非电量测试技术的基础知识.ppt

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1、第6章非电量测试技术的基础知识6.1传感器概述6.1.1传感器的定义传感器是一种以一定精确度把被测量（非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（电量）的测量装置。含义：传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量。输出与输入间有对应关系，且有一定的精确度。6.1.2传感器的组成敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它

2、把输入转换成电路参数。转换电路：将上述电路参数接入转换电路，并转换成电量输出。传感器组成框图6.1.3传感器分类广泛采用的分类方法有以下几种:按工作机理，分为物理型、化学型、生物型等。按构成原理，分为结构型、物性型两大类。结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。这类传感器的特点是传感器的性能与它的结构材料没有多大关系，如差动变压器。物性型传感器是利用物质定律构成的，如欧姆定律等。物性型传感器的性能随材料的不同而异，如光电管、半导体传感器等。传感器分类按能量转换情况，分为能量控制型、能量转换型。能

3、量控制型传感器在信息变换过程中，其能量需外电源供给。如电阻、电感、电容等电路参量传感器。能量转换型传感器，主要是由能量变换元件构成，它不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电效应等原理构成的传感器。按物理原理，可分为电参量式传感器（包括电阻式、电感式、电容式等基本型式）、磁电式传感器（包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器（包括超声波式、微波式等）射线式传感器、半导体式传感器、其它原理的传感器（如振弦式和振筒式传感器等）。按照使用来分类，可分为位移传感器、压力传感器、振动传感器，温度

4、传感器等。6.2传感器的特性6.2.1传感器的静态特性1.线性度2.灵敏度3.迟滞4.重复性5.零点漂移7.温漂8．静态标定6.2.2传感器的动态特性1.瞬态响应特性2.频率响应特性1.线性度感器的输出-输入特性一般可用下列多项式表示实际特性曲线与拟合直线间偏差称传感器非线性误差。取最大值与输出满度值之比作为评价指标:式中：x被测量，y输出；a0为零位输出，a1为传感器灵敏度；a2….an为非线性项系数。2.灵敏度灵敏度是指传感器在稳态下输出变化量Δy与引起此变化的输入变化量Δx之比,用k表示，即:(a)线性传感器(b)非线性传感器表征

5、传感器输入量变化的反应能力，一般希望传感器灵敏度高，在量程范围内恒定，输入、输出特性为直线。3.迟滞实验方法确定，用最大输出差值ΔHmax对满量程输出YFS的百分比表示，即传感器在正、反行程（上升、下降）期间，其输入-输出特性曲线不重合的现象称迟滞（滞环）。原因：储能（弹性元件）、运动器件摩擦等。死区死区：死区效应，例如传动机构的摩擦和间隙实际上升曲线和实际下降曲线不重合仪表输入小到一定范围后不足以引起输出的任何变化死区效应分析4.重复性指在同一工作条件下，输入量按同一方向做全量程多次变化，所得特性的不一致。属于随机误差，常用标准偏差表

6、示，也用正、反行程中的最大偏差表示:或：5.零点漂移传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值，即为零点漂移。零漂＝6.温漂温漂表示温度变化时，传感器输出值的偏离程度。一般以温度变化1℃，输出最大偏差与满量程的百分比:温漂＝7.静态标定标定概念：利用标准设备产生的已知非电量作为传感器输入，测量传感器输出，然后与标准量比较而获得系列实验数据或曲线的过程。在静态标准条件下进行，无加速度、振动、冲击，环境温度、湿度、大气压一般要求。标定的基准仪器要至少比被标定传感器精度高一个等级。静态标定步骤将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距

7、点；根据传感器量程分点情况，由小到大输入标准量值，并记录下与各输入值相对应的输出值；将输入值由大到小地减少，记录下与各输入值相对应的输出值；按⑵、⑶所述过程，对传感器进行正、反行程多次测试，一般是3次，将得到的输出－输入数据用表格或曲线表示出来；对这些数据进行，就可以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。6.2.2传感器的动态特性指在测量随时间变化的动态非电量时传感器输出与输入之间的关系，即传感器的输出对随时间变化的输入量的反应能力。在研究传感器的动态特性时，将大多数传感器简化为一阶或二阶系统；同时，可以从时域和频域两

8、个方面来进行分析。1.瞬态响应特性一阶传感器的单位阶跃响应二阶传感器的单位阶跃响应瞬态响应特性指标一阶传感器的单位阶跃响应设x(t)和y(t)分别为传感器的输入量和输出量，均是时间的函数，则一阶传感器的传递