o第14章_非电量测量(学生)50页PPT

一、传感器的静态特性
1. 线性度
线性的输入/输出特性 ykxb
优点： • 简化理论分析； • 输出量处理简便； • 便于被测量直读
y ymax ymin
xmin
x xmax
实际中的传感器多为非线性特性。
y f x a 0 a 1 x a 2 x 2 . . a n x .n
y1
0x
y2 x
0
y3 x
0
y4 x
0
y1 a1x
使用中，常用一条直线来
y y y4 3 2 a a a 1 1 1x x x a a a 3 2 2x x x 3 2 2 a a a 5 3 4 x x x 5 3 4 .........近采同似用的表不误示同差实的——际拟非的合线非方性线式误性，差特会。性有。不
铂：0. 00393/℃; 铜：0. 0043/℃; 镍：0. 0068/℃
热电阻温度计的应用电路
电阻R1、R2、R3及热电阻RT 组成一电阻电桥。
R1
R2
R3
Rref2
Rref1
结构型传感器； 传感器的结构： 传感器可分为两类 物性型传感器。
输入
非电量变换
预变换器
非电量/电量变换
基本变换器
逆变换器
电量变换
电变换器 输出
非电量测量的分类：
有两种方法 1. 按传感器的工作机理分组讨论； 2. 对于相同的被测量，将不同类型的传感器放在一起讨论。
§14-2 传感器的静态特性和动态特性
遥测、巡回检测自动测量和连续测量。 3. 可在极宽的范围内，以较快的速度对非电量进行准确测量。 4. 利用计算机技术，可对测量过程中的非线性进行校正、补偿。 5. 可完成非电量无法完成的任务(如温度场测量)。
三、非电量电测系统的组成
非电量电量 系统组成框图
传感 信号 元件 调理
信号 处理
数据 输出
m d d22 ztd d22 x t Cd dz tkz 0 被测加速度
或
d d 2 2 zt m C d d z t m k z d d 22 x t A x
令
0
k, m
C
h2m0
0为固有共振频率，h为阻尼比。
得
d d 2 2 zt 2 h0d d z t 0 2 z d d 2 2 x t A x
由此，得被测加速度与相对位移之间的传递函数
G sA z x s s s2 2 h 1 0 s0 2
可通过分析G(s)的极点在s平面的分布，确定系统的动态响应。
§14-3 电阻式传感器
电阻式传感器——非电量的变化转换为电阻值的变化。 大电阻变化——电位器式传感器、热敏电阻
分类 小电阻变化——应变式片、热电阻
(2) 传感器输入-输出关系为 y k 2 x
由定义：
S
k2 x2
将
S
k2 x2
在(x0 ,y0)点级数展开
yx y0 0x 1 xx 0 xx 0 2 xx 0 3.. . Sx y0 01 xx 0 xx 02 xx 03...
为减小灵敏度的非线性，常采用差动形式
传感器直接感受被测的非电量，并将其转变成电量； 信号调理环节将传感器输出转换为便于进一步处理的信号；
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非电量电测技术的关键： 将非电量变换为电磁量的技术——传感器技术
四、传感器的定义和结构
传感器(Transducer 、Sensor、 )的定义： 为测量的目的，将感受的物理量(一般为非电量)按照相应
的关系转换成另一物理量(一般为电量)输出的装置。 传感器是一种用于测量目的完成信息变换任务的装置。
ym y
max100%
max
ym
max为加载与减载输出值之间的最大差值。y m y
4. 重复性
max
多次重复测试所得到的各条曲线的重复程度。
max100%
ym
x xm
x xm
二、传感器的动态特性
传感器的动态特性指传感器输入为典型信号时，其输出的 时域和频域特性。举例说明。
1. 一阶系统举例
§14-1 概述
一、问题的提出
非电量有多种。早期多采用非电的测量方法。随着科学技 术的发展，对测量速度、测量准确度、测量自动化等要求不断 提高，非电的测量方法已不能满足要求。 非电量电测技术：用电测技术的方法测量非电的物理量。
二、非电量电测技术的主要特点
1. 应用了较为成熟和完善的电磁测量技术、理论和方法。 2. 电信号容易传输、转换、记录、存储和处理。因而便于实现
一、电阻式温度传感器
1、热电阻温度计
R1 R0
6
镍 铜
大多金属材料的电阻随温度的变化关系： 4 2 R t R 0 1 1 t 2 t 2 n t n
铂t
200 400 600 800
温度系数αi 取决与金属材料， 一般只需考虑α1（α2比α1 小3个数量级）。
此时
SddRt 1R0
一阶温度系数：
非线性误差：
ym
1
max100% ym
max
端基线法
常用的曲线拟合法： 平均选点法
最小二乘法
ym max
x xm
x xm
2. 灵敏度S S 输输入出非电电量量的的增增量 dd量 xy
讨论下面两种情况。
(1) 传感器输入-输出关系为 yk1x
由定义：
S k1
结论：具有线性关系的传感器，其灵敏度为常数。
温度传感器 GsTTF((ss))1m 1 cs11s
kA
T——传感器温度； TF——液体温度； m——传感器质量； c——传感器材料比热； k——液体与传感器间的总传热系数； A——有效传热面积。
t
温度传感器对 阶跃输入的响应
一阶系统由于时间常数的存在，输出跟踪不上输入的快速 变化，从而产生测量误差。
2. 二阶系统举例
惯性测振仪 x(t ) 输入位移信号；
x(t)
弹簧 阻尼
z(t)
y(t ) 惯性质量位移信号；
y(t )
z(t ) 惯性质量相对于基座位移信号；
质量m
弹性力 kyxkz
阻尼力 CdyxCdz
dt
dt
惯性力
d2y mdt2
m d d2t2 xd d2t2 z
所以，振动体系的平衡方程为
y yx y0 0 x 1 xx 0 2 xx 0 4.. ..
差动式结构使灵敏度提高了一倍，并改善了非线性特性。
3. 迟滞
迟滞特性说明传感器输入量增大和减小，输入-输出特性 曲线不重合的程度。
迟滞现象产生的主要原因是传感器机械部分存在的不可
避免的缺陷(轴承摩擦、间隙、等)。 迟滞大小一般用实验的方法确定