中职传感器ppt课件2.
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机械工业出版社 中等职业教育电气类规划教材
《自动检测与转换技术》
第一章
多媒体课件
2009－5－1 更新
2018/9/16 1
第一章 检测技术的基本概念
在这一章里，卡卡给大家讲一讲测量的方法 有哪些；测量误差有哪些；如何克服误差。卡 卡还将与大家一起来学习如何读懂传感器的 “特性参数表”。
2018/9/16
3.分辨率：将分辨力除以仪表
的满量程就是仪表的分辨率，
分辨率常以百分比或几分之一
表示，是量纲为1的数。
右表的满量程为199.9A，问： 该表的分辨率为多少？
2018/9/16
40
想一 想
在图1-11中，3位（最大显示999）数字液 位计面板表的示值是多少？满量程是多少？ 分辨力是多少？分辨率又约为多少？
2018/9/16 17
用2.5V 量程测量同 一只1.5V干 电池的电压， 与上图比较， 问示值相对 误差哪一个 大？
2018/9/16 18
算一算
1. 已知被测电压的准确值为 220V，请观察并计算 图1-4所示的电压表上的准确度等级 S、满度值Am、最 大绝对误差Δm、示值Ax、与220V正确值的误差Δ、示 值相对误差x以及引用误差m。 2. 示值相对误差有没有可能小于引用误差？在仪 表绝对误差不变的情况下，被测电压降为 22V，示值 相对误差x将变大了？还是变小了？
2018/9/16 21
产生粗大误差的一个例子
2018/9/16
22
2.系统误差：
在重复性条件下，对同一被 测量进行无限多次测量所得结果 的平均值与被测量的真值之差， 称为系统误差。凡误差的数值固 定或按一定规律变化者，均属于 系统误差。 系统误差是有规律性的，因 此可以通过实验的方法或引入修 正值的方法计算修正，也可以重 新调整测量仪表的有关部件予以 夏天摆钟变慢的 消除。 原因是什么？
批量产品的质量“人工”离线测量
11
第二节
绝对误差：
测量误差及分类
Δ=Ax－Ａ0
某采购员分别在三家商店购买100kg大 米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
相对误差及精度等级
几个重要公式： 示值相对误差 满度相对误差 （引用误差）
2018/9/16 37
作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过程 y
Δy 切点 传感器 特性 曲线
x1
y K x
2018/9/16
0
x
Δx
38
2.分辨力：指传感器能检出被 测信号的最小变化量。当被测 量的变化小于分辨力时，传感 器对输入量的变化无任何反应。 对数字仪表而言，如果没有其 他附加说明，可以认为该表的 最后一位所表示的数值就是它 的分辨力。一般地说，分辨力 的数值小于仪表的最大绝对误 差。右表的分辨力为多少？
接地
2018/9/16 35
二、传感器的基本特性
传感器的特性很多，卡卡简单地给大家介绍几种 常用的特性，如：灵敏度、分辨力、分辨率、线性 度、稳定性、EMC以及可靠性等。
2018/9/16
36
1.灵敏度 ：
灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值
与输入变化值之比，用K 来表示：
dy y K dx x
卡卡算出来啦
1. 从图1-4可知，准确度等级 S＝5.0级，满度值Am＝300V。 最大绝对误差Δm＝300V×5.0÷100＝15V， 示值Ax＝230V。 用更高级别的检验仪表测得被测电压（220V）与 示值值的误差Δ＝10V，示值相对误差x＝4.3%。 引用误差m＝（10/300）×100%＝3.3%， 小于出厂时所标定的5.0%。 2. 若绝对误差 仍为10V，当示值Ax为22V，示 值相对误差x＝（10/22）×100%=45% 。与测量 220V时相比，示值相对误差大多啦！
3.随机误差
测量结果与在重复条件下，对同一被测量 进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为 随机误差。 也可以采用如下的表达：在同一条件下， 多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大 时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方 式变化，该误差称为随机误差。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测 量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方 法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言， 多数随机误差都服从正态分布规律。
x 100% Ax
m 100% Am
m S 100 Am
1-2
1-3
1-4
准确度（精度）
例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示 值相对误差的比较，请得出结论！
满度相对误差相等，示值相对误差的差别很大
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的准确度为2.5级， 用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误 差为2.5% 。 某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在 1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？
2018/9/16
期
浴盆曲线
47
“老化”试验：
在检测设备通 电的情况下，将 之放置于高温环 境 低温环境 高温环 境……反复循环。 老化之后的系统 在现场使用时， 故障率大为降低。
