传感器与检测技术 课件汇 第1-5章 自动生产线上产品分拣系统的设计分析 -自行车里程计设计与实现

传感器与检测技术生产线上产品分拣系统的设计分析——项目导入项目导入自动生产线上产品分拣系统知识目标能力目标素质目标知识技能素质检测系统概述测量方法检测系统基本特性传感器的选用误差分析项目实施认识自动分拣生产线中的传感器分析自动分拣测控系统分析自动分拣过程检测数据项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——项目导入1.1项目导入1.1项目导入一、案例介绍：空气压缩机触摸屏输送单元气源处理器分拣单元装配单元加工单元供料单元1.1项目导入一、案例介绍：1.1项目导入二、教学目标1）掌握检测系统组成，熟悉传感器选用原则。2）熟悉测量方法，了解测量误差及其处理。3）熟悉检测系统基本特性。知识目标1）会用框图分析检测系统各模块的功能、特点，能根据原理和应用目的区分传感器类型。2）会根据检测要求选择合适的测量方法，会对测量结果进行误差分析。3）会利用特性指标分析检测系统性能优劣。能力目标1）具备仔细观察、善于分析的习惯。2）提升分析问题、解决问题的能力。3）增强积极思考、学以致用的意识。素质目标传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——相关知识与技能：检测技术概述1.2相关知识与技能1.2.1检测技术概述一、检测及检测技术的作用：检测：对各种基本参数或物理量进行检查和测量作为分析判断和决策的依据检测技术为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施包括被测信息的获取、转换、显示、处理等1.2.1检测技术概述1、在机械制造工业中在线测量机床的静态、动态参数如工件的加工精度、切削速度、床身振动等进行，从而控制加工质量n退刀点起刀点螺距t螺钉加工测控系统自动磨削测控系统1.2.1检测技术概述2、在交通领域一辆现代化汽车装备的传感器就多达数十种用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等；汽车传感器安全气囊倒车雷达1.2.1检测技术概述3、在化工、电力等行业实时在线检测和控制生产工艺过程中的温度、压力、流量钢水自动测温锅炉压力自动检测管道流量自动检测1.2.1检测技术概述4、日常生活服务机器人自主动作测控系统空调系统自动测温度、湿度服务机器人传感器空调自动温湿度测控1.2.1检测技术概述5、航空航天北斗定位载人飞船北斗定位载人飞船1.2.1检测技术概述二、检测系统的组成：人眼——传感器神经系统——测量电路大脑——计算机人手——执行机构1.2.1检测技术概述二、检测系统的组成：1．传感器：将被测量(非电量)转换成与之有对应关系的易于测量的量(电量)的一种装置２．测量电路：将传感器输出信号转换成易于测量的电压和电流信号３．显示记录装置：使人们了解检测数值的大小和变化过程1.2.1检测技术概述1.传感器国家标准（GB/T7655—2005）传感器通用术语中传感器定义：

能感受（或响应）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元件组成。1.传感器（将被测非电量转换成电量信息）①传感器是测量装置，能完成测量任务；②它的输入量是某一被测量，可能是物理量、化学量、生物量等；③它的输出量是某一物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电信号；④输出与输入有对应关系这种关系有一定规律。1.2.1检测技术概述1.传感器根据传感器应用的目的，按被测量的性质分类：机械量传感器：热工量传感器：化学量传感器生物量传感器根据传感器研究的目的，按变化过程的特征分类：位移传感器力传感器速度传感器加速度传感器温度传感器压力传感器流量传感器参量型传感器：发电型传感器：电阻式传感器电感式传感器电容式传感器热电偶传感器光电传感器磁电传感器压电传感器1.传感器（将被测非电量转换成电量信息）1.2.1检测技术概述1.传感器传感器分类：1.传感器（将被测非电量转换成电量信息）分类方法说明举例按被测量分类即按用途分类，便于用户选择位移传感器、速度传感器、压力传感器、温度传感器按传感器的工作原理分类以工作原理命名，便于生产厂家专业生产应变式、电容式、电感式、压电式、光电式按物理现象分类（信号转换特征）结构型通过传感元件几何尺寸或形状变化，转换成电阻、电容、电感等物理量变化，从而检测出被测信号。这类传感器目前应用较为普遍电容式传感器：利用电容极板间隙或覆盖面积变化→△C物性型利用传感器元件材料本身的物理性质的变化而实现测量压电式传感：利用压电效应；热电偶：利用热电效应按能量关系分类能量控制型由外部供给能量，使传感器工作，并有被测量来控制外部能量的变化电感式传感器：需外部供电，使被测量转换成电感量变化，控制电压或电流变化能量转换型直接由被测量对象输入能量使其工作磁电式传感器：被测量使线圈切割磁力线，产生感应电动势按工作时是否需要外加电源分类有源传感器工作时不需要外加电源磁电式传感器、热电偶传感器无源传感器工作时需要外加电源应变式传感器、电感式传感器按输出信号分类模拟式输出量为模拟量应变式传感器、电容式传感器数字式输出量为数字量旋转编码器、光栅传感器1.2.1检测技术概述1.传感器传感器命名——根据GB/T766—2005《传感器命名法及代码》规定：1.传感器（将被测非电量转换成电量信息）主题词——传感器。一级修饰语——被测量，包括修饰被测量的定语。二级修饰语——转换原理，一般可后缀以“式”字。三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后缀以“型”字。四级修饰语——主要技术指标（如量程、精度、灵敏度等）。在有关传感器的统计表格、索引以及计算机汉字处理等特殊场合，传感器名称应采用正序排列。例如，“传感器，位移，电容式，差动，±20mm”；“传感器，压力，压阻式，[单晶]硅，600kPa"。在技术文件、产品样本、学术论文、教材及书刊的陈述句子中，传感器名称应采用反序排列。例如，“100~160dB差动变面积型电容式声压传感器"。在实际应用中，可根据产品具体情况省略任何一级修饰语，例如“100mm应变片式位移传感器"。作为商品出售时，传感器的第一级修饰语不得省略。1.2.1检测技术概述2.测量电路作用：将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。微弱信号→滤波、放大、线性化、传递和转换……不同的传感器要求配用不同种类的测量电路。常见的测量电路有阻抗匹配器、电桥电路、滤波电路、放大电路、补偿电路、模/数转换电路等等。1.2.1检测技术概述3.控制器类型：逻辑控制器、微控制器、可编程集成电路、工控机等功能：进行运算、逻辑判断、线性变换、频谱分析等，以满足现代检测系统对被测量的显示、控制、传输等目的CD4011与非逻辑控制集成电路门STC89C52单片机STM32单片机西门子PLC工控机1.2.1检测技术概述4.显示记录装置模拟显示：直观数字显示：准确，但最后一位经常跳动图像显示：能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵a）模拟显示b）数字显示

