学习情境1认识传感器课件

传感器检测与应用学习情境一：认识传感器传感器检测与应用学习情境一：认识传感器1学习情境一：认识传感器

情境介绍：

现代工业生产中，为了监督、控制整个生产过程和对象，需要在检测各种参数和物理量。所谓检测就是人们借助于仪器、设备，利用各种物理效应，采用一定的方法，将客观世界的有关信息通过检查与测量获取定性或定量信息的认识过程。这些仪器和设备的核心部件就是传感器，传感器是感知被测量（多为非电量），并把它转化为电量的一种器件或装置。在具体学习传感器及其应用之前，通过本学习情境首先了解什么检测技术，什么是传感器以及它们的广泛用途，同时了解测量的基础知识，使得整个课程学习先有一个感性认知。学习情境一：认识传感器

情境介绍：2学习情境一：认识传感器

学习要点：

检测及传感器的含义及工业检测涉及的内容；自动检测系统的组成;几种测量方法的分类；绝对误差、相对误差及精度的计算；随机误差的概念及处理方法；传感器的分类、组成及特性。学习情境一：认识传感器

学习要点：3自动检测技术传感器及其特性测量及测量误差学习情境一：认识传感器

自动检测技术学习情境一：认识传感器

4

检测:利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程。一、检测与自动检测技术方法：比较法装置：船、石头、小秤自动检测技术

结果：定量检测:利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将5自动检测技术：以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容，自动完成整个检测过程的技术。

自动检测技术：以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容，自6二、自动检测技术在国民经济中的地位用这句话来说明自动检测技术在现代科学技术中的重要性是很恰当的，所谓“事”，就是指发展现代科学技术的伟大事业，而“器”则是指利用自动检测技术而制造的仪器、仪表、工具等。所以说自动检测技术是科学实践和生产实践的必要手段，它的水平高低也是科学技术现代化的重要标志。

古语有：“工欲善其事，必先利其器。”二、自动检测技术在国民经济中的地位用这句话来说明自7检测技术在卫星中的应用人造卫星检测技术在卫星中的应用人造卫星8检测技术在海啸预报中的应用海浪振动检测系统浮标深海地沟检测技术在海啸预报中的应用海浪振动检测系统浮标深海地沟9检测技术在飞行器中的应用检测技术在飞行器中的应用10检测技术在工业生产领域的应用超声波检测检测技术在工业生产领域的应用超声波检测11检测技术在汽车中的应用检测技术在汽车中的应用12检测技术在日常生活中的应用温湿度传感器温度传感器透光率传感器指纹传感器检测技术在日常生活中的应用温湿度传感器温度传感器透光率传感器13检测技术在日常生活中的应用检测技术在日常生活中的应用14检测技术在日常生活中的应用检测技术在日常生活中的应用15检测技术在日常生活中的应用GPS定位导航检测技术在日常生活中的应用GPS定位导航16检测技术在日常生活中的应用检测技术在日常生活中的应用17检测技术在日常生活中的应用光幕－自动收费检测技术在日常生活中的应用光幕－自动收费18检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用19检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用20检测技术在航天领域的应用火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹

飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵

检测技术在航天领域的应用火箭测控---检测火箭状况、姿态21检测技术在机械加工中的作用

机床导轨位置检测检测技术在机械加工中的作用机床导轨位置检测22三、工业检测技术涉及的内容热工量：温度、压力（压强）、流量、流速、液位机械量：直线位移、角位移、速度、加速度、转速、振动几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度物体的性质和成分量：空气的湿度、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、透明度、物体的颜色状态量：工作机械的运动状态、生产设备的异常状态（超温、过载、磨损、堵塞、断裂等）

三、工业检测技术涉及的内容热工量：温度、压力（压强）、流量、23四、自动检测系统的组成四、自动检测系统的组成24自动检测技术系统原理框图

不带微处理器时自动检测技术系统原理框图不带微处理器时25

1、传感器：指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。2、信号处理装置：把传感器输出的电量变成具有一定驱动和传输能力的电压、电流或频率信号等，以推动后级的显示器、数据处理装置及执行机构。

？是否传感器1、传感器：指一个能将被测的非电量变换成电26

能将温度转换为电压的传感器—热电偶

能将温度转换为电压的传感器—热电偶

273、显示记录装置：对被测信号进行显示与记录。

包括模拟显示、数字显示、图形显示仪表及有纸、无纸记录仪。特点：直观（1）模拟显示3、显示记录装置：对被测信号进行显示与记录。

包括模拟28光柱模拟显示特点：一目了然光柱模拟显示特点：一目了然29（2）数字显示

LED（发光二极管）、LCD（液晶屏）数字式仪表特点：准确，但最后一位经常跳动不止。热敏电阻（2）数字显示

LED（发光二极管）、LCD（液晶屏）数30

LED亮度高、耐振动LED、LCD的特点：LED亮度高、耐振动LED、LCD的特点：31LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察带背光板的LCD可以在夜间观看LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察带背光板的LCD可以32