2018/9/16
48
某振动传感 器的产品说 明书原件如 表1-2所示， 该传感器共 有几个参数？ 主要参数是 哪几个？灵 敏度怎么看
2018/9/16 45
7.EMC
所谓EMC是 指电磁兼容性， 即电子设备在规 定的电磁干扰环 境中能正常工作， 而且也不干扰其 他设备的能力。 具体的抗电磁干 扰、提高电磁兼 容能力的方法将 在第十二章中介 绍。
8.可靠性 ：可靠性是反映检测系统在规定
的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种 综合性的质量指标。 磨合期又称 早期失效期 稳定期又称 偶然失效期 失效期又称 衰老失效期
30
弹性敏感元件（弹簧管）
敏感元件在传感器中直接感受被测量， 并转换成与被测量有确定关系、更易于转换 的非电量。
2018/9/16
31
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。
2018/9/16
32
压力传感器的外形及内部结构
2018/9/16
表1-2 EMT220袖珍 式测振仪技术 参数
2018/9/16
49
休息一下
2018/9/16
50
2018/9/16
28
第三节
传感器及基本特性
一、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
结合上述 工作原理， 能否将上 图方框图 中的内容 具体化？
1-弹簧管 2-电位器
2018/9/16 29
电位器式压力传感器原理框图
画一画
画出的电位器式压力传感器原理框图如图所 示。
2018/9/16
2
第一节 测量的分类
1.什么是静 态测量和 动态？
2018/9/16
3
对缓慢变化的对
象进行测量亦属于静
态测量。
最高、最低 温度计
2018/9/16 4
什么是动态 测量？
地震测量 振动波形
2018/9/16
5
2.什么是直接测量和间接测量？
电子卡尺
2018/9/16
6
间接测量
对多个被测量进行测量，经过计算求得 被测量。 （阿基米德测量皇冠的比重）
2018/9/16 7
什么是接触 式测量？
2018/9/16
8
非接触式测量
例：雷达测速
利用红外线辐射测量供电 变压器的表面温度 车载雷达测速
wenku.baidu.com2018/9/16 9
什么是 在线 测量 ？
2018/9/16
在流水线上，边加工， 边检验，可提高产品的一致 性和加工精度。 10
离线测量
2018/9/16
43
5.迟滞现象
迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不一 致程度，用计算机逐点测量得到的某传感器 迟滞特性示意图如图1-12所示。
迟滞会引起重复 性、分辨力变差， 或造成测量盲区， 一般希望迟滞越小 越好。
2018/9/16
44
6.稳定性
稳定性包括时间稳定度和环境影响量。 一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比 来表示稳定度。例如，某仪表输出电压值在 8h内的最大变化量为1.2mV，则表示为 1.2mV/(8h)。 环境影响量仅指由外界环境变化而引起 的示值变化量。示值的变化由两个因素构成。 一是零漂，二是灵敏度漂移。 造成环境影响量的因素有温度、湿度、气 压、电源电压、电源频率等。
随机事件与随机误差有区别， 并不一定符合正态分布规律。
彩票摇奖 （无规律可循，不可预测）
2018/9/16
25
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
2018/9/16
长度相对测量值
26
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
2018/9/16
长度相对测量值
27
4.动态误差
当被测量随时间迅速变化 时，系统的输出量在时间上不 能与被测量的变化精确吻合， 这种误差称为动态误差。 由心电图仪放大器 带宽不够引起的动 态误差
2018/9/16
41
4.线性关系：
人们总是希望传感器的输入与输出的关系成 正比，即线性关系。这样可使显示仪表的刻度 均匀，在整个测量范围内具有相同的灵敏度。 如果传感器的输入与输出的关系为非线性关系， 可以用计算机予以纠正 。
2018/9/16
42
传感器输入输出的线性关系与 非线性关系的比较
2018/9/16
某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控 制在1.1~1.6％之间，应购买哪一级温度表？
2018/9/16 15
例：某指针式万
用表的面板如图
所示，问：用它
来测量直流、交 流（~）电压时， 可能产生的满度 相对误差分别为 多少？
2018/9/16 16
例：用指针 式万用表的 10V量程测量 一只1.5V干电 池的电压，示 值如图所示， 问：选择该量 程合理吗？
误差产生的因素： 1.粗大误差
明显偏离真值的误差称为粗大误差，也 叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员 的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大 的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外 界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大 小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误 差。当发现粗大误差时，应予以剔除。
33
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量——电阻 的变化（ΔR）
2018/9/16 34
360度圆盘形电位器传感器(测量角位移)
右图所 示的360度圆 盘形电位器 的中间焊片 为滑动片， 右边焊片接 地，左边焊 片接电源。
