自動檢測與控制技術緒論與項目一

1、課程介紹課程介紹 本課程是為電氣自動化等相關專業(yè)開設的。本課程是為電氣自動化等相關專業(yè)開設的。 教學目的：教學目的：（1 1）了解自動檢測和自動控制系統(tǒng)的基本概）了解自動檢測和自動控制系統(tǒng)的基本概念。念。（2 2）掌握傳感器的基本結(jié)構(gòu)和使用方法及應）掌握傳感器的基本結(jié)構(gòu)和使用方法及應用。用。（3 3）通過學習和實踐，掌握檢測基本原理，）通過學習和實踐，掌握檢測基本原理，學會使用傳感器對非電量進行檢測的方法。學會使用傳感器對非電量進行檢測的方法。（4 4）熟悉主要控制方法和常用分析方法。）熟悉主要控制方法和常用分析方法。緒論緒論 在經(jīng)濟和社會發(fā)展中，工業(yè)逐漸取代農(nóng)業(yè)而成為在經(jīng)濟和社會發(fā)展中，工業(yè)

2、逐漸取代農(nóng)業(yè)而成為社會生產(chǎn)力發(fā)展的主導力量，它是一個歷史的發(fā)社會生產(chǎn)力發(fā)展的主導力量，它是一個歷史的發(fā)展過程，主要是工業(yè)逐漸取代農(nóng)業(yè)，并對整個社展過程，主要是工業(yè)逐漸取代農(nóng)業(yè)，并對整個社會生產(chǎn)方式和社會生產(chǎn)關系產(chǎn)生深刻的影響，實會生產(chǎn)方式和社會生產(chǎn)關系產(chǎn)生深刻的影響，實現(xiàn)了機器化大生產(chǎn)，創(chuàng)造了空前的社會財富?，F(xiàn)了機器化大生產(chǎn)，創(chuàng)造了空前的社會財富。 但如今，人類社會已經(jīng)從工業(yè)化社會進入了信息但如今，人類社會已經(jīng)從工業(yè)化社會進入了信息化社會。一般認為，信息化就是信息資源、信息化社會。一般認為，信息化就是信息資源、信息技術及其產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟和社會中的作用不斷加技術及其產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟和社會中的作用不

3、斷加強的過程。強的過程。如何獲取信息？如何獲取信息？ 檢測檢測轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換儲存儲存處理處理 檢測是獲取信息的重要組成部分，在人類檢測是獲取信息的重要組成部分，在人類生活中起著及其重要的作用。生活中起著及其重要的作用。 而傳感器是各種信息采集、轉(zhuǎn)換和傳輸過而傳感器是各種信息采集、轉(zhuǎn)換和傳輸過程中的功能器件，是自動檢測和自動控制程中的功能器件，是自動檢測和自動控制系統(tǒng)中不可缺少的核心部件。系統(tǒng)中不可缺少的核心部件。 傳感器技術是一項當今世界令人矚目并且傳感器技術是一項當今世界令人矚目并且發(fā)展迅速的高新技術，也是當今科技發(fā)展發(fā)展迅速的高新技術，也是當今科技發(fā)展的一個重要指標。的一個重要指標。 美國、日本

4、、中國先后都將傳感器列入高美國、日本、中國先后都將傳感器列入高科技領域，重點對其進行突破。科技領域，重點對其進行突破。 信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱：信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱：傳感器技術、通訊傳感器技術、通訊技術、計算機技術技術、計算機技術一、檢測技術在國民經(jīng)濟發(fā)展中的一、檢測技術在國民經(jīng)濟發(fā)展中的地位和作用地位和作用 檢測是利用各種物理效應，選擇合適和方檢測是利用各種物理效應，選擇合適和方法與裝置，對人類社會各方面的有關信息，法與裝置，對人類社會各方面的有關信息，通過檢查與測量的方法賦予定性或定量結(jié)通過檢查與測量的方法賦予定性或定量結(jié)果的過程，能夠自動完成整個檢測與處理果的過程，能夠自動完成整個檢測與處理過

