第一章 传感器基础知识
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第一章传感器的基本知识复习思考题1. 简述传感器的概念、作用及组成。
2. 传感器的分类有哪几种?各有什么优缺点?3. 传感器是如何命名的?其代号包括哪几部分?在各种文件中如何应用?4. 传感器的静态性能指标有哪些?其含义是什么?5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述?采用什么样的激励信号?其含义是什么?1.1 传感器的作用与地位◆世界是由物质组成的,各种事物都是物质的不同形态。
人们为了从外界获得信息,必须借助于感觉器官。
◆人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能,人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理,从而调节人的行为活动。
◆人们在研究自然现象、规律以及生产活动中,有时需要对某一事物的存在与否作定性了解,有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据,所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的,需要借助于某种仪器设备来完成,这种仪器设备就是传感器。
传感器是人类“五官”的延伸,是信息采集系统的首要部件。
电量和非电量◆表征物质特性及运动形式的参数很多,根据物质的电特性,可分为电量和非电量两类。
◆电量——一般是指物理学中的电学量,例如电压、电流、电阻、电容及电感等;◆非电量——则是指除电量之外的一些参数,例如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度及酸碱度等等。
◆人类为了认识物质及事物的本质,需要对物质特性进行测量,其中大多数是对非电量的测量。
传感器的作用◆非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量,因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量,要求输入的信号为电信号。
◆非电量需要转化成与其有一定关系的电量,再进行测量,实现这种转换技术的器件就是传感器。
◆传感器是获取自然或生产中信息的关键器件,是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。
采用传感器技术的非电量电测方法,就是目前应用最广泛的测量技术。
传感器的地位◆随着科学技术的发展,传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业,分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”,他们构成了一个完整的自动检测系统。
第一章传感器概述1.1 传感器的组成与分类1.1.1 传感器的定义✧传感器是能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。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分,转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。
✧传感器输出信号有很多形式,如电压、电流、频率、脉冲等,输出信号的形式由传感器的原理确定。
1.1.2 传感器的组成✧一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。
但由于传感器输出信号一般都很微弱,需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。
因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。
如图1-1所示。
传感器组成方块图✧常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等,他们分别与相应的传感器相配合。
1.1.3 传感器的分类✧表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出信号分类。
1.2 传感器在科技发展中的重要性1.2.1 传感器的作用与地位将计算机比喻人的大脑,传感器比喻为人的感觉器官。
功能正常完美的感觉器官,迅速准确地采集与转换获得的外界信息,使大脑发挥应有的作用。
自动化程度越高,对传感器的依赖性就越大。
1.2.2 传感器技术是信息技术的基础与支柱现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理,它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。
传感器在信息采集系统中处于前端,它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。
1.2.3 科学技术的发展与传感器有密切关系传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。
如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。
1.3 传感器技术的发展动向✧传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性,将非电量转换成电量。
✧传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究,发现新现象,开发传感器的新材料和新工艺;二是实现传感器的集成化与智能化。
第一章传感器基础l。