c）图像显示1.2.1检测技术概述5.执行机构通常指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀和伺服电动机等在电路中是起通断、控制、调节和保护等作用的电器设备

a）继电器b）电磁铁c）电磁阀d）伺服电动机1.2.1检测技术概述6.上位机、网关等有些检测系统需要将测量数据传送至上位机（计算机、PLC等）、网关，以便集中显示和控制或者连通传感网，对检测数据和传感器做集中处理、远程共享、远程维护等。

7.电源1.2.1检测技术概述二、检测技术的发展趋势第一、新型传感器技术。研究新原理、新材料、新工艺，产生更多品质优良的新型传感器。高分子压电材料用于跳舞机舞步检测、交通领域汽车检测1.2.1检测技术概述带控制单元的加速度传感器四、检测技术的发展趋势第一、新型传感器技术。研究新原理、新材料、新工艺，产生更多品质优良的新型传感器第二，微型化、集成化、智能化和网络化。用微处理机做控制单元，使仪表内的各个环节自动地协调工作，且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表。1.2.1检测技术概述四、检测技术的发展趋势第一、新型传感器技术。研究新原理、新材料、新工艺，产生更多品质优良的新型传感器第二，微型化、集成化、智能化和网络化。用微处理机做控制单元，使仪表内的各个环节自动地协调工作，且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表。第三，不断提高检测系统性能。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。传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——相关知识与技能：测量方法1.2相关知识与技能1.2.2测量方法一、测量的基本概念测量（检测）：指用实验的方法，借助于一定的仪器或设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较并确定被测量对标准量的倍数，获得关于被测量的定量信息。测量结果：数值单位用数字、曲线或图形表示1.2.2测量方法二、测量方法根据测量手续分类：根据获得测量值的方式分类：根据传感器是否与被测对象直接接触分类：直接测量间接测量偏差式测量微差式测量零位式测量接触式测量非接触式测量1.2.2测量方法1、直接测量：是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。2、间接测量：是利用直接测量的量与被测量之间的函数关系（可以是公式、曲线或表格等），间接得到被测量量值的测量方法。如：用温度计测量温度，用电压表测量电压等如：需要测量电阻R上消耗的直流功耗P，可通过直接测量电压U、电流I，然后根据函数关系P=UI，经过计算，间接获得功耗P。1.2.2测量方法3、微差式测量法：偏差式测量法和零位式测量法相结合，构成微差式测量法。它通过测量待测量与标准量之差（通常该差值很小）来得到待测量量值。例：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化1、偏差式测量法：在测量过程中，用仪表指针相对于初始点的位移（偏差）来表示被测量的大小。例：用指针式万用表测量电压、电流等。2、零位式测量法：测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等（平衡），从而获得被测量。例：用电位差计测量电压。特点：测量简单、迅速、精度不高特点：精度高、适用于变化缓慢的量特点：反应速度快、测量精度高、适合于在线控制参数测量100g3g1.2.2测量方法例电位差计测量电压1.2.2测量方法EE1R1RPRwRmRLRr图微差式测量原理图例微差式测量电压输出电压随负载电阻变化传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——相关知识与技能：检测系统基本特性1.2相关知识与技能1.2.3检测系统基本特性静态特性——被测量不随时间变化或变化很慢时,输入、输出量都与时间无关，此时输入、输出之间的关系称为静态特性。动态特性——被测量随时间变化很快时，讨论传感器的输入、输出关系，称动态特性。特性：检测系统的输入量和输出量之间的对应关系1.2.3检测系统基本特性一、静态特性测量范围与量程线性度灵敏度与分辨率迟滞精度等级其它1.2.3检测系统基本特性1、测量范围与量程测量范围：检测系统能够测量的被测量值的总范围量程：测量范围上限值与下限值的代数差满量程输出：如果测量下限Xmin对应的输出值为Ymin，测量上限Xmax对应的输出值为Ymax，则满量程输出值为YFS=Ymax-Ymin。例：某温度计测量范围为-10oC~+100oC

其量程为110oC1.2.3检测系统基本特性2、线性度线性度是用实测的检测系统输入-输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比表示的，即拟合直线不同,所得线性度也不同理论线性度：端基线性度：最小二乘法线性度：12ΔLmaxymaxxmax0图理论线性度示意图1.2.3检测系统基本特性2、线性度作图法求线性度演示（1—拟合曲线2—实际特性曲线）1.2.3检测系统基本特性3、灵敏度指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。x0ydydx图检测系统灵敏度即输入与输出特性曲线的斜率，有单位。1.2.3检测系统基本特性3、灵敏度s=s1s2s3提高灵敏度，可得到较高测量精度，但应当注意，灵敏度越高，测量范围往往越窄，稳定性往往越差。s1s2s3xyOy2y11.2.3检测系统基本特性3、灵敏度例、某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。1.2.3检测系统基本特性3、灵敏度1.某测量仪器,当被测位移由8mm变到10mm时,该仪表的输出电压由5V减至4V,求该仪器的灵敏度。2.一压电式传感器的灵敏度K1=10PC/MPA,连接灵敏度K2=0.008V/PC的电荷放大器,所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mm/V

