傳感器的認(rèn)識(shí)-課件

模塊一認(rèn)識(shí)傳感器

傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一。如果說計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸。當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，人們才逐步認(rèn)識(shí)信息攝取裝置——傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。2023/8/81ppt課件模塊一認(rèn)識(shí)傳感器傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)

模塊一認(rèn)識(shí)傳感器

課題一傳感器的認(rèn)識(shí)

課題二傳感器的技術(shù)指標(biāo)2023/8/82ppt課件模塊一認(rèn)識(shí)傳感器課題一傳感[任務(wù)導(dǎo)入]

在現(xiàn)代化的大都市中，高樓大廈鱗次櫛比，大廈里看似舒適的環(huán)境，卻因空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)管道清潔不便致使室內(nèi)空氣污濁，影響人們的身體健康。在狹小的空間里，要完成清掃工作是件不容易的事。

瑞典某公司設(shè)計(jì)的通風(fēng)管道清洗機(jī)器人專門用于清潔及維護(hù)大廈中央空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)管道。

課題一傳感器的認(rèn)識(shí)2023/8/83ppt課件[任務(wù)導(dǎo)入]在現(xiàn)代化的大都市中，高樓大廈鱗2023/8/84ppt課件2023/7/304ppt課件

管道清洗機(jī)器人是由坦克狀的車、各種傳感器、顯示器、錄像機(jī)、控制箱及操控桿組成。

工作人員可以根據(jù)機(jī)器人感受到的外部信息用操控桿控制機(jī)器人前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎，清掃通風(fēng)管道。

機(jī)器人之所以能感受到外界環(huán)境的各種信息，正是因?yàn)樵跈C(jī)器人的各部位安裝了相應(yīng)的傳感器來感覺環(huán)境信息。那么什么是傳感器？它能夠起什么作用？本課題任務(wù)就是認(rèn)識(shí)傳感器，了解傳感器在人們生活以及自動(dòng)化生產(chǎn)中的作用。2023/8/85ppt課件管道清洗機(jī)器人是由坦克狀的車、各種傳感器、顯◆知識(shí)點(diǎn)¤了解傳感器的作用與分類¤學(xué)習(xí)傳感器的組成和適用場(chǎng)所◆技能點(diǎn)¤掌握傳感器的組成與使用2023/8/86ppt課件2023/7/306ppt課件[相關(guān)知識(shí)]一、傳感器的認(rèn)識(shí)

力傳感器流量傳感器視覺傳感器

位移傳感器壓力傳感器2023/8/87ppt課件[相關(guān)知識(shí)]一、傳感器的認(rèn)識(shí)

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的非電量信息，如溫度、壓力、流量、位移等，并將檢測(cè)到的信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，用以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄或控制等要求。

傳感器是自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的首要環(huán)節(jié)，為自動(dòng)控制提供控制依據(jù)。傳感器在機(jī)械電子、測(cè)量、控制、計(jì)量等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。2023/8/88ppt課件傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的非二、傳感器的定義及組成

電量一般是指物理學(xué)中的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻、電容、電感等；

非電量則是指除電量之外的一些參數(shù)，如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度、酸堿度等等。在眾多的實(shí)際測(cè)量中，大多數(shù)是對(duì)非電量的測(cè)量。

2023/8/89ppt課件二、傳感器的定義及組成2023/7/309p國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！?/p>

廣義地說，傳感器就是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量、便于利用的電信號(hào)的器件，可以用下圖所示的框圖簡(jiǎn)單表示。2023/8/810ppt課件國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：20

傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測(cè)量電路組成。敏感元件直接與被測(cè)量接觸，轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量（如壓力轉(zhuǎn)化成位移、流量轉(zhuǎn)化成速度）；傳感元件再將這一非電量轉(zhuǎn)換成電參量（如電阻、電容、電感）。

傳感元件輸出的信號(hào)幅度很小，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲，轉(zhuǎn)換電路能夠起到濾波、線性化、放大作用，轉(zhuǎn)化成易于測(cè)量、處理的電信號(hào)，如電壓、電流、頻率等。2023/8/811ppt課件傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測(cè)量電路組成。20