检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用.答:一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成,分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件,是检测系统最重要的环节,检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的,因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的,就需要由测量电路加以放大,以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作.显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节,主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.传感器的型号有几部分组成,各部分有何意义?依次为主称(传感器)被测量—转换原理—序号主称-—传感器,代号C;被测量—-用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记.见附录表2;转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表3;序号—-用一个阿拉伯数字标记,厂家自定,用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。
若产品性能参数不变,仅在局部有改动或变动时,其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等,(其中I、Q不用)。
例:应变式位移传感器: C WY-YB-20;光纤压力传感器:C Y—GQ—2.3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时,应当采用何种测量方法?如何进行?答:测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时,最好采用微差式测量.此时输出电压认可表示为U0,U0=U+△U,其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量,相对U来讲为一小量。
如果采用偏差法测量,仪表必须有较大量程以满足U0的要求,因此对△U,这个小量造成的U0的变化就很难测准。
第1章传感器概述传感器原理及应用第1章传感器概述主要内容:1.1什么是传感器1.2传感器的作用和地位1.3传感器现状和国内外发展趋势1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.1什么是传感器在我们日常生活中,使用着各种各样的传感器电冰箱、电饭煲中的温度传感器;空调中的温度和湿度传感器;抽油烟机中的煤气泄漏传感器;电视机和影碟机中的红外遥控器;照相机中的光传感器;汽车中燃料计和速度计等等,不胜枚举。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器眼(视觉)耳(听觉)鼻(嗅觉)皮肤(触觉)舌(味觉)1.1什么是传感器如果用机器完成这一过程,计算机相当人的大脑,执行机构相当人的肌体,传感器相当于人的五官和皮肤。
传感器又是人体感官的延长,有人又称传感器为“电五官”,它作为替代补充人的感觉器官功能,传感器为人类客观定量认识世界起到重要作用。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势使现场数据就近登陆,通过Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。
传感器的数字化和网络化1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.6本课程的特点和研究内容1.6本课程的特点和研究内容传感器原理及应用第1章传感器概述传感器发展趋势传感器的历史远比近代科学来得古老,如‘天平’古埃及开始使用、利用液体热膨胀进行温度测量,在16世纪前后实现的。
传感器技术手册随着科技的不断发展,传感器技术在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
传感器是一种能够感知并转换物理量、化学量或生物量的设备,它们广泛应用于自动化工业控制、环境监测、医疗诊断、智能交通等众多领域。
本手册将为读者提供关于传感器技术的全面介绍和详细内容。
第一章:传感器基础知识1.1 传感器的定义与分类1.2 传感器的工作原理1.3 传感器的特性参数1.4 传感器的选择与应用第二章:传感器应用领域2.1 工业自动化领域的传感器应用- 温度传感器的应用- 压力传感器的应用- 液位传感器的应用2.2 环境监测领域的传感器应用- 气体传感器的应用- 光学传感器的应用- 水质传感器的应用2.3 医疗诊断领域的传感器应用 - 心电传感器的应用- 血糖传感器的应用- 呼吸传感器的应用2.4 智能交通领域的传感器应用 - 路面传感器的应用- 车速传感器的应用- 道路监控传感器的应用第三章:传感器技术的发展趋势 3.1 微型化与集成化3.2 智能化与自适应性3.3 高灵敏度与高精度3.4 高可靠性与长寿命第四章:传感器技术的挑战与应对 4.1 跨学科融合4.2 信号处理与数据分析4.3 能源供给与节能技术4.4 新材料与新工艺第五章:传感器技术的前景展望5.1 人工智能与传感器技术的结合5.2 物联网与传感器技术的发展5.3 生物传感器与医疗应用的突破5.4 可穿戴设备与传感器技术的融合通过阅读本手册,读者将能够深入了解传感器技术的基础知识、应用领域、发展趋势以及面临的挑战和应对措施。
传感器技术的持续创新与发展将为各个行业带来巨大的改变和机遇,期待读者通过本手册对传感器技术有更为全面的认识和理解,为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
传感器培训资料第一部分:传感器的基本概念传感器是一种能够感知环境中的各种物理量并将其转化为电信号的装置。
通过测量物理量,传感器可以帮助我们获得环境中各种数据,从而实现自动化控制和监测。
传感器的种类繁多,常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。
在不同的应用场景中,需要选择不同类型的传感器来完成具体的任务。
第二部分:传感器的工作原理传感器的工作原理通常通过物理效应来实现。
例如,温度传感器通常利用热敏电阻或热电偶来测量温度;压力传感器则利用压阻效应或压电效应来转换压力为电信号。
在传感器的内部,通常还会带有信号放大电路、模数转换器等元件,用来将感知到的物理量转化为标准的电信号输出。
第三部分:传感器的应用场景传感器广泛应用于工业控制、汽车领域、医疗设备等各个领域。
例如,温度传感器可以用于控制空调温度、汽车发动机的温度监测等;压力传感器可以用于测量液体或气体的压力、监测管道的泄漏等。
第四部分:传感器的选择和安装在选择传感器时,需要考虑其测量范围、精度、响应时间等指标,以及适用的工作环境,如温度、湿度等。
在安装传感器时,需要注意避免干扰源,保证传感器测量的准确性。