求(1)此系统的总灵敏度

(2)当压力变化△P=8MPA时,记录笔在记录纸上的偏移为多少?课堂练习1.2.3检测系统基本特性4、分辨率指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半，数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。灵敏度愈高，分辨率愈好。1.2.3检测系统基本特性5、迟滞迟滞特性表明检测系统在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程期间，输入-输出特性曲线不一致的程度，表示为：yxmaxΔHmax012ymax图迟滞特性示意图可能由仪表元件存在传动机构的摩擦、电路元件的老化等原因造成的。产生原因：1.2.3检测系统基本特性6、精度等级：与引用误差有关7、重复性重复性是指传感器在输入按同一方向全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度8、漂移传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的变化，它包括零点漂移和灵敏度漂移等。9、稳定性指在室温条件下，经过相当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。10、可靠性可靠性是指检测系统在规定工作条件和规定时间内具有正常工作性能的能力。1.2.3检测系统基本特性二、动态特性通常用实验方法求得，大部分检测系统可以简化为单自由一阶或二阶系统，应用自动控制原理中的分析方法和结论。1.2.3检测系统基本特性二、动态特性1、阶跃响应特性（时域）一阶传感器阶跃响应特性

二阶传感器阶跃响应特性1.2.3检测系统基本特性二、动态特性2、频率响应特性（频域）一输入输出间的关系频率响应特性传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——相关知识与技能：传感器的选用1.2相关知识与技能1.2.4传感器的选用一、传感器的常用性能指标1、基本参数指标①量程指标：量程范围、过载能力等。②精度指标：精度（误差）、线性度、迟滞性、重复性、稳定性、漂移、阈值等。③灵敏度指标：灵敏度、分辨率、输入与输出阻抗等。④动态性能指标：频率响应范围、频率特性、时间常数、阻尼系数、过冲量等。2、环境参数指标①温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后等。②抗冲振指标：各种冲振允许频率、振幅、加速度等。③其他环境参数：抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力等。3、可靠性指标①工作寿命。②平均无故障时间。③绝缘电阻。④耐压值。⑤疲劳性能。⑥反抗飞弧性能等。4、其他指标①使用方面：供电方式（交直流、频率、波形等）、电压频率范围及稳定度、功耗等。②安装接线方面：安装方式、接线电缆要求、接线方式等。③结构方面：外形尺寸、质量、材料、结构特点等。1.2.4传感器的选用二、传感器的选择要求1、根据测量目的和测量对象确定传感器类型2、根据传感器技术指标确定传感器种类3、根据测量系统要求确定传感器的种类4、根据使用环境确定传感器种类5、电源的要求6、基本安全要求7、可靠性要求8、管理要求9、购买与维修要求1.2.4传感器的选用三、传感器的选用原则总的原则：在满足检测系统对传感器所有要求的情况下，价格低廉、工作可靠，容易维修。四、传感器的标定与校准标定：利用某种标准器具对新研制或生产的传感器进行全面的技术检定和标度。校准：对传感器在使用中或储存后进行的性能复测。基本方法：先利用标准仪器产生己知的被测量，输入待标定（校准）的传感器，然后将传感器的输出量与输入的标准量进行比较，获得一系列数据或曲线。根据输入信号的类型，传感器的标定方法有静态和动态两种。1.2.4传感器的选用静态标定：用于确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、迟滞等。步骤：①将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点。②根据传感器量程分点情况，由小到大按等间距递增方式输入相应的标准量，并记录与各输入值相对应的输出值。③将输入值由大到小一点一点地递减，同时记录与各输入值相对应的输出值。④按照②、③步骤，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出、输入测试数据用表格列出或绘制成曲线。⑤对测试数据进行必要的整理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞性等静态特性指标了。传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——相关知识与技能：误差分析1.2相关知识与技能1.2.5误差分析测量误差：检测结果和被测量的客观真值之间存在的差别称为测量误差。关于真值理论真值计量学约定真值相对真值误差的分类绝对误差和相对误差（按表示方法分）系统误差、随机误差和粗大误差（按出现规律）静态误差和动态误差（按被测量与时间关系）1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差绝对误差：是仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，记做δ特点：绝对误差有符号和单位，它的单位与被测量相同真值可表示为：C：修正值1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差例1:仪器1，测量5A的电流，绝对误差是0.01A;仪器2,测量5A的电流绝对误差是0.02A，哪一个测量结果更准确？例2:仪器1，测量10mm的长度，绝对误差为0.001mm。仪器2，测量200mm长度，绝对误差为0.01mm，哪一个测量结果更准确？仪器1测量结果更准确难于判断，后者绝对误差大，但相对于被测量的值较小1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差绝对误差：仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，记做δ相对误差：仪表指示值的绝对误差δ与测量真值x0的比值常用指示值x代替真值1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差例2:仪器1，测量10mm的长度，绝对误差为0.001mm。仪器2，测量200mm长度，绝对误差为0.01mm，哪一个测量结果更准确？相对误差能更好说明测量的精确程度1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差绝对误差：仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，记做δ相对误差：仪表指示值的绝对误差δ与测量真值x0的比值引用误差：相对误差只能说明不同测量结果的准确程度，不能否衡量仪表的质量。故采用了引用误差的概念。引用误差是绝对误差δ与仪表量程L的比值，即：1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差最大引用误差：用可能出现的绝对误差最大值δm代替δ，对一台确定的仪表或一个检测系统，这是一个定值，一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为精度等级（用符号s表示）划分尺度灵敏度：S、K精度等级：s%1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差0.1级，0.2级，0.5级，1.0级1.5级，2.5级，5.0级我国工业仪表的准确度等级s%：最大引用误差不超过±1.0%整个量程内它的绝对误差最大值不会超高其量程的±1.0%1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差