5、程的技術稱為自動檢測與轉(zhuǎn)換技術。過程的技術稱為自動檢測與轉(zhuǎn)換技術。 在當今高新技術的迅猛發(fā)展中，檢測技術在當今高新技術的迅猛發(fā)展中，檢測技術的中的前端單元的中的前端單元傳感器在國民經(jīng)濟的傳感器在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著極其重要的作用。發(fā)展中起著極其重要的作用。應用：應用： 機械制造行業(yè)機械制造行業(yè) 化工產(chǎn)品自動生產(chǎn)過程化工產(chǎn)品自動生產(chǎn)過程隨時對生產(chǎn)過程中的相關參數(shù)進行自動檢測隨時對生產(chǎn)過程中的相關參數(shù)進行自動檢測 汽車制造業(yè)中汽車制造業(yè)中檢測車速、方位、溫度、油壓、液壓等檢測車速、方位、溫度、油壓、液壓等二、傳感器的定義和組成二、傳感器的定義和組成 廣義上說：傳感器是一種能把物理量轉(zhuǎn)變廣義上說：傳

6、感器是一種能把物理量轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诶玫碾娦盘柕难b置或器件。為便于利用的電信號的裝置或器件。 電工委：傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置電工委：傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，能將輸入變量轉(zhuǎn)換成為可供測量的部件，能將輸入變量轉(zhuǎn)換成為可供測量的信號的裝置。信號的裝置。 國標：能夠感受規(guī)定的被測量，并按照一國標：能夠感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。我國國家標準定義明確了一下幾方面的我國國家標準定義明確了一下幾方面的含義：含義： （1 1）傳感器是某一測量裝置，能夠完成相）傳感器是某一測量裝置，能夠完成相應的檢測任務。應的檢測任務。 （2

7、 2）輸入量是某一被測量，可能是物理量、）輸入量是某一被測量，可能是物理量、化學量或生物量。化學量或生物量。 （3 3）輸出量是某種物理量，便于運輸、轉(zhuǎn)）輸出量是某種物理量，便于運輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光或電物換、處理、顯示等，可以是氣、光或電物理量。理量。 （4 4）輸出、輸入有對應關系，并應有一定）輸出、輸入有對應關系，并應有一定的精確程度。的精確程度。傳感器的組成傳感器的組成敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路被測量被測量非電量非電量電參量電參量電量電量三、傳感器的要求三、傳感器的要求一般基本要求：一般基本要求： 可靠性、靈敏度、分辨率、線性度、可靠性、靈敏度、分

8、辨率、線性度、穩(wěn)定性、量程、抗干擾能力、功耗、穩(wěn)定性、量程、抗干擾能力、功耗、成本成本等。四、傳感器技術的發(fā)展四、傳感器技術的發(fā)展傳感器技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下四個方面：傳感器技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下四個方面： （一）集成化、功能化（一）集成化、功能化 （二）微型化（二）微型化 （三）數(shù)字化（三）數(shù)字化 （四）智能化（四）智能化（一）集成化、功能化（一）集成化、功能化 傳感器的一種集成化傳感器的一種集成化就是利用集成加工技術，將就是利用集成加工技術，將敏感元件、放大電路、運算電路、補償電路等集敏感元件、放大電路、運算電路、補償電路等集成在一個器件上。成在一個器件上。 優(yōu)點優(yōu)點：體積小、反應快、

9、抗干擾能力強、穩(wěn)定性：體積小、反應快、抗干擾能力強、穩(wěn)定性高高 另一種集成化另一種集成化：將眾多同類型的單個傳感器集成：將眾多同類型的單個傳感器集成于同一芯片或器件上，構(gòu)成二維、三維式傳感器，于同一芯片或器件上，構(gòu)成二維、三維式傳感器，使它們成為一體化裝置或器件。使它們成為一體化裝置或器件。 優(yōu)點優(yōu)點：簡化電路設計、節(jié)省安裝和調(diào)試時間、堅：簡化電路設計、節(jié)省安裝和調(diào)試時間、堅固性好、準確度高、可靠性高。固性好、準確度高、可靠性高。 功能化功能化是指是指傳感器不僅具有輸出信號隨被傳感器不僅具有輸出信號隨被檢測量的變化而變化的功能，而且還具有檢測量的變化而變化的功能，而且還具有比較復雜的或復合的功

