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文檔簡介
傳感器與檢測技術第二講第1頁,課件共31頁,創作于2023年2月傳感器:以一定精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的,便于應用的某種物理量的測量裝置。定義含義:傳感器是測量裝置傳感器的輸入量是某一被測量傳感器的輸出量應是便于轉換的物理量傳感器的輸入與輸出之間有一定精確程度的對應關系一、傳感器的定義和組成傳感器的功用是一感二傳,即感受被測信息,并傳送出去。第2頁,課件共31頁,創作于2023年2月傳感器的組成:
敏感元件、轉換元件、基本轉換電路敏感元件轉換元件基本轉換電路被測量輸出量敏感元件:它是直接感受被測量,并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。轉換元件:敏感元件的輸出就是它的輸入,它把輸入摶換成電路參量。基本轉換電路:上述電路參數接入基本轉換電路(簡稱轉換電路),便可轉換成電量輸出。第3頁,課件共31頁,創作于2023年2月1——殼體2——膜盒(敏感元件)3——電感線圈(轉換元件)4——磁芯5——轉換電路
傳感器只完成被測參數至電量的基本轉換,然后輸入到測控電路,進行放大、運算、處理等進一步轉換,以獲得被測值或進行過程控制。第4頁,課件共31頁,創作于2023年2月二、傳感器的分類按傳感器的工作機理,可分為物理型、化學型、生物型等。
本課程主要講授物理型傳感器。在物理型傳感器中,作為傳感器工作物理基礎的基本定律有場的定律、物質定律、守恒定律和統計定律等。
按傳感器的構成原理,可分為結構型與物性型兩大類。
傳感器是知識密集、技術密集的行業,它與許多學科有關,它的種類十分繁多。為了很好地掌握它、應用它,需要有一個科學的分類方法。第5頁,課件共31頁,創作于2023年2月結構型傳感器、物性型傳感器結構型傳感器結構型傳感器是利用物理學中場的定律構成的,包括動力場的運動定律,電磁場的電磁定律等。物理學中的定律一般是以方程式給出的。對于傳感器來說,這些方程式也就是許多傳感器在工作時的數學模型。物性型傳感器是利用某些材料本身的物理性質隨被測量變化的特性而實現參數的直接轉換。這種類型的傳感器具有靈敏度高、響應速度快、結構簡單、便于集成等特點,是傳感器的發展方向之一。第6頁,課件共31頁,創作于2023年2月根據傳感器的能量轉換情況,可分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器。按照物理原理分類,可分為:電參量式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、氣電式傳感器、熱電式傳感器、波式傳感器、射線式傳感器、半導體式傳感器、有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復合形式,如不少半導體式傳感器,也可看成電參量式傳感器。第7頁,課件共31頁,創作于2023年2月按照傳感器的用途來分類,例如位移傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、溫度傳感器等。根據傳感器輸出是模擬信號還是數字信號,可分為模擬傳感器和數字傳感器。根據轉換過程可逆與否,可分為雙向傳感器和單向傳感器等。第8頁,課件共31頁,創作于2023年2月三、傳感器的一般要求:①可靠性;⑥通用性;②靜態精度;⑦輪廓尺寸;③動態性能;⑧成本;④量程;⑨能耗;⑤抗干擾能力;⑩對被測對象的影響
傳感器的工作可靠性、靜態精度和動態性能是最基本的要求第9頁,課件共31頁,創作于2023年2月四、傳感器的基本特性靜態特性:被測量不隨時間變化或變化很慢時,檢測系統的輸入和輸出量都與時間無關。動態特性:輸入量和輸出量都隨時間變化較快,是一個含有時間變量的微分方程式。檢測系統對快速變化的被測量的響應特性稱為動態特性。第10頁,課件共31頁,創作于2023年2月