1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差

当仪表等级s选定后，被测量的真值则越接近满度值，测量中的相对误差的最大值越小，测量越准确。因此，在使用这类仪表测量时，在一般情况下应该使被测量的数值尽可能在仪表满刻度的三分之二以上。1.2.5误差分析一、绝对误差和相对误差1.某电流表测得的电流示值为0.83mA,查该电流表的检定证书,得知该电流表在0.8mA及其附近的修正值都为-0.02mA,那么被测电流的实际值为多少?2.检定一个1.5级、满量程值为10mA的电流表，若在5mA处的绝对误差最大且为0.13mA(即其他刻度处的绝对误差均小于0.13mA),问该表是否合格?3.若被测电压的实际值为10V,现有两只电压表:150V、0.5级和15V、2.5级.问选哪一只电压表测量更准确?4.用电压表15V、2.5级,分别测量两个被测量,第一个的实际值是12V,第二个的实际值是8V,试问哪个测出的结果更准确?举例1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差定义：在相同条件下进行多次重复测量，若每次测量的误差大小和符号是恒定的，或者是按一定的规律变化，这类误差称系统误差或确定性误差。定义：在相同观测条件下，对某量进行一系列观测，如误差出现符号和大小均不一定，这种误差称为偶然误差。定义：在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差。系统误差随机误差粗大误差1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差系统误差随机误差粗大误差产生原因：检测装置性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使用不当、环境条件变化。特点：可通过实验方法修正或消除；表明测量结果的正确度产生原因：许多独立的、微小的，偶然的因素引起。特点：有界性、单峰性、对称性，不可修正；常用精密度表示随机误差大小产生原因：测量人员的粗心大意、测量方法不恰当、子测量条件意外变化。也称为坏值。1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差系统误差

随机误差粗大误差减小方法：通过多次测量取平均值的办法，来减少随机误差对结果的影响，或用其它数理统计的方法对随机误差加以处理。消除方法：用一个标准仪器对测量仪器校准采用一些有效的测量方法,如交换法、抵消法、代替法、对称测量方法进行补偿。确定仪器误差的大小后应用修正值消除方法：采用3σ准则剔除坏值（σ：标准误差）1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差：精密度与正确度的综合反映

精度：测量系统输出值与真值的偏离程度

：测量系统输出值的分散性。系统误差随机误差精密度精密度精密度精密度①.正确度②.1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差图（A）图（B）图（C）精密度高正确度低精密度低正确度高精度高1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差交换法

在测量中，将引起系统误差的某些条件(如被测量的位置等)相互交换，而保持其它条件不变，使产生系统误差的因素对测量结果起相反的作用，从而抵消系统误差。例如，以等臂天平称量时，被称物与砝码在天平左右称盘上交换，称量两次，取两次测量平均值作为被称物的质量，这时测量结果中就不含有因天平不等臂引起的系统误差。1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差代替法在测量条件不变的情况下，用已知量替换被测量，达到消除系统误差的目的。例如：天平。先使平衡物T与被测物X相平衡，则X=(L1/L2)T；然后取下被测物X，用砝码P与T达到平衡，得到P=(L1/L2)T，取砝码数值作为测量结果。由此得到的测量结果中，同样不存在因L1、L2不等而带来的系统误差。l1l2XTl1l2PTX：被测物P：砝码T：平衡物1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差3σ准则

标准误差：

标准误差的估计值：算术平均值：

X0为真值，可用算术平均值代替与不加严格区分，统称为标准误差1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差150次测量836mm长度的结果误差分布表（只有随机误差）1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差8363429179212818831831841无限次测量，无限个区间随机误差分布连续曲线区间宽度为0该纵坐标被称为概率密度该连续曲线为随机误差正态分布曲线150次测量，11个区间误差分布直方图1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差

因此，标准误差说明测量结果的分散程度，标准误差越小，测量数据一致性越好，正态分布曲线越尖锐，测量精密度越高。

不同标准误差下的正态分布曲线如下：1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差

a.介于之间的随机误差出现的概率为：

b.介于之间的随机误差出现的概率为：

c.介于之间的随机误差出现的概率为：含义：100次测量有68次离真值的距离在1倍标准误差范围之内，有95次离真值的距离在2倍标准误差范围之内，有99.7次离真值的距离在3倍标准误差范围之内。1000次只可能有3次超出3倍标准误差范围。

1.2.5误差分析二、系统误差、随机误差和粗大误差3σ准则：当某次测量值xi满足：则该值为坏值，应剔除。设对被测量进行n次等精度测量,得到一组测量数据x1,x2,…,xn,可求出其算术平均值，并求出标准误差，然后逐个判断单个测量值是否满足下面不等式：

如果发现某个值满足不等式,就作为坏值剔除之。

数据处理步骤：剔除坏值,取剩余数平均，再剔除坏值，再取剩余数继续平均，直到不再出现坏值，就以最后一个平均值为真值。

（应用条件，n足够大！）传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——项目实施：认识自动分拣生产线中的传感器1.3项目实施1.3.1认识自动分拣生产线中的传感器一、进料检测传感器1.3.1认识自动分拣生产线中的传感器二、工件材料检测传感器22XL-LJM18M-10A2型电涡流式接近开关当金属物体靠近传感器时，传感器输出开关动作。当塑料物体靠近使，传感器输出无变化1.3.1认识自动分拣生产线中的传感器三、工件颜色检测传感器E3X-NA11型光纤传感器1.3.1认识自动分拣生产线中的传感器四、工件位置检测传感器ZSP5810-001C-1024BZ1-12-24T12-24V型增量式编码器1.3.1认识自动分拣生产线中的传感器五、气缸位置检测传感器磁性开关传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——项目实施：分析自动分拣测控系统1.3项目实施1.3.2分析自动分拣测控系统一、系统组成传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——项目实施：分析自动分拣过程检测数据1.3项目实施1.3.3分析自动分拣过程检测数据一、实训原理分拣单元主动轴的直径为d=43mm,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π•d=3.14×43=136.35mm。故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273mm。当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器约发出430个脉冲；移至第一个推杆中心点时，约发出614个脉冲；117.5÷0.273≈430个脉冲167.5÷0.273≈614个脉冲263÷0.273≈963个脉冲350.5÷0.273≈1284个脉冲移至第二个推杆中心点时，约发出963个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出1284个脉冲。1.3.3分析自动分拣过程检测数据一、实训原理理论计算≠实际情况实际误差不可避免尚须现场测试脉冲当量值求出脉冲当量μ平均值为：μ=（μ1+μ2+μ3）/3=0.25761.3.3分析自动分拣过程检测数据二、实训步骤1）实测理论脉冲数的对应位置2）调试脉冲当量①变频器参数设置为：Pr.79=2（固定的外部运行模式），Pr.4=25Hz（高速段运行频率设定值）②编写程序，编译后传送到PLC。1.3.3分析自动分拣过程检测数据二、实训步骤1）实测理论脉冲数的对应位置2）调试脉冲当量①变频器参数设置为：Pr.79=2（固定的外部运行模式），Pr.4=25Hz（高速段运行频率设定值）②编写程序，编译后传送到PLC。1.3.3分析自动分拣过程检测数据二、实训步骤1）实测理论脉冲数的对应位置2）调试脉冲当量①变频器参数设置为：Pr.79=2（固定的外部运行模式），Pr.4=25Hz（高速段运行频率设定值）②编写程序，编译后传送到PLC。③运行PLC程序，并置于监控方式，脉冲当量现场测试数据。1.3.3分析自动分拣过程检测数据二、实训步骤1）实测理论脉冲数的对应位置2）调试脉冲当量①变频器参数设置为：Pr.79=2（固定的外部运行模式），Pr.4=25Hz（高速段运行频率设定值）②编写程序，编译后传送到PLC。③运行PLC程序，并置于监控方式，脉冲当量现场测试数据。④求出脉冲当量μ平均值为：μ=（μ1+μ2+μ3）/3⑤按如图1-29所示的安装尺寸重新校准旋转编码器到各位置应发出的脉冲数。传感器与检测技术自动生产线上产品分拣系统的设计分析——项目小结与评价：项目小结1.4项目小结与评价1.4.1项目小结1）一个完整的检测系统由传感器、测量电路、控制器、显示记录装置、执行机构等组成。2）测量方法按测量手续分类，有直接测量和间接测量两类；按测量方式分类，有偏差法、零位法和微差法；按传感器与被测物体是否接触分类，有接触式测量、非接触式测量；按测量过程中被测量与时间关系分类，有动态测量和静态测量。3）检测系统的基本特性描述了检测系统输入量与输出量之间的关系。常见的静态特性有灵敏度、分辨率、测量范围、量程、线性度、迟滞、精度等级、重复性等。4）选用传感器时，要根据测量目的、测量对象、测量要求、使用环境、传感器技术指标、电源要求等来选型。1.4.2项目评价班级

