电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 1-2

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《传感器技术应用》全册PPT课件

传感器的漂移是指在外界干扰下，输出量出现与输入量无关的变化。漂移有很多种，如时间漂移和温特性：传感器测量动态信号时，输出输入之间的关系。动态特性常用的描述方法：
阶跃信号：包括最大偏离量，延滞时间，上升时间，峰值时间，响应时间
频率响应：包括幅频特性，相频特性
（4）传感器的重复性
传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。
（5）传感器的迟滞
传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，特性曲线不一致的程度。
（6）传感器的稳定性与漂移
传感器的稳定性有长期和短期之分，一般指一段时间以后，传感器的输出和初始标定时的输出之间的差值。通常用不稳定度来表征其输出的稳定的程度。
注意：并不是所有的传感器必须同时包括敏感元件和转换元件
传感器有很多种分类方法，但目前对传感器尚无
一个统一的分类方法，比较常用的有如下几种：
1．按传感器的被测物理量分类 2．按传感器工作原理分类 3．按传感器输出信号的性质分类 4．按传感器转换能量供给形式分类 5．按传感器的工作机理分类
项目一传感器及测量基本知识
任务一传感器的基本知识一、任务描述二、任务实施（一）传感器的定义（二）传感器的组成（三）传感器的分类（四）传感器的命名和代号（五）传感器的特性（六）传感器的选用（七）传感器的应用及发展趋势任务二测量的基本知识一、任务描述二、任务实施（一）测量的定义和分类（二）误差的定义与分类
1.传感器的静态特性
传感器的灵敏
度
01
传感器的线性
度
02
（2）传感器的线性度拟合直线方法：
（3）传感器的分辨力

传感器应用技术完整版课件全套ppt教程

在科学技术高度发达的现代社会中，人类已进入瞬息万变的信息时代。人们在从事工业生产和科学实验等活动中，主要依靠对信息资源的开发、获取、传输和处理。传感器是人类感官的延长。它处于研究对象与测控系统的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口。一切科学实验和生产过程，都需要大量的信息，特别是自动检测和自动控制系统要获取的信息，都要通过传感器将其转换为容易传输与处理的电信号。没有传感器，科学实验和生产过程就无法实现现代化。传感器的工作原理涉及很多学科领域，它的开发带动了边缘学科的发展。
【知识要求】
• 了解检测技术的含义、作用和地位。 • 掌握检测系统的组成。 • 了解误差的基本概念和仪表的精度等级。 • 掌握随机误差和系统误差的处理方法，测量数据的处理方
法。 • 了解传感器的组成，即敏感元件、传感元件、检测线路及
传感器的分类。 • 掌握传感器的静态特性和动态特性的分析方法。
重点：灵敏度的概念、灵敏度与量程、稳定性的关系，多环节系统的灵敏度，传感器的组成。难点：根据误差要求合理选择检测装置的精度等级，测量数据的处理方法。
用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量。在测量时，已知标准量直接与被测量相比较，已知量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等，例如天平、电位差计等。
零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费时较长，不适用于测量迅速变化的信号。
传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 2-2

第二章光电类传感器
第二节红外线传感器
在自然界中任何高于绝对零度（-273.15℃）的物体都是能够向外辐射红外线，这种现象就是红外辐射。
红外线传感器的功能就是够检测物体辐射红外线并将其转换成电信号，目前红外线传感器广泛的应用于温度检测、自动控制、遥感、成像等领域。
一、红外线传感器类型
（1）热电型红外传感器热电型红外传感器包括热电偶式、电容式和热释电式等，它们是利用红外辐射的热效应工作的，它采用热敏元件先将红外光能量转换成本身温度的变化，然后利用热电效应产生响应的电信号。某些强介电常数物质的表面温度发生变化，随着温度的上升或下降，在这些物质表面就会产生电荷的变化，这种现象称为热电效应。热释电型红外线传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器，是目前应用比较广泛的传感器。
热释电红外线传感器的基本结构及ห้องสมุดไป่ตู้效电路如图所示。
热释电红外传感器基本结构热释电红外传感器等效电路
一、红外线传感器类型
（2）量子型红外线传感器量子型红外线传感器包括光电导式、光生伏特效应式、光磁电式等，它们是利用红外辐射的光电效应工作的，采用光敏元件，可直接把红外光能转换成电能。量子型红外传感器广泛应用在遥感等方面。
二、热释电型红外线传感器
热释电红外线传感器是一种用于检测物体热辐射所产生的红外线，从而对物体进行测距、测温、监控等的一种新型非接触传感器。