應(yīng)該指出，不是所有傳感器都有敏感和傳感元件之分，有些傳感器的敏感元件可以直接將非電量轉(zhuǎn)化成電參量的變化。

比如鉑電阻式溫度傳感器：當(dāng)所測(cè)溫度變化時(shí)，其敏感元件的電阻值變化，經(jīng)測(cè)量電路直接轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)或電流信號(hào)。

也不是所有傳感器都包含測(cè)量電路，有些傳感器因測(cè)量環(huán)境惡劣，測(cè)量電路不能正常工作或誤差較大，這樣的傳感器和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路是分開的。比如溫度傳感器，電子元器件的工作溫度最高為125℃，當(dāng)所測(cè)溫度較高時(shí)，溫度傳感器不能包含測(cè)量電路。2023/8/812ppt課件應(yīng)該指出，不是所有傳感器都有敏感和傳感元件之三、傳感器的分類目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：

１.按傳感器的物理量分類，可分為溫度、壓力、流量、速度、位移、力等傳感器。

２.按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、霍爾、光電、熱電偶等傳感器。

３.傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“１”和“0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬量的模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。

2023/8/813ppt課件三、傳感器的分類目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)四、傳感器的作用在檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳感器的作用相當(dāng)于人的五官，常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器——視覺聲敏傳感器——聽覺

氣敏傳感器——嗅覺化學(xué)傳感器——味覺

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺自動(dòng)化程度越高，系統(tǒng)對(duì)傳感器的依賴性越大，傳感器對(duì)系統(tǒng)功能的決定性作用越明顯。

2023/8/814ppt課件四、傳感器的作用在檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中2023/8/815ppt課件2023/7/3015ppt課件課題二傳感器的技術(shù)指標(biāo)[任務(wù)導(dǎo)入]

要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一個(gè)高溫箱的溫度：測(cè)量溫度大約為50℃

～80℃，檢測(cè)結(jié)果的精度要達(dá)到1℃

。

現(xiàn)有三種帶數(shù)字顯示表的溫度傳感器，它們的量程分別是0℃

～500℃、0℃

～300℃、0℃

～100℃，精度等級(jí)分別是0.2級(jí)、0.5級(jí)和1.0級(jí)，為了滿足需要，你應(yīng)該怎樣選擇呢？判別傳感器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

本課題任務(wù)就是通過學(xué)習(xí)傳感器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的含義，了解傳感器的判別標(biāo)準(zhǔn)。2023/8/816ppt課件課題二傳感器的技術(shù)指標(biāo)[任務(wù)導(dǎo)入]要實(shí)◆知識(shí)點(diǎn)¤了解傳感器的判別標(biāo)準(zhǔn)¤學(xué)習(xí)傳感器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的含義◆技能點(diǎn)¤掌握傳感器的誤差計(jì)算與一般選用2023/8/817ppt課件2023/7/3017ppt課件[相關(guān)知識(shí)]一、測(cè)量誤差與儀表等級(jí)在實(shí)際測(cè)量過程中，由于測(cè)量?jī)x器的精度限制，測(cè)量原理和方法不完善，或測(cè)量者感官能力的限制，測(cè)量的結(jié)果不可能絕對(duì)精確，總會(huì)產(chǎn)生誤差。

誤差是測(cè)量值與真實(shí)值之差，分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。2023/8/818ppt課件[相關(guān)知識(shí)]一、測(cè)量誤差與儀表等級(jí)在實(shí)際測(cè)量1．絕對(duì)誤差△絕對(duì)誤差反映測(cè)量值偏離真值的大?。?/p>