姓名

学号

项目名称自动生产线上产品分拣系统的设计分析评价类别评价内容评价方式综合比例基本理论掌握在线课程中单元测验、作业在线课程自动计分评价30%实践技能操作实训过程、实训数据、实物功能工艺、实训报告教师评价40%职业能力与素养自主学习能力、解决问题的能力、科学态度和工匠精神、安全素养、6S整理教师评价20%团队协作沟通交流、团队合作、热心帮助组内互评10%感谢观看！1.4项目小结与评价传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目导入项目导入微动开关及其称重计数知识目标能力目标素质目标知识技能素质电阻式传感器工作原理电阻式传感器测量电路电阻应变式传感器应用项目实施电阻式传感器特性实训电子秤系统分析与传感器选型电子秤实物制作电子秤的标定与校准项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目导入2.1项目导入2.1项目导入一、案例介绍微动开关20克/个2.1项目导入一、案例介绍磅秤高精度电子天平，精度达0.001克人体秤吊钩秤汽车衡的传感器及显示器称重计价可充电数据存储数据传输防动防抖超市打印秤2.1项目导入二、教学目标1）掌握电阻式传感器的结构、原理、性能、选型、使用、安装及调试。2）熟悉电桥测量电路，掌握其电路结构及性能。3）熟悉重量检测系统功能和性能分析。知识目标1）会根据使用场合、传感器特性等选择不同电阻式传感器及型号。2）会根据检测系统性能要求记录检测数据与数据分析。3）会根据称重要求分析、设计和调试电子称重系统。能力目标1）具备专注负责、爱岗敬业的劳动精神。2）具备合作交流、团队协作的品质和意识。3）具备遵从标准、推崇规范的优良素质。素质目标传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——相关知识与技能：电阻式传感器工作原理2.2相关知识与技能2.2.1电阻式传感器工作原理一、电阻应变效应金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大。2.2.1电阻式传感器工作原理一、电阻应变效应定义金属材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值也相应发生变化公式二、固态压阻效应定义半导体材料在受到力的作用后，其电阻率将随作用力而变化，其电阻值也相应发生变化公式热电阻、湿敏电阻、气敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻——电阻阻值随温度、湿度、气体浓度、光照、磁场变化2.2.1电阻式传感器工作原理三、电阻变化与外力关系

2.2.1电阻式传感器工作原理四、电阻应变式传感器1、金属应变片（1）金属丝式（2）箔式（3）薄膜式2、半导体应变片2.2.1电阻式传感器工作原理四、电阻应变式传感器3、应变式测力及荷重传感器2.2.1电阻式传感器工作原理五、电阻应变片主要特性参数应变片电阻值做应力测试时，普遍选用120欧姆；对于传感器来说，为了提高其稳定性或输出灵敏度，常选用高电阻（350欧，1000欧甚至更高）。灵敏度系数常用的应变片灵敏系数为2.0~2.4疲劳寿命材料与尺寸传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——相关知识与技能：电阻式传感器测量电路2.2相关知识与技能2.2.2电阻式传感器测量电路一、电子称悬臂梁结构及应变片2.2.2电阻式传感器测量电路二、惠斯通电桥

当忽略电源的内阻时当满足条件R1R3=R2R4时，

UO=0，即电桥平衡。上式称电桥平衡条件。若差动工作，

即R1=R+△R，R2=R-△R，R3=R+△R，R4=R-△R，

传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——相关知识与技能：电阻应变式传感器应用2.2相关知识与技能2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器组成：弹性元件、应变片、外壳结构型式：柱式、悬臂梁式、环式FFFF2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器FF固定点固定点2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置FR1R2R42.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器FFFF2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器荷重传感器用于构件的称重荷重传感器（共3个，120度分布，以达到均衡目的，另两个未拍出）底座垫块电缆2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器应变式数显扭矩扳手2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器将应变片粘贴在斜拉绳表面，可测量斜拉绳所受的拉力。

斜拉桥上的斜拉绳应变测试2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器高压进气口低压进气口绝对压力传感器2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器可用于呼吸、透析和注射泵等设备p1进气管p2进气管电缆引出2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器压阻式固态压

