传感器技术及应用-教案及习题
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第一章引言
➢教学要求
1.掌握传感器的基本概念。
2.掌握传感器的组成框图(p2,图1.1)。
3.掌握传感器的静态性能和动态性能。
4.了解传感器的课程性质和课程任务。
5.了解传感器的分类和发展趋势。
➢教学内容
1.1 传感器的发展和作用
了解。
1.2 什么是传感器
传感器定义:能够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和装置,通常由敏感元件和转换元件组成。顾名思义,传感器的功能是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。根据传感器的功能要求,它一般应由三部分组成,即:敏感元件、转换元件、转换电路。
1.3 传感器的分类
1.根据被测物理量分类
速度传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。
2.按工作原理分类
应变式、电压式、电容式、涡流式、差动变压器式等。
3.按能量的传递方式分类
有源的和无源的传感器。
1.4 传感器的性能和评价
1.4.1 传感器的静态特性
传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时,所表现出来的输出响应特性,称静态响应特性。通常用来描述静态特性的指标有:
测量范围、精度、灵敏度、稳定性、非线性度、重复性、灵敏阈和分辨力、迟滞。
• 稳定性
传感器的稳定性,一是指传感器测量输出值在一段时间内的变化,即用所谓的稳定度表示;二是指在传感器外部环境和工作条件变化时而引起输出值的变化,即用影响量来表示。
• 灵敏度
传感器灵敏度是表示传感器的输入增量与由它引起的输出增量之间的函数关系。更确切地说,灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比,是传感器在稳态输出输入特性曲线上各点的斜率。用公式表示为:
• 灵敏阈与分辨力
灵敏阈是指传感器能够区分出的最小读数变化量。
对模拟式仪表,当输入量连续变化时,输出量只做阶梯变化,则分辨力就是输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小。对于数字式仪表,灵敏度阈就是分辨力,即仪表指示数字值的最后一位数字所代表的值。
从物理含义看,灵敏度是广义的增益,而灵敏度阈则是死区或不灵敏度。
• 迟滞
传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中——输入特性曲线不重合的程度称为迟滞。
• 线性度
传感器的输出——输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比,称为该传感器的“非线性误差”或称“线性度”,也称“非线性度”。
1.4.2传感器的动态特性
动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。只要输入量是时间的函数,则其输出量必将是时间的函数。研究动态特性的标准输入形式有三种,即正弦、阶跃和线性,而经常使用的是前两种。
• 零阶传感器动态特性指标