传感器与检测技术 ppt课件第一章

1.1.4 传感器的命名,代号和图形符号 传感器的命名,
1.传感器的命名 传感器的命名
传感器的全称应由"主题词+四级修饰语"组成,即 主题词 —— 传感器 一级修饰语 —— 被测量,包括修饰被测量的定语. 二级修饰语 —— 转换原理,一般可后缀以"式"字 . 三级修饰语 —— 特征描述,指必须强调的传感器结构,性能,材
转换元件(transduction element): 转换元件(transduction element): 将
敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件. 的元件.
测量电路(measuring circuit): 将转换 测量电路 :
元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分, 元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分,如 放大,滤波,线性化,补偿等, 放大,滤波,线性化,补偿等,以获得更好的品质特 便于后续电路实现显示,记录, 性,便于后续电路实现显示,记录,处理及控制等功 能.
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1.1.3 传感器基本特性
传感器的静态特性: 传感器的静态特性: 1. 测量范围:传感器所能测量到的最小输入量 与最大输入量 之间 测量范围:
的范围称为传感器的测量范围. 的范围称为传感器的测量范围.
2. 量程:传感器测量范围的上限值 与下限值 的代数差 - 称为量程. 量程: 称为量程. 3. 精度:传感器的精度是指测量结果的可靠程度,是测量中各类误差 精度:传感器的精度是指测量结果的可靠程度,
出的变化量与引起该变化量的输入变 化量之比, 如右图所示. 化量之比,即 ,如右图所示.
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1.1.3 传感器基本特性
5. 线性度:指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理 线性度:
想直线的程度.在非线性误差不太大的情况下, 想直线的程度.在非线性误差不太大的情况下,通常采用直线拟 合的方法来线性化.这样,线性度就用输入-输出关系曲线与拟 合的方法来线性化.这样,线性度就用输入 输出关系曲线与拟 合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示. 合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示.
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1.2检测技术理论基础 检测技术理论基础
1.2. 4 测量误差及数据处理
测量数据的估计和处理
1) 随机误差的评价指标
一般无法得到. (1) 算术平均值.在实际测量时,真值 一般无法得到.可以 ) 算术平均值.在实际测量时,真值A一般无法得到 证明,随着测量次数的增多,算术平均值越来越接近真值, 证明,随着测量次数的增多,算术平均值越来越接近真值,当 无限大时,测量值的算术平均值就是真值. 无限大时,测量值的算术平均值就是真值. 又称均方根误差). (2)标准误差 又称均方根误差 .算术平均值是反映随机误差 )标准误差(又称均方根误差 的分布中心,而标准误差则反映随机误差的分布范围. 的分布中心,而标准误差则反映随机误差的分布范围.标准误 差越大,测量数据的分散范围也越大, 差越大,测量数据的分散范围也越大,标准误差可以描述测量 数据和测量结果的精度,是评价随机误差的重要指标. 数据和测量结果的精度,是评价随机误差的重要指标.
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1.2检测技术理论基础 检测技术理论基础
1.2. 3 检测系统
检测系统又分: 检测系统又分:开环检测系统与闭环检测系统
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1.2检测技术理论基础 检测技术理论基础
1.2. 4 测量误差及数据处理 测量误差
在检测过程中,被测对象,检测系统,检测方法 在检测过程中,被测对象,检测系统, 和检测人员都会受到各种变动因素的影响.而对被测 和检测人员都会受到各种变动因素的影响. 量的转换,有时也会改变被测对象原有的状态. 量的转换,有时也会改变被测对象原有的状态.这就 造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一定的 差别,这个差值称为测量误差.简言之, 差别,这个差值称为测量误差.简言之,测量误差就 是测量值与真实值之间的差值, 是测量值与真实值之间的差值,它反映了测量的精度 .测量误差的主要来源可以概括为工具误差,环境误 测量误差的主要来源可以概括为工具误差, 方法误差和人员误差等. 差,方法误差和人员误差等.
的综合反映.工程技术中为简化传感器精度的表示方法, 的综合反映.工程技术中为简化传感器精度的表示方法,引用了精度等级 的概念.精度等级以一系列标准百分比数值分档表示, 的概念.精度等级以一系列标准百分比数值分档表示,代表传感器测量的 最大允许误差,即相对误差. 最大允许误差,即相对误差.
4. 灵敏度:灵敏度是指传感器输 灵敏度:
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1.1.4 传感器的命名,代号和图形符号 传感器的命名,
3.传感器的图形符号 .
传感器的图形符号是电气图用图形符号的一个组成部 分.按GB/T 14479—93《传感器图用图形符号》规定, 传感器的图形符号由符号要素正方形和等边三角形组 成,如图所示.
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1.1.5 传感器的发展趋势
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1.1.3 传感器基本特性
7. 重复性 重复性:
重复性是指传感器在输入量按同一方向 作全量程连续多次变动时所得特性曲线 间不一致的程度.
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1.1.3 传感器基本特性
8. 迟滞 迟滞:
迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入 量减小)行程中输出特性曲线不重合的程度,如图所 示为传感器的迟滞特性特性曲线.
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1.1.3 传感器基本特性
9. 稳定性 稳定性:
稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力.
10. 漂移 漂移:
漂移是指在外界的干 扰下,在一定时间间隔内, 传感器输出量发生与输入 量无关的或不需要的变化. 漂移包括零点漂移和灵敏 度漂移等,如图所示.
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1.1.2 传感器的组成和分类
2.传感器的分类 .
