传感器与检测技术_ppt课件第二章[1]
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22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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44
误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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45
误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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25
分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
学习传感器与检测技术概述ppt课件
36
AGV自动送货车
超声波测距传感器、判 断建筑物内人和物所在位置； 红外线色彩传感器运动轨迹 和AGV小车位置识别；条形 码传感器，货品识别。
香港理工AGV模型 自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）37
AG V自 动 送 货 车
38
图坦卡蒙的诅咒
“不论是谁骚扰了法老的安宁， 死神之翼将在它的头上降临。”
6
2、测量的概念 测量是人类对自然界客观事物获得数量观念的一种认识过程，
即借助于专门设备，求出被测量的数值大小。 3、测量的分类
电子测量————电子测量仪器； 非电量测量—————传感器； 4、自动测量系统的组成
图1－1 自动测量系统组成 7
5、自动测量技术的作用
以电子技术、传感器技术、计算机技术为基础的自动测量技 术，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。
而传感器是测量系统的第一个环节，它能否获得信息和获取 信息的正确与否，关系到整个测量系统的精确度，传感器的性能 在很大程度上决定着整个信息技术的性能，因此世界各国都将传 感器技术列为重点发展的新技术。
6、传感器的定义（GB7665-87)
能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信 号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
路及应用；
1
3、学会工程中常见的非电量测量方法，了解传感器在工程检 测中的应用方法；
4、学会分析和设计传感器的应用电路。
四、课程特点
综合性：传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子 学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量 技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统 科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性 高新技术密集型前沿技术；
传感器与检测技术课件ppt课件
传感器与检测技术
第一篇 基础知识引论
1 绪论
1.1 检测仪表控制系统 1.2 基本概念 1.3 检测仪表技术发展趋势
检测技术
检测≠测量 检测技术是实验科学的一部分，主要研究各
种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
智能楼宇控制
图示为某公司楼宇自动化 系统。该系统分为：安全 监测、照明控制、空调控 制、水/废水管理等。
滞环效应分析
同一输入，对应多个输出值，出现误差。
1.2.6 滞环、死区和回差
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
1.2.6 滞环、死区和回差
综合效应： – 既有储能效应，也具有 死区效应。 – 各种情况下，实际上升曲 线和实际下降曲线间的差 值称为回差或变差。
误差函数的有关符号：
– 1）y f x
：误差x发生的概率密度
– 2）p x f x dx ：误差为x的概率，称为概率元
– 3）p a x b b f x dx ：误差在a与b之间的概率 a
– 4）p x f x dx 1 ： 检测值存在或检测误差存在的概率为1
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
作图法求灵敏度过程
y
Δy
切点
传感器 特性曲线
x1
0
K y
Δx
x
xmax x
两者关系
灵敏度高的仪表一定分辨率高（充分条件） 分辨率高的仪表不一定灵敏度高（非必要条件）
原因：分辨率高的仪表，如量程也很小，则灵 敏度也不高。
灵敏度具有可传递性，首尾串联的多仪表系统 总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。
第一篇 基础知识引论
1 绪论
1.1 检测仪表控制系统 1.2 基本概念 1.3 检测仪表技术发展趋势
检测技术
检测≠测量 检测技术是实验科学的一部分，主要研究各
种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
智能楼宇控制
图示为某公司楼宇自动化 系统。该系统分为：安全 监测、照明控制、空调控 制、水/废水管理等。
滞环效应分析
同一输入，对应多个输出值，出现误差。
1.2.6 滞环、死区和回差
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
1.2.6 滞环、死区和回差
综合效应： – 既有储能效应，也具有 死区效应。 – 各种情况下，实际上升曲 线和实际下降曲线间的差 值称为回差或变差。
误差函数的有关符号：
– 1）y f x
：误差x发生的概率密度
– 2）p x f x dx ：误差为x的概率，称为概率元
– 3）p a x b b f x dx ：误差在a与b之间的概率 a
– 4）p x f x dx 1 ： 检测值存在或检测误差存在的概率为1
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
作图法求灵敏度过程
y
Δy
切点
传感器 特性曲线
x1
0
K y
Δx
x
xmax x
两者关系