10、能。比較復雜的或復合的功能。例如：溫度傳感器和開關傳感器集成化的一例如：溫度傳感器和開關傳感器集成化的一種熱敏傳感器。種熱敏傳感器。（二）微型化（二）微型化 指利用微型加工技術，盡可能使傳感器的指利用微型加工技術，盡可能使傳感器的體積和重量做到最小。體積和重量做到最小。 微米、納米、微機械加工技術為微型傳感微米、納米、微機械加工技術為微型傳感器的研制、加工提供了可能。器的研制、加工提供了可能。（三）數(shù)字化（三）數(shù)字化 數(shù)字化傳感器數(shù)字化傳感器是指是指能把被測變量直接轉(zhuǎn)換能把被測變量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出的傳感器，成數(shù)字量輸出的傳感器，這類傳感器的這類傳感器的優(yōu)優(yōu)點：精度高、分辨率高、測量范圍廣、

11、抗點：精度高、分辨率高、測量范圍廣、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、自動化程度高、干擾能力強、穩(wěn)定性好、自動化程度高、可靠性高、便于動態(tài)和多路檢測。可靠性高、便于動態(tài)和多路檢測。（四）智能化（四）智能化 智能化傳感器智能化傳感器是是一種將普通傳感器與微處理器相一種將普通傳感器與微處理器相結(jié)合，具有檢測與信息處理功能的傳感器。結(jié)合，具有檢測與信息處理功能的傳感器。優(yōu)點：優(yōu)點： （1 1）具有邏輯判斷和信息處理功能，提高測量精）具有邏輯判斷和信息處理功能，提高測量精度。度。 （2 2）可以實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)測量。）可以實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)測量。 （3 3）測量數(shù)據(jù)可以存取，使用方便。）測量數(shù)據(jù)可以存取，使用

12、方便。 （4 4）具有數(shù)據(jù)通信接口，能與微型計算機直接通）具有數(shù)據(jù)通信接口，能與微型計算機直接通信，實現(xiàn)網(wǎng)絡化或遠程通信。信，實現(xiàn)網(wǎng)絡化或遠程通信。模塊模塊自動檢測技術自動檢測技術自動控制技術自動控制技術第一模塊第一模塊自動檢測技術自動檢測技術 一一 、 認識傳感器認識傳感器1 1、檢測技術的概念、檢測技術的概念（1）測量的概念測量：人們借助專用的技術工具，采用相應的方法，對被測量取得定性或定量認識的過程。(2)測量的結(jié)果可以表示為數(shù)值，也可以表示為一條曲線或某種圖形。但結(jié)果總包括數(shù)值和單位。通過測量能判斷被測量的存在與否，或在某一數(shù)值范圍內(nèi)用一定精確等級的測量儀器，對被測量進行測量，然后得到

13、一個比較精確的數(shù)值2、測量方法的分類、測量方法的分類 按被測量是否隨時間變化按被測量是否隨時間變化：靜態(tài)測量和動：靜態(tài)測量和動態(tài)測量態(tài)測量 按測量手段按測量手段：直接測量和間接測量：直接測量和間接測量 按測量時是否與被測量接觸按測量時是否與被測量接觸：接觸式測量：接觸式測量和非接觸式測量和非接觸式測量 按產(chǎn)品的生產(chǎn)流程按產(chǎn)品的生產(chǎn)流程：在線測量和離線測量：在線測量和離線測量3、測量誤差及分類、測量誤差及分類 測量誤差：測量值與被測量實際值（真實值）測量誤差：測量值與被測量實際值（真實值）之間的誤差。測量誤差分為之間的誤差。測量誤差分為絕對誤差絕對誤差和和相對誤相對誤差差。a.絕對誤差絕對誤差設

