电气测量技术41.ppt

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1、电气测量技术信号的检测与变换传感器传感器的定义定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律再转换成可用输出信号的器件或装置,即是一种以一定的精度把被测量转换为之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。定义包含：传感器是一种装置，它能完成检测任务。它的输出量是与某一被测量有对应关系的量，且具有一定的精度。量包括物理量、光、电气、化学量、生物量等。烟雾传感器超声波传感器霍尔传感器压力传感器温度传感器光电传感器国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元

2、件和转换元件组成”。功能：一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。重要性：是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的组成敏感元件转换元件转换电路敏感元件的分类①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元

3、件等十大类物理传感器物理传感器是检测物理量的传感器。工作原理：利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。常见物理传感器：光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。物理传感器举例：光电式传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。光电效应：当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等返回物理传感器能够容易产生这样效应的器件成为

4、光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。光电传感器输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。化学传感器定义：对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。对比于人的感觉器官，化学传感器大体对应于人的嗅觉和味觉器官。但并不是单纯的人器官的模拟，还能感受人的器官不能感受的某些

5、物质，如H2、CO。用途：化学传感器必须具有对待测化学物质的形状或分子结构选择性俘获的功能（接受器功能）和将俘获的化学量有效转换为电信号的功能（转换器功能）。化学传感器气体传感器：传感元件多为氧化物半导体，有时在其中加入微量贵金属作增敏剂，增加对气体的活化作用。对于电子给予性的还原性气体如氢、一氧化碳、烃等，用N型半导体，对接受电子性的氧化性气体如氧，用P型半导体。将半导体以膜状固定于绝缘基片或多孔烧结体上做成传感元件返回生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、

6、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能结构器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。返回传感器的组成敏感元件：直接感受被测量；输出与被测量有确定的关系。转换元件：磁芯与电感线圈。传感器的组成转换电路特例传感器的分类从应用角度出发工作原理：物理型、化学型、生物型构成原理：结构型（定理、数学公式）、物性型（与材料有关）按能量转换：能量控制型、能量转换型传感器的分类按物理形分类电参量磁电

7、式压电式光电式气电式热电式波式射线式半导体式传感器的分类按用途分类位移压力温度振动电流电压功率传感器的一般特性传感器的一般特性静特性动特性特性与参数线性度以及线性化处理迟滞重复性灵敏度与灵敏度误差分辨力与阈值稳定性静态精度动态特性测量系统测量系统定义1：指众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统。如含有传感器、调理电路、数据采集、微处理器或测试仪器。测量系统定义2：指组成完整测量系统中的某一环节或单元如：传感器、调理电路、数据采集卡、测试仪器；可以是更简单的环节，如放大器、电阻分压器、RC滤波器等。测量

8、系统的应用测量系统的基本特性是指测量系统与其输入、输出的关系应用1：已知测量的特性，输出可测，那么通过该特性和输出来推断导致该输出的输入量。应用2：已知测量系统特性和输入，推断和估计系统的输出量。应用3：有已知或观测系统的输入、输出，推断系统的特性