灵敏度高的仪表一定分辨率高（充分条件） 分辨率高的仪表不一定灵敏度高（非必要条件）
原因：分辨率高的仪表，如量程也很小，则灵 敏度也不高。
灵敏度具有可传递性，首尾串联的多仪表系统 总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。
传感器及检测技术讲义PPT教案
精度（补充）
反映测量结果与真值接近程度的量 (1)准确度 ：反映系统误差对测量结果的影响 (2)精密度：反映随机误差对测量结果的影响 (3)精确度 ：反映系统、随机误差对测量结果的影响
，用不确定度表示。 对于具体的测量，精密度高的而准确度不一定高
，准确度高的精密度不一定高，但精确度高，则精密 度和准确度都高。
①绝对误差 ②相对误差 ③引用误差 ④基本误差 ⑤附加误差
2.测量误差的性质
①随机误差 ②系统误差 ③粗大误差
有关测量技术中的部分名词（补 充）
（1）真值：被测量本身所具有的真正值。 （2）实际值：高精度仪器所测被测量的值。 （3）标称值：测量器具上所标出来的值。 （4）示值：由测量器具的读数装置所指示出
100
%
1.0%
例 2-3
(3) 结论：用1.0级小量程的温度计测量所产生的示值 相对误差比选用0.5级的较大量程的温度计测量所产生的 示值相对误差小，因此选用1.0级小量程的温度计更合适
2.2测量数据的估计和处理
2.2.1随机误差分析 2.2.2系统误差分析 2.2.3粗大误差剔除 2.2.4测量数据处理中的几个问题
L
式中: δ——相对误差, 一般用百分数给出; Δ——绝对误差;
L——真值。（实际值）
2）示值' (标称)相10对0%误差：x——测量值
x
误差的表示方法（3）
3）引用（满度）误差
引用误差可用下式定义:
xm
测量上限－测量下限
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。
γ为引用误差； Δ为绝对误差；xm为满度值。
【例1】
某采购员分别在A 、B 、C 三家商店购买 100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，发现 均缺少约0.5kg，但该采购员对C家卖牛肉干的 商店意见最大，是何原因？
传感器与检测技术完整ppt课件
xmin 100% YFS
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
.
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
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1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq
传感器技术 传感器与检测技术 PPT课件
学习本课程之前，要求先修《大学物理》、《电路理论》、《模拟电 子技术》、《数字电子技术》、《电气测量技术》，本课程也是《过 程控制系统及仪表》的先修课程。
本课程的性质及适应对象
本课程为电子信息工程专业选修课程。
本科教学计划安排
章次
内容
1 绪论
2 电阻式传感器原理与应用
3 变阻抗式传感器原理与应用
4 光电式传感器原理与应用
基础知识
定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性
检测电路 现代检测系统
传感器原理 检测技术
参考网站
[1]传感器课程 [2]仪表技术与传感器 [3]传感器世界 [4]中国传感器 [5]传感器技术 [6]21IC中国电子网 [7]传感技术学报网
[8]传感器资讯网
参考文献
1．王化祥,张淑英.传感器原理及应用（第3版）[M].天津:天津 大学出版社, 2007
2．杨万海.多传感器数据融合及其应用[M].西安:西安电子科技 大学出版社,2004
思考题与习题
第7章 流量检测
7.1 流量的基本概念 7.2 差压式流量计 7.3 电磁流量计 7.4 涡轮流量计 7.5 涡街流量计 7.6 超声流量计 7.7 质量流量计
思考题与习题
第8章 成分检测
8.1 概述 8.2 热导式气体分析仪 8.3 磁性氧量分析仪 8.4 氧化锆氧量分析仪 8.5 红外气体分析仪 8.6感器概述 1.3 测量误差与数据处理 1.4 传感器的一般特性 1.5 传感器的标定和校准
思考题与习题
第2章电阻式传感器原理与应用
2.1 应变式传感器 2.2 电阻式传感器
思考题与习题
第3章 变阻抗式传感器原理与应用
本课程的性质及适应对象
本课程为电子信息工程专业选修课程。
本科教学计划安排
章次
内容
1 绪论
2 电阻式传感器原理与应用
3 变阻抗式传感器原理与应用
4 光电式传感器原理与应用
基础知识
定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性
检测电路 现代检测系统
传感器原理 检测技术
参考网站
[1]传感器课程 [2]仪表技术与传感器 [3]传感器世界 [4]中国传感器 [5]传感器技术 [6]21IC中国电子网 [7]传感技术学报网
[8]传感器资讯网
参考文献
1．王化祥,张淑英.传感器原理及应用（第3版）[M].天津:天津 大学出版社, 2007
2．杨万海.多传感器数据融合及其应用[M].西安:西安电子科技 大学出版社,2004
思考题与习题
第7章 流量检测
7.1 流量的基本概念 7.2 差压式流量计 7.3 电磁流量计 7.4 涡轮流量计 7.5 涡街流量计 7.6 超声流量计 7.7 质量流量计
思考题与习题
第8章 成分检测
8.1 概述 8.2 热导式气体分析仪 8.3 磁性氧量分析仪 8.4 氧化锆氧量分析仪 8.5 红外气体分析仪 8.6感器概述 1.3 测量误差与数据处理 1.4 传感器的一般特性 1.5 传感器的标定和校准
思考题与习题
第2章电阻式传感器原理与应用
2.1 应变式传感器 2.2 电阻式传感器
思考题与习题
第3章 变阻抗式传感器原理与应用
传感器与检测技术 PPT课件
• 检测技术随着科学技术的发展而发展。现代工业经历了从手工作坊到机械 化、 自动化的历程，并从自动化向自治化、智能化的目标演化。随着生产设备机 械化、自动化水平的提高，控制对象日益复杂，由于系统中表征设备工作状 态的 状态参数多、参数变化快、子系统不确定性大等特点，从而对检测技术 的要求不 断提高，促进了检测技术水平的不断提高。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
传感与检测技术 ppt课件
1.2 传感器的定义