《自动检测与转换技术》
第一章
多媒体课件
2009－5－1 更新
2018/9/16 1
第一章 检测技术的基本概念
在这一章里，卡卡给大家讲一讲测量的方法 有哪些；测量误差有哪些；如何克服误差。卡 卡还将与大家一起来学习如何读懂传感器的 “特性参数表”。
2018/9/16
3.分辨率：将分辨力除以仪表
的满量程就是仪表的分辨率，
分辨率常以百分比或几分之一
表示，是量纲为1的数。
右表的满量程为199.9A，问： 该表的分辨率为多少？
2018/9/16
40
想一 想
在图1-11中，3位（最大显示999）数字液 位计面板表的示值是多少？满量程是多少？ 分辨力是多少？分辨率又约为多少？
2018/9/16 17
用2.5V 量程测量同 一只1.5V干 电池的电压， 与上图比较， 问示值相对 误差哪一个 大？
2018/9/16 18
算一算
1. 已知被测电压的准确值为 220V，请观察并计算 图1-4所示的电压表上的准确度等级 S、满度值Am、最 大绝对误差Δm、示值Ax、与220V正确值的误差Δ、示 值相对误差x以及引用误差m。 2. 示值相对误差有没有可能小于引用误差？在仪 表绝对误差不变的情况下，被测电压降为 22V，示值 相对误差x将变大了？还是变小了？
2018/9/16 21
产生粗大误差的一个例子
2018/9/16
22
2.系统误差：
在重复性条件下，对同一被 测量进行无限多次测量所得结果 的平均值与被测量的真值之差， 称为系统误差。凡误差的数值固 定或按一定规律变化者，均属于 系统误差。 系统误差是有规律性的，因 此可以通过实验的方法或引入修 正值的方法计算修正，也可以重 新调整测量仪表的有关部件予以 夏天摆钟变慢的 消除。 原因是什么？
批量产品的质量“人工”离线测量
11
第二节
绝对误差：
测量误差及分类
Δ=Ax－Ａ0
某采购员分别在三家商店购买100kg大 米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
相对误差及精度等级
几个重要公式： 示值相对误差 满度相对误差 （引用误差）
2018/9/16 37
作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过程 y
Δy 切点 传感器 特性 曲线
x1
y K x
2018/9/16
0
x
Δx
38
2.分辨力：指传感器能检出被 测信号的最小变化量。当被测 量的变化小于分辨力时，传感 器对输入量的变化无任何反应。 对数字仪表而言，如果没有其 他附加说明，可以认为该表的 最后一位所表示的数值就是它 的分辨力。一般地说，分辨力 的数值小于仪表的最大绝对误 差。右表的分辨力为多少？
接地
2018/9/16 35
二、传感器的基本特性
传感器的特性很多，卡卡简单地给大家介绍几种 常用的特性，如：灵敏度、分辨力、分辨率、线性 度、稳定性、EMC以及可靠性等。
2018/9/16
36
1.灵敏度 ：
灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值
与输入变化值之比，用K 来表示：
dy y K dx x
卡卡算出来啦
1. 从图1-4可知，准确度等级 S＝5.0级，满度值Am＝300V。 最大绝对误差Δm＝300V×5.0÷100＝15V， 示值Ax＝230V。 用更高级别的检验仪表测得被测电压（220V）与 示值值的误差Δ＝10V，示值相对误差x＝4.3%。 引用误差m＝（10/300）×100%＝3.3%， 小于出厂时所标定的5.0%。 2. 若绝对误差 仍为10V，当示值Ax为22V，示 值相对误差x＝（10/22）×100%=45% 。与测量 220V时相比，示值相对误差大多啦！
3.随机误差
测量结果与在重复条件下，对同一被测量 进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为 随机误差。 也可以采用如下的表达：在同一条件下， 多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大 时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方 式变化，该误差称为随机误差。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测 量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方 法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言， 多数随机误差都服从正态分布规律。
x 100% Ax
m 100% Am
m S 100 Am
1-2
1-3
1-4
准确度（精度）
例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示 值相对误差的比较，请得出结论！
满度相对误差相等，示值相对误差的差别很大
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的准确度为2.5级， 用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误 差为2.5% 。 某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在 1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？
2018/9/16
期
浴盆曲线
47
“老化”试验：
在检测设备通 电的情况下，将 之放置于高温环 境 低温环境 高温环 境……反复循环。 老化之后的系统 在现场使用时， 故障率大为降低。
2018/9/16
48
某振动传感 器的产品说 明书原件如 表1-2所示， 该传感器共 有几个参数？ 主要参数是 哪几个？灵 敏度怎么看
