《传感器与检测技术》课件-项目1 传感器与检测技术认知

传感器与检测技术01传感器概述02测量及误差03检测技术认知传感器与检测技术认知功能01定义02组成03分类04特性05传感器概述案例1：传感器在生活中的应用1、传感器的功能1、传感器的功能案例2：传感器在生产生活中的应用案例3：粮仓温度、湿度检测通风口探头通风口通风口1、传感器的功能案例4：热轧带钢表面温度的测量1、传感器的功能案例5：汽车的防侧滑系统1、传感器的功能案例6：智能电子警察监测系统1、传感器的功能案例7：齿轮转速的测量1、传感器的功能案例8：零件位置和液位的测量1、传感器的功能

当发生火灾时，温度升高使玻璃球爆裂，高压自来水自动喷出。烟案例9：火灾感知传感器1、传感器的功能案例10：探雷器1、传感器的功能案例11：狙击枪

总结：传感器作为整个检测系统的前哨，它提取信息的准确与否直接决定检测系统的精度。1、传感器的功能能感受规定的测量量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器这个词，在国外有很多提法，如变换器(transducer)、转换器(converter)、检测器(detector)和变送器(transmitter)等。而我国规定，传感器定名为sensor。当传感器的输出信号为标准信号(如1～5V、4～20mA)时，则称为变送器(transmitter)。2、传感器的定义传感器举例应变式传感器压电式传感器热电式传感器光电式传感器被测量敏感元件转换元件测量电路电信号非电信号辅助电源3、传感器的组成按工作原理分类光电式压电式霍尔式电阻式热电偶电感和电容式传感器4、传感器的分类2按被测量分类4、传感器的分类按传感器输出信号的性质分类010203开关型传感器模拟型传感器数字型传感器4、传感器的分类

新材料、新功能的开发。12

新工艺、新技术的应用。3应用领域的拓展。4性能的提高。

多功能、智能化传感器的研制。5补充：

传感器的发展趋势传感器的特性静态特性动态特性指输出与输入之间的关系，它有静态、动态之分。指当输入量为常量或变化极慢时，即被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。指输入量随时间变化的响应特性。5、传感器的特性测量范围与量程

某台温度计的测量范围为-50~150℃，则其量程是多少？测量范围：可进行测量的被测量的变化范围。量程：测量范围的上限值ymax与ymin之差，即：5.1传感器的静态特性灵敏度

传感器达到稳定工作状态时，输出变化量Δy与引起此变化的输入变化量Δx之比。5.1传感器的静态特性精确度传感器的输出指示值与被测量约定真值的一致程度，反映了传感器测量结果的可靠程度。

工程上，根据传感器的最大引用误差来划分精确度等级，常用的有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等档次。5.1传感器的静态特性关于精度的说明精度数值越小，精度越高。反之，数值越大，精度越低。精度等级常以圆圈或三角内的数字标明在仪表面板上。如：2.52.55.1传感器的静态特性线性度是指传感器输出、输入的实际特性曲线和拟合直线之间的最大偏差与输出量程范围之百分比。式中：——最大非线性误差——满量程输出值5.1传感器的静态特性分辨力分辨率阈值传感器能检测到输入量最小变化的能力，用绝对值表示。分辨力以满量程输出的百分数表示。能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值。5.1传感器的静态特性重复性

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。式中：——最大重复性误差——满量程输出值5.1传感器的静态特性yx0ΔRmax2ΔRmax1迟滞性(回程误差)当输入量x由小增大(正行程)，而后有由大减小(反行程)时，同一输入量传感器会产生不同的输出量。在全量程范围内，传感器正反行程最大输出差值就是其滞后量。式中：——正反行程间最大误差——满量程输出值5.1传感器的静态特性yxΔHmaxyFS稳定性漂移性表征传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。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变化程度，包括零点漂移和温度漂移。5.1传感器的静态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。5.2传感器的动态特性水温T℃热电偶环境温度To℃T＞To

1．传感器的功能

2．传感器的定义小结

3．传感器的组成

4．传感器的分类

5．传感器的特性测量的定义测量误差误差处理测量及误差

将被测变量与其相应的标准单位进行比较，从而获得确定的量值。间接测量：1、测量的定义直接测量间接测量用测量工具与被测量直接进行比较的方法。如：用米尺量身高。不能直接用测量工具与被测量进行比较，中间要经过能量形式转换的过程。如：用体温计量体温。

测量误差是指测量值与真值之间的差值。2、测量误差按产生的原因或出现的规律不同来分分类误差系统误差随机误差疏忽误差系统(规律)误差

特点：

在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化。原因：

检测仪表本身的不完善、检测中使用仪表的方法不正确以及测量者固有的不良习惯等。疏忽(过失)误差

特点：

无任何规律可循。原因：

操作者的粗心(如读错、算错数据等)、不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等。偶然(随机)误差特点：

