第一章傳感器原理與檢測技術(shù)

華中科技大學(xué)武昌分校

自動化系電氣教研室

多媒體課件傳感器原理及工程應(yīng)用梅秋燕基礎(chǔ)知識定義、分類發(fā)展趨勢選用原則一般特性傳感器原理檢測技術(shù)溫度傳感器磁敏傳感器光電傳感器應(yīng)變傳感器電感傳感器電容傳感器壓電傳感器其他傳感器多傳感器融合檢測電路現(xiàn)代檢測系統(tǒng)課程主要內(nèi)容傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、檢測電路及其典型應(yīng)用傳感器原理與工程應(yīng)用一、傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)、生產(chǎn)自動化、航空、遙測、遙感等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對傳感器的需求量與日俱增，其應(yīng)用領(lǐng)域已滲入到社會的各個(gè)領(lǐng)域，并起著巨大的作用。

傳感器原理及工程應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)傳感器原理及工程應(yīng)用

汽車工業(yè)1、輔助駕駛裝置2、安全裝置3、舒適及方便裝置4、信號裝置

機(jī)器人

視覺:平面、立體非視覺:觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近覺、…傳感器原理及工程應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用超聲波測流量紅外測溫電子汽車衡

計(jì)量測試

傳感器原理及工程應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用

醫(yī)療診斷

傳感器原理及工程應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用

家用電器液化氣煙霧報(bào)警器智能洗衣機(jī)遙控器傳感器原理及工程應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用

智能建筑

門禁系統(tǒng)打破了人們幾百年來用鑰匙開鎖的傳統(tǒng)指紋門禁傳感器原理及工程應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用傳感器原理及工程應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用NASA研發(fā)的X-33飛行器二、本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法1、課程性質(zhì)：本課程是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們初步掌握工業(yè)生產(chǎn)中常用傳感器的原理及應(yīng)用，掌握檢測系統(tǒng)的組成方法。2、基本要求掌握檢測技術(shù)的基本知識及傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)，初步掌握信號分析的基本方法。掌握傳感器的工作原理及應(yīng)用。三、參考文獻(xiàn)及網(wǎng)址《傳感技術(shù)與應(yīng)用教程》“新世紀(jì)電子信息工程系列教材”第一版，清華大學(xué)出版社2005年；《傳感器原理及應(yīng)用》第一版作者：唐賢遠(yuǎn)、劉岐山,電子科技大學(xué)出版社2000年；《傳感器實(shí)用電路設(shè)計(jì)與制作》第一版作者：松井邦彥，《傳感器與檢測技術(shù)》第一版作者：彭軍，西安電子科技大學(xué)出版社2003年三、參考文獻(xiàn)及網(wǎng)址傳感技術(shù)學(xué)報(bào)/index.asp傳感器技術(shù)儀器儀表與傳感器中國電子網(wǎng)。電子設(shè)計(jì)應(yīng)用。傳感器世界中國傳感器第1章

傳感與檢測技術(shù)的理念基礎(chǔ)

測量概論.表征物質(zhì)特性或其運(yùn)動形式的參數(shù)很多，總的可分為電量和非電量兩大類，電量一般是物理學(xué)中的電學(xué)量（電壓、電流等）。非電量是指電量之外的一些參數(shù)（壓力、流量等）。在我們的日常生活和生產(chǎn)活動中，需要對這些電量和非電量進(jìn)行測量。第1章

傳感與檢測技術(shù)的理念基礎(chǔ)

測量概論

“測量系統(tǒng)”這一概念是傳感技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。在工程中,需要有傳感器與多臺儀表組合在一起,才能完成信號的檢測,這樣便形成了測量系統(tǒng)。尤其是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息處理技術(shù)的發(fā)展,測量系統(tǒng)所涉及的內(nèi)容也不斷得以充實(shí)。

為了更好地掌握傳感器,需要對測量的基本概念測量系統(tǒng)的特性,測量誤差及數(shù)據(jù)處理等方面的理論及工程方法進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究,只有了解和掌握了這些基本理論,才能更有效地完成檢測任務(wù)第1章

傳感與檢測技術(shù)的理念基礎(chǔ)

測量概論

測量是以確定被測量的值或獲取測量結(jié)果為目的的一系列操作。由測量所獲得的被測的量值叫測量結(jié)果。測量結(jié)果可用一定的數(shù)值表示,也可以用一條曲線或某種圖形表示。但無論其表現(xiàn)形式如何,測量結(jié)果應(yīng)包括兩部分：比值和測量單位。確切地講,測量結(jié)果還應(yīng)包括誤差部分。一、測量第1章

傳感與檢測技術(shù)的理念基礎(chǔ)

測量概論一般測量應(yīng)該有以下幾個(gè)步驟：比較示差平衡讀數(shù)第1章

傳感與檢測技術(shù)的理念基礎(chǔ)

測量概論

實(shí)現(xiàn)被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法,稱為測量方法。對于測量方法,從不同角度,有不同的分類方法。根據(jù)獲得測量值的方法可分為直接測量、間接測量和組合測量;根據(jù)測量的精度因素情況可分為等精度測量與非等精度測量;根據(jù)測量方式可分為偏差式測量、零位法測量與微差法測量;根據(jù)被測量變化快慢可分為靜態(tài)測量與動態(tài)測量等。

二、測量方法

測量概論

二、測量方法1、直接測量、間接測量與組合測量直接測量：在使用儀表或傳感器進(jìn)行測量時(shí),對儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過任何運(yùn)算就能直接表示測量所需要的結(jié)果的測量方法稱為直接測量。例如,用磁電式電流表測量電路的某一支路電流,用彈簧管壓力表測量壓力等,都屬于直接測量。直接測量的優(yōu)點(diǎn)是測量過程簡單而又迅速,缺點(diǎn)是測量精度不高。

