學習傳感器與檢測技術概述

1、會計學1學習傳感器與檢測技術概述學習傳感器與檢測技術概述3、學會工程中常見的非電量測量方法，了解傳感器在工、學會工程中常見的非電量測量方法，了解傳感器在工程檢測中的應用方法；程檢測中的應用方法；4、學會分析和設計傳感器的應用電路。、學會分析和設計傳感器的應用電路。四、課程特點四、課程特點綜合性：綜合性：傳感器技術是材料學、力學、電學、磁學、微傳感器技術是材料學、力學、電學、磁學、微電子學、光學、聲學、化學、生物學、精密機械、仿生電子學、光學、聲學、化學、生物學、精密機械、仿生學、測量技術、半導體技術、計算機技術、信息處理技學、測量技術、半導體技術、計算機技術、信息處理技術、乃至系統(tǒng)科學、人工智

2、能、自動化技術等眾多學科術、乃至系統(tǒng)科學、人工智能、自動化技術等眾多學科相互交叉的綜合性高新技術密集型前沿技術；相互交叉的綜合性高新技術密集型前沿技術；零散性：零散性：各章內(nèi)容之間沒有前后因果關系；各章內(nèi)容之間沒有前后因果關系；應用性：應用性：重點掌握各種傳感器的應用方法。重點掌握各種傳感器的應用方法。第第1章章 傳感器與檢測技術概述傳感器與檢測技術概述1.1 傳感器的概念、組成和分類傳感器的概念、組成和分類1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性返回主目錄 一、傳感器的概念、組成與應用一、傳感器的概念、組成與應用1、 現(xiàn)代信息技術的三大要素：現(xiàn)代信息技術的三大要素：信息獲取信息獲取傳感器技術

3、傳感器技術 信息傳輸信息傳輸通信技術通信技術 信息處理信息處理計算機技術計算機技術 在工程實踐和科學試驗中，信息采集的主要含義是在工程實踐和科學試驗中，信息采集的主要含義是測測量量取得測量數(shù)據(jù)。取得測量數(shù)據(jù)。2、測量的概念、測量的概念 測量是人類對自然界客觀事物獲得數(shù)量觀念的一種認識過測量是人類對自然界客觀事物獲得數(shù)量觀念的一種認識過程，即程，即借助于專門設備，求出被測量的數(shù)值大小借助于專門設備，求出被測量的數(shù)值大小。3、測量的分類、測量的分類 電子測量電子測量電子測量儀器；電子測量儀器； 非電量測量非電量測量傳感器；傳感器；4、自動測量系統(tǒng)的組成、自動測量系統(tǒng)的組成 圖11 自動測量系統(tǒng)組成

4、5、自動測量技術的作用、自動測量技術的作用 以電子技術、傳感器技術、計算機技術為基礎的自動測以電子技術、傳感器技術、計算機技術為基礎的自動測量技術，是衡量一個國家科技水平的重要標志之一。量技術，是衡量一個國家科技水平的重要標志之一。 而傳感器是測量系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，它能否獲得信息和而傳感器是測量系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，它能否獲得信息和獲取信息的正確與否，關系到整個測量系統(tǒng)的精確度，獲取信息的正確與否，關系到整個測量系統(tǒng)的精確度，傳感傳感器的性能在很大程度上決定著整個信息技術的性能器的性能在很大程度上決定著整個信息技術的性能，因此世，因此世界各國都將傳感器技術列為重點發(fā)展的新技術。界各國都將傳感器技術

5、列為重點發(fā)展的新技術。6、傳感器的定義（、傳感器的定義（GB7665-87) 能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸可用輸出信號出信號的器件或裝置，通常由的器件或裝置，通常由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件組成。組成。 7、傳感器的組成、傳感器的組成 通常傳感器由通常傳感器由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換（傳感）元件轉(zhuǎn)換（傳感）元件組成。組成。 傳感傳感器組成框圖如圖器組成框圖如圖 1 - 2 所示。所示。 直接感受被測非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與直接感受被測非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關系的其它量的元件。被測量有確定關系的其它量的元件

