傳感器基礎知識_百度文庫重點

1、第二章傳感器的基本概念傳感器的基本概念傳感器的定義和組成傳感器的分類傳感器的一般要求傳感器的基本特征傳感器的正確選用傳感器的應用領域及其發(fā)G)1傳感器的定義和組成傳感器：以一定精確度把被測量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的物理量 律聽礬入與輸出之間有-定精確程度被測量傳感器的功用是一感二傳,即感受被測信息，并傳送出去傳感器名稱：發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測器、 探頭傳感器組成敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路輔助電源敏感元件轉(zhuǎn)換元件 f 基本轉(zhuǎn)換電路 輸 出 量敏感元件：它是直

2、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(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入的 被測量持換成電路參量?；巨D(zhuǎn)換電路：上述電路參量輸入基本轉(zhuǎn)換電路（簡稱 轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。感元件）（轉(zhuǎn)換元件）體盒感芯換殼膜電磁轉(zhuǎn)-輸出傳感器只完成被測參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換， 然后輸入到測控電路，進行放大、運算、處理等 進一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測值或進行過程控制。3傳感器分類傳感器是知識密集、技術密集的行業(yè)，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。1）按被測物理量分類:常見的被測物理量機械量:長度，厚度，位移，速度，加速度,

3、 旋轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)數(shù)，質(zhì)量，重量，力， 壓力，真空度，力矩，風速，流速, 流量；聲壓，噪聲.磁：磁通，磁場.溫 1.:溫度，熱量，比熱.光：亮度，色彩2）按工作的物理基礎分類：機械式，電氣式，光學式，流體式等.圖8.3 10切削測力儀朋圈厶屈霽賣籠警乍原理3）按信號變換特征：能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. 能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入能量使其工作. 例如：熱電偶溫度計，壓電式加速度計. 能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化例如：電阻應變片.圈工屆矍囂蹩1飾 理IIIIII4）按敏感元件與被測對象之間的能量關系:物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換如:水銀溫度計

4、.結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變.例如:電容式和電感式傳感器.IIIIII5OOC0-1OOC0換板空腔III按照傳感器的用途來分類二例如位移傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、 溫度傳感器等。根據(jù)傳感器輸岀是模擬信號還是數(shù)希號二二=模擬傳感器、數(shù)字傳感器。根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否一二雙向傳感器.單向傳感器等。4傳感器一般要求可靠性；通用性；靜態(tài)精度；輪廓尺寸；動態(tài)性能；成本；量程；能耗；抗干擾能力；對被測對象的影響傳感器的工作可靠性、靜態(tài)精度和動態(tài)性能是最基本的要求傳感器基本特性傳感器特性主要是指輸出與輸入之間的關系O靜態(tài)特性:被測量不隨時間變化或變化很慢時， 檢測系統(tǒng)的輸入和輸出量都

5、與時間無關。動態(tài)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(tǒng)對 快速變化的被測量的響應特性稱為動態(tài)特性。傳感器輸出與輸入關系可用微分方程來描述。理論上，將 微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，即得到靜態(tài)特 性。因此，傳感器的靜態(tài)特性只是動態(tài)特性的一個特例。靜態(tài)特性Y分辨率重復性遲滯穩(wěn)定性 漂移溫度供電輸入線性滯后 重復性 靈敏度輸出各種干擾穩(wěn)定性溫漂穩(wěn)定性（零漂）分辨力廠一一 取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑時也可以對外界條件加以限制。一外界影響沖擊與振動電磁場衡量傳感器特丄一二、口性的主要技術J誤差因素指標傳咸器輸入輸出作用圖1、線性度

6、線性度是用實測系統(tǒng)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F米表示，即:線性度ky傳感器的輸出輸入關系或多或少地存在非線性。 在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下， 其靜態(tài)特性可用下列多項式代數(shù)方程表示:y=a0+a1x+a2x2+a3x3+. .+anxn式中：y輸出量；x輸入量；則一零點輸出;坷一理論靈敏度;an非線性項系數(shù)。各項系數(shù)不同，決定了特性曲線的具體形式。靜態(tài)特性曲線可實際測試獲得。在獲得特性曲線之后，可以說問題已經(jīng)得到解決。但是為了拯定和 數(shù)據(jù)處理的方便,希望得到線性關系。這時可采用各種方法，其中也包括便獰或如碎餡 進行線性化處理。般