高中通用技术：《传感器的应用》教学课件

（C）信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
（D）信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
B A
R1
图3
R2
高中通用技术：《传感器的应用》教学
课件
信号处理系统
4：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，
该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。
可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的半径
R和齿轮齿数P，速度和行程的表达式如上面两式所
示。
高中通用技术：《传感器的应用》教学课件
3.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中A是发光仪器，B是传送带上物品，R1为光敏电阻，R2为定值电
阻，此光电计数器的基本工作原理是（ B）D
（A）当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压（B）当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
6
7
U/V
高中通用技术：《传感器的应用》教学
图2 课件
图3
阻图4
光传感器的应用
【例2】如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量
车速和行程的装置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D 为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光
束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，
Ω。
⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：__热__敏__温__度__计___。
解: ⑵ I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA
I/mA
50
由图1得 UR=5.2V R2 =(9-5.2) / 0.034=111.8 Ω

电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 5-2

一、电位器式位移传感器
把应变片粘贴于所需测量变形物体表面，敏感栅随被测体表面变形而使电阻值改变，测量电阻的变化量可得知变形大小。由于应变片具有体积小、使用简便、测量灵敏度高，可进行动、静态测量，精度负荷要求，因此广泛应用于力、压力、力矩、位移等物理量的测量。
电阻应变片式传感器是利用了金属盒半导体材料的 “应变效应”。金属盒半导体材料的电阻值随它承受机械变形大小而发生变化的现象称为“应变效应”。
（3）底层处理
为了保证应变片能牢固的贴在试件上，并具有足够的绝缘电阻，改善胶接性能，可在粘贴位置涂上一层底胶。
二、应变片的结构类型、形式
（4）贴片在应变片上标出敏感栅的纵、横向中心线，在试件上按照测量要求画出中心线。要求精密时可用光学投影的方法来确定位置。确定好位置后，将应变片对准划线位置迅速贴上，然后盖一层玻璃纸，用手指或胶辊加压，挤出气泡及多余的胶水，保证胶层尽可能薄且均匀，加压时注意防止应变片错位。（5）固化黏合剂的固化是否完全，直接影响到胶的物理学性能。关键是要掌握好温度、时间和循环周期。无论是自然干燥还是加热固化，都要严格按照工业规范进行。为了防止强度降低、绝缘破坏及电化腐蚀，在固化后的应变片应涂上防潮保护层，防潮层一般可采用稀释的黏合胶。
二、应变片的结构类型、形式
1.应变片的结构类型常用的电阻应变片有两大类，即金属电阻应变片和半导体应变片。前者可分为金属丝式、箔式、薄膜式三种。如图所示为几种不同类型的电阻应变片示意图。
电阻应变片的结构
二、应变片的结构类型、形式
2、电阻应变片的主要参数（1）应变片的电阻值（R0）（2）绝缘电阻值（R）（3）灵敏度系数（K）（4）机械滞后（5）允许电流（6）应变极限（7）零漂和蠕变

电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 6-1

一些常见传感器见表6-1。
二、温度测量及传感器分类
温度传感器一般分为两大类，接触式和非接触式。接触式温度传感器有热电偶、热敏电阻等，利用其产生的热电动势或电阻随温度变化的特性来测量物体的温度，一般还采用与开关组合的双金属片或磁继电器开关进行控制。非接触式温度传感器测温时不需要直接与被测对象接触，两者通过热辐射或对流的方式传导热量，最终达到测温目的。非接触式温度传感器可以测量高温、有腐蚀性、有毒和运动物体的温度，常见的有辐射高温计、红外温度传感器等。
第六章温度传感器
第一节温度测量与温度传感器
一、温度的基本概念
1.温度从宏观性质讲，温度表示了物体冷热程度，物体温度的高低确定了热量传递的方向：热量总是从温度高的物体传向温度低的物体。 2.温标温度的标尺，即温标。它规定了温度读数的起点（零点）以及温度的单位。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际实用温标。