14、測量值為設測量值為Ax、被測量實際值、被測量實際值A0，則絕對誤差：，則絕對誤差：絕對誤差有正、負之分。絕對誤差有正、負之分。 oxAA b.相對誤差相對誤差 相對誤差用百分比的形式來表示，一般取正相對誤差用百分比的形式來表示，一般取正值。而相對誤差又有示值（標稱）相對誤差值。而相對誤差又有示值（標稱）相對誤差和引用誤差之分。和引用誤差之分。 示值相對誤差示值相對誤差 引用誤差引用誤差%100XxAm%100mmAc.準確度等級準確度等級 當絕對誤差當絕對誤差取儀表的最大誤差值取儀表的最大誤差值m m時，引用相時，引用相對誤差用來表示儀表的準確度等級對誤差用來表示儀表的準確度等級S S，即，即

15、 我國的模擬儀表的準確度通常分為七個等級，分我國的模擬儀表的準確度通常分為七個等級，分別為別為0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.00.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0。 0.10.1級表示該表的引用相對誤差最大不超過級表示該表的引用相對誤差最大不超過0.1%0.1%。100mmS 例例1-1 已知被測電壓的準確值為已知被測電壓的準確值為220V，現(xiàn)用一塊，現(xiàn)用一塊準確度等級準確度等級S為為2.5，量程為，量程為300V的電壓表，測的電壓表，測得電壓為得電壓為226V，試計算最大絕對誤差，試計算最大絕對誤差m，與準，與準確值確值220V

16、的誤差的誤差，示值相對誤差，示值相對誤差 以及引用以及引用誤差誤差 各為多少？各為多少？ 解：最大絕對誤差：解：最大絕對誤差： 與準確值與準確值220V的誤差：的誤差： 示值相對誤差：示值相對誤差： 引用相對誤差：引用相對誤差： xmVVASmm5 . 71003005 . 2VVV6220226%65. 2%100)2266(x%2%100)3006(m 例例1-2 上例中在儀表的絕對誤差不變的情況下，上例中在儀表的絕對誤差不變的情況下，如果被測電壓為如果被測電壓為100V,示值相對誤差為多少？變示值相對誤差為多少？變大了還是變小了？大了還是變小了？ 解：絕對誤差不變，仍為解：絕對誤差不變，

17、仍為=6V，示值，示值Ax=100v,示值相對誤差示值相對誤差 與前面相比較可知，示值相對誤差大多了。與前面相比較可知，示值相對誤差大多了。結(jié)果表明：同一儀器，無論被測值多少，儀表的相結(jié)果表明：同一儀器，無論被測值多少，儀表的相對誤差變化不會太大，只與儀表的精確度等級有對誤差變化不會太大，只與儀表的精確度等級有關，但當示值比滿度值（量程）小很多時，示值關，但當示值比滿度值（量程）小很多時，示值相對誤差就大得多了。因此，測量時要選擇量程相對誤差就大得多了。因此，測量時要選擇量程合適的儀表，一般測量值要在儀表量程的合適的儀表，一般測量值要在儀表量程的2/3以以上。上。%6%100)1006(x二、

18、傳感器的定義和作用二、傳感器的定義和作用1、傳感器、傳感器 傳感器，又稱換能器、變能器，廣義而言，傳感器，又稱換能器、變能器，廣義而言，是將被測的某一種非電物理量或信號，按是將被測的某一種非電物理量或信號，按一定規(guī)律，以一定精度轉(zhuǎn)換為與其相對應一定規(guī)律，以一定精度轉(zhuǎn)換為與其相對應的某一種或同種物理量或信號輸出的裝置的某一種或同種物理量或信號輸出的裝置或器件?；蚱骷?傳感器由傳感器由敏感元件、傳感元件敏感元件、傳感元件和和轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路三部分組成三部分組成。2、傳感器的作用、傳感器的作用 人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的

19、感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領域確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領域中信息的主要途徑與手段。中信息

20、的主要途徑與手段。 自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。 在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位。在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學技術的發(fā)展，進入了許多新領域：例如現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，進入了許多新領域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察微小的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬觀察微小的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十

