第1章--传感器的基本概念.ppt

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1、第1章传感器的基本概念1.1传感器的定义、构成与分类1.2传感器的特性与性能指标返回主目录1.3传感器的发展趋势①悬臂梁作为敏感元件直接感受到了外界作用力（被测量）并转换成自身的形变（非电量）；②电阻应变片随着悬臂梁上表面的延展而被拉长，电阻值变大，将非电量转换成了电参数，是转换元件；③匹配适当的测量电路来提高灵敏度，并补偿环境温度等外界影响。“敏感+转换+测量”弹性悬臂梁测力原理线圈1、线圈2构成两个B型传感器，当衔铁移动时一个线圈的电感增大，另一个线圈的电感减小,变压器电桥将两差动变化的感抗变换成电压输出。线圈：直接感应衔铁的移动并将其转换成电参

2、数（感抗）输出——它是敏感元件与转换元件合一的敏感元件。变压器电桥：将电参数转换成电量——它是转换元件。差动式电感传感器压电式传感器测量电路压电式传感器不需要工作电源。测量值xab测量值x真值A误差Δx误差Δxa与b两个测量，其误差虽然相同，但被测量的长度不同，显然a的测量结果更准确！对物体a与b两个测量结果哪个更准确？（c）多次测量的结果大多准确，并且一致性好——有准确度，也有精密度——有精确度。精密度、准确度、精确度的关系（a）多次测量的结果比较一致，但是误差较大——有精密度，无准确度。（b）多次测量的结果大多准确，但是一致性差——有准确度，无精

3、密度。灵敏度的解释由图可知灵敏度k是特性曲线上某点的切线斜率。如果特性曲线是直线，则k为常数；如果特性曲线是非线性的，则k是变化的。线性化的解释——最大非线性误差；——传感器的满量程输出值；当满足使用误差的要求时，就可以用线性代替非线性。——线性度。理论线性度以零点（0％）为起始点，满量程输出（100％）为终止点，连接这两点的直线（y=kx）即为理论直线。由此计算出的线性度——称为理论线性度（绝对线性度）。理论直线最大误差实际曲线理论线性度拟合直线：端基线性度以零点输出的平均值为起始点，满量程输出平均值为终止点，连接这两点的直线（y=a0+kx）即为

4、端基拟合直线。由此计算出的线性度——称为端基线性度。拟合直线：a0——被测量为零时的传感器输出值。端基线性度平均选点线性度将标定出的全部数据分成近似相等的两组，分别求其点系中心坐标为：连接两点得拟合直线。式中：平均选点线性度独立线性度作两条与端基直线平行的直线，使之恰好包围所有的标定点，然后在这一对平行线之间作一条等距直线，使实际输出特性相对于所选拟合直线的最大偏差值和最小偏差值相等。也称端基平行直线。独立线性度分段线性化这种方法被称为折线逼近法，通常用精密折点电路实现，也可在具有CPU的测量装置中非常方便的用软件实现。分段线性化的线性度则分段按端基

5、线性度计算，取其最大者。分辨力与分辨率分辨力：平均分辨率为：最大分辨率为：（满量程）（满量程）n个台阶(有量纲）(无量纲）阶跃响应与时域性能指标响应时间ts：t1或t2。体现了将被测量转换成电量的快速性。1—一阶系统或二阶过阻尼系统2—二阶欠阻尼系统过冲量（超调量）：表达了传感器在响应过程的平稳性。安全气囊传感器感受汽车碰撞强度，并将感受到的信号在0.01秒之内传送到控制器，控制器接收传感器的信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火并产生大量气体给气囊充气。这一过程只需0.05秒

6、左右。对数幅频特性曲线——下截止频率；——上截止频率。通频带：或1.1传感器的定义、构成与分类例：弹性悬臂梁测力原理1.传感器定义：一种将被测量转换成电信号的装置。传感器完成的任务：①将被测量——转换——为特定的非电量(如应变、位移等)；②将非电量——转换——为电参数（电阻、电感、电容、电势等）；③将电参数——变换——为电量(电压或电流）。2.传感器构成：①敏感元件——完成第一个任务的装置；②转换元件——完成第二个任务的装置；③测量电路——完成第三个任务的装置。3.传感器的结构类型①A型结构的传感器敏感元件这种传感器的敏感元件、转换元件和测量电路是合

7、一的，把感应到的外界非电量的变化直接转换成电量（电荷、电势）输出。如：热电偶、磁电式传感器、光电池和压电式传感器，其转换元件多是有源元件，被称为电量传感器。被测量电量这些传感器的敏感元件和转换元件是同一元件。如：热敏电阻式传感器、电容式传感器、感应同步器、角度编码器等。这种传感器有电阻应变式传感器、电位器传感器、电感式传感器、压磁式传感器。B型和C型也被称为电参数传感器。③C型结构的传感器敏感元件+转换元件+测量电路电量被测量②B型结构的传感器敏感元件+测量电路被测量电量将两个传感器构造成一个测量正增益变化（+△X），一个测量负增益变化（-△X），它

8、们的输出（+△y和-△y）经差动电路处理后再输出,这就是D型结构的传感器，也称为差动结构型传感器。（如差动式