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系 的、便于应用的某种物理量的测量装置。 这是一个比较广泛的定义，包含下面含义： （1）是测量装置，能完成测量任务； （2）输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； （3）输出量是某种物理量，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； （4）输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
1.1 传感器的应用领域
3.传感器与生物医学
光纤流速传感器
荧光材料制作的电子鼻传感器
生物酶血样分析传感器
1.1 传感器的应用领域
4.传感器与航空及航天
航天
飞行器：控制在预定轨道上 速度、加速度、飞行距离测量周围环境、内部设备监控、本身状态 陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器
1.1 传感器的应用领域
1.1 传感器的应用领域
7.传感器与军事技术
数字化战争需要利用全方位、多手段的传感器系统感知和收集战场 各种信息，对这些信息进行判读、分析、综合与管理，实现“传感器-控 制器-武器”一体化。
战场生物传感器不但能准确识别各种生化战剂，而且可与计算机配 合，及时提出最佳防护和治疗方案，还可通过测定炸药、火箭推进剂的 降解情况来发现敌人库存弹药的数量和位置，成为侦察的有效手段。
处电测控控系 人电机
污
利利能建 金
理话试制制统
器
染
用用利筑 融
用
1.1 传感器的应用领域
1.传感器与家用电器
自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风 扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院等。
全自动洗衣机中的传感器：衣物 重量传感器，衣质传感器，水温传感 器，水质传感器，透光率光传感器 (洗净度) 液位传感器，电阻传感器 (衣物烘干检测)。
传感器与检测技术第2章-1_应变式传感器
E 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
EK 4
1
2
3
4
当仅桥臂AB单臂工作时，理想输出电压为
Ug E R E K
4R 4
44
电桥分类
B R1=R
A
Ug
R2=R C
R3=R’ R4=R’
E
D
第一对称电桥
2、第一对称电桥
若电桥桥臂两两相等，即R1 =R2=R ， R3=R4=R′ ， 则 称
16
2.1数 （二）横向效应 （三）动态特性
17
应变片的电阻值 R
• 应变片在未经安装也不受外力情况下， 于室温下测得的电阻值
• 电阻系列：60、120、200、350、500、1000 Ω
电阻值大
可以加大应变片承受电压， 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大
18
25
设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，
粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系
数为αt ，则应变片产生的电阻相对变化为
R R
1
t t
26
由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当
Δt 存在时，引起应变片的附加应变，其值为
2t g s t
βg—试件材料线膨胀系数；βs—敏感栅材料线膨胀系数。
金属箔式应变片
13
金属薄膜应变片
• 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上 形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅， 再加上保护层，易实现工业化批量生产
• 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范 围广，易实现工业化生产
• 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系
15
传感器与检测技术课件第二章
超声波液位传感器
利用超声波的反射来测量液体的 高度，适用于多种液体材料，具 有高精度和可靠性。
压力式液位传感器
通过测量液体对传感器施加的压 力来确定液位高度，用于液体容 器和管道的液位监测。
传感器的精度评定方法
线性性测试
通过在不同输入条件下测量传 感器的输复性测试
通过在相同输入条件下多次测 量传感器的输出，并计算其输 出值的差异性。
响应时间测试
测量传感器从感应到输出的时 间间隔，用于评估传感器的快 速性能。
传感器的温度漂移测试
1 热水浴测试
将传感器浸泡在不同温度的热水中，测量传 感器输出的变化以评估其温度漂移。
2 温湿度测试
在控制温度和湿度条件下，测量传感器输出 的变化以评估其温度和湿度影响。
化学传感器
专门用于检测化学物质的浓度、组成和反应等 信息。
非接触传感器
通过无需直接接触物体即可检测物理量的变化， 如光电传感器和红外传感器。
其他传感器
包括温度传感器，速度传感器，位置传感器等。
常用传感器的介绍
温度传感器
测量环境或物体的温度，常用 于控制系统、气候监测等。
压力传感器
测量气体或液体的压力，广泛 应用于工业自动化和汽车行业。
光电传感器
使用光电效应检测环境中的物 体或距离，常用于自动化和机 器人技术。
气体传感器的类型和特点
1 一氧化碳传感器
2 二氧化碳传感器
检测一氧化碳气体浓度以预防一氧化碳中毒。
测量室内空气中的二氧化碳浓度，用于空气 质量监测和能源管理。
3 甲烷传感器
检测甲烷气体浓度，广泛应用于燃气检测和 防爆系统。
速度传感器的类型和特点
1 霍尔传感器
《传感器检测技术》PPT课件
响
应特性：
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输 出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输入输 出之间的差异就是动态误差；
➢ 传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器的 动态特性。
➢一般用传感器对于标准动态输入信号的响应来衡量传感器 的动态特性。标准动信号为正弦信号、阶跃信号和单位脉冲 信号。