21、萬年的天體演化，短到年的天體演化，短到 s s的瞬間反應的瞬間反應 。此外，還出。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新材料等具現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術研究，如超高溫、超有重要作用的各種極端技術研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等等等 。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域

22、。我們生活中可以接觸到的傳感器？我們生活中可以接觸到的傳感器？ 空調(diào)、空調(diào)、 冰箱、冰箱、 防火報警裝置、防火報警裝置、 電梯超員報警、電梯超員報警、 手機的重力感應器等手機的重力感應器等1、傳感器的分類、傳感器的分類 傳感器的種類很多，可以按用途、原理、傳感器的種類很多，可以按用途、原理、制造工藝等來分類。制造工藝等來分類。目前我們常用的分類方法有兩種：目前我們常用的分類方法有兩種：一種按被測對象的參數(shù)分類一種按被測對象的參數(shù)分類一種按傳感器的變換原理分類一種按傳感器的變換原理分類三、傳感器的類型和特點三、傳感器的類型和特點 按按被測對象的參數(shù)分類被測對象的參數(shù)分類的傳感器有：溫度傳感器、的

23、傳感器有：溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、力矩傳感器、加速度傳感器、感器、力傳感器、力矩傳感器、加速度傳感器、流速傳感器、振動傳感器等。流速傳感器、振動傳感器等。 按按變換原理分類變換原理分類的傳感器有：電阻式傳感器、電的傳感器有：電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、光容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、光柵式傳感器、熱電式傳感器、紅電式傳感器、光柵式傳感器、熱電式傳感器、紅外傳感器、光纖傳感器、超聲波傳感器、激光傳外傳感器、光纖傳感器、超聲波傳感器、激光傳感器等。感器等。 有

24、時人們常把被測參數(shù)和變換原理結(jié)合在一起來有時人們常把被測參數(shù)和變換原理結(jié)合在一起來稱呼傳感器，例如電阻式壓力傳感器、電容式液稱呼傳感器，例如電阻式壓力傳感器、電容式液位傳感器、壓電式加速度傳感器等。位傳感器、壓電式加速度傳感器等。2、傳感器的靜態(tài)特性、傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的特性是指傳感器的特性是指輸入、輸出的關系輸入、輸出的關系。傳感器。傳感器能否不失真地反映被測量的變化并將其變換成能否不失真地反映被測量的變化并將其變換成相應的輸出量相應的輸出量, , 這取決于傳感器的基本特性這取決于傳感器的基本特性, ,即即靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定

25、狀傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關系。動態(tài)特性是指被測量的態(tài)時的輸出輸入關系。動態(tài)特性是指被測量的值隨時間變化時的輸出輸入關系。值隨時間變化時的輸出輸入關系。 傳感器的靜態(tài)特性的指標有傳感器的靜態(tài)特性的指標有線性度線性度、靈敏度靈敏度、分辨力或分辨率分辨力或分辨率、遲滯遲滯和和重復性重復性等。等。（1 1）線性度）線性度 傳感器的校準曲線與選定的擬合直線的偏離傳感器的校準曲線與選定的擬合直線的偏離程度稱為傳感器的線性度，又稱程度稱為傳感器的線性度，又稱非線性誤差非線性誤差。 Ymax傳感器的滿量程輸出值；傳感器的滿量程輸出值； Lmax校準曲線（傳感器實際特性曲線）校準

26、曲線（傳感器實際特性曲線）與擬合直線的最大偏差。與擬合直線的最大偏差。常用的擬合方法：常用的擬合方法：a.a.理論直線法理論直線法b.b.端點線法端點線法c.c.最佳直線法最佳直線法 %100/maxmaxYLLLmax(2)靈敏度靈敏度 靈敏度靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出改變量是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出改變量與引起此變化的輸入改變量之比與引起此變化的輸入改變量之比。常用。常用K K表示靈表示靈敏度，其表達式為敏度，其表達式為 線性傳感器線性傳感器 非線性傳感器非線性傳感器XYK/YK=Y/XXdYdXXYK=dY/dX( (3)3)分辨力或分辨率分辨力或分辨率 分辨力是分辨力是指

