《傳感器測(cè)量原理》課件

傳感器測(cè)量原理本課程將深入探討傳感器測(cè)量原理，涵蓋傳感器類(lèi)型、特性、應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。課程簡(jiǎn)介目標(biāo)深入理解傳感器的工作原理、特性和應(yīng)用。掌握傳感器測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建方法。內(nèi)容涵蓋傳感器類(lèi)型、特性分析、信號(hào)處理、應(yīng)用案例以及未來(lái)發(fā)展方向。傳感器概述定義傳感器是一種將非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件，用于測(cè)量物理量。作用將物理量信息轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)，為自動(dòng)化控制提供基礎(chǔ)。分類(lèi)按照測(cè)量物理量分類(lèi)，包括溫度、壓力、流量、位移等傳感器。傳感器的基本功能感知接收來(lái)自被測(cè)對(duì)象的物理量信息。轉(zhuǎn)換將物理量信息轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)。輸出輸出電信號(hào)，傳遞給后續(xù)的信號(hào)處理和控制系統(tǒng)。傳感器的靜態(tài)特性1靈敏度：指輸出信號(hào)變化量與輸入量變化量之比。2線(xiàn)性度：指?jìng)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)與輸入信號(hào)之間的線(xiàn)性程度。3遲滯：指?jìng)鞲衅髟谡捶较蜃兓瘯r(shí)輸出信號(hào)之間的差異。4重復(fù)性：指?jìng)鞲衅髟谙嗤瑮l件下多次測(cè)量同一輸入量時(shí)的輸出信號(hào)一致性。5穩(wěn)定性：指?jìng)鞲衅髟谝欢〞r(shí)間內(nèi)輸出信號(hào)的穩(wěn)定程度。傳感器的動(dòng)態(tài)特性響應(yīng)時(shí)間：傳感器對(duì)輸入信號(hào)變化做出反應(yīng)所需的時(shí)間。頻率響應(yīng)：指?jìng)鞲衅鲗?duì)不同頻率的輸入信號(hào)的響應(yīng)能力。動(dòng)態(tài)范圍：指?jìng)鞲衅髂軌蛘９ぷ骱蜏y(cè)量的輸入信號(hào)范圍。電阻傳感器1工作原理基于電阻變化與被測(cè)物理量變化之間的關(guān)系。2類(lèi)型應(yīng)變片、熱敏電阻、光敏電阻等。3應(yīng)用測(cè)量應(yīng)力、溫度、光照強(qiáng)度等。電容傳感器1工作原理利用電容變化與被測(cè)物理量變化之間的關(guān)系。2類(lèi)型平行板電容、可變電容等。3應(yīng)用測(cè)量位移、液位、壓力等。電感傳感器1原理基于電感變化與被測(cè)物理量變化之間的關(guān)系。2類(lèi)型可變電感、差動(dòng)電感等。3應(yīng)用測(cè)量位移、流量、振動(dòng)等。熱電偶傳感器原理基于兩種不同金屬導(dǎo)體連接形成回路，溫度差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的原理。類(lèi)型K型、S型、E型等。應(yīng)用測(cè)量高溫環(huán)境的溫度，如工業(yè)爐窯、金屬加工等。熱敏電阻傳感器壓電傳感器原理基于某些材料在受到壓力或拉伸時(shí)產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。應(yīng)用測(cè)量壓力、加速度、振動(dòng)等?；魻栃?yīng)傳感器原理基于電流在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的霍爾電壓。類(lèi)型線(xiàn)性霍爾傳感器、數(shù)字霍爾傳感器等。應(yīng)用測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度、角度、速度等。光電傳感器1光電管傳感器：利用光電管的光電效應(yīng)。2光電耦合傳感器：利用光電耦合器。3光纖傳感器：利用光纖傳輸光信號(hào)。傳感器的選擇原則測(cè)量對(duì)象和測(cè)量范圍精度要求和靈敏度響應(yīng)速度和動(dòng)態(tài)特性工作環(huán)境和可靠性成本和性?xún)r(jià)比傳感器信號(hào)調(diào)理電路1放大提高傳感器輸出信號(hào)的幅值。2濾波去除噪聲和干擾信號(hào)。3線(xiàn)性化改善傳感器輸出信號(hào)的線(xiàn)性度。4轉(zhuǎn)換將信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需的格式，如模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。