6、。又稱轉(zhuǎn)換元件又稱轉(zhuǎn)換元件/轉(zhuǎn)換器。能將敏感元件感受到轉(zhuǎn)換器。能將敏感元件感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。能把傳感元件輸出的電信能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號的電號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號的電路。路。 壓 力 作 用 膜片形變（應變） 應變片電阻改變 敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件壓力傳感器示例壓力傳感器示例8、傳感器的應用領域、傳感器的應用領域（1）機械制造業(yè)：）機械制造業(yè)：智能機械智能機械 ：數(shù)控機床、加工中心、機器人等：數(shù)控機床、加工中心、機器人等（2）工業(yè)過程檢測與控制：）工業(yè)過程檢測與控

7、制：石油、化工、電力、冶金等行業(yè)中石油、化工、電力、冶金等行業(yè)中熱工工藝參數(shù)檢測和控制；熱工工藝參數(shù)檢測和控制；（3）汽車：）汽車：車速、里程、燃油、排氣、車燈、關門、防盜、防車速、里程、燃油、排氣、車燈、關門、防盜、防撞等；撞等；（4）環(huán)保：）環(huán)保：有毒、有害、易燃、易爆氣體檢測，重金屬、污水有毒、有害、易燃、易爆氣體檢測，重金屬、污水檢測，防酒后駕車等；檢測，防酒后駕車等；（5）醫(yī)療衛(wèi)生：）醫(yī)療衛(wèi)生：血壓、心音、脈搏檢測，心臟監(jiān)護儀、彩超、血壓、心音、脈搏檢測，心臟監(jiān)護儀、彩超、核磁共振等；核磁共振等；（6）航空航天：）航空航天：衛(wèi)星、火箭、飛船、外星探測器等；衛(wèi)星、火箭、飛船、外星探測器

8、等；（7）國防工業(yè)：）國防工業(yè)：飛機、導彈、雷達、智能化電子武器等；飛機、導彈、雷達、智能化電子武器等；（8) 家用電器：家用電器：空調(diào)、洗衣機、電冰箱、微波爐、電飯煲、電空調(diào)、洗衣機、電冰箱、微波爐、電飯煲、電熨斗、安全報警器等。熨斗、安全報警器等。在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設備運行狀態(tài)關系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立備運行狀態(tài)關系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立24小時在線小時在線監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。在汽車、機床、電機、發(fā)動機

9、等產(chǎn)品出廠時，必須對其性能質(zhì)在汽車、機床、電機、發(fā)動機等產(chǎn)品出廠時，必須對其性能質(zhì)量檢測。量檢測。 圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。通過度、燃油壓力及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測量汽車扭距測量機床加工精度測量機床加工精度測量高級轎車需要用傳感器對溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加高級轎車需要用傳感器對溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加速度、濕度、電磁、光電、振動等進行實時準確的測量，一般需速度、濕度、

10、電磁、光電、振動等進行實時準確的測量，一般需要要301 00種傳感器。種傳感器。 自動電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風干器、電自動電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風干器、電熨斗、電風扇、洗衣機、洗碗機、照相機、電冰箱、電視機、熨斗、電風扇、洗衣機、洗碗機、照相機、電冰箱、電視機、錄像機、家庭影院錄像機、家庭影院 全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度洗凈度) 液位傳感器液位傳感器，電阻傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測衣物烘干檢測)。指紋

11、傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器鼠標鼠標: :光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:CCD:CCD傳感器傳感器軟驅(qū)軟驅(qū): :速度速度, ,位置伺服位置伺服麥克風麥克風: :電容傳聲器電容傳聲器樓宇控制與安全防護樓宇控制與安全防護 為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和管理的智能化。在樓宇中應境，并能保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和管理的智能化。在樓宇中應用了許多測試技術，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯用了許多測試技術，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運行狀況。運行狀況。 圖示為某公司樓宇自動

12、化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電廢水管理和電梯監(jiān)控。梯監(jiān)控。煙霧傳感器煙霧傳感器亮度傳感器亮度傳感器人體探測器人體探測器 機械手、機器人中的機械手、機器人中的傳感器傳感器: 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動/移動位置傳移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。器。 傳感在機器人上的應用傳感在機器人上的應用密歇根大學的機械手裝配模

13、型密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機器狗廣州中鳴數(shù)碼的機器狗機器人服務員機器人服務員沙漠機器人沙漠機器人 超聲波測距傳感器、超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器位置；紅外線色彩傳感器運動軌跡和運動軌跡和AGV小車位置小車位置識別；條形碼傳感器，貨識別；條形碼傳感器，貨品識別。品識別。香港理工香港理工AGVAGV模型模型AGV自動送貨車自動送貨車 自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle） AGAGV V自自動動送送貨貨車車 傳感器在生物醫(yī)學上的應用傳感器在生物醫(yī)學上的應用醫(yī)學醫(yī)學光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒

14、光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量傳感器與航空及航天傳感器與航空及航天傳感器與環(huán)境保護傳感器與環(huán)境保護NOX NO + NO2dust sootH2SH2OHC C-totalCO2 COO2 HCN HCl HF NH3 SO2 煙塵濁度測量煙塵濁度測量傳感器與遙感技術傳感器與遙感技術傳感器在軍事技術領域的應用傳感器在軍事技術領域的應用 。農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)二、二、傳感器的分類傳感器的分類1、按被測量分類、按被測量分類（相應的傳感器一般以被測量命名）：（相應的傳感器一般以被測量命名）：（1）熱工量傳感器：）熱工量傳感器：溫度、熱量、比

15、熱；壓力、差壓、真空溫度、熱量、比熱；壓力、差壓、真空度；流速、流量；物位（液位、料位）。度；流速、流量；物位（液位、料位）。（2）機械量傳感器：）機械量傳感器：位移、尺寸（長度、厚度、寬度、角位移、尺寸（長度、厚度、寬度、角度）；力、力矩；重量、質(zhì)量；速度、加速度、轉(zhuǎn)速。度）；力、力矩；重量、質(zhì)量；速度、加速度、轉(zhuǎn)速。（3）物性和成分量：）物性和成分量：成分量（化學成分、濃度、酸堿度、鹽成分量（化學成分、濃度、酸堿度、鹽度等）；物性（密度、比重、粘度等）。度等）；物性（密度、比重、粘度等）。（4）狀態(tài)量：）狀態(tài)量：顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、表面粗顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、表面

16、粗糙度等）。糙度等）。2、按傳感器的工作原理分類、按傳感器的工作原理分類（1）物理型傳感器：）物理型傳感器：利用某些敏感元件的物理性質(zhì)以及某些利用某些敏感元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的特殊物理性能制成。如：應變式、電容式、磁電、功能材料的特殊物理性能制成。如：應變式、電容式、磁電、光電、壓電傳感器等。光電、壓電傳感器等。（2）化學型：）化學型：利用電化學反應原理制成。如：氣敏傳感器、利用電化學反應原理制成。如：氣敏傳感器、濕度傳感器、離子傳感器等。濕度傳感器、離子傳感器等。（3）生物傳感器：）生物傳感器：利用酶、微生物、抗體、細胞及組織等作利用酶、微生物、抗體、細胞及組織等作為敏感材料與適當

17、的換能器結合而成，利用特有的化學反應和為敏感材料與適當?shù)膿Q能器結合而成，利用特有的化學反應和電化學技術對生物化學電化學技術對生物化學物質(zhì)進行測定。如：酶傳感器、免疫傳感器等。 3、按輸出信號的性質(zhì)分類、按輸出信號的性質(zhì)分類（1）模擬傳感器：）模擬傳感器：輸出模擬信號；輸出模擬信號；（2）數(shù)字傳感器：）數(shù)字傳感器：輸出數(shù)字信號（脈沖、頻率、二進制輸出數(shù)字信號（脈沖、頻率、二進制數(shù)碼），抗干擾能力強。數(shù)碼），抗干擾能力強。三、傳感器的發(fā)展趨勢三、傳感器的發(fā)展趨勢1、 三新三新：新材料、新工藝、新效應（原理）；：新材料、新工藝、新效應（原理）；2、四化：、四化：集成化、多維化、多功能化、智能化。集成

18、化、多維化、多功能化、智能化。 1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 即輸出即輸出輸入之間對應關系，又稱為輸出輸入之間對應關系，又稱為輸出輸入特性，輸入特性，可用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述?？捎渺o態(tài)特性和動態(tài)特性來描述。一、一、 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性（一）靜態(tài)特性：（一）靜態(tài)特性：是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關系；即輸入量與輸出量之間的關系式中不含有時間變量。衡關系；即輸入量與輸出量之間的關系式中不含有時間變量。衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、 靈敏度靈敏度, 遲滯和重復性等。遲滯和重復性等。（二）傳感