27、傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)能檢指傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)能檢測出被測輸入量的最小變化值。測出被測輸入量的最小變化值。當被測量當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應。變化無任何反應。 將分辨力除以儀表滿量程的百分值就是儀將分辨力除以儀表滿量程的百分值就是儀表的分辨率，它是一個無量綱的比率值。表的分辨率，它是一個無量綱的比率值。對于數(shù)字儀表，可以將該儀表的最低一位對于數(shù)字儀表，可以將該儀表的最低一位所代表的變化數(shù)值，除以該儀表的滿量程所代表的變化數(shù)值，除以該儀表的滿量程的百分值就是該儀表的分辨率。的百分值就是該儀表的分辨率。(4)(4)遲滯（遲環(huán)）

28、遲滯（遲環(huán)） 在相同工作條件下做全量程范圍校準時，正行程在相同工作條件下做全量程范圍校準時，正行程（輸入量由小到大）和反行程（輸入量由大到?。ㄝ斎肓坑尚〉酱螅┖头葱谐蹋ㄝ斎肓坑纱蟮叫。┧幂敵鲚斎胩匦郧€不重合。所得輸出輸入特性曲線不重合。 遲滯是由于磁性材料的遲滯是由于磁性材料的磁化和材料受力變形，磁化和材料受力變形，機械部分存在（軸承）機械部分存在（軸承）間隙、摩擦、（緊固件）間隙、摩擦、（緊固件）松動、材料內(nèi)摩擦、積松動、材料內(nèi)摩擦、積塵等造成的。塵等造成的。%10021maxmaxYHHOxyxF S.yF S. .ymaxYmaxHmaxXmax反向特性正向特性 Hmax正向特性與

29、反正向特性與反向特性曲線的最大差值向特性曲線的最大差值( (5)5)重復性重復性 重復性重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次測試時程連續(xù)多次測試時, , 所得特性曲線不一致的程度。所得特性曲線不一致的程度。多次重復測試的各曲線特性越靠近，說明該傳感器多次重復測試的各曲線特性越靠近，說明該傳感器的重復性越好，使用時的誤差越小。的重復性越好，使用時的誤差越小。Oxyymax1ymax2yF S. .xF S.YmaxXmax其他指標： 穩(wěn)定性 漂移 零點漂移 靈敏度漂移 時間漂移（時漂） 溫度漂移（溫漂)3、對傳感器的要求、對傳感器的要求 必須具有足

30、夠的容量。必須具有足夠的容量。 必須與測量或控制系統(tǒng)具有良好的匹配性。必須與測量或控制系統(tǒng)具有良好的匹配性。 具有適當高的精度，且穩(wěn)定性要好。具有適當高的精度，且穩(wěn)定性要好。 反應速度要快，工作可靠性高好。反應速度要快，工作可靠性高好。 具有良好的適用性和適應性，要求動作能具有良好的適用性和適應性，要求動作能量小，對被測對象的狀態(tài)影響小，內(nèi)部噪量小，對被測對象的狀態(tài)影響小，內(nèi)部噪音小而又不易受外界干擾的影響，并且使音小而又不易受外界干擾的影響，并且使用安全。用安全。 使用經(jīng)濟，成本低，壽命長，維護方便，使用經(jīng)濟，成本低，壽命長，維護方便，校準容易。校準容易。4、轉(zhuǎn)換前后的對應關系、轉(zhuǎn)換前后的對

31、應關系 非電量的檢測多采用電測法，即首先將各非電量的檢測多采用電測法，即首先將各種被測非電量轉(zhuǎn)換為電量，然后經(jīng)過處理種被測非電量轉(zhuǎn)換為電量，然后經(jīng)過處理裝置及顯示裝置將被測的非電量參數(shù)顯示裝置及顯示裝置將被測的非電量參數(shù)顯示出來。出來。 傳感器作為一個能把被測的非電量轉(zhuǎn)換成傳感器作為一個能把被測的非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件，在整個檢測系統(tǒng)中起著及其電量的器件，在整個檢測系統(tǒng)中起著及其重要的作用。為保證檢測準確度，其輸出重要的作用。為保證檢測準確度，其輸出的電量必須與被測量具有一一對應的關系，的電量必須與被測量具有一一對應的關系，也即傳感器具有良好的線性特征。也即傳感器具有良好的線性特征。如何選擇傳