模擬量測(cè)量電路1A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)處理。2放大器放大傳感器輸出的微弱信號(hào)。3濾波器去除噪聲和干擾信號(hào)。數(shù)字量測(cè)量電路1計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，測(cè)量頻率和時(shí)間。2邏輯門(mén)用于實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，進(jìn)行信號(hào)判斷和控制。3數(shù)字濾波器用于去除數(shù)字信號(hào)中的噪聲和干擾。傳感器故障診斷自診斷傳感器自身具備故障檢測(cè)功能。外部測(cè)試?yán)脤?zhuān)門(mén)的測(cè)試儀器對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試。故障分析分析故障原因，制定維修方案。傳感器標(biāo)定方法靜態(tài)標(biāo)定在靜態(tài)條件下進(jìn)行標(biāo)定，建立傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系。動(dòng)態(tài)標(biāo)定在動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行標(biāo)定，驗(yàn)證傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的響應(yīng)能力?，F(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行標(biāo)定，確保傳感器在實(shí)際應(yīng)用中的準(zhǔn)確性。傳感器可靠性分析1MTBF：平均故障間隔時(shí)間，反映傳感器的平均無(wú)故障工作時(shí)間。2可靠度：指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)定功能的概率。3失效模式分析：分析傳感器可能出現(xiàn)的失效模式及其原因。傳感器在工業(yè)測(cè)控中的應(yīng)用過(guò)程控制：用于測(cè)量溫度、壓力、流量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。質(zhì)量檢測(cè)：用于測(cè)量產(chǎn)品尺寸、重量、成分等參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。安全監(jiān)測(cè)：用于檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、氣體濃度等，保障安全生產(chǎn)。自動(dòng)化設(shè)備：用于測(cè)量各種物理量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。壓力傳感器1原理利用壓力變化引起傳感器內(nèi)部應(yīng)變或電容變化。2類(lèi)型應(yīng)變式、電容式、壓阻式等。3應(yīng)用測(cè)量液體或氣體的壓力，如液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)等。流量傳感器1原理利用流體的流速或流量變化引起傳感器內(nèi)部物理量的變化。2類(lèi)型渦街式、電磁式、超聲波式等。3應(yīng)用測(cè)量流體的流量，如管道輸送、工業(yè)生產(chǎn)等。位移傳感器1原理利用物體的位置變化引起傳感器內(nèi)部物理量的變化。2類(lèi)型電位器式、電容式、磁電式等。3應(yīng)用測(cè)量物體的位移，如機(jī)械加工、自動(dòng)化控制等。加速度傳感器原理利用慣性質(zhì)量在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力。類(lèi)型壓電式、電容式、MEMS式等。應(yīng)用測(cè)量物體的加速度，如汽車(chē)安全系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等。溫度傳感器原理利用溫度變化引起傳感器內(nèi)部物理量的變化。類(lèi)型熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻等。應(yīng)用測(cè)量環(huán)境溫度、人體溫度、工業(yè)設(shè)備溫度等。濕度傳感器1電容式濕度傳感器：利用濕度變化改變電容值。2電阻式濕度傳感器：利用濕度變化改變電阻值。3重量式濕度傳感器：利用濕度變化改變重量。光電傳感器應(yīng)用光電開(kāi)關(guān)：用于檢測(cè)物體的存在或移動(dòng)。光電編碼器：用于測(cè)量角度或位移。光電測(cè)距儀：用于測(cè)量距離。光電掃描儀：用于圖像掃描。