力传感器光柱显示器

橡胶背压管

可用于投入式液位计2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器可用于投入式液位计投入式液位传感器适用于深度为几米至几十米，且混有大量污物、杂质的水或其他液体的液位测量。2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器可用于投入式液位计投入式液位计液位的计算：

安装高度h0处水的表压p1=

gh1

所以：

h=h0+h1=h0+p1/（

g）

例：液位计安装高度为1m，测得压力为98kPa，求水的深度h。2.2.2电阻应变式传感器应用三、应变式加速度传感器将质量块相对于基座（被测物体）的移动转换为应变值的变化而得到加速度。采用硅悬臂梁结构，自由端装敏感质量块，梁根部扩散四个性能一致的电阻。加速度惯性力弯矩应力阻值变化电压输出2.2.2电阻应变式传感器应用三、应变式加速度传感器1—等强度梁2—质量块3—壳体4—电阻应变片

应变式加速度传感器结构示意图2.2.2电阻应变式传感器应用四、应变式位移传感器应变式位移传感器是测量静态直线位移及与位移有关物理量的传感器特点：线性较好、分辨率高、结构简单、使用方便传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电阻式传感器特性实训2.3项目实施2.3.1电阻式传感器特性实训一、金属箔式应变片——单臂电桥性能测试1．实训器件应变式传感器实训模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）2．实训步骤1）安装应变式传感器2.3.1电阻式传感器特性实训一、金属箔式应变片——单臂电桥性能测试1．实训器件2．实训步骤1）安装应变式传感器2）接线3）调零4）测试及记录5）计算系统灵敏度、非线性误差2.3.1电阻式传感器特性实训二、金属箔式应变片——双臂电桥性能测试1．实训器件应变式传感器实训模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）2．实训步骤1）安装应变式传感器2）接线3）调零4）测试及记录5）计算系统灵敏度、非线性误差2.3.1电阻式传感器特性实训三、金属箔式应变片——全桥性能测试1．实训器件应变式传感器实训模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）2．实训步骤1）安装应变式传感器2）接线3）调零4）测试及记录5）计算系统灵敏度、非线性误差传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电子秤系统分析与传感器选型2.3项目实施2.3.2电子秤系统分析与传感器选型主要功能和指标：（1） 系统可实现电子称基本的称重功能（称重范围为0～5Kg，重量误差不大于±0.005Kg）；（2） 系统应具备输入单价，计算总价及语音报价的功能；（3） 系统超出最大测量范围5Kg时应有报警指示功能（蜂鸣器报警提示）。拓展指标：能够显示电子日历及时钟，在未称重状态下系统应具备显示年月日、星期及时钟功能。一、功能和性能分析2.3.2电子秤系统分析与传感器选型二、系统架构数据采集AD转换单片机处理LCD显示时钟显示计量显示按键处理信号放大时钟芯片重量电阻模拟电压数字信号显示信息功能参数设置时间处理数据存储、运算、打印、传输、通信、控制2.3.2电子秤系统分析与传感器选型三、重量检测电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型红黑白绿四、AD转换电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型五、单片机及外围电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型六、显示电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型七、超重报警提示电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型八、按键输入电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型九、系统串口程序下载电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型十、电源电路传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电子秤实物制作2.3项目实施2.3.3电子秤实物制作一、元件检验与电路组装元器件检测2.3.3电子秤实物制作一、元件检验与电路组装元器件检测2.3.3电子秤实物制作一、元件检验与电路组装元器件检测安装电子秤底座、悬臂梁和托盘检测电阻应变片的固定电阻，计算其与标称阻值的误差大小焊接电路板第一步，根据原理图和线路板上的元件布置，规划电路的走线。走线要尽量整齐、短捷。如果元件布置与原理图上相对应，则电路的走线自然相似，便于理解和查找。第二步，安装焊接元器件。元件安装顺序一般遵循以下原则：先低后高、先轻后重、先耐热后不耐热。一般的装焊顺序依次是电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管等。元件焊接时应掌握好时间，尽量做到快捷、安装牢靠，避免虚焊。第三步，焊接好电路板要先进行检测，查看电路连接是否正确；有极性的元件（如电解电容、二极管、三极管等）的极性是否正确；检查焊点的质量，是否有不良焊点。2.3.3电子秤实物制作二、程序编写、调试与烧写1．称重程序编写与调试2．程序烧写2.3.3电子秤实物制作三、故障诊断与排除2.3.3电子秤实物制作三、故障诊断与排除传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电子秤的标定与校准2.3项目实施2.3.4电子秤的标定与校准一、电子秤的标定2.3.4电子秤的标定与校准二、电子秤的校准1、检测数据：实际重量显示重量100克102克200克202克300克302克400克402克500克502克600克602克700克702克A组2、数据分析：3、处理方法：①去皮②改变偏置下移显示重量99克199克299克399克499克599克699克B组显示重量99克198克297克396克495克594克693克C组③调节灵敏度XYXKb2.3.4电子秤的标定与校准二、电子秤的校准3、处理方法：④最小二乘法找直线①去皮②改变偏置下移③调节灵敏度XY传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目小结与评价：项目小结2.4项目小结与评价2.4.1项目小结1）电子秤称重原理是基于金属应变片的应变效应或者半导体应变片的固态压阻效应；称重时物品重量变化导致传感器电阻发生变化。2）常见的电阻式传感器有电阻应变式、固态压阻式、热电阻式、气敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻、光敏电阻等。前两者可用于测量力、荷重、扭矩、加速度、位移、压力等物理量；热电阻式传感器可以用于温度测量；气敏电阻可以测量敏感气体浓度；湿敏电阻可以测量湿度；磁敏电阻可以测量磁场强度；光敏电阻可以测量光信号。3）惠斯通电桥式经典的传感器测量电路，其输出电压反映被测量变化。4）电子秤的称重传感器可通过软件校准，进一步提高检测精度。2.4.2项目评价班级