第五部分:传感器的维护和保养传感器作为自动化系统中的重要部件,需要进行定期的维护和保养。
对于一些易受环境影响的传感器,如湿度传感器、光电传感器等,需要保持其表面清洁,防止积灰或水汽影响测量精度。
第六部分:传感器的未来发展随着科技的不断进步,传感器的应用范围将会更加广泛,同时传感器本身的性能也将进一步提升。
例如,新型传感器可能会采用纳米技术制备,具有更高的灵敏度和更小的体积;同时,通过无线传输技术,传感器也有望实现无线监测和控制,大大提高其应用灵活性。
通过本次传感器培训,希望大家能够对传感器有更深入的了解,从而能够更好地应用传感器解决实际问题,提高工作效率和产品质量。
同时也希望大家能够关注传感器领域的最新发展,不断更新自己的知识,为行业的发展做出更大的贡献。
传感器应用技术(答案) -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII四、传感器技术的发展趋势教学目标课,你们想怎样上?方法:评分标准分组:评分标准:(100分制)第一章传感器基础什么是传感器?思考:人身上有传感器吗是什么类型传感器传感器传感器的应用第二章光电式传感器光电式传感器的分类:一、预习问题储料仓二、问题解答概念题1、什么是外光电效应、光电管?光电效应光子能量光子能量吸收光子能量外光电效应使电子逸出物体表面光电管:光电阴极光电阳极光电子光电流光照强度光阴极的灵敏度电阻上的电压一定函数关系2、什么是光电倍增管?若干个倍增极逐级轰击次级发射倍增极106~108倍于紫外/可见/近红外光光度计,旋光仪、糖度计,发光分光光度计等3、什么是内光电效应、光敏电阻?电阻率阻值电流内光电效应开关式光电信号电阻率低阻态阻值亮电流原值呈高阻态4、光电二极管、光电三极管的结构光电特性反向反向偏置反向电阻光电流与阳极电压U AUminI∮U AU AUzI∮UAI∮UQ。
5、请举光源本身是被测物的光电传感器应用实例。
直接照射某些物理参数6、请举被测物吸收光通量的光电传感器应用实例。
光通量光电元件吸收量1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透镜 4—反射镜5—被测水样 6、9—光电池 7、10—电流/电压转换器8—标准水样恒定红外光部分红外光减弱7、请列举被测物体反射光通量的光电传感器应用实例。
反射反射光通量性质、状态和与光源之间的距离8、请举被测物遮挡光通量的光电传感器应用实例。
光通量减弱尺寸或位置正确位置零遮光面积方向及大小9、什么是光电开关?分别用图片介绍对射式、镜反射式、漫反射式、槽式、光纤式光电开关的用法。
靠近和通过强弱变化电流的变化电隔离的(即电缘绝)“通”与“断”n10、什么是计量光栅莫尔条纹的工作原理应用举例等节距刻线结构原理简单、计量精度高和分辨力强11、什么是光纤传感器其在检测温度、加速度方面怎么应用光纤自身直接接收长度、折射率、直径振幅(强度)、相位、波长和偏振方向被动式无需光源光强信号电信号考光束与测量光束光程差干涉效应电信号12、什么是红外线传感器有什么应用绝对零度热效应温度升高其他物理量自身的温度电信号光—热—电1、如图设计一套检测机构,检测输送带上往前输送的电路板的摆放位置是否正确。
绪论一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势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,通常由敏感元件和转换元件构成。
如果传感器信号经信号调理后,输出信号为规定的标准信号(0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…),通常称为变送器,分类:按照工作原理分,可分为:物理型、化学型与生物型三大类。
物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。
按照输入量信息:按照应用范围:传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术.发展趋势: 一是开展基础研究,探索新理论,发现新现象,开发传感器的新材料和新工艺;二是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。
1.发现新现象;2.发明新材料;3.采用微细加工技术;4.智能传感器;5.多功能传感器;6.仿生传感器。
二、信息技术的三大支柱现在信息科学(技术)的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术,即传感器技术、通信技术和计算机技术。
课后习题1、什么叫传感器,它由哪几部分组成?它们的作用与相互关系?传感器(transducer/sensor):能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置(国标GB7665—2005)。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件:指传感器中能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。
转换元件:指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号(一般为电信号)部分。
信号调理电路(Transduction circuit) :由于传感器输出电信号一般较微弱,而且存在非线性和各种误差,为了便于信号处理,需配以适当的信号调理电路,将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。
第一章传感器的一般特性1.传感器的基本特性动态特性静态特性2.衡量传感器静态特性的性能指标(1)测量范围、量程(2)线性度%100max⨯∆±=⋅SF L y δ 传感器静态特性曲线及其获得的方法传感器的静态特性曲线是在静态标准条件下进行校准的。
第一章传感与检测技术理论基础1.什么是测量误差?测量误差有几种表示方法?它们通常应用在什么场合?答:测量误差是测得值与被测量的真值之差。
可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。
在实际测量中,有时要用到修正值,而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。
在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。
采用绝对误差难以评定测量精度的高低,而采用相对误差比较客观地反映测量精度。
引用误差是仪表中应用的一种相对误差,仪表的精度是用引用误差表示的。