传感器应用技术PPT课件

风速，流速，流量；
声：声压，噪声
温度：温度，热量，比热
磁：磁通，磁场
光：亮度，色彩
2.按工作原理分类：磁电式，热电式，机械式，电气式，光学式，流体式等
1.传感器在工业检测和自动控制系统中的应用
压力传感器
流量传感器
2.传感器与家用电器麦克风是一种将声音信号转换为电信号的传感器
声-----电磁感应-------电流
传感器技术
sensor Technology
目录/Contents
01 本课程的特点和教学内容 02 什么是传感器 03 传感器作用和地位 04 传感器现状和国内外发展趋势 05 传感器检测系统组成原理 06 传感器定义、组成和分类
01
本课程的特点和教学内容
1 本课程的特点 2 本学期授课计划及教学内容
红外传感器---能看到人眼看不到的东西
04 3
传感器现状和国内外发展趋势
需求和生产呈上升趋势在尖端领域，与世界其他国家差距还是很大传感器是光学、力学等多学科综合性课程
05 传感器检测系统的组成原理
被测非电量
有用敏感元件非电量
转换元件
有用电量
基本转换电路
输出电量
转换元件
输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。
的原理确定。
电子秤—压力传感器电子秤—传感器
空调—温度传感器
电视机、遥控—红烟雾报警器—对烟雾敏指纹考勤器—电容/光
外传感器
感传感器
学传感器
• 电子秤：精确地、快速的测量，内有一个压力传感器，把压力编程电信号 • 数码相机：能把光学影像变成数字化影像，内有一个光学的图像传感器， • 空调-为什么能吹出设定的温度的风？因为内出风口有温度传感器，能实现实时监控 • 电视机遥控器---遥控器按下按钮能发射一束编码了的红外限号，电视机或空调接受相应的信号，有一个红外传感器。 • 烟雾报警器---消防上应用广泛，有一个队烟雾比较敏感的传感器。 • 指纹考勤机---有一个图像传感器，可以是光学传感器，也可以是一个电容传感器，能把电容信号变化成数字化的信号。

电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 5-3

一、压电式传感器工作原理
3.压电元件常用的结构形式
在压电传感器中，常用两片或多片组合在一起使用。如图所示。
压电元件的串、并联
在以上两种连接方式中，并联法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以电荷量作为输出的场合。串联法输出电压高，本身电容小，适用于以电压作为输出量以及测量电路输入阻抗很高的场合。
二、压电式传感器测量电路
1.压电式传感器的等效电路压电式传感器在受外力作用时，在两个电极表面将要聚集电荷，且电荷相等，极性相反。因此，可以把压电式传感器等效成一个与电容相并联的电荷源，如图a所示，也可以等效成一个电压源，如图b所示。
a）电荷源；b）电压源压电传感器的等效电路
二、压电式传感器测量电路
第五章力传感器
第三节压电式力传感器
压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态的压电效应为转换原理的传感器。它可以测量最终能变换为力的各种物理量，如力、压力、加速度等。
压电传感器具有结构简单、体积小、重量轻、灵敏度和精度高等特点。压电式传感器在电声学、生物医学、工程力学等方面的应用越来越广泛。
一、压电式传感器工作原理
1.压电效应（1）正压电效应（2）逆压电效应利用逆压电效应可制成多种超声波发生器和压电扬声器。如图所示是压电效应的示意图。
压电效应示意图
一、压电式传感器工作原理
2.压电材料的分类及特性压电式传感器中的压电元件材料一般有三类：一类是压电晶体（单晶体）；另一类是经过极化处理的压电陶瓷（多晶体）；第三类是高分子压电材料。（1）石英晶体（2）水溶性压电晶体（3）铌酸锂晶体（4）压电陶瓷 1）钛酸钡压电陶瓷 2)锆钛酸铅系压电陶瓷 3)铌酸盐系压电陶瓷（5）压电半导体（6）高分子压电材料

