传感器与检测技术教案

传感器及检测技术

项目一传感器误差与特性分析

任务1 检测结果的数据整理

1.1.1 测量与测量方法

1.检测

2.测量方法

(1)电测法和非电测法

(2)直接测量和间接测量 (3)静态测量和动态测量 (4)接触性测量和非接触性测量 (5)模拟式测量和数字式测量 1.1.2 测量误差及其表示方法 测量误差：测量值与其真值之间的差值

例：某温度计的量程范围为0-500ºC ，校验时该表的最大绝对误差为6ºC ，试确定其精度等级？

查表1.1，精度等级应定为1.5级 任务1：

现有0.5级的0~300ºC 和1.0级0~100ºC 的两个温度计，欲测量80ºC 的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？ 实施：

0.5级的0~300ºC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：

用其测量80ºC 可能出现的最大示值相对误差为：

1.0级的0~100ºC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：

用其测量80ºC 可能出现的最大示值相对误差为：

结论：选用1.0级的0~100ºC 的温度计较好。选用仪器时，不能单纯追求精度，而是要兼顾精度和量程 1.1.3 测量误差的分类及来源 1.系统误差 2.随机误差

3.粗大误差（疏忽误差、过失误差)

4.缓变误差

⎪⎪

⎩

⎪

⎪

⎨⎧⎩⎨

⎧引用误差示值（标称）相对误差实际相对误差相对误差绝对误差x γγ%.21%100500

6

%100=⨯=

⨯∆=

m

m m A x γ5

.1)0300(%5.0111=-⨯==∆m m m A x γ1

)0100(%.01222=-⨯==∆m m m A x γ%25.1%10080

1

%10022=⨯=

⨯∆=

x

x m x γ

任务2 传感器特性分析与传感器选用

1.2.1 传感器的组成及其分类

1.2.2 传感器的静态特性与指标

传感器的静态特性指标

1.精密度、准确度和精确度

2.稳定性

3.灵敏度

4.线性度（非线性误差）

5.迟滞

6.可靠性

1.2.3 传感器的动态特性与指标

1.动态特性

2.传感器的阶跃响应

3.传感器的频率响应

1.2.4 传感器的标定

项目二速度与位移测量任务1 压电传感器测量加速度

新课导入

生活中的压电效应现象及应用

新知识讲授

知识链接

自发电式传感器：以某些电介质的压电效应为基础，外力作用下，在电介质表面上产生电荷，实现力与电荷的转换，完成非电量（动态力、加速度等）的检测，但不能用于静态参数的测量

⎩

⎨

⎧

动态特性

静态特性

⎩

⎨

⎧

动态标定

静态标定

2.1.1 压电效应 1、压电效应 2、逆压电效应 2.1.2 压电材料

1．压电晶体 2．压电陶瓷 3．高分子压电材料

2.1.3 压电式传感器测量电路 1．压电元件的等效电路 2．压电式传感器的等效电路

任务与实施

【任务1】 随着人民生活水平的提高，小轿车已进入了普通百姓家庭之中。但交通拥挤极易造成交通事故。一旦发生撞车事故，及时保护乘员的安全必须放在首位。如何根据车速的变化及时判断汽车属于正常行驶还是发生撞车事故呢？

【实施方案】 当汽车在正常的高速行驶中发生撞车事故时，其加速度的变化很大，因此可以根据负向加速度的变化判断是否需要对乘员进行保护。测量加速度用压电传感器具有结构简单、体积小、重量轻、坚实牢固、振动频率高（频率范围约为0.3～10 kHz ）、加速度测量范围大（加速度为10-5 g ～10-4 g ，g 为重力加速度9.8 m/s2）和工作温度范围宽等优点，在汽车、飞机、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中获得广泛应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。

【任务2】 在公路运输中，货车超载、肇事逃逸等现象屡屡发生，给人们的安全带来了极大的隐患。及时根据现场留下的信息进行准确判断、快速高效处理交通事故便成为交警的当务之急。现有一辆肇事车辆以较快的车速冲过测速传感器，那么如何测量车速和汽车载重、确定汽车的车型、判断汽车是否超速或超重行驶呢？

【实施方案】将两根相距2m 的高分子压电电缆平行埋设于柏油公路路面下约5cm ，当一辆肇事车辆以较快的车速冲过测速传感器时，两根PVDF 压电电缆测速原理如下图所示：

小结

压电效应及逆压电效应； 压电效应的应用；

⎪⎩

⎪

⎨⎧高分子压电材料压电陶瓷（多晶体）

压电晶体（单晶体）

h

km h km s m s m t L v /86.102/1000/360057.28/57.2807.0/2/=⨯====m

s s m vt d 3105.0/57.28=⨯==

压电材料及种类；压电效应测力的转换电路 任务2 光电传感器测量转度 导入

知识回顾：压电效应及逆压电效应 压电效应的应用 新知识讲授

光电效应

用光照射某一物体，可以看做物体受到一连串能量为E 的光子的轰击，组成这种物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应

2.2.2 光电器件 1．光电管 2．光敏电阻 3．光敏晶体管 （1）光敏二极管 ①结构及工作原理

（2）光敏三极管 ①结构及工作原理 ②特性 ③检测方法 ④应用电路 4．光电池

⎪⎩

⎪

⎨⎧件）电池等（半导体光电器生一定方向电动势，光光生伏特效应：物体产件）极管等（半导体光电器率改变，光敏电阻、二

内光电效应：物体电阻

玻璃真空管光电器件）

物体表面，光电管等（

外光电效应：电子逸出