检测与传感技术单元一 检测与传感

学习单元一 传感器与自动测控系统
一、 传感器概述
传感器的作用是将被测非电物理量转换成与其有一定关系 的电信号，它获得的信息准确与否，直接关系到整个系统的精 确度。中华人民共和国国家标准《传感器通用术语》（GB/T 7665—2005 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分；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的部分。
生物电传感器等—意念。
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新技术革命的到来，使世界开始进入信息时代。在利用信 息的过程中，首先要解决的问题就是获取准确可靠的信息，而 传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感 器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状 态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此，没有众多的 优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
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由此可见，传感器技术在发展经 济、推动社会进步方面的作用是十分重 要与明显的。世界各国都十分重视这一 领域的发展。相信在不久的将来，传感 器技术将会出现一个飞跃，达到与其重 要地位相称的新水平。
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二、 自动测控系统概述
自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律进行定性了解和定量 掌握所从事的一系列技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施 的装置之一，它是检测控制器与研究对象的总和，通常可分为开环与闭 环两种，其框图如图1－2和图1－3所示。
1. 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器的基本原理是将被测的非电量转换成电阻值 的变化，再经过转换电路变成电量输出。其实现方法是将电阻应变片 粘贴在弹性元件表面上，当力、扭矩、速度、加速度等物理量作用在 弹性元件上时，会导致弹性元件和粘贴的电阻应变片发生应变效应， 进而引起电阻应变片电阻的变化。

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传感器的发展趋势是微型化、数字化、智能化、多功能 化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新 换代，而且可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增 长点。总体上看，传感器技术是涉及能量转换原理，材料选 择和制造，器件设计、开发和应用等的多项综合技术。传感 器早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。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空到浩瀚的海洋 以至各种复杂的工程系统，几乎每个现代化项目都离不开各 种各样的传感器。
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在基础学科研究中，传感器更具有其突出的地位。随着现代科学技术 的发展，传感器进入了许多新领域。例如，在宏观上要观察上千光年的茫 茫宇宙，微观上要观察小到飞米（fm，1 fm=10-15m）的粒子世界；纵向 上要观察长达数十万年的天体演化，短到飞秒（fs，1 fs=10-15 s，光在真 空中1 fs仅走0.3 μm）的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识，开 拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低 温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等。显然，要获取大量人类 感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科 学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难；而一些新机理和高 灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的 发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
本模块重点介绍传感器的定义、分类、特性及标定和 校准，使读者对传感器技术有一个基本的认识和了解。
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世界是由物质组成的，表征物质特性或其运动形式的参数很 多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。人类为了认 识物质，需要对物质特性进行测量，测量中大多是针对非电量的 测量，如力、位移、温度等。由于非电量不能直接使用一般电工 仪表和电子仪器测量，电信号则易于直接用电子仪器测量和传输 ，因此常常将非电量转换成有对应关系的电量，如电流和电压， 然后进行测量。实现这种转换技术的器件即为传感器。自动检测 和自动控制系统处理的大都是电量，需要通过传感器对非电量的 原始信息进行精确可靠的捕获并转换为电量。

第1章传感器与检测技术基础思考题答案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。

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。

测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。

在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。

然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。

调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。

正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值ΔU，即可由毫伏表指示出来。

(完整版)传感器与检测技术教案
课时授课计划
科目传感器与检测技术授课时数共页
课题：绪论
授课目的: 通过本节课的学习使学生了解传感器概念,组成,分类以及今后的发展趋势
授课重点：传感器的概念和组成
授课难点：对传感器概念的理解
教学类型：讲授教具与挂图：
复习提问：
引入新课：如果将人的大脑比作CPU,那么感觉器官便是敏感元件,大脑是转换元件，那么四肢根据大脑转换的信息去处理事件,就是一个完整的传感器的模型了。

今天我们来学习一个新的设备传感器。

讲授新课(附后）：
本课小结：通过本节课的学习，学生初步了解传感器的一般概念和组成.
作业布置：
改进措施：。