传感器技术第一讲(上)

1、第一讲：基础概念（上）传感器与测量技术讲师：张鹏 2015-9-20课程介绍课程共分为5讲课本7,8,10,11章节不作为讲课内容重点为3,4,5三个章节第9章为实验演练章节课程目的会用传感器，而不是造传感器课程特点区别于自动控制原理，本课程特点概括为：简单：对数学和理论的要求大幅降低应用：此课程强调工程应用，自动控制原理强调设计与分析实践：此课程强调实践，按书本进行授课，则是不能完全领悟相关内容的，必须用到，才更清楚课程宗旨结合我们厂实际使用情况来讲解各类传感器提供相应的传感器实物配合讲解重案例分析与理解，轻数学与理论课程提纲第一讲 传感器概述 压力类：压电晶体式、压阻式传感器第二讲 温度类

2、：热电阻、热电偶、热敏电阻传感器 温度类传感器的转换电路第三讲 转速类：磁电式、霍尔式、光电式传感器 转速类传感器的转换电路课程提纲第四讲 位移类：激光式、电容式、接触式传感器 角度编码器类传感器（光栅式）第五讲 LabView简介 传感器采集设计案例第一讲：内容简介什么是传感器传感器与变送器的区别今天人们常说的传感器指什么？典型传感器举例传感器的组成结构传感器的静态和动态特性汽车上用到的传感器 豪华轿车上的传感器多达200个以上传感器与变送器传感器严格上讲只含有“传感”部分，信号产生后，经过“变送”后才形成能被其它系统读取的电信号传感器与变送器举例：温度传感器：通常指pt100这种热电阻温度

3、变送器：指pt100输出的电阻信号，经过变送器之后，形成05V或420mA的标准信号传输但是，目前工程人员常常把“变送器”与“传感器”混起来称呼，都叫做“传感器”传感器与变送器的联合当前已经有较多产品将传感器与变送器集成到一起，形成整体来出售，例如某公司卖出的温度传感器，采用了pt100的热电阻，配合自己的变送电路，最终输出为420mA信号通常：联合型传感器都属于低端传感器，精度差，信号干扰多，要求较高的传感器均为分开类型例如：进口的奇石乐型压力传感器，单独配置专用的电荷放大器（变送器），而不集成典型传感器举例汽车的油门踏板：属于电容型位移传感器发动机转速检测：属于磁电式或霍尔式传感器燃油温度

4、检测：常用热电阻式传感器滑油压力检测：常用压阻式压力传感器以上各种传感器举例需要提供图片输出信号的国际标准电压输出：05V为标准信号电流输出：420mA为标准信号电阻输出：NTC负温度系数为标准信号热电偶：有国际标准分度号，例如pt100，pt200传感器基本概念测量范围：仪器按照规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量下限：测量范围的最小值。测量上限：测量范围的最大值。量程：量程=测量上限值-测量下限值。基本概念举例例：某温度测量仪表的下限值是-50，上限值为150， 则其测量范围可表示为-50150，量程为200。基本概念：零点迁移和量程迁移零点：测量的下限值。零点：测量的下限值。根据测量

5、要求和条件变化对仪表零点或量程的改变。根据测量要求和条件变化对仪表零点或量程的改变。X X：仪表量程：仪表量程Y Y：指针最大偏转值：指针最大偏转值1 1：迁移前特性曲线：迁移前特性曲线2 2：零点迁移特性曲线：零点迁移特性曲线3 3、4 4：量程迁移特性曲线：量程迁移特性曲线零点迁移的作用：克服仪表的死区，但牺牲了量程。零点迁移的作用：克服仪表的死区，但牺牲了量程。量程迁移的作用：改变仪表的灵敏度和量程。量程迁移的作用：改变仪表的灵敏度和量程。基本概念：灵敏度和分辨率灵敏度：被测参数改变时，经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。灵敏度为量纲（无单位

6、）。由量纲U和Y确定。分辨率：灵敏度的一种反映，表示仪表输出能响应和分辨的最小输入量，又称灵敏限。YU灵敏度重要概念：灵敏度灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力 (a) (a) 线性传感器线性传感器 (b) (b) 非线性传感器非线性传感器 两者关系 灵敏度高的仪表一定分辨率高（充分条件）灵敏度高的仪表一定分辨率高（充分条件） 分辨率高的仪表不一定灵敏度高（非必要条件）分辨率高的仪表不一定灵敏度高（非必要条件） 原因：分辨率高的仪表，如量程也很小，则灵原因：分辨率高的仪表，如量程也很小，则灵敏度也不高。敏度也不高。 灵敏度具有可传递性，首尾串联的多仪表系