△＝Ax-A0式中Ax：測(cè)量值；A0：理論真值。

絕對(duì)誤差△和測(cè)量值A(chǔ)x具有相同的單位。用絕對(duì)誤差無法比較不同測(cè)量結(jié)果的可靠程度。2．相對(duì)誤差γ人們用測(cè)量值的絕對(duì)誤差與測(cè)量值之比來評(píng)價(jià)，稱它為相對(duì)誤差，并可化成百分比，也叫百分誤差。相對(duì)誤差γ由下式計(jì)算：式中Ax：測(cè)量值；A0：理論真值2023/8/819ppt課件1．絕對(duì)誤差△式中Ax：測(cè)量值；A0：理論真值2絕對(duì)誤差是有單位的，和被測(cè)量具有相同的量綱。用絕對(duì)誤差無法比較不同的量程、不同測(cè)量結(jié)果的誤差，多數(shù)場(chǎng)合評(píng)價(jià)儀表精度都用相對(duì)誤差。

例如：用天平測(cè)得兩個(gè)物體的質(zhì)量分別是100.0克和1.0克，兩次測(cè)量的絕對(duì)誤差都是0.1克，從絕對(duì)誤差來看，對(duì)兩次測(cè)量的評(píng)價(jià)是相同的，但是前者的相對(duì)誤差為0．1%，后者則為10%，后者的相對(duì)誤差是前者的一百倍。所以，只有用相對(duì)誤差才能夠表達(dá)儀表測(cè)量結(jié)果的可靠程度，即誤差。2023/8/820ppt課件絕對(duì)誤差是有單位的，和被測(cè)量具有相同的量綱。3．儀表的準(zhǔn)確度S在正常的使用條件下，儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度叫儀表的準(zhǔn)確度。

式中Δm：最大絕對(duì)誤差；Am：儀表的滿量程準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。我國模擬量工業(yè)儀表等級(jí)分為七個(gè)等級(jí)：儀表等級(jí)0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0，基本誤差±0.1％±0.2％、±0.5％、±1.0％、±1.5％、±2.5％、±5.0％儀表準(zhǔn)確度習(xí)慣上稱為精度，準(zhǔn)確度等級(jí)習(xí)慣上稱為精度等級(jí)。應(yīng)該指出，誤差與錯(cuò)誤不能相提并論：誤差不可能避免，而錯(cuò)誤則可以避免。2023/8/821ppt課件3．儀表的準(zhǔn)確度S式中Δm：最大絕對(duì)誤差；Am：儀二、傳感器的技術(shù)指標(biāo)

1．傳感器的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎胄盘?hào)不隨時(shí)間變化時(shí)，傳感器的輸入與輸出之間所對(duì)應(yīng)的關(guān)系。表征傳感器靜態(tài)特征的技術(shù)指標(biāo)主要有：線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度和分辨力等。2023/8/822ppt課件二、傳感器的技術(shù)指標(biāo)1．傳感器的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)2（1）傳感器的靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。它是輸出—輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間呈線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

例如，某溫度傳感器，在溫度變化1℃時(shí)，輸出電壓變化為20mV，則其靈敏度應(yīng)表示為20mV/℃。2023/8/823ppt課件（1）傳感器的靈敏度2023/7/3023ppt課件（2）傳感器的分辨力分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量最小變化的能力。也就是說，如果輸入量小于分辨力時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力是不相同的。在選用傳感器時(shí)應(yīng)特別關(guān)注該項(xiàng)指標(biāo)，特別是在要求測(cè)量精度較高的時(shí)候，傳感器的精度雖然較高，但如果分辨力低，仍不能滿足測(cè)量要求。

2023/8/824ppt課件（2）傳感器的分辨力2023/7/3024ppt課件（3）傳感器的線性度δL人們總希望傳感器的輸入與輸出成唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且最好呈線性關(guān)系，便于儀表顯示。但一般情況下，受外界環(huán)境的各種影響，傳感器輸入輸出不會(huì)完全符合線性關(guān)系。線性度（非線性誤差）就表示傳感器的輸入—輸出特性近似于一條直線的程度，計(jì)算公式如下：