电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 3-2

二、霍尔元件
霍尔元件利用霍尔效应将被测量（如电流、磁场、位移及压力等）转换成电动势。
1.霍尔元件的结构霍尔电势的大小与材料的性质和尺寸有关，是一种四端型器件，按结构分为体型和薄膜型两种。
霍尔元件结构示意图 a）体型 b）改进型 c）薄膜型
二、霍尔元件
霍尔元件的符号
2.霍尔元件的主要技术参数
1）输入电阻Rin 2）输出电阻Ron 3）额定控制电流IC 4）乘积灵敏度KH 5）不等位电势UM
6）磁灵敏度 7）霍尔电压温度系数β
二、霍尔元件
3.霍尔元件的选用霍尔元件的基本选择原则如下：（1）磁场测量对于精度要求高的磁场测量，一般选用灵敏度较高的砷化镓霍尔元件，其精度不低于±0.5%。（2）电流测量大部分霍尔元件可用于电流测量，如果精度要求高时，选用砷化镓霍尔元件；如果精度要求不高时，可选用硅、锗等霍尔元件。
2.霍尔线性集成传感器霍尔线性集成传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。这类传感器一般由霍尔元件和放大器组成，当外加磁场时，霍尔元件产生与磁场成线性比例变化的霍尔电压，经放大器放大后输出。霍尔线性集成传感器有单端输出型和双端输出型两种。
单端输出的电路结构
双端输出的电路结构
三、集成霍尔传感器
霍尔开关集成传感器是能感知与磁信息有关的物理量，并以开关信号的形式输出。霍尔开关集成传感器具有使恶劣环境等优点。
如图所示，霍尔开关集成传感器的内部框图。主要由稳压电路、霍尔元件、放大器、整形电路及开关输出五部分组成。
三、集成霍尔传感器
二、霍尔元件
（3）转速和脉冲测量测量转速和脉冲时，通常选用集成霍尔开关和锑化铟霍尔元件。如VCD、光驱等设备中的驱动电机采用锑化铟霍尔元件对电机的位置进行检查，大大提高了电动机的使用寿命（4）信号测量通常利用霍尔电动势与控制电流的大小和被测磁场强弱成正比的原理，且被测磁场与霍尔元件表面的夹角成正弦关系的特性而设计成函数发生器。利用霍尔元件的输出与控制电流和被测磁场成正比的特性，设计制造功率表、电能表等。

电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 7-2

一、湿度的基本概念与湿敏传感器的分类
2.湿敏传感器的分类水分子具有易于吸附在固体表面并渗透到固体内部的特性，利用水分子这一特性制成的制度传感器称为水分子亲和力型传感器，而把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器。目前在现代工业中使用的湿度传感器大部分都是水分子亲和力型传感器。水分子亲和力型传感器按照其输出电信号的种类又可分为电阻型和电容型。
二、湿敏传感器的主要参数
1.湿度量程量程就是湿敏传感器技术规范中所规定的感湿范围。 2.感湿灵敏度感湿灵敏度，又叫湿度系数。它的定义是：在某一相对湿度范围内，相对湿度改变1%RH时，湿敏传感器电参数的变化值或百分率。 3.感湿温度系数它表示在两个规定的温度下，湿敏传感器的电阻值（或电容值）达到相等时，其对应的相对湿度之差与两个规定温度变化量之比。或者说，是环境每变化1℃时，所引起的湿敏传感器的湿度误差。
第七章气敏传感器和湿敏传感器
第二节湿敏传感器
一、半导体热敏电阻
所谓湿敏传感器是指能够检测环境湿度的变化并能够将湿度变化信号转换成为电信号的一种传感器。
一、湿度的基本概念与湿敏传感器的分类
1.湿度表示法空气中通常含有水蒸气，在测量时用湿度来描述，其表示方法主要有绝对湿度、相对湿度、露点（霜点）等表示法。（1）绝对湿度空气的绝对湿度表示为单位体积空气里所含水蒸气的质量，即空气中水蒸气的密度。一般用1m3空气中所含水蒸气的克数表示。（2）相对湿度相对湿度是空气中实际所含水蒸气的分压与相同温度下饱和水蒸气的分压之比的百分数，这是一个无量纲量，一般用 %RH来表示。由于绝对湿度有单位，二相对湿度描述较方便，因此，常常使用相对湿度。
5.湿敏传感器使用注意事项

