傳感技術(shù)與應(yīng)用第二版第章：傳感技術(shù)的基本概念與特性電子(“傳感器”文檔)共13張

第2章：傳感技術(shù)概論本章要求：1、掌握傳感器的根本定律、靜態(tài)特性和動態(tài)特性及其參數(shù)；2、傳感器的定義、組成和分類；3、了解傳感器的新型資料及其開展方向。本章重點(diǎn)：傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。本章難點(diǎn)：傳感器的動態(tài)特性。2.1、傳感技術(shù)的定義傳感器〔transducer/sensor〕國家規(guī)范規(guī)定：能感受規(guī)定的被丈量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或安裝稱為傳感器。狹義地講：能把被測非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號輸出的器件或安裝稱為傳感器。傳感器的定義包含著三層含義：〔1〕傳感器是一種丈量安裝；〔2〕在規(guī)定的條件下感受外界信息；〔3〕按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成易于傳輸與處置的電信息。2.2傳感器的組成傳感器普通由敏感元件、傳感元件、丈量電路和輔助電源等四部分組成。如圖2-1所示。1、敏感元件：是指傳感器中能直接感受被測非電量信號，并將非電量信號按一定的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換成易于轉(zhuǎn)換為電信號的另一種非電量信號的元件。2、傳感元件：是指傳感器中能將敏感元件輸出的非電信號或直接將被測非電信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出的元件。3、丈量電路：能將傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處置和控制的有用電信號的電路。4、輔助電源：為傳感元件和丈量電路供應(yīng)能源。2.3、傳感器的分類與要求一、傳感器的分類傳感器最流行的分類方法有兩種：一種是按被測物理量分類；另一種是按傳感器任務(wù)原理分類。1、按任務(wù)原理或根本效應(yīng)分類：物理型、電化學(xué)型、生物型。2、在物理型傳感器中，按構(gòu)成原理分類：〔1〕、物性型傳感器；〔2〕、構(gòu)外型傳感器3、按能量關(guān)系分類：〔1〕、能量轉(zhuǎn)換型傳感器；〔2〕、能量控制型傳感器4、在物理型傳感器中，按作用原理分類：〔1〕、電學(xué)式傳感器?！?〕、磁學(xué)式傳感器?！?〕、光電式傳感器?！?〕、電勢型傳感器?！?〕、電荷傳感器?！?〕、半導(dǎo)體傳感器?！?〕、諧振式傳感器。5、按輸出量分類：模擬式、數(shù)字式。6、化學(xué)型傳感器。它可分為電位式、極普式和電解式三種傳感器。7、生物傳感器。二、對傳感器有以下要求：1、有足夠的容量。2、靈敏度高，精度適當(dāng)。3、呼應(yīng)速度快，任務(wù)穩(wěn)定，可靠性好。4、適用性和順應(yīng)性強(qiáng)。5、運(yùn)用經(jīng)濟(jì)。三、采用傳感器實(shí)現(xiàn)非電量的電丈量，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)〔1〕具有丈量的延續(xù)性。〔2〕具有丈量的遠(yuǎn)距性。〔3〕丈量的準(zhǔn)確度高、靈敏度高和分辨力高?！?〕反響速度快?！?〕從被測物取用功率小。2.4、傳感技術(shù)的根本定律

一、守恒定律。二、場的定律。三、物質(zhì)定律。四、統(tǒng)計(jì)法那么。2.5、新型敏感資料1、新型敏感資料有三種：半導(dǎo)體資料，陶瓷資料，有機(jī)資料。2、新型敏感資料的根本特性〔1〕敏感性?！?〕可靠性?！?〕可加工性?！?〕經(jīng)濟(jì)性。有機(jī)警感資料具有如下優(yōu)點(diǎn)：〔1〕有機(jī)資料柔性好，可加工成柔性器件；〔2〕高分子資料易加工成均勻大面積器件；〔3〕合成分子的自在度大，敏感特性多樣化。2.6、傳感器的靜態(tài)特性一、傳感器所測非電量方式：〔1〕、靜態(tài)信號；〔2〕、動態(tài)信號因此，傳感器的輸出－輸入特性也有兩種：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。二、靜態(tài)特性1、定義：靜態(tài)特性表示傳感器在被丈量處于穩(wěn)定形狀時(shí)的輸出－輸入關(guān)系；2、代數(shù)方程式：3、這種多項(xiàng)式代數(shù)方程能夠有4種情況：如圖2-2所示。①理想線性：y=a1x②奇次項(xiàng)非線性③偶次項(xiàng)非線性④普通非線性4、線性化補(bǔ)償方法有三種：①、擬合直線法。②、差動法。③、非線性補(bǔ)償法。5、線性傳感器的優(yōu)點(diǎn)： ①、簡化實(shí)際分析和設(shè)計(jì)計(jì)算；②、有利于儀表標(biāo)定和數(shù)據(jù)處置；③、可使儀表刻度均勻，提高丈量精度；④、防止復(fù)雜的非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。6、靜態(tài)特性參數(shù)〔1〕、線性度。〔2〕、靈敏度與靈敏度誤差?！?