7、统灵敏度具有可传递性，首尾串联的多仪表系统总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。基本概念：误差作用：衡量仪表的精度。作用：衡量仪表的精度。真值：理论值。真值：理论值。约定真值约定真值A A0 0：国家标准计量机构标定过的标准仪器：国家标准计量机构标定过的标准仪器的测量值。的测量值。1 1、绝对误差、绝对误差： 绝对误差绝对误差 = = 示值示值M M约定真值约定真值A A0 0 不能确切的反映测量的准确程度。不能确切的反映测量的准确程度。2 2、相对误差、相对误差： 相对误差相对误差（% %）= = 绝对误差绝对误差/ /约定真值约定真值A A0 0 衡量测量的准确度，相

8、对误差越小，准确度越高。衡量测量的准确度，相对误差越小，准确度越高。3 3、引用误差、引用误差Q Q： 引用误差引用误差Q Q（% %）= = 绝对误差绝对误差/ /量程量程L L 仪表多应用在测量接近上限值的量。仪表多应用在测量接近上限值的量。 L L通常为仪表满刻度值通常为仪表满刻度值. .基本概念：精确度仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差Q Qmaxmax去掉百分号后的数字来衡量。去掉百分号后的数字来衡量。 精确度划分为若干等级，简称精度等级，精确度划分为若干等级，简称精度等级，精度等级的数字越小，精度越高。价格越贵。精度等级的数字越小，精度越高

9、。价格越贵。基本概念：滞环滞环：滞环：储能效应储能效应例如弹性变形、磁滞。例如弹性变形、磁滞。实际上升曲线和实际下降实际上升曲线和实际下降曲线不重合。曲线不重合。特性曲线形成环状。特性曲线形成环状。滞环效应分析滞环效应分析同一输入，对应多个输出值，出现误差。同一输入，对应多个输出值，出现误差。基本概念：死区死区：死区：死区效应，例如传动机构死区效应，例如传动机构的摩擦和间隙。的摩擦和间隙。实际上升曲线和实际实际上升曲线和实际下降曲线不重合。下降曲线不重合。仪表输入小到一定范围后不仪表输入小到一定范围后不 足以引起输出的任何变化。足以引起输出的任何变化。死区效应分析死区效应分析基本概念：回差各种

10、情况下，实际上升曲各种情况下，实际上升曲线和实际下降曲线间的差线和实际下降曲线间的差值称为回差或变差。值称为回差或变差。基本概念：重复性重复性：在同一工作条件下，同方向连续多次对同一重复性：在同一工作条件下，同方向连续多次对同一输入值进行测量所得的多个输出值之间相互一致的程输入值进行测量所得的多个输出值之间相互一致的程度。度。综合效应分析综合效应分析衡量传感器不衡量传感器不受随机因素影响的能力。受随机因素影响的能力。 选用上升曲线最大离散程度和选用上升曲线最大离散程度和下降曲线最大离散程度中的最大下降曲线最大离散程度中的最大值。值。基本概念：再现性 再现性：包括滞环和死区，仪表实际上升曲线和实

11、际再现性：包括滞环和死区，仪表实际上升曲线和实际下降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散下降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散程度最大点的值来表示。程度最大点的值来表示。传感器性能传感器性能稳定的一种标志。稳定的一种标志。基本概念：可靠性可靠度：衡量仪表能够正常工作并发挥其功能的程度。可靠度：衡量仪表能够正常工作并发挥其功能的程度。体现在仪表正常工作和出现故障两个方面：体现在仪表正常工作和出现故障两个方面：正常工作方面：平均无故障工作时间。正常工作方面：平均无故障工作时间。出现故障方面：平均故障修复时间。出现故障方面：平均故障修复时间。有效度：（综合性指标）有效度：（综合性指标）平均无故障工作时间有效度平均无故障工作时间平均故障修复时间我厂使用的传感器介绍转速传感器主要为霍尔式转速传感器光电式转速传感器编码器式压力传感器压阻式压力传感器：产品用、寿命长、价格低、灵敏度低、精度低电荷式压力传感器（压电晶体式）：试验用、寿命短、价格高、灵敏度高、精度高温度传感器NT