环境影响量指由外界坏境变化而引起的示值变化量。由两个因素构成，一个 是零漂、二是灵敏度漂移。表示环境影响量时，必须同时写出示值偏差及 造成这一偏差的影响因素。
例： 0.1A/U ( 表5% 示电)源电压变化5%时，将引起示值变化0.1uA.
例：某数字式液位计的使用说明书上注明该产品为数 字面板表，它的量程为0-10m（从面板表上可以看到， 事实上只能显示9.99m,属于3位表），非线性训差为 1.5%，使用环境温度为0-30度，温漂为0.001m/度， 请确定该产品是否能满足满度相对误差不大于2.0%的 要求。
在下图中，弹簧管将压力转换为角位 移α
2021/6/10
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弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
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其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转 换为角位移或直线位移。
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压力传感器的外形及内部结构
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测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参 量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
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在左图中，当 电位器的两端加上 电源后，电位器就 组成分压比电路， 它的输出量是与压 力成一定关系的电 压Uo 。
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电位器是一种常用的机电元件，广泛应 用于各种电器和电子设备中。它是一种 把机械的线位移或角位移输入量转换为 与它成一定函数关系的电阻或电压输出 的传感元件，主要用于测量压力、高度、 加速度、航面角等各种参数的测量
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2.1.1 电位器式电阻传感器的原理
1．线性电位器式传感器Leabharlann 2012-9-24
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2.2.2 电阻应变片的种类、材料及 黏贴
电阻丝式应变片基本结构
应变片主要有金属应变片和半导 体应变片两类。金属片有丝式、 箔式、薄膜式3种电阻应变片
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应变片的黏贴技术
① ② ③
④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
应变片的检查 试件的表面处理 确定贴片位置 黏贴应变片 固化处理 粘贴质量检查 引出线的固定与保护 防潮防蚀处理
2.1.4 电位器式位移传感器
YHD型电位器式位移传感器
1—测杆；2—滑线电阻；3—电刷；4—弹簧；5— 滑快；6—导轨；7—外壳；8—无感电阻。
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2.2 应变式电阻传感器
2.2.1 应变效应和应变式电阻传感器的工作原 理 应变效应是指导体或半导体材料在受到外界 力(拉力或压力)作用时，将产生机械变形，进 而导致其电阻值的变化。 当电阻率ρ、长度 和面积s 一定时，物体的电阻与其电 阻率、长度和横截面积之间 l 的关系，可用式表示为 R s
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2 .交流电桥
交流电桥平衡调节
由于分布电容的存在，交流信号的频率会影响电桥 的平衡，故在使用之前，要对电桥进行平衡调节。
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2.2.6 应变式测力传感器
应变式传感器由弹性元件、应变片、附件等组 成。主要用作各种电子称与材料试验机的测力元件、
发动机的推力测试、 水坝坝体承载状况监测等。
电桥的线路补偿
① 零点补偿 要求电桥的4个桥臂电阻值 相同是不可能的，这样就使 电桥不能满足初始平衡条件 （即U0≠0）。为了解决这 一问题，可以在一对桥臂电 阻乘积较小的任一桥臂中串 联一个可调电阻进行调节补 偿。
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2.交流电桥
由于供桥电源为交流电源，引线分布电 容（ 和 ）使得二桥臂应变片呈现复阻抗 特性。
F
F
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汽车衡（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料 ）
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压力传感器
压力传感器主要用于测量流体的压力
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位移传感器
应变式位移传感器是把被测位移量转变 成弹性元件的变形和应变，然后通过应 变计和应变电桥，输出正比于被测位移 的电量
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机械应变一般在10 µε～3 000 µε之间，而应变灵 敏度k值较小，因此电阻相对变化是很小的，用一 般测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用专门 的电路来测量这种微弱的变化。
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1.直流电桥电路
直流电桥电路的4个桥臂是由R1、R2、 R3、R4组成，其中a、c两端接直流电 压Ui，而b、d两端为输出端，其输出电 压为Uo。在测量前，取R1R3 = R2R4， 输出电压为Uo=0。