多次测量的随机误差服从统计规律，其规律可以用正态分布曲线来表示。原因：

测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素(如空气扰动、噪声扰动、电磁场等)所引起的综合结果。

根据仪表使用的条件来分:间接测量：基本误差附加误差仪表在规定的工作条件下产生误差。

不能直接用测量工具与被测量进行比较，中间要经过能量形式转换的过程。如：用体温计量体温。按误差数值表示的方法来分:误差绝对误差相对误差引用误差测量结果减去被测量的约定值所得的差值，即:绝对误差：

式中：Δx——绝对误差。x——测量结果，也称测量值或示值。

x0——约定真值。

是绝对误差与约定真实值之比，以百分数表示。相对误差：

式中：——相对误差。

——绝对误差。

——被测变量的真实值。求相对误差

绝对误差与量程之比，以百分数表示。也叫相对百分误差。引用误差：

式中：——引用误差

——仪表量程以上两例可以看出，相同的绝对误差，其量程大的仪表引用误差小，而量程小的仪表引用误差大。一般我们用仪表最大引用误差的大小来作为判断仪表精度的尺度。例如：一台仪表的最大引用误差为0.45％，则我们就说该仪表的精度为0.5级。由此可以看到，最大引用误差只能用来作为判断仪表精度的尺度，而不能直接用引用误差的大小来表示仪表的精度，因为仪表的精度等级国家是有统一规定的。最大引用误差它等于仪表示值中的最大绝对误差与仪表的量程之比的百分数。测量仪表的精度等级是国家统一规定的，把最大引用误差中的百分号去掉，剩下的数字就称为仪表的精度等级。用量程为5A，精度为0.5级的电流表，分别测量两个电流，I1=5A，I2=2.5A，试求测量I1和I2的相对误差为多少？当仪表的精度等级选定时，所选仪表的测量上限越接近被测量的值，则测量的相对误差的绝对值越小。测量误差处理，请你来支招？算术平均值的求解

均方根误差的估计采用贝塞尔(Bessel)公式。3、测量误差的处理随机误差的处理标准方差的估计所以仅包含随机误差的测量结果可以表示为：粗大误差的处理

判断粗大误差的准则：莱伊特准则。

指在一组测量值中的一个测量值Xi和该组数据的算术平均值

之间的差vi，大于三倍该组数据的均方根误差σ时，则vi为粗大误差，Xi为坏值，应剔除。其表达式为：系统误差的处理马利科夫判据则说明测量中存在线性系统误差。

式中——残差绝对值的最大值。

注意：当n为偶数时，k=n/2；当n为奇数时，k=(n+1)/2。阿贝-赫梅判据则说明测量中存在周期性系统误差。

由于任何测量中必然存在误差，所以，为了获得某一个量的尽可能准确的值，通常在相同条件下，对该量进行多次等精度测量，从而得出一组测量数据。然后通过误差分析，求出该被测量真值的最佳估计值及其误差范围。通常对直接测量数据的误差分析包括3大步骤：剔除粗大误差处理系统误差处理随机误差

1．测量的定义

2．测量误差小结

3．误差处理检测技术的地位与作用检测的定义与检测系统的组成检测方法分类与发展趋势检测技术认知1、检测技术的地位和作用检测技术在工业生产领域的应用检测技术在汽车中的应用日新月异1、检测技术的地位和作用检测技术在日常生活中的应用与日俱增1、检测技术的地位和作用检测技术在军事上的应用1、检测技术的地位和作用检测技术在国防领域的应用1、检测技术的地位和作用检测技术在航天领域举足轻重1、检测技术的地位和作用1、检测技术的地位和作用物化法官1、检测技术的地位和作用检测技术（涵盖）吃穿用农轻重海陆空

人们借助于仪器、设备，利用各种物理效应，采用一定的方法，将客观世界的有关信息通过检查与测量来获取定性或定量信息的认识过程。2、检测的定义与检测系统的组成测量因素对象方法设备定义：确定被测对象的量值为目的的全部操作物理量化学量生物量传感器检测仪器检测装置检测系统信号采集信号处理信号显示信号输出2、检测的定义与检测系统的组成被测信息检测器具检测过程例：空调机测量控制室温空气被测对象：被测信息：检测器具：操作过程：室内空气温度温度传感器---热电阻、热电偶

热敏电阻电信号处理显示空调机接口总线存储显示分析监控判断决策信号检出┇信号检出信号检出信号转换信号转换信号转换处理显示处理显示处理显示2、检测的定义与检测系统的组成检测系统的组成力位移

速度

加速度

压力流量温度电阻式电容式电感式压电式热电式光电式磁电式电桥

放大器滤波器调制器解调器运算器

阻抗变换器

笔式记录仪光线示波器磁带记录仪电子示波器半导体存储器显示器磁卡数据处理器

频谱分析仪

FFT

实时信号分析仪

电子计算机

被测对象

传感器

中间变换测