(3)图像显示：用CRT或点阵LCD来显示读数或被测参

数变化曲线、图表或彩色图等形式来反映整个生产线上

的多组数据。

特点:能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。(3)图像显示：用CRT或点阵LCD来显示读数或被测参

33

图像显示图像显示34(4)记录仪：主要用来记录被检测对象的动态变化过程有纸记录仪(4)记录仪：主要用来记录被检测对象的动态变化过程有纸记录仪35无纸记录仪

主要用来记录和存储被检测对象的动态变化过程。无纸记录仪主要用来记录和存储被检测对象的动态变化364、数据处理装置：对测试所得的实验数据进行处理、运算、逻辑判断、线性变换，对动态测试结果作频谱分析（幅值谱分析、功率谱分析）等，完成这些工作必须采用计算机技术。

4、数据处理装置：对测试所得的实验数据进行处理、运算、逻辑判375、执行机构：执行机构：通常是指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。

继电器插座继电器5、执行机构：执行机构：通常是指各种继电器、电磁铁、电磁阀门38各种继电器各种继电器39

电磁铁—能产生机械力

电磁铁—能产生机械力40电磁调节阀——用于控制流量的大小

加上控制信号，电磁调节阀在电动机的控制下，可以逐渐开合电磁调节阀——用于控制流量的大小加上控制信号，电磁41伺服电动机

可以正转、反转、快转、慢转伺服型雷达天线伺服电动机

可以正转、反转、快转、慢转伺服型雷达天线42报警器报警灯及喇叭报警器报警灯及喇叭43[举例]工件磨削测控过程

传感器快速检测工件的直径参数D。计算机快速地对直径参数作运算、比较、判断等一系列工作，然后将有关参数送到显示器显示出来，另一方面，对研磨盘驱动伺服电动机发出控制信号，控制研磨盘的水平径向位移x，直到工件被磨削到规定的直径为止。

[举例]工件磨削测控过程传感器快速检测工件的直径参数D。计44工件磨削测控过程演示

工件磨削测控过程演示45数字电压、欧姆表五、检测技术的发展趋势

1、不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性将量程切换到2V时，最小显示值为1μV提高测量精度数字电压、欧姆表五、检测技术的发展趋势1、不断提高检测系统46提高可靠性承受剧烈振动提高可靠性承受剧烈振动472、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域月球车火星车2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域月球车火星车482、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）

安全检查2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）安全检查493、发展集成化、功能化的传感器

可拍照的手机3、发展集成化、功能化的传感器可拍照的手机504.采用计算机技术，使检测技术智能化

面部识别技术4.采用计算机技术，使检测技术智能化面部识别技术514.采用计算机技术，使检测技术智能化(续)动作捕捉4.采用计算机技术，使检测技术智能化(续)动作捕捉524.采用计算机技术，使检测技术智能化（续）

单片机芯片4.采用计算机技术，使检测技术智能化（续）单片机芯片535、发展网络化传感器及检测系统5、发展网络化传感器及检测系统54一、传感器的概念和作用

1．概念：

传感器是一种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。常用传感器的输出信号多为易处理的电量，如电压、电流、频率等。2．作用：

可准确、及时地获取并发送信息；与通信、计算机构成信息技术的三大支柱。传感器及其特性

一、传感器的概念和作用传感器及其特性55二、传感器的组成

1、敏感元件：直接感受被测物理量，并转换成与之成一定关系的、更易转换的非电量输出。2、传感元件：将敏感元件输出的信号转换成电信号输出。3、转换电路：将传感元件输出的电参量转换成便于显示、记录和处理的电压、电流或频率量。有些传感器的敏感元件与传感元件两者合为一体。二、传感器的组成1、敏感元件：直接感受被56

举例：测量压力的电位器式压力传感器

1-弹簧管2-电位器3-电刷4-传动机构举例：测量压力的电位器式压力传感器1-弹簧管257弹性敏感元件（弹簧管）

敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接感58弹性敏感元件（弹簧管）

在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α弹性敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位59弹簧管实物放大图

当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。

弹簧管实物放大图当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过60其他各种弹性敏感元件

在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。其他各种弹性敏感元件在上图中的各种弹性元件也能将61压力传感器的外形及内部结构压力传感器的外形及内部结构62被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量。

在左图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量-----电阻的变化（ΔR）被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参63360度圆盘形电位器