19、器的靜態(tài)特性表達式（二）傳感器的靜態(tài)特性表達式 1、理想傳感器：、理想傳感器： y=a1x 2、實際傳感器：、實際傳感器： y=a0+a1x+a2x2+anxn式中式中: a0輸入量輸入量x為零時的輸出量為零時的輸出量; a1, a2, , an非線性項系數(shù)；非線性項系數(shù)； x輸入量；輸入量；y輸出量。輸出量。1、傳感器的零偏（零點）：、傳感器的零偏（零點）：輸入信號為零時傳感器的輸出值。輸入信號為零時傳感器的輸出值。2 、傳感器的測量范圍與量程、傳感器的測量范圍與量程（1）測量范圍：）測量范圍：指正常工作條件下，傳感器能夠測量的被測量指正常工作條件下，傳感器能夠測量的被測量的總范圍，通常用測

20、量范圍的下限值和上限值來表示。的總范圍，通常用測量范圍的下限值和上限值來表示。（2）量程：）量程：測量范圍的上限值（或?qū)妮敵鲋禍y量范圍的上限值（或?qū)妮敵鲋?）與下限值）與下限值（或?qū)妮敵鲋担┑拇鷶?shù)差。（或?qū)妮敵鲋担┑拇鷶?shù)差。a0 零點；零點；xF.S滿量程輸入；滿量程輸入；XF.S輸入量程；輸入量程； XF.S=xmax-xminyF.S滿量程輸出；滿量程輸出；YF.S輸出量程。輸出量程。 YF.S=ymax-ymin注：僅知道量程時，無法確定測量范圍。注：僅知道量程時，無法確定測量范圍。傳感器的靜態(tài)特性曲線1、線性度（非線性度/非線性誤差）：傳感器的實際靜態(tài)特性曲線與擬合直線

21、（規(guī)定直線）之間，在垂直方向上的最大偏差與輸出量程的百分比稱為線性度。通常用相對誤差L表示, 即 式中: |(yL)max|最大非線性 絕對誤差的絕對值; YFS輸出量程。 %100|( |max)FSLLYyr(三）主要靜態(tài)特性指標三）主要靜態(tài)特性指標2 2、靈敏度、靈敏度 靈敏度靈敏度K K是指傳感器的輸出量變化量是指傳感器的輸出量變化量y y 與引起此變化的與引起此變化的輸入變化量輸入變化量xx的比值的比值, , 即即 K=y/xK=y/x 靈敏度反映了傳感器對被測參數(shù)變化的靈敏程度。對于線性靈敏度反映了傳感器對被測參數(shù)變化的靈敏程度。對于線性傳感器傳感器, , 它的靈敏度就是它的靜態(tài)特

22、性的斜率它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率, , 即即K=y/xK=y/x為常為常數(shù)數(shù), , 而非線性傳感器的靈敏度為一變量而非線性傳感器的靈敏度為一變量, , 用用K=dy/dxK=dy/dx表示。傳感器表示。傳感器的靈敏度如圖所示。的靈敏度如圖所示。 多環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的測量系統(tǒng)的靈敏度為：多環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的測量系統(tǒng)的靈敏度為： K=K1K2Kn 例例1：某線性位移測量儀，當被測位移由某線性位移測量儀，當被測位移由4.5mm變到變到5mm時，位移時，位移測量儀的輸出電壓由測量儀的輸出電壓由3.5V減至減至2.5V，求該儀器的靈敏度。若再接一，求該儀器的靈敏度。若再接一個放大器（放大倍數(shù)為個放大器（

23、放大倍數(shù)為10）后驅(qū)動筆式記錄儀（靈敏度為）后驅(qū)動筆式記錄儀（靈敏度為0.2cm/V），試求系統(tǒng)的總靈敏度。），試求系統(tǒng)的總靈敏度。解：解：K1 =y/x=（3.5-2.5）V/(5-4.5)mm = -2V/mm K2=10 K3= 0.2cm/V K=K1K2K3= -2V/mm10 0.2cm/V= - 4cm/mm 3、精確度、精確度 測量誤差測量誤差 被測參數(shù)的測量值與真實值不一致的程度用測量誤差表示。測被測參數(shù)的測量值與真實值不一致的程度用測量誤差表示。測量誤差就是量誤差就是被測量的測量值與真實值之間的差值被測量的測量值與真實值之間的差值，它反映了測量，它反映了測量質(zhì)量的好壞。質(zhì)量