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二、测量的方法
4.根据被测对象是否随时间变化而变化的特点：可分为静态测量和动态测量等。
（1）静态测量静态测量是指被测对象处于稳定情况下的测量。此时被测参数不随时间而变化，故又称稳态测量。（2）动态测量动态测量是指在被测对象处于不稳定情况下进行的测量。此时被测参数随时间变化而变化。因此，这种测量必须在瞬时完成，才能得到动态参数的测量结果。
二、测量的方法
3.根据传感器是否与被测量对象直接接触：可分为接触式测量和非接触式测量。
（1）接触式测量检测仪表的传感器与被测对象直接接触，承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称接触式测量。（2）非接触式测量检测仪表的传感器不与被测对象直接接触，而是间接承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，以达到测量目的的方法，称非接触式测量。
1.按照测量过程的特点分类：可将测量方法分为直接测量和间接测量。
（1）直接测量直接测量是针对被测量选用专用仪表进行测量，直接获取被测量值的过程。（2）间接测量用直接测量法得到与被测量有确切函数关系的一些物理量，然后通过计算求得被测量值的过程成为间接测量。
二、测量的方法
2.按照检测时对偏差的处理方式：可以分为偏差式测量、零位式测量和微差式测量。
三、测量误差与分类
1.绝对误差和相对误差（1）绝对误差某一物理量的测量值X与真值A0的差值称为绝对误差△X。 △X=X-A0 （2）相对误差仪表指示值的绝对误差△X与被测量真值A0的比值，常用百分数表示。
×δ1=0Δ0X%
A0
三、测量误差与分类
2.系统误差、随即误差和粗大误差（1）系统误差在相同条件下，多次测得同一量时，误差的大小保持不变，或按一定规律变化，这种误差称为系统误差。系统误差越小，测量就越正确。（2）随机误差在相同的条件下，多次测得同一量时，其误差的大小以不可预见的方式变化，这种误差称为随机误差。随机误差越小，精密度越高。（3）粗大误差在一定条件下测量结果显著偏离其实际值所对应的误差。粗大误差主要是人为因素造成的。
第一章传感器技术基础
第二节测量基本知识
一、测量的概念
测量是指人们借助于专门的设备，通过实验的方法，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测量的定量信息。
二、测量的方法
测量过程有三个要素：测量单位、测量方法和测量仪器与设备。
测量方法是实现测量过程所采用的具体方法，应该根据被测量的性质、特点和测量任务的要求来选择适当的测量方法。
三、测量误差与分类
在实际中，用测量仪表对被测量进行测量时，测量结果与被测量的约定真值之间的差值就称为误差。
误差产生的原因一方面是测量设备、仪表、测量方法等因素引起的误差；另一方面是由人员本身受到周围环境的影响而引起的误差。
按照误差的表示方法分为：绝对误差和相对误Байду номын сангаас；按误差出现的规律分：系统误差、随机误差和粗大误差。
（1）偏差式测量用事先标定好的测量仪器进行测量，根据被测量引起显示器的偏移值直接读取被测量的值。（2）零位式测量将被测量x与某一已知标准量s完全抵消，使作用到检查仪表上的效应等于零。（3）微差式测量将零位测量和偏差测量结合起来，把被测量的大部分抵消，选用灵敏度较高的仪表测量剩余部分的数值，被测量便等于标准量和仪表偏差值之和。