2018/9/16 45
7.EMC
所谓EMC是 指电磁兼容性， 即电子设备在规 定的电磁干扰环 境中能正常工作， 而且也不干扰其 他设备的能力。 具体的抗电磁干 扰、提高电磁兼 容能力的方法将 在第十二章中介 绍。
8.可靠性 ：可靠性是反映检测系统在规定
的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种 综合性的质量指标。 磨合期又称 早期失效期 稳定期又称 偶然失效期 失效期又称 衰老失效期
30
弹性敏感元件（弹簧管）
敏感元件在传感器中直接感受被测量， 并转换成与被测量有确定关系、更易于转换 的非电量。
2018/9/16
31
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。
2018/9/16
32
压力传感器的外形及内部结构
2018/9/16
表1-2 EMT220袖珍 式测振仪技术 参数
2018/9/16
49
休息一下
2018/9/16
50
2018/9/16
28
第三节
传感器及基本特性
一、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
结合上述 工作原理， 能否将上 图方框图 中的内容 具体化？
1-弹簧管 2-电位器
2018/9/16 29
电位器式压力传感器原理框图
画一画
画出的电位器式压力传感器原理框图如图所 示。
2018/9/16
2
第一节 测量的分类
1.什么是静 态测量和 动态？
2018/9/16
3
对缓慢变化的对
象进行测量亦属于静
态测量。
最高、最低 温度计
2018/9/16 4
什么是动态 测量？
地震测量 振动波形
2018/9/16
5
2.什么是直接测量和间接测量？
电子卡尺
2018/9/16
6
间接测量
对多个被测量进行测量，经过计算求得 被测量。 （阿基米德测量皇冠的比重）
2018/9/16 7
什么是接触 式测量？
2018/9/16
8
非接触式测量
例：雷达测速
利用红外线辐射测量供电 变压器的表面温度 车载雷达测速
wenku.baidu.com2018/9/16 9
什么是 在线 测量 ？
2018/9/16
在流水线上，边加工， 边检验，可提高产品的一致 性和加工精度。 10
离线测量
2018/9/16
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5.迟滞现象
迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不一 致程度，用计算机逐点测量得到的某传感器 迟滞特性示意图如图1-12所示。
迟滞会引起重复 性、分辨力变差， 或造成测量盲区， 一般希望迟滞越小 越好。
2018/9/16
44
6.稳定性
稳定性包括时间稳定度和环境影响量。 一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比 来表示稳定度。例如，某仪表输出电压值在 8h内的最大变化量为1.2mV，则表示为 1.2mV/(8h)。 环境影响量仅指由外界环境变化而引起 的示值变化量。示值的变化由两个因素构成。 一是零漂，二是灵敏度漂移。 造成环境影响量的因素有温度、湿度、气 压、电源电压、电源频率等。
随机事件与随机误差有区别， 并不一定符合正态分布规律。
彩票摇奖 （无规律可循，不可预测）
2018/9/16
25
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
2018/9/16
长度相对测量值
26
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
2018/9/16
长度相对测量值
27
4.动态误差
当被测量随时间迅速变化 时，系统的输出量在时间上不 能与被测量的变化精确吻合， 这种误差称为动态误差。 由心电图仪放大器 带宽不够引起的动 态误差
2018/9/16
41
4.线性关系：
人们总是希望传感器的输入与输出的关系成 正比，即线性关系。这样可使显示仪表的刻度 均匀，在整个测量范围内具有相同的灵敏度。 如果传感器的输入与输出的关系为非线性关系， 可以用计算机予以纠正 。
2018/9/16
42
传感器输入输出的线性关系与 非线性关系的比较
2018/9/16
某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控 制在1.1~1.6％之间，应购买哪一级温度表？
2018/9/16 15
例：某指针式万
用表的面板如图
所示，问：用它
来测量直流、交 流（~）电压时， 可能产生的满度 相对误差分别为 多少？
2018/9/16 16
例：用指针 式万用表的 10V量程测量 一只1.5V干电 池的电压，示 值如图所示， 问：选择该量 程合理吗？
误差产生的因素： 1.粗大误差
明显偏离真值的误差称为粗大误差，也 叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员 的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大 的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外 界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大 小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误 差。当发现粗大误差时，应予以剔除。
33
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量——电阻 的变化（ΔR）
2018/9/16 34
360度圆盘形电位器传感器(测量角位移)
右图所 示的360度圆 盘形电位器 的中间焊片 为滑动片， 右边焊片接 地，左边焊 片接电源。