檢測(cè)監(jiān)控相關(guān)

1、第二章第二章 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定義和組成傳感器的分類傳感器的分類傳感器的一般要求傳感器的一般要求傳感器的基本特征傳感器的基本特征傳感器的正確選用傳感器的正確選用傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展傳傳感感器器的的基基本本概概念念l傳感器：以一定精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確傳感器：以一定精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝定對(duì)應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。置。l定義含義：定義含義：傳感器是測(cè)量裝置傳感器是測(cè)量裝置傳感器的輸入量是某一被測(cè)量傳感器的輸入量是某一被測(cè)量傳感器的輸出量應(yīng)是便于轉(zhuǎn)換的物理量

2、傳感器的輸出量應(yīng)是便于轉(zhuǎn)換的物理量傳感器的輸入與輸出之間有一定精確程度的對(duì)應(yīng)傳感器的輸入與輸出之間有一定精確程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系關(guān)系一、傳感器的定義和組成一、傳感器的定義和組成傳感器的功用是一感二傳，即感受被測(cè)信息，并傳送出去。傳感器的功用是一感二傳，即感受被測(cè)信息，并傳送出去。傳感器的組成：傳感器的組成： 敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量輸出量 敏感元件：它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)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，它把輸入摶換成電 路參量。 基本轉(zhuǎn)換電路：上述

3、電路參 數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。1殼體2膜盒（敏感元件）3電感線圈（轉(zhuǎn)換元件）4磁芯5轉(zhuǎn)換電路 傳感器只完成被測(cè)參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換，然后輸入到測(cè)控電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測(cè)值或進(jìn)行過(guò)程控制。 二、傳感器的分類二、傳感器的分類l按傳感器的工作機(jī)理按傳感器的工作機(jī)理，可分為物理型、化，可分為物理型、化學(xué)型、生物型等。學(xué)型、生物型等。 本課程主要講授物理型傳感器。在物理型傳感器中，本課程主要講授物理型傳感器。在物理型傳感器中，作為傳感器工作物理基礎(chǔ)的基本定律有場(chǎng)的定律、物質(zhì)作為傳感器工作物理基礎(chǔ)的基本定律有場(chǎng)的定律、物質(zhì)定律、守恒定律和統(tǒng)計(jì)定

4、律等。定律、守恒定律和統(tǒng)計(jì)定律等。 l按傳感器的構(gòu)成原理按傳感器的構(gòu)成原理，可分為結(jié)構(gòu)型與物，可分為結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類。性型兩大類。 傳感器是知識(shí)密集、技術(shù)密集的行業(yè)，它與許多學(xué)傳感器是知識(shí)密集、技術(shù)密集的行業(yè)，它與許多學(xué)科有關(guān)，它的種類十分繁多。為了很好地掌握它、應(yīng)科有關(guān)，它的種類十分繁多。為了很好地掌握它、應(yīng)用它，需要有一個(gè)科學(xué)的分類方法。用它，需要有一個(gè)科學(xué)的分類方法。結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器l結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器是利用結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理物理學(xué)中場(chǎng)的定律學(xué)中場(chǎng)的定律構(gòu)成的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)構(gòu)成的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的電磁定律等。物

5、理學(xué)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的電磁定律等。物理學(xué)中的定律一般是以方程式給出的。對(duì)于中的定律一般是以方程式給出的。對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，這些方程式也就是許多傳傳感器來(lái)說(shuō)，這些方程式也就是許多傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。l物性型傳感器是利用物性型傳感器是利用某些材料本身的物某些材料本身的物理性質(zhì)隨被測(cè)量變化的特性而實(shí)現(xiàn)參數(shù)理性質(zhì)隨被測(cè)量變化的特性而實(shí)現(xiàn)參數(shù)的直接轉(zhuǎn)換的直接轉(zhuǎn)換。這種。這種 類型的傳感器具有靈類型的傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于集成等特點(diǎn)，是傳感器的發(fā)展方向之一。集成等特點(diǎn)，是傳感器的發(fā)展方向之一。根據(jù)傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況根據(jù)傳

6、感器的能量轉(zhuǎn)換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。按照物理原理分類按照物理原理分類，可分為：電參量式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、氣電式傳感器、熱電式傳感器、波式傳感器、射線式傳感器、半導(dǎo)體式傳感器、有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復(fù)合形式，如不少半導(dǎo)體式傳感器，也可看成電參量式傳感器。 按照傳感器的用途來(lái)分類按照傳感器的用途來(lái)分類，例如位移傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等。根據(jù)傳感器輸出是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)根據(jù)傳感器輸出是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器。根據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程可逆與否根據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程可逆與否，可分為雙向傳感器和單向傳感