24、的好壞。（1）測量誤差的表示方法）測量誤差的表示方法絕對誤差：絕對誤差：可用下式定義可用下式定義: x = x-x0 式中式中: x絕對誤差絕對誤差; x測量值測量值; x0約定真值。約定真值。 對測量值進行修正時對測量值進行修正時, 要用到絕對誤差。要用到絕對誤差。 修正值是與絕對誤差修正值是與絕對誤差大小相等、符號相反的值大小相等、符號相反的值,C= -x = x0-x， 實際值等于測量值加上修實際值等于測量值加上修正值。即正值。即 x0=x+C。 絕對誤差不能很好說明測量質(zhì)量的好壞，絕對誤差不能很好說明測量質(zhì)量的好壞，只適用于被測量值相只適用于被測量值相同的場合。同的場合。 例如例如,

25、在溫度測量時在溫度測量時, 絕對誤差絕對誤差=1 , 對體溫測量來說對體溫測量來說是不允許的是不允許的, 而對測量而對測量鋼水溫度鋼水溫度來說卻是一個極好的測量結果。來說卻是一個極好的測量結果。相對誤差：相對誤差：定義由下式給出定義由下式給出: = x/ x0 100%式中式中: 相對誤差相對誤差, 一般用百分數(shù)給出一般用百分數(shù)給出; x絕對誤差絕對誤差; x0約定真值。約定真值。 相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量精確度，但它相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量精確度，但它只能說明只能說明不同測量結果的準確度，無法衡量傳感器本身在整個測量范圍內(nèi)的不同測量結果的準確度，無法衡量傳感器本身在整個測

26、量范圍內(nèi)的質(zhì)量質(zhì)量，（如一臺溫度傳感器測，（如一臺溫度傳感器測100的相對誤差為的相對誤差為2%2%，另一臺測，另一臺測1000 的相對誤差為的相對誤差為1%）為此又采用了引用誤差的概念。）為此又采用了引用誤差的概念。引用誤差：引用誤差：是儀表中通用的一種誤差表示方法。是儀表中通用的一種誤差表示方法。 它是相對儀表滿它是相對儀表滿量程的一種誤差量程的一種誤差, 一般也用百分數(shù)表示，即一般也用百分數(shù)表示，即 = x / XF.S 100%= x /(xmax-xmin) 100% 式中式中: 引用誤差；引用誤差； x絕對誤差；絕對誤差； XF.S 儀表輸入量程（測量范圍上限儀表輸入量程（測量范圍

27、上限 測量范圍下限）測量范圍下限）; xmax 儀表量程的上限值；儀表量程的上限值； xmin儀表量程的上限值；儀表量程的上限值； 基本誤差：基本誤差：是指儀表在規(guī)定的標準條件下所具有的誤差。是指儀表在規(guī)定的標準條件下所具有的誤差。 例如例如, 儀表是在電源電壓儀表是在電源電壓(2205)V、電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)頻率(502)Hz、環(huán)、環(huán)境溫度境溫度(205)、 濕度濕度65%5%的條件下標定的。如的條件下標定的。如果這臺儀表在這個條件下工作果這臺儀表在這個條件下工作, 則儀表所具有的誤差為基本則儀表所具有的誤差為基本誤差。誤差。測量儀表的精度等級就是由基本誤差決定的，一般用測量儀表的精度等級就是由

28、基本誤差決定的，一般用引用誤差表示。引用誤差表示。附加誤差：附加誤差：是指當儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的是指當儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的誤差。誤差。例如例如, 溫度附加誤差、頻率附加誤差、電源電壓波動溫度附加誤差、頻率附加誤差、電源電壓波動附加誤差等。附加誤差等。 精確度：精確度：表示傳感器測量結果與真值之間的偏離程度。表示傳感器測量結果與真值之間的偏離程度。 精確度等級：精確度等級：是是根據(jù)最大引用誤差來確定根據(jù)最大引用誤差來確定的。工程中以一系列標的。工程中以一系列標準數(shù)值作為儀表基本誤差的最大允許值來分檔表示儀表的精確度，準數(shù)值作為儀表基本誤差的最大允許值來分檔表示儀表的精

