传感器与检测技术2202
第一章: 概述
传感器的定义:传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
第一节 : 机电一体化常见传感器
一传感器的组成 1敏感元件: 一直感受被测物力量并以确定关系输出另一物理量元件
2转换元件: 将敏感元件输出的非电量转换成电路参数
3基本转换电路: 将电信号转换成便于输出, 处理的电量
传感器的组成原理: 被测量 ------敏感元件---转换元件---基本转换电路----电量二传感器的分类
1按被测量对象分类
①内部信息传感器: 主要检测系统内部的位置, 速度, 力, 力矩, 温度以及异常变化
②外部信息传感器: 主要检测系统外部环境, 它与人体五种器官相对应的接触式和非接触式
2按工作机理分类
①物性型传感器: 利用某种物质的某种性质随被测参数的变换而变化的激励制成的如光电式传感器, 压电式传感器等
②结构型传感器: 利用物理学中厂的定律和运动定律等构成的, 其被测参数变化引起传感器的结构变换, 从而使输出电量变化, 电感式传感器, 电容式传感器, 关山是传感器都是这种类型。
3按照被测物理量分类
表明了传感器的用途, 便于使用者选择。
4 按照工作机理
5按照传感器能量源分类
①无源型( 能量转换型) : 不需要外加电源, 而是将被测相关两转换成电量输出如压电式
磁电感应式, 电热式, 光电式等传感器
②有源型( 能量控制型) : 需要外加电源这类传感器有电阻式, 电容式, 电感式, 霍尔式等, 电阻式有光敏电阻, 热敏电阻, 湿敏电阻等形式
6 按照输出信号的性质分类
①开关型( 二值型) : 接触型( 微动开关, 行程开关, 接触开关)
非接触型( 光电开关, 接触开关)
模拟型 : 电阻型( 电位器, 电阻应变片)
电压电流型( 热电偶, 光电电池)
传感器电感, 电容型( 电感, 电容式位置传感器)
数字型 : 计数型
代码型
三传感器的特性及主要性能指标
传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系, 有静态特性和动态特性
1．静态特性: 当传感器的输入量为常数或随时间作缓慢变化时, 传感器的输出
与输入之间的关系
2．动态特性: 传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性
3．传感器的性能指标( P5牢记)
传感器的性能要求
①
高精度, 低成本
②高灵敏度
③工作可靠
④稳定性好
⑤抗干扰能力强
⑥动态特性好
⑦结构简单, 小巧
第二节传感检测技术的地位和作用
第三节重点: 传感器及检测系统基本特性的评价值白哦与选择则原则
一、测量范围及量程
①测量范围: 传感器在允许误差限内, 其被测量值的范围
②量程: 传感器在测量范围内的最高值与最低值之差
③过载能力: 在不导致引起传感器规定性能直白哦永久改变的条件下
传感器允许超过其测量范围的能力
④过载能力一般见超值除以量程
二灵敏度
①灵敏度: 传感器的输出量的变化量与引起变化的输入量的变化量之比
②总灵敏度: k=k1*k2.....kn
③灵敏度误差
④灵敏度表示传感器或者传感器检测系统对被测物理量变化的反应能力。
⑤一般灵敏度越高越好, 因为灵敏度高, 传感器所能感知的变化量越小
三线性度( 越趋近于直线越好)
用手写上
四重复性
①重复性是衡量在同一工作条件下, 对同一被测量进行多次连续测量所得结果
之间的不一致程度
②所得结果分散范围越小, 重复性越好
五稳定性
①稳定性: 在相同时间, 相当长时间内, 其输入/输出特性不发生变化的能力。
②稳定性一般以室温条件下经过一定时间后传感器的输出与起始标定时输出的
差异来表示
③影响传感器稳定性的因素是时间和环境
六精确度( 高-----越接近实际值)
①精确度简称精度: 传感器的输出结果与被测量的实际值之间的符合程度, 是
检测值的精密程度与准确程度的综合反映七动态特性
①传感器的动态特性反映了传感器对于随时间变化的动态量的响应特性
②传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持不是真的测量条件
第四节传感器的标定与校准
标定: 在明确传感器输入输出变换关系的前提下, 利用某种标准器具产生已知的
标准非电量输入, 确定其输出电量与输入量之间的关系的过程校准: 进行校核
传感器的标定系统的组成
①被测非电量的标准发生器或被测非电量的标准测试系统
②待标定传感器
③它所配接的信号调节器及显示, 记录器等
力值传递系统
①国家标准测力计( 国家一级计量中心) -----允许测量误差: 正负0..001%
②一级标准测力机(省部一级计量站)----------------------------------正负0.01%
③二等标准测力计( 市企业计量站) --------------------------------正负
0.1%
④三等标准测力计, 传感器 -------------------------------正负
0.3-0.5%
注意: 力值传递系统只能按此系统用上一级标准装置检测下一集传感器及配套仪表
一静态标定
①静态标定: 给传感器输入已知不变的标准非电量, 测出其输出, 给出标定曲
线, 标定方程和标定常数, 计算其灵敏度, 线性度, 等传感器的静态指标
②静态标定系统的关键在于被非电量的标准发生器及标准测试系统
二动态标定
①动态标定的目的: 检验测试传感器的动态性能指标。
第五节传感器与检测技术的发展方向
一、开发新型传感器
①利用新材料制作传感器
②利用新加工技术制作传感器
③采用新原理制作传感器
二传感器检测技术的智能化
①传感检测系统当前正由模拟式, 数字式向智能化方向发展
三复合传感器
①复合传感器是同时检测几种物理量具有复合检测功能的传感器
四研究生物感官, 开发仿生传感器
第二章位移检测传感器
位移: 线位移和角位移
电测法: 利用各种传感器讲位移量变换为电量或电参数, 再经后接测量仪器进一步
变换完成对位移检测的一种方法第一节: 参量型位移传感器
参量型位移传感器工作原理: 将被测物理量转化为电参数( 电阻, 电感, 电容)
一、电阻式位移传感器
①其电阻值取决于材料的几何尺寸和物理特性
公式如下
②改变其中任意参数都能够使电阻值发生变化。
③电位计和应变片就是根据这个原理制成的
④电位计是一种常见的机电元件
⑤电位计的电阻元件一般有: 1线绕电阻
2薄膜电阻
3导电塑料
⑥电位计优点: 结构简单, 输出信号大, 性能稳定, 并容易实现任意函数关系。
缺点: 要求输出能量大, 电刷与电阻元件之间有干摩擦, 产生噪音公式如下
⑦阶梯特性: 对于线绕电位计, 其电阻和电压输出空载特性并不是一条理想直
线, 而是成阶梯状它限制了线绕电位计的精度和分辨力
⑧非线性电位计空载特性
: 非线性电位计其输出电压与电刷位移直接按具有非线性函数关系。
⑨阶梯误差不是常数, 最大阶梯误差发生在特性曲线斜率最高处
二电阻应变式位移传感器
①电阻应变式位移传感器是将被测位移引起的应变元件产生改变, 经后续电路