7、器等。 三、傳感器的一般要求三、傳感器的一般要求:可靠性；可靠性； 通用性；通用性；靜態(tài)精度；靜態(tài)精度； 輪廓尺寸；輪廓尺寸；動(dòng)態(tài)性能；動(dòng)態(tài)性能； 成本；成本；量程；量程； 能耗；能耗；抗干擾能力；抗干擾能力； 對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響 傳感器的工作傳感器的工作可靠性、靜態(tài)精度和動(dòng)可靠性、靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能態(tài)性能是最基本的要求是最基本的要求四、傳感器的基本特性四、傳感器的基本特性l靜態(tài)特性靜態(tài)特性：被測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化被測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化很慢時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的輸入和輸出量都與很慢時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的輸入和輸出量都與時(shí)間無(wú)關(guān)時(shí)間無(wú)關(guān)。l動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性：輸入量和輸出量都隨時(shí)間變輸入量和輸出

8、量都隨時(shí)間變化較快，是一個(gè)含有時(shí)間變量的微分方化較快，是一個(gè)含有時(shí)間變量的微分方程式。檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)快速變化的被測(cè)量的程式。檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)快速變化的被測(cè)量的響應(yīng)特性稱為動(dòng)態(tài)特性。響應(yīng)特性稱為動(dòng)態(tài)特性。傳感器的輸出輸入作用圖傳感器的輸出輸入作用圖傳感器外界影響沖振電磁場(chǎng)輸入線 性滯 后靈敏度誤差因素分辨力穩(wěn)定性(零漂)溫漂各種干擾穩(wěn)定性輸出供電溫度重復(fù)性靜態(tài)特性靜態(tài)特性l靈敏度靈敏度l分辨率分辨率l線性度線性度l重復(fù)性重復(fù)性l遲滯遲滯l穩(wěn)定性穩(wěn)定性l漂移漂移1、線性度、線性度l線性度是用實(shí)測(cè)系統(tǒng)輸入線性度是用實(shí)測(cè)系統(tǒng)輸入-輸出特性曲線與其擬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。合直線

9、之間的最大偏差。又稱為非線性誤差。l通常用相對(duì)誤差通常用相對(duì)誤差 來(lái)表示，即：來(lái)表示，即： %100maxFSYLLLa.理論擬合b.過(guò)零擬合c.端點(diǎn)連線擬合d.端點(diǎn)連線平移擬合常用擬合方法：2、靈敏度、靈敏度 l靈敏度：是指?jìng)鞲衅骰驒z測(cè)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下靈敏度：是指?jìng)鞲衅骰驒z測(cè)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化輸出量變化y和引起此變化的輸入的變化和引起此變化的輸入的變化量量x的比值。的比值。xySl由多個(gè)環(huán)節(jié)組成的檢測(cè)系統(tǒng)其靈敏度等于由多個(gè)環(huán)節(jié)組成的檢測(cè)系統(tǒng)其靈敏度等于各環(huán)節(jié)的靈敏度之積。各環(huán)節(jié)的靈敏度之積。3、重復(fù)性、重復(fù)性l重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃鲋貜?fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃鋈砍潭啻?/p>

10、測(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致全量程多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致性的程度性的程度 。%100FSmaxRYR%10032FSRY或：4、分辨率、分辨率l分辨率：分辨率：傳感器的分辨率是指在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)輸入量的最小變化量 。 有時(shí)也用該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示： minx%100FSminxx5、穩(wěn)定性：、穩(wěn)定性：l傳感器的穩(wěn)定性一般是指長(zhǎng)期穩(wěn)定性傳感器的穩(wěn)定性一般是指長(zhǎng)期穩(wěn)定性 l指在室溫條件下，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，指在室溫條件下，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異。始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異。

11、抗干擾穩(wěn)定性包括：溫度穩(wěn)定性6、漂移：、漂移：l傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸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(wú)關(guān)的變化，包括出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的變化，包括零零點(diǎn)漂移點(diǎn)漂移和和靈敏度漂移靈敏度漂移等。等。零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移靈敏度漂移靈敏度漂移時(shí)間漂移、溫度漂移時(shí)間漂移、溫度漂移7、遲滯（回差滯環(huán)）現(xiàn)象、遲滯（回差滯環(huán)）現(xiàn)象傳感器在正向傳感器在正向(輸入量增輸入量增大大)和反向和反向(輸入量減小輸入量減小)行行程期間程期間,輸入輸入-輸出特性曲輸出特性曲線的不一致的程度。線的不一致的程度。其大小是以滿量程輸出其大小是以滿量程輸出YFS的百分?jǐn)?shù)表示，即：的百分?jǐn)?shù)表示，即： %