32、感器？如何選擇傳感器？一般情況下，一般情況下，評價、效驗和使用傳感器的依據(jù)評價、效驗和使用傳感器的依據(jù)主要主要是傳感器的基本參數(shù)和比較重要的環(huán)境參數(shù)指標。是傳感器的基本參數(shù)和比較重要的環(huán)境參數(shù)指標。（1）基本參數(shù)指標）基本參數(shù)指標 a.a.量程指標量程指標：量程范圍和過載能力等。：量程范圍和過載能力等。 b.b.靈敏度指標靈敏度指標：靈敏度、分辨力、滿量程輸出：靈敏度、分辨力、滿量程輸出等。等。 c.c.精度指標精度指標：精度、誤差、線性、遲滯、重復：精度、誤差、線性、遲滯、重復性、靈敏度、誤差、穩(wěn)定性等。性、靈敏度、誤差、穩(wěn)定性等。 d.d.動態(tài)性能指標動態(tài)性能指標：固有頻率、阻尼比、時間常

33、：固有頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率特性、臨界頻率、穩(wěn)定時間等。數(shù)、頻率特性、臨界頻率、穩(wěn)定時間等。（2）環(huán)境參數(shù)指標）環(huán)境參數(shù)指標a.溫度指標溫度指標：工作溫度范圍、溫度誤差、溫：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)等度漂移、溫度系數(shù)等b.b.抗沖擊振動指標抗沖擊振動指標：容許的抗沖擊、振動頻：容許的抗沖擊、振動頻率、振幅、加速度等。率、振幅、加速度等。c.c.其它環(huán)境參數(shù)其它環(huán)境參數(shù)：抗潮濕、抗干擾、抗腐蝕：抗潮濕、抗干擾、抗腐蝕性等。性等。（3 3）可靠性指標：工作壽命、平均無故障時）可靠性指標：工作壽命、平均無故障時間、絕緣電阻、抗勞性能、耐壓等間、絕緣電阻、抗勞性能、耐壓等（4

34、4）其他指標）其他指標a.a.供電要求：交供電要求：交/ /直流、頻率、功率、電壓范直流、頻率、功率、電壓范圍等。圍等。b.b.外形結(jié)構(gòu)要求：外形尺寸、殼體材料、重外形結(jié)構(gòu)要求：外形尺寸、殼體材料、重量、結(jié)構(gòu)特點等。量、結(jié)構(gòu)特點等。c.c.安裝方式、饋線電纜、使用場合等。安裝方式、饋線電纜、使用場合等。四、智能傳感器及信號的傳輸和處理四、智能傳感器及信號的傳輸和處理 1.智能傳感器的概念智能傳感器的概念 智能傳感器智能傳感器是指一種帶有微處理器的兼有信息檢是指一種帶有微處理器的兼有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能測、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。的傳感器。傳感

35、器與微處理器相結(jié)合有以下兩種途徑：傳感器與微處理器相結(jié)合有以下兩種途徑：一是采用微處理器或微型計算機系統(tǒng)來強化和提高一是采用微處理器或微型計算機系統(tǒng)來強化和提高傳統(tǒng)傳感器的功能；傳統(tǒng)傳感器的功能；二是運用半導體技術，把傳感器部分與信息處理電二是運用半導體技術，把傳感器部分與信息處理電路、輸出輸入接口、微處理器等制作在同一基板路、輸出輸入接口、微處理器等制作在同一基板上，構(gòu)成大規(guī)模集成電路智能傳感器上，構(gòu)成大規(guī)模集成電路智能傳感器。 a.a.擴展了測量范圍和功能擴展了測量范圍和功能 b.b.提高了靈敏度和測量精度提高了靈敏度和測量精度 c.c.提高了測量的穩(wěn)定性和可靠性提高了測量的穩(wěn)定性和可靠性