如电阻式, (1)按照其工作原理,传感器可分为电参数式 如电阻式, )按照其工作原理,传感器可分为电参数式(如电阻式 电感式和电容式)传感器 压电式传感器, 传感器, 电感式和电容式 传感器,压电式传感器,光电式传感器及 热电式传感器等. 热电式传感器等. (2)按照其被测量对象,传感器可分为力,位移,速度, )按照其被测量对象,传感器可分为力,位移,速度, 加速度传感器等.常见的被测物理量有机械量, 加速度传感器等.常见的被测物理量有机械量,声,磁,温 度和光等. 度和光等. (3)按照其结构,传感器可分为结构型,物性型和复合型 )按照其结构,传感器可分为结构型, 传感器.物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的 传感器. 变化来实现信号变换, 水银温度计. 变化来实现信号变换,如:水银温度计.结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换, 电容式传感器. 靠传感器结构参数的变化实现信号变换,如:电容式传感器.
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1.2检测技术理论基础 检测技术理论基础
1.2. 4 测量误差及数据处理
系统误差的检查及消除
1)系统误差的检查方法 )
(1)实验对比法. )实验对比法. (2)残余误差法. )残余误差法.
2) 系统误差的消除方法
(1) 交换法. ) 交换法. (2) 抵消法. ) 抵消法. (3)代替法. )代替法. (4) 对称测量法. ) 对称测量法. (5) 补偿法. ) 补偿法.
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1.2检测技术理论基础 检测技术理论基础
1.2.2 测量方法
1) 直接测量,间接测量和组合测量 (又称联立 直接测量, 又称联立 测量).经过求解联立方程组, 测量 .经过求解联立方程组,才能得到被测物理量的最后
结果,则称这样的测量为组合测量. 结果,则称这样的测量为组合测量.
1.传感器的组成 . 传感器是由敏感元件, 传感器是由敏感元件,转换元件和测量 电路组成,如图1-1所示. 所示. 电路组成,如图 所示
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1.1.2 传感器的组成与分类
敏感元件(sensing element): 直接感受 敏感元件 :
被测量的变化, 被测量的变化,并输出与被测量成确定关系的某一物 理量的元件,它是传感器的核心. 理量的元件,它是传感器的核心.
第1章 传感器理论基础 章
1.1 传感器基础 1.1.1 传感器的概念 传感器( 传感器(Transducer/Sensor)是一种能感 ) 受规定的被测量并按照一定的规律转换成可 用量的器件和装置. 用量的器件和装置. 传感器就是把非电量转换成电量的装置. 传感器就是把非电量转换成电量的装置.
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1.1.2 传感器的组成和分类
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1.1.3 传感器基本特性
当传感器的输入信号是常量,不随时间变化时, 当传感器的输入信号是常量,不随时间变化时,其 输入输出关系特性称为静态特性. 输入输出关系特性称为静态特性. 传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号 和输入信号( ,即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号(被测 之间的关系, 量)x(t)之间的关系,传感器系统示意图如下图所 之间的关系 示.
(1) 发现利用新现象,新效应; ) 发现利用新现象,新效应; (2)开发新材料; )开发新材料; (3)采用高新技术; )采用高新技术; (4)拓展应用领域; )拓展应用领域; (5)提高传感器的性能; )提高传感器的性能; (6)传感器的微型化与低功耗; )传感器的微型化与低功耗; (7)传感器的集成化与多功能化; )传感器的集成化与多功能化; (8)传感器的智能化与数字化; )传感器的智能化与数字化; (9)传感器的网络化. )传感器的网络化.
2) 偏差式测量,零位式测量与微差式测量 偏差式测量, 3) 等精度测量与非等精度测量 4) 静态测量与动态测量
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1.2检测技术理论基础 检测技术理论基础
1.2. 3 检测系统
检测系统是由被测对象,传感器,数据传输环节, 检测系统是由被测对象,传感器,数据传输环节,数据 处理环节和数据显示环节构成, 处理环节和数据显示环节构成,
式中, 为非线性最大误差(最大偏差 为满量程输出值. 最大偏差); 式中, 为非线性最大误差 最大偏差 为满量程输出值. 常用的直线拟合方法有理论拟合,端点拟合和端点平移拟合等, 常用的直线拟合方法有理论拟合,端点拟合和端点平移拟合等, 如图1-7所示.采取不同的方法选取拟合直线,可以得到不同的 所示. 如图 所示 采取不同的方法选取拟合直线, 线性度. 线性度.
料特征,敏感元件及其他必要的性能特征,一般可后缀以"型"字.
四级修饰语 —— 主要技术指标(如量程,精度,灵敏度等)
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1.1.4 传感器的命名,代号和图形符号 传感器的命名,
2.传感器的代号 .
一种传感器的代号应包括以下四部分: a —— 主称(传感器);b —— 被测量;c —— 转换原理; d —— 序号,如图所示.
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1.1.3 传感器基本特性
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1.1.3 传感器基本特性
6. 分辨率 :
分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小 变化值的能力.输入量从某个任意值缓慢增加,直 到可以测量到输出的变化为止,此时的输入量就是 分辨率.它可以用绝对值,也可以用量程的百分数 来表示.该量说明了检测仪表响应与分辨输入量微 小变化的能力.灵敏度愈高,分辨率愈好.一般模 拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半. 数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字.
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1.2 检测技术理论基础
1.2.1 检测技术
检测技术是以研究检测系统中的信 息提取, 息提取,信息转换以及 信息处理的理论 与技术为主要内容的一门应用技术学科 .检测技术主要研究被测量的测量原理 测量方法, ,测量方法,检测系统和数据处理等方 面的内容. 面的内容.不同性质的被测量要采用不 同的原理去测量, 同的原理去测量,测量同一性质的被测 量也可采用不同测量原理. 量也可采用不同测量原理.