姓名

学号

项目名称盒装微动开关重量检测系统设计与实现评价类别评价内容评价方式综合比例基本理论掌握在线课程中单元测验、作业在线课程自动计分评价30%实践技能操作实训过程、实训数据、实物功能工艺、实训报告教师评价40%职业能力与素养自主学习能力、解决问题的能力、科学态度和工匠精神、安全素养、6S整理教师评价20%团队协作沟通交流、团队合作、热心帮助组内互评10%感谢观看！2.4项目小结与评价传感器与检测技术电容式压力压差变送器的使用和分析——项目导入项目导入电容式压力压差变送器知识目标能力目标素质目标知识技能素质电容式传感器工作原理电容式传感器测量电路电容应变式传感器应用项目实施电容式传感器特性实训电容式压力/差压变送器的选型与使用项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术电容式压力压差变送器的使用和分析——项目导入3.1项目导入3.1项目导入一、案例介绍3.1项目导入二、教学目标1）掌握电容式传感器的工作原理。2）掌握电容式传感器的类型及特性。3）熟悉电容式传感器的典型应用和测量方法。知识目标1）会分析各种电容式传感器的工作原理。2）会根据使用场合、传感器特性等选择不同电容式传感器及型号。3）会根据传感器手册正确使用各种电容式传感器。4）会根据工业上的电压、电流标准分析传感器信号。能力目标1）培养善于思考、勤于总结的良好习惯。2）培养精益求精、敢于创新的工匠精神。3）提升规则意识，养成爱岗敬业的职业规范。素质目标传感器与检测技术电容式压力压差变送器的使用和分析——相关知识与技能：电容式传感器工作原理3.2相关知识与技能3.2.1电容式传感器工作原理一、电容式传感器外形及结构3.2.1电容式传感器工作原理二、电容式传感器工作原理忽略板极边缘影响，Adε平板电容器A

—极板相对覆盖面积；d—极板间距离；ε—电容极板间介质的介电常数εr—相对介电常数；ε0

—真空介电常数，ε0

＝8.85pF/m3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性电容式传感器可分为：变间隙（d）型；变面积（A）型；变介电常数（εг）型。极板间距d或极板相对覆盖面积A的变化可反映线性位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化；相对介电常数εr的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型平板型C0=εa0b/d0

增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。采用锯齿板目的是为了增加遮盖面积，提高灵敏度。3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型平板型圆筒型

变面积型电容传感器中，平板形结构对极距变化特别敏感，测量精度受到影响。而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，成为实际中最常采用的结构。3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型平板型圆筒型角位移型

当动片有一角位移→两极板间覆盖面积就发生变化→导致电容量的变化3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型

当x＜＜d0时

3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型实际应用中，采用差动式结构，以提高灵敏度，减小非线性。（a）差动变间隙型电容传感器（b）差动变面积型电容传感器3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型3、变介电常数型

因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量变大？可用于测量什么非电量？3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型3、变介电常数型

变介电常数型电容式传感器大多用来测量电介质的位移、压力、厚度、加速度、液位、物位和成分含量等的检测，还可根据极间介质的介电常数随温度、湿度改变而改变来测量介质材料的温度、湿度等。δx变介电常数型电容式传感器测厚度C1C2C3Ca

—固定极板长；b

—固定极板宽；ε

—被测物的介电常数；ε0—两固定极板间隙中空气介电常数，ε0≈8.86×10-12F/m；δx—被测物的厚度。3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型3、变介电常数型设极板间无ε2介质时的电容量为：测量物位或液位，测量位移。传感器的电容量为3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型3、变介电常数型可见，电容量C与位移x呈线性关系。

当ε2介质插入两极板间则有：

3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型3、变介电常数型测量液位

可见，传感器电容量C与被测液位高度hx成线性关系。

3.2.1电容式传感器工作原理三、电容式传感器类型及特性1、变面积型2、变间隙型3、变介电常数型例某电容式液位传感器由直径为40mm和8mm的两个同心圆柱体组成。储存灌也是圆柱形，直径为50cm，高为1.2m。被储存液体的εr

＝2.1。计算传感器的最小电容和最大电容以及当用在储存灌内传感器的灵敏度(pF/L)解：3.2.2电容式传感器测量电路一、交流桥式测量电路单臂桥式电路差分桥式电路

3.2.2电容式传感器测量电路一、交流桥式测量电路单臂桥式电路差分桥式电路例：有一差动电容传感器其测量电路采用变压器交流电桥，结构如图所示。电容传感器起始时b=20mm，a=10mm，极距d=5mm，极间介质为空气，测量电路中ui=sinωtV，试求动极板上输入一位移量Δd=0.2mm时的电桥输出电压u0。

【解】3.2.2电容式传感器测量电路一、交流桥式测量电路单臂桥式电路差分桥式电路桥式测量电路使用注意事项：①高频交流正弦波供电。②电桥输出调幅波，要求其电源电压波动极小，需采用稳幅、稳频等措施。③通常处于不平衡工作状态，所以传感器必须工作在平衡位置附近，否则电桥非线性增大，且在要求精度高的场合应采用自动平衡电桥。④输出阻抗很高（几MΩ至几十MΩ)，输出电压低，必须后接高輸入阻抗、高放大倍数的处理电路。3.2.2电容式传感器测量电路二、二极管双T形电路单臂桥式电路（a）电路原理图

（b）电源为正半周时

（c）电源为正半周时负半周：C2充电，C1放电正半周：C1充电，C2放电如果C1=C2，R1=R2=R，则正、负半周对称3.2.2电容式传感器测量电路二、二极管双T形电路单臂桥式电路（a）电路原理图

（b）电源为正半周时

（c）电源为正半周时负半周：C2充电，C1放电正半周：C1充电，C2放电

如果C1>C2

正半周：C1充电电量增多，C2放电情况不变。输出正电压情况不变。

负半周：C2充电情况不变，C1放电电流增大。输出负电压变小。3.2.2电容式传感器测量电路二、二极管双T形电路单臂桥式电路（a）电路原理图

（b）电源为正半周时

（c）电源为正半周时

结论：如果C1、C2电容有一个发生改变，则正、负半周电流将不再对称，会出现一个半周大、另一个半周小的情况，输出电压平均值将取决于电容的差：

3.2.2电容式传感器测量电路二、二极管双T形电路单臂桥式电路（a）电路原理图

（b）电源为正半周时

（c）电源为正半周时

特点：①线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响。②电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定。③输出阻抗为R，而与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点。④适用于具有线性特性的单组式和差分式电容式传感器，可用于动态测量。3.2.2电容式传感器测量电路三、脉宽调制电路T1、T2：电容充电时间常数工作状态，即C1≠C2时，输出电压为当R1=R2=R，则有升压变1原1原0充电输出限幅011（a）C1=C2