36、 d.d.具有自診斷能力具有自診斷能力 e.e.可以有多種輸出形式以及數(shù)字通信接口可以有多種輸出形式以及數(shù)字通信接口等等 f.f.具有邏輯思維與判斷、信息處理功能，具有邏輯思維與判斷、信息處理功能，能對檢測的數(shù)值進行分析、修正和誤差補能對檢測的數(shù)值進行分析、修正和誤差補償?shù)取數(shù)取?.智能傳感器的特點智能傳感器的特點3.智能傳感器輸出信號的類型智能傳感器輸出信號的類型 在智能傳感器系統(tǒng)中，接受傳感器的輸出在智能傳感器系統(tǒng)中，接受傳感器的輸出信號并進步處理的裝置時微型計算機，因信號并進步處理的裝置時微型計算機，因此，傳感器的輸出信號首先應該是電信號。此，傳感器的輸出信號首先應該是電信號。由于工作

37、原理不同，輸出的電信號可以歸由于工作原理不同，輸出的電信號可以歸類為：類為： 開關式開關式脈沖數(shù)字式脈沖數(shù)字式連續(xù)變化式連續(xù)變化式數(shù)字信號數(shù)字信號傳感器輸傳感器輸出信號出信號模擬信號模擬信號脈沖參數(shù)式脈沖參數(shù)式頻率變化式頻率變化式編碼式編碼式4.傳感器輸出模擬信號的處理傳感器輸出模擬信號的處理 （1）電壓信號的預處理）電壓信號的預處理 目的：保證傳感器的信號可靠輸出到后續(xù)電路。目的：保證傳感器的信號可靠輸出到后續(xù)電路。 作用：將傳感器輸出的微信號放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需作用：將傳感器輸出的微信號放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需求的信號電平；抑制干擾，降低噪音，保證信號檢測的精求的信號電平；抑制干擾，降低噪音，

38、保證信號檢測的精度。度。 （2）電壓信號的數(shù)字化）電壓信號的數(shù)字化 電壓信號的數(shù)字化主要是助模數(shù)轉(zhuǎn)換器（電壓信號的數(shù)字化主要是助模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），），通過采樣、量化及編碼，將輸入的電壓信號變換為對應的通過采樣、量化及編碼，將輸入的電壓信號變換為對應的數(shù)字信號。數(shù)字信號。 選選ADC時，主要考慮的因素有轉(zhuǎn)換時間、分辨率和價時，主要考慮的因素有轉(zhuǎn)換時間、分辨率和價格。格。相同分辨率下相同分辨率下模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法雙積分式雙積分式并行比較式并行比較式逐次逼近式逐次逼近式5、智能傳感器的適用場合、智能傳感器的適用場合 （1 1）在分布式多點測試、集中控制采集、）在分布式多點測試、集中控制

39、采集、測試現(xiàn)場遠離集中控制中心的場合。測試現(xiàn)場遠離集中控制中心的場合。 （2 2）傳感器安裝場所所受空間條件的限制。）傳感器安裝場所所受空間條件的限制。 （3 3）在自動化程度高、生產(chǎn)規(guī)模大的自動）在自動化程度高、生產(chǎn)規(guī)模大的自動化生產(chǎn)線等場合，如發(fā)電廠、熱電廠等?；a(chǎn)線等場合，如發(fā)電廠、熱電廠等。 （4 4）在通常無需人員看守，但需要進行檢）在通常無需人員看守，但需要進行檢測的場合，如糧食倉庫、大型養(yǎng)殖場。測的場合，如糧食倉庫、大型養(yǎng)殖場。作業(yè)作業(yè)1.傳感器技術的發(fā)展體現(xiàn)在哪些方面？傳感器技術的發(fā)展體現(xiàn)在哪些方面？2.欲測欲測230V電壓，要求測量示值相對誤差不大于電壓，要求測量示值相對誤差不大于0.6%，