29、確度，稱為稱為精確度等級精確度等級。常用的精確度等級有。常用的精確度等級有0.1級、級、0.2級、級、0.5級、級、1.0級、級、1.5級、級、2.0級、級、2.5級、級、4.0級、級、 5.0級。級。注：注：精確度等級已知的儀表只有在被測量值接近滿量程時，才能發(fā)精確度等級已知的儀表只有在被測量值接近滿量程時，才能發(fā)揮它的測量精度。因此選用儀表時應根據(jù)被測量的大小和測量精度揮它的測量精度。因此選用儀表時應根據(jù)被測量的大小和測量精度的要求，合理選擇儀表量程和精確度等級。的要求，合理選擇儀表量程和精確度等級。例例3：測測800 要求誤差要求誤差4 ，現(xiàn)有以下測溫儀表，應選哪一種？，現(xiàn)有以下測溫儀表

30、，應選哪一種？（1）0500 , 1.0級；級； （2）01000 ，0.5 級；級； （3）01000 ，0.2級；級； （4）02000 ，0.2級。級。解：解：（1）不能測；）不能測；（2）測）測800 可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為1000 （ 0.5%）= 5 ；（3）測）測800 可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為1000 （ 0.2%）= 2 ；（4）測）測800 可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為2000 （ 0.2%）= 4 ； 應選第（應選第（3）種。）種。例例3：測測800 要求誤差要求誤差4 ，現(xiàn)有以下測溫儀表，應選，現(xiàn)有以

31、下測溫儀表，應選哪一種？哪一種？ （1）0500 , 1.0級；級； （2）01000 ，0.5 級；級； （3）01000 ，0.2級；級； （4）02000 ，0.2級。級。 二、二、 傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性 輸入信號變化時，引起輸出信號也隨時間變化，這個過輸入信號變化時，引起輸出信號也隨時間變化，這個過程叫程叫響應。響應。 傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。響應特性。 當被測量隨時間變化當被測量隨時間變化,是時間的函數(shù)時是時間的函數(shù)時, 則傳感器則傳感器的輸出量也是時間的函數(shù)的輸出量也是時間的函數(shù),其間的關

32、系要用動特性來表示。其間的關系要用動特性來表示。 一個動態(tài)特性好的傳感器一個動態(tài)特性好的傳感器, 其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律, 即具有相同的時間函數(shù)。實際上除了具有理想的比例特性外即具有相同的時間函數(shù)。實際上除了具有理想的比例特性外, 輸出信號將不會與輸入信號具有相同的時間函數(shù)輸出信號將不會與輸入信號具有相同的時間函數(shù),這種輸出與這種輸出與輸入間的差異就是所謂的輸入間的差異就是所謂的動態(tài)誤差動態(tài)誤差。 實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用實驗方法求得，即根據(jù)傳實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用實驗方法求得，即根據(jù)傳感器對一些標準信號的響應來評定它的動態(tài)特性。感器對一些標

33、準信號的響應來評定它的動態(tài)特性。 在時域內(nèi)，常用階躍信號來分析傳感器的動態(tài)特性在時域內(nèi)，常用階躍信號來分析傳感器的動態(tài)特性瞬時響應瞬時響應特性特性。 在頻域內(nèi)，則采用正弦輸入信號來分析傳感器的動態(tài)特性在頻域內(nèi)，則采用正弦輸入信號來分析傳感器的動態(tài)特性頻頻率響應特性率響應特性。1、瞬時響應特性指標、瞬時響應特性指標時間常數(shù)時間常數(shù) ：當輸入產(chǎn)生階躍：當輸入產(chǎn)生階躍變化時，輸出信號從初始值變化變化時，輸出信號從初始值變化到到63.2%所需的時間。所需的時間。 越小，越小，傳感器的響應速度越快傳感器的響應速度越快 。二階傳感器的單位階躍響應曲線二階傳感器的單位階躍響應曲線延時時間延時時間td：二階傳

34、感器輸出達到穩(wěn)定值的二階傳感器輸出達到穩(wěn)定值的50%所需的時間。所需的時間。 上升時間上升時間tr：二階傳感器輸出達到穩(wěn)定值的二階傳感器輸出達到穩(wěn)定值的90%所需的時間。所需的時間。 建立時間（響應時間）建立時間（響應時間） ts：二階傳感器輸出進入穩(wěn)態(tài)值規(guī)定范二階傳感器輸出進入穩(wěn)態(tài)值規(guī)定范 圍之內(nèi)所需的時間。圍之內(nèi)所需的時間。 峰值時間峰值時間tp：二階傳感器輸出響應曲線達到第一個峰值二階傳感器輸出響應曲線達到第一個峰值 所需的時間。所需的時間。超調(diào)量超調(diào)量 p ：輸出超過穩(wěn)定值的最大量。輸出超過穩(wěn)定值的最大量。 p =A1 / y( ) 100% 衰減比衰減比d：二階傳感器輸出響應曲線第一