12、10021FSmaxHYH是正、反行程輸出值間的最大差值。是正、反行程輸出值間的最大差值。 maxH動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。變化的輸入量的響應(yīng)特性。 傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于：傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于：v傳感器本身傳感器本身 v被測(cè)量的變化形式被測(cè)量的變化形式在動(dòng)態(tài)的輸入信號(hào)情況下，輸出信號(hào)一般來(lái)說(shuō)在動(dòng)態(tài)的輸入信號(hào)情況下，輸出信號(hào)一般來(lái)說(shuō)不會(huì)與輸入信號(hào)具有完全相同的時(shí)間函數(shù)，這不會(huì)與輸入信號(hào)具有完全相同的時(shí)間函數(shù)，這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動(dòng)態(tài)誤差。種輸出與輸入間的差異就是所謂的動(dòng)態(tài)誤差。通常采用階躍響應(yīng)法和

13、頻率響應(yīng)法分析傳感器通常采用階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法分析傳感器的動(dòng)態(tài)誤差：的動(dòng)態(tài)誤差：v階躍響應(yīng)法階躍響應(yīng)法從時(shí)域方面來(lái)分析傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)特性，從時(shí)域方面來(lái)分析傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)特性，如：如：超調(diào)量超調(diào)量、上升時(shí)間上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間、延滯時(shí)間延滯時(shí)間等。等。階躍響應(yīng)特性 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法v頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響感器的動(dòng)態(tài)特性。傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，稱為頻率響應(yīng)特性。應(yīng)特性，稱為頻率響應(yīng)特性。 v頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法從頻域方面采用從頻域方面采用正弦輸入信號(hào)正弦輸入信號(hào)來(lái)分來(lái)分析傳

14、感器的頻率響應(yīng)特性。析傳感器的頻率響應(yīng)特性。v通常是先建立傳感器的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)拉氏變通常是先建立傳感器的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)拉氏變換找出傳遞函數(shù)表達(dá)式，再根據(jù)輸入條件得到換找出傳遞函數(shù)表達(dá)式，再根據(jù)輸入條件得到相應(yīng)的頻率特性。相應(yīng)的頻率特性。 （1）頻帶：傳感器增益保持在一定值內(nèi)的頻率）頻帶：傳感器增益保持在一定值內(nèi)的頻率范圍稱為傳感器的頻帶或通頻帶，對(duì)應(yīng)有上、下范圍稱為傳感器的頻帶或通頻帶，對(duì)應(yīng)有上、下截止頻率。截止頻率。（2）時(shí)間常數(shù)）時(shí)間常數(shù) ：用時(shí)間常數(shù)：用時(shí)間常數(shù) 來(lái)表征一階傳感來(lái)表征一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性。器的動(dòng)態(tài)特性。 越小，頻帶越寬。越小，頻帶越寬。（3）固有頻率）固有頻率 n ：二

15、階傳感器的固有頻率二階傳感器的固有頻率 n表表征了其動(dòng)態(tài)特性。征了其動(dòng)態(tài)特性。傳感器頻率響應(yīng)特性指標(biāo)傳感器頻率響應(yīng)特性指標(biāo):基本參數(shù)指標(biāo) 環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其它指標(biāo)基本參數(shù)指標(biāo) 環(huán)境參數(shù)指標(biāo) 可靠性標(biāo) 其它指標(biāo) 量程指標(biāo)： 量程范圍、 過(guò)載能力等 靈敏度指標(biāo)； 靈敏度、分辨力、滿量程輸出等 精度有關(guān)指標(biāo)： 精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)： 固有頻率、阻尼比、時(shí)間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時(shí)間等 溫度指標(biāo)： 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(biāo)： 容 許 各 向抗 沖 振 的 頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差 其它環(huán)境參數(shù)： 抗潮濕、抗介 質(zhì) 腐 蝕 能力、抗電磁場(chǎng)干擾能力等 工 作 壽命、平均無(wú)故障時(shí)間、保險(xiǎn)期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等 使用有關(guān)指標(biāo)： 供 電 方 式（直流、 交流、頻 率 及 波 形等） 、功率。各項(xiàng) 分 布 參 數(shù)值、電壓范圍 與穩(wěn)定度等。 外形尺寸、重量、 殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等 安裝方式、饋線電纜等 傳感器的正確選用傳感器的正確選用（一）與測(cè)量條件有關(guān)的因素（一）與測(cè)量條件有關(guān)的因素（二）與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)（二）與傳感器有關(guān)的技術(shù)