第2章 电阻式传感器
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引言
电阻式传感器的基本原理是将被测量的 变化转换成传感元件电阻值的变化，再 经过转换电路变成电信号输出。 常用来测量力、压力、位移、应变、扭 矩、加速度等。 电阻式传感器的结构简单、性能稳定、 灵敏度较高，有的还适合于动态测量。
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2.1 电位器式电阻传感器
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加速度传感器
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休息一下
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Uo 4 R
灵敏度为
K
Ui 4
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② 半桥双臂工作方式
安装两个工作应变片，一个受拉应变， 一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称 为半桥差动电路，电桥的输出电压为
Uo U i R 2 R
灵敏度为
K
Ui 2
线性关系，温度补偿等优点。
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③ 全桥4臂工作方式
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R
l s
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2.2.3 电阻应变片的主要特性
1. 横向效应
2. 机械滞后、零漂和蠕变 3. 温度效应
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应变片参数
（1）标准电阻值（R0） （2）绝缘电阻（RG） （3）灵敏度系数（K） （4）应变极限（ξmax） （5）允许电流（Ie） 允许电流是指应 变片允许通过的最大电流。 （6）机械滞后
当电刷在多匝导线上移动时，电位器的阻值和输出 电压不是连续变化，而是阶跃式地变化。 阶梯误差。
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2.1.3 电位器式电阻传感器结构与 材料
1.线绕式电位器 2. 非线绕式电位器 1) 合成膜电位器 2）金属膜电位器 3) 导电塑料电位器 4) 光电电位器
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非线性电位器
对角位移式电位器来说，Uа与滑动臂的 旋转角度成正比，即
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2.1.2 电位器式电阻传感器的基 本特性及误差
电位器输出端接有负载电阻时，其特性 称为负载特性。
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2.1.2 电位器式电阻传感器的基本 特性及误差
阶梯特性及误差
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2.2.4 电阻应变片的温度误差及补偿
电阻应变片由于温度效应引起的误差为温度 误差。原因有：电阻丝的电阻率随温度发生 变化；电阻丝和试件的线膨胀系数不同使其 产生附加形变。 1.自补偿法 2. 线路补偿法
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2.2.5 测量电路
1.直流电路 2.交流电桥
若将电桥4臂接入4片应变片，即2个受拉应变， 2个受压应变，将2个应变符号相同的接入相对 桥臂上，构成全桥差动电路。电桥的4个桥臂 的电阻值都发生变化，电桥的输出电压为
U
o
RU R
i
灵敏度为
K Ui
全桥差动电路没有非线性误差，电压灵敏度是 单片的4倍，具有温度补偿作用。
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1.直流电桥电路
当桥臂电阻发生变化，在电桥输出端的 负载电阻为无限大时，电桥输出电压可 近似表示为
U0
R1
R1 R 4 R 2 R 3
R 2 R 3 R 4
U
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1.直流电桥电路
一般采用全等臂形式，即 R1=R2=R3=R4=R，
R3 U i R1 R 2 R4 ( ) 4 R1 R2 R3 R4
Uo
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电桥工作方式
① 半桥单臂工作方式 ② 半桥双臂工作方式 ③ 全桥4臂工作方式
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① 半桥单臂工作方式
传感器输出的电阻变化量ΔR只接入电桥 的一个桥臂中，在工作时，其余3个电阻 的阻值没有变化（即 ΔR2=ΔR3=ΔR4=0）。电桥的输出电 U i R 压为
1.柱(筒)式传感器 2.悬臂式传感器
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应变式力传感器
应变式力传感器
F
F
F
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F
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各种悬臂梁
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各种悬臂梁
F
固定点
F
固定点
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电缆
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应变式荷重传感器的外形及应
变片的粘贴位置
F
R
4
R1
R 2
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应变式荷重传感器外形及受力位置（续）