第2讲传感器概述.ppt

1、,第2讲 传感器概述,教学目标 本讲阐述传感器及传感技术的作用；传感器的定义与组成；传感器的分类方法；传感器的特性。 教学重点 传感器的定义、组成及发展趋势 传感器的静态特性指标及定量描述方法,传感器概述,信息社会的三大技术：,传感器的作用,通信技术,信息的采集,信息的处理,计算机技术,信息的传输,传感器技术,感官,神经,大脑,人和机器进行体力劳动、脑力劳动过程,传感器电五官,传感器的作用,传感器亦称为换能器、变送器、探测器等。 GB：能感受规定的被测量并能按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。,传感器的定义和组成,引言、常见的外观,电磁接近开关,光纤传感器

2、,红外传感器,压电传感器的外形,压力变送器,超声波传感器,传感器的发展,公元前1000年左右, 中国的指南针、记里鼓车; 埃及王朝时代开始使用的天平; 利用液体膨胀进行温度测量在16世纪前后就已出现; 19世纪建立了电磁学的基础, 当时建立的物理法则直到现在作为各种传感器的工作原理仍在应用; 以电量作为输出的传感器，其发展历史最短,但是随着真空管和半导体等有源元件的可靠性的提高,这种传感器得到飞速发展。,传感器技术迅速发展的原因,电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展； 政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植； 国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场； 在许多高新技术领域可获得用于开

3、发传感器的理论和工艺； 由于微电子技术、微机械加工技术、纳米技术的迅速发展, 传感器领域的主要技术得以延伸和提高。,开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺，实现传感器的集成化、微型化、智能化、网络化。 发现新现象;开发新材料 采用微细加工技术 研究多功能集成传感器 智能化传感器 新一代航天传感器研究 仿生传感器研究,传感器技术的主要发展动向,品种：2万种以上 产值：近400亿$ 美国：军费庞大，形成先军事后民用，先提高后普及，产值占全世界1/2。 日本：立足于市场，先普及后提高，引进、仿制、创新，很重视材料的研究； 中国：1300多家企业，品种多，水平较低，但某些军用传感器达到国

4、际先进水平。,国内外传感器的发展情况,各国对传感器的重视程度,2003年全国仪器仪表进口总额度91.5亿$ ，占73.5%，高端全部进口。 2005年进口额为140.1亿$,传感器的作用,传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器是获取信息的主要途径与手段，没有传感器，现代化生产就失去了基础。 传感器是边缘学科开发的先驱，是现代科学的前沿技术。 传感器位于自控系统的最前端，系统整体精度难以超越检测部分的精度； 20世纪以来与检测技术发展相关的若贝尔奖有27项。,1）自动化程度越高，对传感器的依赖越大 阿波罗运载火箭有2077个传感器及其配套检测仪器； 大型发电机组需要3000台传感器及其

5、配套检测仪表； 大型石油化工厂需要6000台传感器及其配套监测仪表； 一个钢铁厂需要20000台传感器及其配套监测仪表；,传感器的作用,一个电站需要5000台传感器及其配套监测仪表； 一架飞机需要3600只传感器及其配套监测仪表； 一辆汽车需要30100只传感器及其配套监测仪表。 2）检测系统越先进，设备的生命力越强 如歼七飞机的胜衰 3）传感器技术是“顶天立地”的技术，是社会技术进步的标志。,传感器的作用,汽车发动机控制系统用传感器主要有： 压力传感器：主要检测汽缸负压、大气压、汽缸内压、油压等； 温度传感器：主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度等； 气体浓度传感器：主

6、要用于检测车体内气体和废气排放；,传感器的重要性,流量传感器：主要用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比，启动、点火等； 位置和转速传感器：主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等； 爆震传感器：汽油在即将燃烧而没有发生明显爆燃时，燃烧速度最快、动力性最好。用检测发动机机体振动。,传感器的重要性,霍尔传感器安装位置及作用,作用：感应凸轮轴位置和转速信号，将此信号传给ECU以确定点火时刻和喷油时刻。,传感器的重要性,空气流量计安装位置及作用,作用：热膜式，检测进气量的多少，给发动机ECU提供进气数量信号。,传感器的重要性,爆振传感器安装位置及作用 另一爆振传感器安装在三四缸之间的相同位置。,

7、作用：感应发动机工作时的爆振状况。如产生爆振，将信号传给ECU，ECU将对点火时刻进行调整，以消除或减轻爆振。,传感器的重要性,按输入量分类 压力传感器、位移传感器、温度传感器、角度传感器（传感器手册等的编排通常采用这种方法） 按传感器原理进行分类： 应变式传感器，电阻式传感器，电容式传感器，电感式传感器，压电式传感器，磁阻式传感器，霍尔式传感器， 磁光式传感器。（通常的教科书均采用这种分类方法） 按输出电量的形式进行分类： 模拟式传感器、数字式传感器,传感器的分类,按人的五官感觉分类： 听觉传感器、触觉传感器、视觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器。 按信息传递方式分类 直接型传感器、间接型传感

8、器,传感器的分类,传感器特性：描述传感器输出与输入关系特性 静态特性：当输入量为常量，或变化缓慢时的输出与输入之间的关系。 动态特性：当输入量随时间较快变化时的输出与输入之间的关系。,传感器的基本特性,传感器的静态特性 线性度 灵敏度 迟滞 重复性 漂移,传感器的基本特性,线性度(非线性误差)输入输出特性曲线偏离拟合直线的程度。通常用相对误差表示,传感器的基本特性,采用拟合直线的原则：获得最小的非线性误差，使用计算方便。直线的拟合方法：,传感器的基本特性,灵敏度：传感器达到稳定工作状态时输出量的变化与引起此变化的输入量变化之比。,传感器的基本特性,输入、输出同量纲时，S称为放大倍数,迟滞 （回程误差、变差） 迟滞（或称迟环）特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出输入特性曲线不重合的程度。,传感器的基本特性,Hmax正反行程间输出的最大差值,重复性 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时所得特性曲线不一致性程度。多次重复测试的曲线重复性好，误差也小。,漂移 漂移：指传感器在输入量不变的情况下，其输出量随着时间变化称为漂移。 产生原因：传感器自身结构参数；周围