器和祥检测待系统遮在规城定的财条件醋下，芹在规下定的叙时间内啄是逝否耐喝用的翻一种淡综合定性的隔质量携指标奏。包捧括：故障争平均称间隔谷时间叹、平废均修慢复时荣间、兼故障顺率或忍失效道率等5