2.用测量范围为-50~+150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时,传感器测得示值为142kPa ,求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解:绝对误差2140142=-=∆kPa 实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=)(γ3.什么是随机误差?随机误差产生的原因是什么?如何减小随机误差对测量结果的影响?答:在同一测量条件下,多次测量同一被测量时,其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。
随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素(测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素),如电磁场的微变,零件的摩擦、间隙,热起伏,空气扰动,气压及湿度的变化,测量人员感觉器官的生理变化等,对测量值的综合影响所造成的。
通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小,从而减少随机误差对测量结果的影响。
第二章传感器概述2-1什么叫传感器?它由哪几部分组成?它们的作用及相互关系如何?答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部份;转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部份。
第一章 传感器的概述1.传感器的定义能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叫做传感器。
2.传感器的共性:利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性,将非电量(位移、速度、加速度、力等)转换成 电量(电压、电流、电容、电阻等)输出。
3.传感器的组成:传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分,分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性:静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有:线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因:传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因:①传感器自身结构参数老化;②测试过程中环境发生变化。
5.例题:1.用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号,如要求幅值误差限制在±5%以内,时间常数应取多少?如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号,其幅值误差和相位误差各为多少? 解:一阶传感器的频率响应特性: 幅频特性:2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现,谐振发生在频率为216Hz 处,并得到最大福祉比为1.4比1,试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银,可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以,时共振,则当解:二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ,y 代表水银柱的高度,x 代表输入温度(℃)。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解:原微分方程等价于:x y dt dy3102-=+所以:时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点: 1)优点:①结构简单,尺寸小,质量小,使用方便,性能稳定可靠;②分辨力高,能测出极微小的应变;③灵敏度 高,测量范围广,测量速度快,适合静、动态测量;④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测;⑤价格便宜,品种多样,工艺较成熟,便于选择和使用,可以测量多种物理量。
第一章简答题第一节:机电一体化系统常用传感器知识点一:传感器的定义、组成和功能。
(第一节)1、简述传感器的定义。
2、传感器一般由哪几部分组成?试说明各部分的作用。
(1-1)3、画出传感器组成原理框图。
知识点二:传感器的分类。
(第一节及表1-1 )4、什么是物性型传感器?什么是结构型传感器?试举例说明。
5、按传感器输出信号的性质可将传感器分为哪几类?6、能量转换型传感器和能量控制型传感器有何不同?试举例说明。
第三节:传感器与检测系统基本特性的评价指标与选用原则7、什么是传感器的特性?如何分类。
8、什么是传感器的静态特性?试举出三个表征静态特性的指标。
(200625)9、传感器检测系统主要有哪些静态评价指标?(套110422)10、什么是传感器的动态特性?举例说明表征动特性的主要性能指标?11、选用传感器的主要性能要求有哪些?12、什么是传感器的测量范围、量程及过载能力?13、什么是传感器的灵敏度?如何表示?14 什么是传感器的线性度?如何计算(200825)?15、生么是传感器的重复性?如何衡量?16、一般情况下,如何表示传感器的稳定性?(200725 )17、选用传感器时要考虑哪些环境参数?(200525)第四节:传感器的标定与校准18、什么是传感器的标定?什么是传感器的校准?20、什么是传感器的静态标定?标定指标有哪些?21、什么是传感器的动态标定?标定指标有哪些?第五节:传感器与检测技术的发展方向22、简要说明传感器与检测技术的发展方向?(1325)23、现有数字电压表、放大器、信号发生器、功率放大器、振动台、标准传感器、被标定的传感器等。
请设计一个用比较法对被标定传感器进行动态标定的系统,并简要说明标定原理。
(200425)24、现有数字电压表(两个)、测力机、高精度稳压电源、精密电阻箱、数字电压表、应变式侧力传感器等。
请设计一个对传感器进行静态标定的系统,并简要说明标定原理。
第二章简答题1、选用位移传感器应注意哪些问题?答无论选用任何传感器,应注意的问题有其共同点。