7、來說，這些辦法都比較復雜。所以在非線性誤差不太大的情況下，總是釆用直線擬合的辦法來線性化,在釆用直線擬合線性化時，輸出輸入的校正曲線與 其擬合曲線之間的最大偏差，就稱為非線性誤般線 性度.線性度非線性偏差的大小是以一定的擬合直線為基準直 線而得岀來的。擬合直線不同，非線性誤差也不同。 所以，選擇擬合直線的主要出發(fā)點，應是獲得最小的 非線性誤差。另外，還應考慮使用是否方便，計算是 否簡便。理論擬合；端點連線平移擬合;端點連線擬合；過零旋轉(zhuǎn)擬合；最小二乘擬合；最小包容擬合I常用擬合方法）a理論擬合 b過零擬合d端點連線平移擬合1Ez圖1-4 檢測系統(tǒng)靈敏度2、靈敏度可見，傳 感器輸出曲 線的斜率就

8、 是其靈敏度。 對線性特性 的傳感器， 其特性曲線 的斜率處處 相同，靈敏 度k是一常數(shù), 與輸入量大 小無關。圖1-5 串聯(lián)系統(tǒng)示意圖由多個環(huán)節(jié)組成的檢測系統(tǒng)其靈敏度等于 各環(huán)節(jié)的靈敏度之積。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。RniaxLx/ Rmax2Rmaxl 正行程的最大重復性偏差,ARniax2反行程的最大重復性偏差。重復性誤差可用正反行程的最大偏差表示，即= + A.XQQ%R 企或:4、分辨率分辨率：傳感器的分辨率是指在規(guī)定測量 范圍內(nèi)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(shù)表示:5X100%afs

9、5、穩(wěn)定性:傳感器的穩(wěn)定性一般是指長期穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指傳感器在長時間工作的情況下輸出量發(fā)生 的變化，有時稱為長時間工作穩(wěn)定性。指在室溫條件下，經(jīng)過相當長的時間間如一盃匠關藥：傳感器的輸出與起始標定時的包括:抗干擾穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性6、漂移傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸 出量發(fā)生與輸入量無關的變化，包括雯 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7、遲滯（回差滯環(huán)）現(xiàn)象傳感器在正向（輸入量增 大）和反向（輸入量減?。?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(shù)表示，即：A LI=巳2咤 xlOO% r是正、反行程輸出值間的最大差值。動態(tài)特

10、性Y傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性O傳感器的動態(tài)特性取決于:傳感器本身:被測量的變化形式動態(tài)特性被測量隨時間變化的形式可能是各種各樣的，只 要輸入量是時間的函數(shù)，則其輸出量也將是時間的 函數(shù)。在動態(tài)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(shù),這種輸出 與輸入間的差異就是所謂的動態(tài)誤差O通常研究動態(tài)特性是根據(jù)標準輸入特性來考慮傳 感器的響應特性。標準輸入有三種正弦變化的輸入階躍變化的輸入線性輸入經(jīng)常使用的是前兩種”通常釆用階躍響應法和頻率響應法分析傳感 器的動態(tài)誤差階躍響應法當給靜止的傳感器輸入一個單位階躍函數(shù)信號:瞬態(tài)響應特性曲線如圖時，其

11、輸出特性稱為階躍響應或瞬態(tài)響應特性。峰值時間fp響應時間階躍響應特性(4)(5):階躍響應法從時域左面來分析傳感器的瞬態(tài)響應特性, 如：超調(diào)量、上升時間、響應時間、延滯時間、峰值時 間等。頻率響應法傳感器對正弦輸入信號的響應特性,稱為頻率 響應特性。:.頻率響應法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳 感器的動態(tài)特性。:通常是先建立傳感器的數(shù)學模型,通過拉氏變 換找出傳遞函數(shù)表達式,再根據(jù)輸入條件得到 三相應的頻率特性。頻率響應法j一分析傳感器動態(tài)特性，必須建立數(shù)學模型。線性系 統(tǒng)的數(shù)學模型為常系數(shù)線性微分方程。對線性系統(tǒng)動態(tài) 特性的研究，主要是分析數(shù)學模型的輸入量X與輸出量y 之間的關系，通過對微分