35、個峰值與第二個二階傳感器輸出響應曲線第一個峰值與第二個峰值之比峰值之比, 即即A1/A2 。傳感器的頻率響應特性指標包括：傳感器的頻率響應特性指標包括：（1） 頻帶：頻帶：傳感器增益保持在一定值（由所需測量精確度傳感器增益保持在一定值（由所需測量精確度確定的公差帶）內(nèi)的頻率范圍為傳感器頻帶或通頻帶確定的公差帶）內(nèi)的頻率范圍為傳感器頻帶或通頻帶, 對應對應有上、下截止頻率。有上、下截止頻率。 (2) 時間常數(shù)時間常數(shù)：用時間常數(shù)用時間常數(shù)來表征一階傳感器的動態(tài)特性。來表征一階傳感器的動態(tài)特性。越小越小, 頻帶越寬。頻帶越寬。 (3) 固有頻率固有頻率n：二階傳感器的固有頻率二階傳感器的固有頻率n

36、表征了其動態(tài)特表征了其動態(tài)特性，性， n 越大，動態(tài)誤差越小，頻帶越寬。越大，動態(tài)誤差越小，頻帶越寬。 2、頻率響應特性、頻率響應特性傳感器對正弦輸入信號的響應特性傳感器對正弦輸入信號的響應特性, 稱為稱為頻率響應特性。頻率響應特性。傳感器的頻率響應特性包括傳感器的頻率響應特性包括幅頻特性幅頻特性和和相頻特性相頻特性。1、 某測溫系統(tǒng)由以下四個環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下：某測溫系統(tǒng)由以下四個環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下：鉑電阻溫度傳感器：鉑電阻溫度傳感器： 0.35 / 電橋：電橋： 0.01V/放大器：放大器： 100筆式記錄儀：筆式記錄儀： 0.1cm/V求：求：（1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度；）

37、測溫系統(tǒng)的總靈敏度； （2）記錄儀筆尖位移）記錄儀筆尖位移4cm時，所對應的溫度變化值。時，所對應的溫度變化值。2、 有三臺測溫儀表，量程均為有三臺測溫儀表，量程均為0600，精確度等級分別為，精確度等級分別為2.5級、級、2.0級、級、1.5級，現(xiàn)要測量級，現(xiàn)要測量500的溫度，要求相對誤差不的溫度，要求相對誤差不超過超過 2.5%，選哪臺儀表合適？，選哪臺儀表合適？3、學會工程中常見的非電量測量方法，了解傳感器在工、學會工程中常見的非電量測量方法，了解傳感器在工程檢測中的應用方法；程檢測中的應用方法；4、學會分析和設計傳感器的應用電路。、學會分析和設計傳感器的應用電路。四、課程特點四、課程

38、特點綜合性：綜合性：傳感器技術是材料學、力學、電學、磁學、微傳感器技術是材料學、力學、電學、磁學、微電子學、光學、聲學、化學、生物學、精密機械、仿生電子學、光學、聲學、化學、生物學、精密機械、仿生學、測量技術、半導體技術、計算機技術、信息處理技學、測量技術、半導體技術、計算機技術、信息處理技術、乃至系統(tǒng)科學、人工智能、自動化技術等眾多學科術、乃至系統(tǒng)科學、人工智能、自動化技術等眾多學科相互交叉的綜合性高新技術密集型前沿技術；相互交叉的綜合性高新技術密集型前沿技術；零散性：零散性：各章內(nèi)容之間沒有前后因果關系；各章內(nèi)容之間沒有前后因果關系；應用性：應用性：重點掌握各種傳感器的應用方法。重點掌握各種傳感器的應用方法。煙霧傳感器煙霧傳感器亮度傳感器亮度傳感器人體探測器人體探測器廣州中鳴數(shù)碼的機器狗廣州中鳴數(shù)碼的機器狗2 、傳感器的測量范圍與量程、傳感器的測量范圍與量程（1）測量范圍：）測量范圍：指正常工作條件下，傳感