第2讲：被测量的获取―传感器原理ppt课件.ppt

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1、第2讲：被测量的获取—传感器1传感器将被测的量转换成电的或其它形式的物理量输出的装置—传感器。传感器的输出量与被测量间应有明确关系。传感器是测试与检测系统的第一个环节。直接感受被测物理量并对其进行转换的器件单元——敏感元件。敏感元件是传感器的核心。一个传感器的输入量和输出的二次量之间的关系——传感器特性曲线。反应了传感器的信号转换规律。线性传感器——特性曲线是一条直线，y=x0+kx常数k被称为传感系数、转换比、灵敏度。非线性传感器——灵敏度不是常数。着重研究传感器的原理和信号转换关系2传感器的发展趋势数字化、智能化轻量化、小型化多样化、集成化3

2、具体介绍几种传感器……首先介绍常用的电阻式传感器；之后介绍传感器的基本参数；最后介绍几类传感器。4电阻式传感器被测非电量的变化引起电阻器阻值改变的变换元件R=L/AR——电阻值，——电阻率L——导线长度，A——导线截面积电位器式传感器：利用电刷来回移动改变电阻器长度L；电阻应变式传感器：利用应力应变使电阻丝产生变形导致电阻丝长度L、截面积A和电阻率均发生改变；利用热或其它物理量使传感器的电阻率发生变化。电阻式传感器能够测量哪些物理量？5滑动触点式变阻传感器直线位移型（图4.1a）R=ktx，kt=dR/dxR——输出电阻值，x——输

3、入位移，kt——灵敏度6滑动触点式变阻传感器角位移型（图4.1b）R=ktα，kt=dR/dαR——输出电阻值，α——输入角位移，kt——灵敏度7滑动触点式变阻传感器导线均匀分布kt为常数线性传感器非线性传感器：输出电压（电阻）与电刷行程之间呈非线性关系，可以实现三角函数、对数以及其它非线性函数的输出，如图4.1cd所示。8滑动触点式变阻传感器传感器的负载效应（图4.2）当R1确定时，如何提高线性度9应变式传感器电阻应变传感器是将应变量输入转换为电阻（变化）量的输出。当金属电阻丝受拉压时，其长度、截面积、电阻率都发生变化：R=L/A，d

4、R=[A(dL+Ld)−LdA]/A2推导得出：dR/R=(1+2ν+π1E)·ε，单位应变ε=dL/L，材料泊松比ν，纵向压阻系数π1，材料的弹性模量E10电阻式温度计纯金属及大多数合金的电阻率随温度的增加而……？铂的电阻率稳定、线性范围宽（图4.11）常温下铂电阻温度计可检测到10-4ºC量级的温度变化。Rt：温度为t时的电阻值R0：温度t0度时的电阻值α：温度系数0.0039/℃11电阻式温度计电阻温度计的结构（图4.12）12选择和使用电阻式温度计注意事项选用：密封可用于测量腐蚀性液体，但动态响应慢；开口的相反；固体表面测温传感器的

5、的结构要薄。使用：电流要小，防止自发热现象。13热敏电阻热敏电阻（图4.14）是一种具有较大负温度系数的半导体温度传感器，且其特性曲线呈现非线性。热敏电阻的灵敏度为–150Ω/ºC~–20Ω/ºC，比热电偶和电阻温度计高得多，但其不如铂电阻温度计那样具有稳定性。如何使检测系统既具有高的灵敏度、又具有好的稳定性14传感器基本参数传感器本身可以被认为是一个测量系统。传感器h(t)输入x(t)输出y(t)一个传感器的输入量和输出的二次量之间的关系——传感器特性曲线。反应了传感器的信号转换规律。希望特性曲线是线性的，对于非线性系统需要进行补偿。对于传感器

6、而言，我们需要根据输出和特性曲线，计算出输入。15传感器基本参数当被测量是恒定的或变化缓慢的，无需对系统进行动态描述时，只须关注传感器的静态特性。当测量的是快速变化的物理量时，需要用微分方程来描述传感器的特性，此时必须关注动态特性。误差是传感器重要的参数之一。16测量误差E=xm-x=指示值－真值修正值B＝－（xm-x）误差有如下几种系统误差：系统本身造成的误差，包括传感器误差、信号处理误差、标定误差、负载误差等随机误差：具有0均值的测量误差过失误差：操作失误引起的误差对于静态系统的系统误差，比较容易采用校正和补偿技术进行补偿。17传感器的静态参

7、数线性度:ΔYmax/(YH-YL)__非线性误差,也可用直线拟合的相关系数表示精度:测量值和真实值的一致程度，反应系统误差和随机误差灵敏度:K=dY/dX分辨率:用数字化测量的字长来表示稳定性：时间漂移、零点漂移、温漂等重复性:随机误差接近0的程度迟滞和回差零点稳定性量程精度、灵敏度、分辨率的关系18传感器的选择:满足应用的需求抗干扰能力强稳定性好精度和线性度高动态响应快等等性能与成本相关。19稍后继续20介绍如下几类传感器电感式传感器电容式传感器压电传感器磁电式传感器光电式传感器气敏传感器红外辐射检测固态图像传感器霍尔传感器21电感式传感

8、器利用电磁感应原理，将被测非电量（位移变化)转换为电磁线圈的自感量或互感量的变化。电磁传感器按其不同转换方式常分为自感式（可变磁阻、涡流