傳感器的輸出輸入作用圖傳感器外界影響沖振電磁場輸入線性滯后靈敏度誤差因素分辨力穩定性(零漂)溫漂各種干擾穩定性輸出供電溫度重復性第11頁,課件共31頁,創作于2023年2月靜態特性靈敏度分辨率線性度重復性遲滯穩定性漂移第12頁,課件共31頁,創作于2023年2月1、線性度線性度是用實測系統輸入-輸出特性曲線與其擬合直線之間的最大偏差。又稱為非線性誤差。通常用相對誤差
來表示,即:
第13頁,課件共31頁,創作于2023年2月a.理論擬合b.過零擬合c.端點連線擬合d.端點連線平移擬合常用擬合方法:第14頁,課件共31頁,創作于2023年2月2、靈敏度靈敏度:是指傳感器或檢測系統在穩態下輸出量變化Δy和引起此變化的輸入的變化量Δx的比值。第15頁,課件共31頁,創作于2023年2月由多個環節組成的檢測系統其靈敏度等于各環節的靈敏度之積。第16頁,課件共31頁,創作于2023年2月3、重復性重復性是指傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測試時,所得特性曲線不一致性的程度。或:第17頁,課件共31頁,創作于2023年2月4、分辨率分辨率:傳感器的分辨率是指在規定測量范圍內所能檢測輸入量的最小變化量。有時也用該值相對滿量程輸入值的百分數表示:
第18頁,課件共31頁,創作于2023年2月5、穩定性:傳感器的穩定性一般是指長期穩定性
指在室溫條件下,經過相當長的時間間隔,如一天、一月或一年,傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異。
抗干擾穩定性包括:溫度穩定性第19頁,課件共31頁,創作于2023年2月6、漂移:傳感器的漂移是指在外界的干擾下,輸出量發生與輸入量無關的變化,包括零點漂移和靈敏度漂移等。零點漂移靈敏度漂移時間漂移、溫度漂移第20頁,課件共31頁,創作于2023年2月7、遲滯(回差滯環)現象傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程期間,輸入-輸出特性曲線的不一致的程度。其大小是以滿量程輸出YFS的百分數表示,即:
是正、反行程輸出值間的最大差值。
第21頁,課件共31頁,創作于2023年2月動態特性傳感器的動態特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。
傳感器的動態特性取決于:傳感器本身被測量的變化形式第22頁,課件共31頁,創作于2023年2月在動態的輸入信號情況下,輸出信號一般來說不會與輸入信號具有完全相同的時間函數,這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動態誤差。通常采用階躍響應法和頻率響應法分析傳感器的動態誤差:階躍響應法從時域方面來分析傳感器的瞬態響應特性,如:超調量、上升時間、響應時間、延滯時間等。第23頁,課件共31頁,創作于2023年2月階躍響應特性
第24頁,課件共31頁,創作于2023年2月頻率響應法頻率響應法是從傳感器的頻率特性出發研究傳感器的動態特性。傳感器對正弦輸入信號的響應特性,稱為頻率響應特性。
頻率響應法從頻域方面采用正弦輸入信號來分析傳感器的頻率響應特性。通常是先建立傳感器的數學模型,通過拉氏變換找出傳遞函數表達式,再根據輸入條件得到相應的頻率特性。
第25頁,課件共31頁,創作于2023年2月(1)頻帶:傳感器增益保持在一定值內的頻率范圍稱為傳感器的頻帶或通頻帶,對應有上、下截止頻率。(2)時間常數
:用時間常數
來表征一階傳感器的動態特性。
越小,頻帶越寬。(3)固有頻率n
:二階傳感器的固有頻率n表征了其動態特性。傳感器頻率響應特性指標:第26頁,課件共31頁,創作于2023年2月傳感器的技術指標基本參數指標環境參數指標 可靠性指標 其它指標第27頁,課件共31頁,創作于2023年2月第28頁,課件共31頁,創作于2023年2月傳感器的正確選用(一)與測量條件有關的因素(二)與傳感器有關的技術指標(三)與使用環境條件有關的因素(四
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