〕、遲滯?！?〕、反復(fù)性?！?〕、分辨力。〔6〕、閥值。〔7〕、穩(wěn)定值?！?〕、漂移?！?〕、精度〔靜態(tài)誤差〕。2.7、傳感器的動態(tài)特性動態(tài)特性——傳感器對隨時(shí)間變化的輸入鼓勵的呼應(yīng)特性即為動態(tài)特性。動態(tài)誤差——輸出與輸入之間的差別，稱動態(tài)誤差。動態(tài)誤差包括兩部分：〔1〕輸出量到達(dá)穩(wěn)定形狀以后與理想輸出量之間的差別；〔2〕當(dāng)輸入量發(fā)生躍變時(shí)，輸出量由一個穩(wěn)定形狀到另一個穩(wěn)定形狀之間的過渡形狀。研討動態(tài)特性的方法有兩種：即時(shí)域法和頻域法。在時(shí)域內(nèi)研討動態(tài)特性采用瞬態(tài)呼應(yīng)法。輸入的時(shí)間函數(shù)為階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)、斜坡函數(shù)，工程上常輸入規(guī)范信號為階躍函數(shù)。在頻域內(nèi)研討動態(tài)特性采用頻率呼應(yīng)法。輸入的規(guī)范函數(shù)為正弦函數(shù)。一、傳感器的階躍呼應(yīng)特性階躍呼應(yīng)的目的可參見圖2-6所示：〔1〕時(shí)間常數(shù)τ。即傳感器輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值yc的63.2％所需時(shí)間?！?〕上升時(shí)間Tr。它有三種定義方法：①、傳感器輸出值由穩(wěn)態(tài)值的10％上升到90％所需的時(shí)間；適用于無振蕩的傳感器。②、呼應(yīng)曲線從零上升到穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間；適用于有振蕩的傳感器。③、傳感器輸出值由穩(wěn)態(tài)值的5％上升到95％所需的時(shí)間；適用于普通傳感器。〔3〕呼應(yīng)時(shí)間TS。輸出值到達(dá)允許誤差范圍〔±5％或±2％〕所需時(shí)間?！?〕峰值時(shí)間TP。呼應(yīng)曲線從0上升到第一個峰值的時(shí)間?！?〕延遲時(shí)間Td。呼應(yīng)曲線從零上升到穩(wěn)定值的50％所需的時(shí)間?！?〕超調(diào)量αP。呼應(yīng)曲線第一次超越穩(wěn)態(tài)值之后的峰值高度。〔7〕衰減率ψ。指相鄰兩個波峰〔或波谷〕高度下降的百分?jǐn)?shù)〔8〕穩(wěn)態(tài)誤差eSS。在無限長時(shí)間后，傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出值與目的值之間的偏向δSS的相對值。輸入的時(shí)間函數(shù)為階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)、斜坡函數(shù)，工程上常輸入規(guī)范信號為階躍函數(shù)。①理想線性：y=a1x有機(jī)警感資料具有如下優(yōu)點(diǎn)：因此，傳感器的輸出－輸入特性也有兩種：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。〔2〕、磁學(xué)式傳感器。1、在時(shí)域內(nèi)，傳感器無失真測試條件為5、按輸出量分類：模擬式、數(shù)字式?！?〕丈量的準(zhǔn)確度高、靈敏度高和分辨力高。②、有利于儀表標(biāo)定和數(shù)據(jù)處置；一種是按被測物理量分類；輸入的規(guī)范函數(shù)為正弦函數(shù)。6、相頻特性φ〔ω〕＝arctg一、守恒定律。2、在頻域內(nèi)，傳感器的頻率呼應(yīng)為②、有利于儀表標(biāo)定和數(shù)據(jù)處置；〔1〕、能量轉(zhuǎn)換型傳感器；〔2〕、磁學(xué)式傳感器?！?〕丈量的準(zhǔn)確度高、靈敏度高和分辨力高?！病?％或±2％〕所需時(shí)間。動態(tài)特性——傳感器對隨時(shí)間變化的輸入鼓勵的呼應(yīng)特性即為動態(tài)特性。在無限長時(shí)間后，傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出值與目的值之間〔1〕具有丈量的延續(xù)性。2、新型敏感資料的根本特性二、靜態(tài)特性二、靜態(tài)特性傳感器普通由敏感元件、傳感元件、丈量電路和輔助電源等四部分組成。②、呼應(yīng)曲線從零上升到穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間；6、相頻特性φ〔ω〕＝arctg本章重點(diǎn)：傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。二、傳感器的頻率呼應(yīng)特性1、微分方程n2、拉氏變換 Y(S)[anSn+an-1Sn-1+……+a1s+a0]=X(S)[bmSm+bm-1Sm-+……+b1S+b0]3、傳送函數(shù)4、付氏變換5、幅頻特性(動態(tài)靈敏度)6、相頻特性φ〔ω〕＝arctg式中：HR〔ω〕――表求H〔jω〕的實(shí)部。HI〔ω〕――表示H〔jω〕的虛部。2.8、傳感器無失真測試條件1、在時(shí)域內(nèi)，傳感器無失真測試條件為y〔t〕=A0x〔t-τ0〕2、在頻域內(nèi)，傳感器的頻率呼應(yīng)為H〔Jω〕