式中ΔLmax—實(shí)際測(cè)量曲線與理論直線（擬和直線）間的最大差值；

Ymax-Ymin—傳感器最大輸出范圍。

2023/8/825ppt課件（3）傳感器的線性度δL式中ΔLmax—實(shí)際測(cè)1—擬合直線2—實(shí)際特性曲線理論直線（擬合直線）的獲得方法有多種。如將傳感器特性曲線的零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)相連所成的直線作為的理論直線；或用最小二乘法擬合直線作為理論直線。

2023/8/826ppt課件1—擬合直線2—實(shí)際特性曲線理論直線（（4）傳感器的遲滯δH傳感器正行程（輸入量增大）和反行程（輸入量減?。┑妮斎?輸出特性曲線不能完全重合。遲滯是指?jìng)鞲衅髟谙嗤ぷ鳁l件下全測(cè)量范圍校準(zhǔn)時(shí)，正、反行程校準(zhǔn)曲線間的最大差值，在數(shù)值上用此最大差值對(duì)滿量程輸出的百分比來表示，計(jì)算公式如下：式中ΔHmax—正、反行程校準(zhǔn)曲線間的最大差值。遲滯會(huì)引起傳感器的分辨力變差，或造成測(cè)量盲區(qū)。

1—正向特性2—反向特性2023/8/827ppt課件（4）傳感器的遲滯δH式中ΔH（5）重復(fù)性δR重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谙嗤墓ぷ鳁l件下，輸入按同一方向作全測(cè)量范圍連續(xù)變動(dòng)多次時(shí)（一般為3次），特性曲線的不一致性。在數(shù)值上用各校準(zhǔn)點(diǎn)上正、反行程的平均值與測(cè)量數(shù)據(jù)的最大差值對(duì)滿量程輸出的百分比值來表示，計(jì)算公式如下：

式中ΔRmax—正、反行程校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量平均值與測(cè)量數(shù)據(jù)間的最大差值。傳感器的靜態(tài)測(cè)量精度包含線性度、遲滯、重復(fù)性。2023/8/828ppt課件（5）重復(fù)性δR式中ΔRmax—正、2．傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎腚S時(shí)間變化時(shí)，它的輸出的特性。主要考慮兩項(xiàng)指標(biāo)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng)范圍。傳感器的響應(yīng)動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)總有一定的延遲，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。在測(cè)量時(shí)總希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)范圍是指?jìng)鞲衅髂軌虮３州敵鲂盘?hào)不失真的頻率范圍。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬。傳感器的頻率響應(yīng)范圍主要受傳感器結(jié)構(gòu)特性的影響，固有頻率低的傳感器，其頻率響應(yīng)也較低。在校驗(yàn)傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用一些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示，如階躍信號(hào)、正弦信號(hào)，即可求得動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng)范圍。2023/8/829ppt課件2．傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)2023/7/3029ppt課件三、傳感器的一般選擇原則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在組成測(cè)量系統(tǒng)時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。如何選擇合適的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件具體分析。我們應(yīng)從以下幾方面因素進(jìn)行考慮:2023/8/830ppt課件三、傳感器的一般選擇原則2023/7/3030ppt課件1．與測(cè)量條件有關(guān)的因素

(1)測(cè)量的目的；

(2)被測(cè)試量的選擇；

(3)測(cè)量范圍；

(4)輸入信號(hào)的幅值，頻帶寬度；

(5)精度要求；

(6)測(cè)量所需要的時(shí)間。

2023/8/831ppt課件1．與測(cè)量條件有關(guān)的因素2023/7/3031ppt課件2．與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)

(1)精度；

(2)穩(wěn)定度；

(3)響應(yīng)特性；

(4)模擬量與數(shù)字量；

(5)輸出幅值；

(6)對(duì)被測(cè)物體產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)；

(7)校正周期；

(8)超標(biāo)準(zhǔn)過大的輸入信號(hào)保護(hù)。

2023/8/832ppt課件2．與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)2023/7/3032ppt課件3．與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素

(1)安裝現(xiàn)場(chǎng)條件及情況；

(2)環(huán)境條件(濕度、溫度、振動(dòng)等)；

(3)信號(hào)傳輸距離；