12、方程求解,得出動態(tài)性能指標。andly/dtn +.+aidy/dt+ay - bmdmx/dtm +.+bxdx! dt+bxy輸出量；x輸入量;t時間dny!dtn常數(shù)；, bH .常數(shù)輸出量對時間t的n階導數(shù)dmx/dt,n輸入量對時間t的m階導數(shù)大部分傳感器可簡化為單自由度一階或二階系統(tǒng)零階傳感器在零階傳感器中，嚴有a與b甲個系數(shù),微分方程為 aoY= bxy = （b（）/ ax = Kx靜態(tài)靈敏度零階輸入系統(tǒng)的輸入量無論隨時間如何變化，其輸 出量總是與輸入量成確定的比例關系。在時間上也不 滯后，幅角等于零。如電位器傳感器。在實際應用中, 許多高階系統(tǒng)在變化緩慢、頻率不高時，都可以近

13、似 地當作零階系統(tǒng)處理。二階傳感器微分方程除系數(shù)a】,a0, b外其他系數(shù)均為0,則 aKdy/dD+aoyuboxI _ 髓+尸知 _i r + y = KxdtT時間常數(shù)（T=/ao）;靜態(tài)靈敏度（K= bj/ao）一階傳感器傳遞函數(shù):頻率特性: 幅頻特性: 相頻特性:二階傳感器很多傳感器，如振動傳感器、壓力傳感器等屬于二 階傳感器，其微分方程為：a2d2 y / dt2 +ady/ dt+aoy bx(t2s2 +2TS + f =kXT時間常數(shù)，T = ya2 /； 3自振角頻率,（0（）=1/tg阻尼比，芋云）；k靜態(tài)靈敏度，k=bjci二階傳感器傳遞函數(shù)頻率特性幅頻特性Wjco)

14、= k/1co2t2 +2ja)rW(jco) = k/s2 +2st + 1k(co) = k / y(l co2t2)2 +(2t)2相 頻特 性cpco) arctar|269r/(l o2r2)傳感器增益保持在一定值內(nèi)的頻率范圍稱傳感器頻率響應特性指標(1) 頻帶: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(shù)i :用時間常數(shù)I來表征一階傳感器的動態(tài)特性。P越小，頻帶越寬。固有頻率叫:二階傳感器的固有頻率3“表征了其 動態(tài)特性。-“基本參數(shù)指標環(huán)境參數(shù)指標可靠性指標其它指標基本參數(shù)指標量程指標：量程范圍.過載能力等 靈敏度指標：靈敏度、分辨力、滿量程 輸出等精度有關指標

15、：精度、誤差.線性.滯后 .重復性.靈敏度誤差. 穩(wěn)定性動態(tài)性能指標：固定頻率.阻尼比.時間 常數(shù)、頻率響應范圍、頻 率特性.臨界頻率、臨界 速度.穩(wěn)定時間等環(huán)境參數(shù)指標溫度指標：工作溫度范圍、溫 度誤差.溫度漂移 溫度系數(shù)、熱滯 后等抗沖振指標：允許各向抗沖振的 頻率.振幅及加速 度、沖振所引入的 誤差其他環(huán)境參數(shù)：抗潮濕.抗介質(zhì)腐 蝕等能力.抗電磁 場干擾能力等可靠性指標険宀預航嘶眈理115 工命均障保疲能緣耐抗等其他指標使用有關指標: 供電方式（直 流.交流、頻 率及波形等） 功率.各項 分布參數(shù)值. 電壓范圍與穩(wěn) 定度等外形尺寸、重 殼體材質(zhì) .結(jié)構(gòu)特點等安裝方式.饋/ 4 - fju AVlr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(huán)境條件有關的因素（四）與購買和維修有關的因素傳感器的正確選用一、與渙J量條件有關的因素 （測量的同的；披測試蚤的這揮；（刃測董范；輸入信號的幅值，頰帶寛決/（5用決要朮/測董所需要的時間；輸入信號的形式。傳感器的正確選用二、與傳感器*關的技術指標犠決/穩(wěn)定決，響盜持住/輸出幅價對彼測物俸產(chǎn)唆的負裁數(shù)痊;（7展正周期/仞