傳感器的基礎(chǔ)知識課件

一、傳感器的定義提出問題：什么是傳感器？第一章傳感器的基本知識

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通俗的講：

傳感器是接收信號或刺激并反應的器件，以測量為目的，以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、易于處理的電量信號輸出的裝置。2/6/20232國家標準是這樣定義“傳感器”的：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。2/6/20233特點：代替人的耳，眼，鼻等器官去感知和獲取人不能直接獲取的自然界當中的信息和信息量。用途：就是采集信息和信息量。

用在：工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)療，衛(wèi)生，國防，軍事，航天，航空，氣象，安檢以及日常生活等等方面。2/6/20235

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。2/6/202362/6/20237二、傳感器的組成舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器

1-彈簧管2-電位器傳感器組成框圖2/6/20239三、傳感器分類

1.根據(jù)被測對象，可分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器三大類;

按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。2.按測量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導纖維等傳感器?！?/6/202310四、傳感器基本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，包括：靈敏度、分辨力、線性度、遲滯、重復性、漂移等。

2/6/202311作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax2/6/202313靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。2/6/2023142.分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應。對模擬式傳感器，以最小刻度的一半所代表的輸入量表示；對數(shù)字式傳感器，如果沒有其他附加說明，可以認為該表的最后一位數(shù)值所代表的輸入量就是它的分辨力。2/6/202315作圖法求線性度演示（1—擬合曲線2—實際特性曲線）2/6/2023174.遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。

5.重復性：重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。

6.漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。2/6/2023181.誤差產(chǎn)生的因素：1）.粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應予以剔除。

五、測量誤差及分類

2/6/2023192）.系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。

2/6/2023213）.隨機誤差

在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。2/6/202322隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計2/6/2023232）.相對誤差及精度等級

幾個重要公式：實際相對誤差：示值（標稱）相對誤差：滿度（引用）相對誤差：2/6/2023253）.準確度

準確度常用最大（滿度）引用相對誤差來定義：請思考：1、它表示傳感器的最大滿度相對誤差為多少？2、若已知傳感器的準確度和儀表滿量程值，測量時的最大示值相對誤差為多少？2/6/202326儀表的準確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的準確度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為±2.5%。提問：某0.1級壓力傳感器的量程為100MPa，測量50MPa壓力時，傳感器引起的最大示值相對誤差為多少？2/6/202327例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問：選擇該量程合理嗎？2/6/202329

用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對誤差哪一個大？2/6/202330六、彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。2/6/202331彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α2/6/202332其他各種彈性敏感元件

在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。2/6/202333壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2/6/202334彈簧管放大圖

當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。2/6/202335被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量-----電阻的變化（ΔR）2/6/202336

360度圓盤形電位器右圖所示的360度圓盤形電位器的中間焊片為滑動片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

接地2/6/202337測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)系的電壓Uo。

2/6/202338分壓比電路的計算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動觸點C的位移量x成正比：對圓盤式電位器來說，Uo與滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：2/6/202339練習題

1、有一臺測溫儀表，測量范圍為-200~+800°C，準確度為0.5級?，F(xiàn)用它測量500°C的溫度，求儀表引起的絕對誤差和相對誤差。2、有兩臺測溫儀表，測量范圍為-200~+300°C和0