測量概論

二、測量方法1、直接測量、間接測量與組合測量間接測量、組合測量：在使用儀表或傳感器進(jìn)行測量時(shí),首先對與測量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行測量,將被測量代入函數(shù)關(guān)系式,經(jīng)過計(jì)算得到所需要的結(jié)果,這種測量稱為間接測量。（例：電功率測量P=V2/R）.若被測量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程組,才能得到最后結(jié)果,則稱這樣的測量為組合測量。

測量概論

二、測量方法2、偏差式測量、零位式測量與微差式測量用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的量值,這種測量方法稱為偏差式測量。

VS：被測量RS：外接線電阻RV：動圈儀表內(nèi)阻

測量概論

二、測量方法2、偏差式測量、零位式測量與微差式測量.用指零儀表的零位指示檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài),在測量系統(tǒng)平衡時(shí),用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測量的量值,這種測量方法稱為零位式測量。測量概論

二、測量方法2、偏差式測量、零位式測量與微差式測量電位差計(jì)式測量：UX：傳感器信號

（未知量）UK：標(biāo)準(zhǔn)量信號

（已知量）D：檢零計(jì)

（電壓表）平衡：UK=UX測量概論

二、測量方法2、偏差式測量、零位式測量與微差式測量微差式測量是綜合了偏差式測量與零位式測量的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種測量方法。它將被測量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較,取得值后,再用偏差法測得此差值。X：被測量N：標(biāo)準(zhǔn)量Δ：微差測量概論

二、測量方法3、等精度測量與不等精度測量

用相同儀表與測量方法對同一被測量進(jìn)行多次重復(fù)測量,稱為等精度測量。用不同精度的儀表或不同的測量方法,或在環(huán)境條件相差很大時(shí)對同一被測量進(jìn)行多次重復(fù)測量稱為非等精度測量。4、靜態(tài)測量與動態(tài)測量被測量在測量過程中認(rèn)為是固定不變的。被測量在測量過程中是隨時(shí)間不斷變化的。第1章

傳感與檢測技術(shù)的理念基礎(chǔ)

測量概論三、測量系統(tǒng)1.測量系統(tǒng)構(gòu)成測量系統(tǒng)應(yīng)具有對被測對象的特征量進(jìn)行檢測、傳輸、處理及顯示等功能。一個(gè)測量系統(tǒng)是傳感器變送器和其它變換裝置的有機(jī)組合。如下圖表示測量系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖。

測量概論

三、測量系統(tǒng)2.開環(huán)測量系統(tǒng)與閉環(huán)測量系統(tǒng)

開環(huán)測量系統(tǒng)的全部信息變換只沿著一個(gè)方向進(jìn)行,如圖所示。

測量概論

三、測量系統(tǒng)2.開環(huán)測量系統(tǒng)與閉環(huán)測量系統(tǒng)閉環(huán)測量系統(tǒng)—閉環(huán)測量系統(tǒng)有兩個(gè)通道，一為正向通道、二為反饋通道，如圖所示：測量概論

四、測量誤差測量的目的是希望通過測量獲取被測量的真實(shí)值。但由于種種原因,兩者不一致程度用測量誤差表示。測量誤差就是測量值與真實(shí)值之間的差值。它反映了測量質(zhì)量的好壞。測量的可靠性至關(guān)重要,不同場合對測量結(jié)果可靠性的要求也不同。例如,在量值傳遞、經(jīng)濟(jì)核算、產(chǎn)品檢驗(yàn)等場合應(yīng)保證測量結(jié)果有足夠的準(zhǔn)確度。當(dāng)測量值用作控制信號時(shí),則要注意測量的穩(wěn)定性和可靠性。測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法絕對誤差：測量結(jié)果與被測量的真值之差。

Δ=x-L

式中:Δ—絕對誤差;x—測量值;L—真實(shí)值；例如：真值為30.2的電流，測得值為30.4，則微安表的顯示值30.4的絕對誤差為：

測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法例如：測量兩個(gè)電阻其中：R1=10Ω絕對誤差ΔR1=0.1ΩR2=1000Ω絕對誤差ΔR2=1Ω盡管ΔR1＜ΔR2但不能由此得出測量電阻R1比測量電阻R2的準(zhǔn)確度要高的結(jié)論，因此需要引出相對誤差的概念。測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法實(shí)際相對誤差的定義由下式給出:

式中:δ—相對誤差,Δ—絕對誤差;L—真實(shí)值

由于被測量的真實(shí)值L無法知道,實(shí)際測量時(shí)用測量值X代替真實(shí)值L進(jìn)行計(jì)算,這個(gè)相對誤差稱為標(biāo)稱相對誤差,即：測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法。它是相對儀表滿量程的一種誤差,一般也用百分?jǐn)?shù)表示，即：

式中:γ—引用誤差Δ—絕對誤差測量概論

四、測量誤差一般用γ表示儀表的精度等級。我國電工儀表共分七級：0.10.20.51.01.52.55.00.5級儀表，表示γ=0.5%；1級儀表：表示γ=1%.根據(jù)精度等級和量程范圍，可以求出該儀表可能出現(xiàn)的最大絕對誤差Δ。溫度計(jì)：1級儀表，儀表量程0-100℃Δ=100*1%=1℃1級儀表，儀表量程0-1000℃Δ=1000*