（b）C1≠C23.2.2电容式传感器测量电路三、脉宽调制电路当R1=R2=R，则有初始C1=C2，M、N等间隔0、1翻转，输出平均电压为0。如果C1、C2不等，M、N翻转将不再等间隔，输出平均电压会向正（或负）偏离：脉宽调制电路的输出与传感器电容变化成线性关系该电路采用直流电源，电压稳定度高，不存在稳频、波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等；对元件无线性要求；经低通滤波器可输出较大的直流电压，对输出形波的纯度要求也不高。3.2.2电容式传感器测量电路四、调频电路

初始振荡频率：电容改变∆C后的振荡频率：电缆分布电容Cc固定电容传感器电容振荡电感振荡频率变化电压变化3.2.2电容式传感器测量电路五、运算放大器式电路例：C0=200pF，传感器的起始电容量Cx0=20pF，定动极板距离d0=1.5mm，输入电压ui=5sinωt（V）。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压uo为多少?【解】

3.2.3电容式传感器应用一、电容式位移传感器2.工作原理

3.特点:有良好的线性测杆固定电极活动电极开槽片簧1.结构

3.2.3电容式传感器应用一、电容式位移传感器请分析电容式传感器测量金属带材厚度原理3.2.3电容式传感器应用二、电容式压力传感器1—高压侧进气口2—低压侧进气口3—过滤片4—空腔5—柔性不锈钢波纹隔离膜片6—导压硅油7—凹形玻璃圆片8—镀金凹形电极9—弹性平膜片10—

腔3.2.3电容式传感器应用二、电容式压力传感器法兰3.2.3电容式传感器应用二、电容式压力传感器差压变送器施加在高压侧腔体内的压力与液位成正比：

p=

gh利用电容差压变送器测量液体的液位3.2.3电容式传感器应用三、电容式加速度传感器其工作电压为2.7～5.25V，加速度测量范围为数个g，可输出与加速度成正比的电压也可输出占空比正比于加速度的PWM脉冲。3.2.3电容式传感器应用三、电容式加速度传感器1—加速度测试单元2—信号处理电路3—衬底4—底层多晶硅（下电极）5—多晶硅悬臂梁6—顶层多晶硅（上电极）3.2.3电容式传感器应用三、电容式加速度传感器装有传感器的假人气囊加速度传感器在汽车中的应用3.2.3电容式传感器应用三、电容式加速度传感器使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气。汽车气囊的保护作用3.2.3电容式传感器应用三、电容式加速度传感器汽车气囊对驾驶员的保护作用3.2.3电容式传感器应用四、电容式液位传感器3.2.3电容式传感器应用四、电容式液位传感器电容式油量表机械式油量表：

在油箱内，装有类似卫生间水箱里的浮球，通过杠杆带动电阻丝式圆盘电位器，由电流表指示出油量。3.2.3电容式传感器应用四、电容式液位传感器电容式油量表3.2.3电容式传感器应用五、电容式荷重传感器1.结构：镍铬钼钢板上打一排圆孔,孔内壁固定两个T型绝缘体形成一排电容器2.工作原理荷重dC

传感器与检测技术电容式压力压差变送器的使用和分析——项目实施：电容式传感器位移特性实训3.3项目实施3.3.1电容式传感器位移特性实训一、电容式传感器位移特性测试1．实训器件电容传感器、电容传感器实训模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源2．实训步骤1）安装电容式传感器3.3.1电容式传感器位移特性实训一、电容式传感器位移特性测试1．实训器件电容传感器、电容传感器实训模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源2．实训步骤1）安装电容式传感器2）接线3）上电4）位移测量并记录3.3.1电容式传感器位移特性实训二、电容式传感器动态特性测试1．实训器件电容传感器、电容传感器实训模板、低通滤波模板、数显单元、直流稳压源、双线示波器2．实训步骤1）按找位移特性实验接线，Vo1接滤波器输入端、滤波器输出端Vo接示波器一个通道。2）调节传感器连接支架高度，使Vo1输出在零点附近。3）主控箱低频振荡器输出端与振动台激励源相接，振动频率选6－10HZ之间，幅度旋钮初始置0。4）输入±15V电源到实训模板，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮取使振动台振动幅度适中，注意观察示波器上显示的波形。5）保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，可以用数显表测频率（将低频振荡器输出端与数显Fin输入口相接，数显表波段开关选择频率档）。从示波器测出传感器输出的Vo1峰－峰值。保持低频振荡器频率不变，改变幅度旋钮，测出传感器输出的Vo1峰－峰值。传感器与检测技术电容式压力压差变送器的使用和分析——项目实施：电容式压力/差压变送器的选型与使用3.3项目实施3.3.2电容式压力/差压变送器的选型与使用一、电容式压力/差压变送器选型

TXY820-3051型电容式差压变送器选型表压力/差压变送器的选用主要依据：以被测介质的性质指标为准，以节约资金、便于安装和维护为参考。如果被测介质为高黏度、易结晶、强腐蚀的，必须选用隔离型变送器。3.3.2电容式压力/差压变送器的选型与使用二、电容式压力/差压变送器安装3.3.2电容式压力/差压变送器的选型与使用三、电容式压力/差压变送器接线所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。多数情况下，其中一根（红色）为+24V电源线；另一根（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。3.3.2电容式压力/差压变送器的选型与使用四、电容式压力/差压变送器信号分析

将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中，并安装在检测现场，在工业中经常被称为一次仪表。一次仪表的输出信号可以是电压，也可以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以不考虑线路压降），所以在一次仪表中多采用电流输出型。3.3.2电容式压力/差压变送器的选型与使用四、电容式压力/差压变送器信号分析

新的国家标准规定电流输出为4～20mA；电压输出为1～5V(旧国标为0～10mA或0`2V)。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。10℃————————110℃4mA20mA正比线性化12816100=60℃IX4mA10℃20mA100