左图所示的360度圆盘形电位器的中间焊片为滑动片，右边焊片接地，左边焊片接电源。

接地360度圆盘形电位器左图所示的360度圆盘64

测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。

在左图中，当电位器的两端加上电源后，电位器就组成分压比电路，它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo。

测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量65分压比电路的计算公式如下：

直滑电位器式传感器的输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比：

对圆盘式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比：

分压比电路的计算公式如下：直滑电位器式传感器的66三、传感器分类

传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有：

1、按被测量分类：分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。2、按测量原理分类：分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。

三、传感器分类传感器的种类名目繁多，分类不67四、传感器基本特性

传感器的特性一般指输入、输出特性，且有静态、动态之分。

静态特性包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。

四、传感器基本特性传感器的特性一般指输入、输681、灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K来表示：

（1－6）1、灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与69作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmax作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xma702、分辨力：

指感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。

将分率力除以仪表的满度量程就是仪表的分辨率。分辨率常以百分比或几分之一表示，无量纲。

2、分辨力：

指感器能检出被测信号的最小变化量。当713、线性度：

线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线性度，非线性误差越小越好。线性度的计算公式如下：（1－7）3、线性度：线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性72作图法求线性度演示

（1—拟合曲线2—实际特性曲线）作图法求线性度演示（1—拟合曲线2—实际特734、稳定性：

包含稳定度和环境影响量两个方面。

稳定度是指传感器使用条件不变时，在一定时间内保持示值不变的能力。稳定度一般以仪表的示值变化量和时间的长短之比来表示。

例：某仪表输出电压值在8h内的最大变化量为1.2mV，则表示为1.2mV/(8h)。实际应用时稳定度调整方法：在测量前，将输入端短路通过重新调零来克服。

环境变化量仅指由外界环境变化引起的示值变化量。4、稳定性：包含稳定度和环境影响量两个方面。745、电磁兼容性（EMC）：

指电子设备在规定的电磁干扰环境中能按照原设计要求正常工作的能力，且不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许范围的电磁干扰。5、电磁兼容性（EMC）：指电子设备在规定的756、可靠性：

可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。

浴盆曲线6、可靠性：

可靠性是反映检测系统在规定的条件下76“老化”试验：

在检测设备通电的情况下，将之放置于高温环境低温环境高温环境……反复循环。老化之后的系统在现场使用时，故障率大为降低。老化试验台“老化”试验：

在检测设备通电的情况下，将之放置于77一、测量的概念

测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程。二、测量的分类1．静态测量和动态测量——根据被测量是否随时间变化分2．直接测量和间接测量——根据测量手段的不同来分3．模拟式测量和数字式测量——按测量结果的显示方式来分，要求精密测量时，大多采用数字式测量。4．接触式测量和非接触式测量——根据是否与被测对象相接触来分5．在线测量和离线测量——根据被测参数是否在生产过程中测量来分

测量及测量误差

一、测量的概念二、测量的分类测量及测量误差78静态测量

静态测量79

对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。

最高最低温度计对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。最高80

动态测量

地震测量振动波形动态测量地震测量振动波形81便携式仪表

可以显示波形的便携式仪表便携式仪表可以显示波形的便携式仪表82直接测量

电子卡尺直接测量电子卡尺83间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。

间接测量对多个被测量进行测量，经过计算求得84接触式测量

接触式测量85非接触式测量车载电子警察非接触式测量车载电子警察86离线测量

产品质量检验离线测量产品质量检验87在线测量

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。在线测量在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一88三、测量误差测量误差：测量值与被测参数真实值之间的差距。误差的分类

按表示方法划分

绝对误差相对误差标称相对误差满度相对误差三、测量误差测量误差：测量值与被测参数真实值之间的差距。按表89按误差出现的规律划分

系统误差随机误差粗大误差按被测量随时间变化的速度划分

静态误差动态误差按误差出现的规律划分系统误差随机误差粗大误差按被测量90（一）测量误差的表示方法

（1）绝对误差：Δ=Ax－A0

某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg香蕉、1kg牛肉干，发现均缺少约0.5kg，该采购员对哪个商店意见最大，是何原因？

举例结论

绝对误差的大小有时不足以反映测量值所偏离约定真值大小程度。（一）测量误差的表示方法（1）绝对误差：Δ=A91（2）相对误差

①标称相对误差

②满度（或引用）相对误差

精度等级S

（2）相对误差①标称相对误差②满度（或引用）相对误差精92仪表的准确度等级和基本误差

例：某指针式电压表的精度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为2.5%。

*模拟仪表采用引用误差的形式表示其精度等级。将引用误差的“±”和%去掉后的数值与国标规定的精度等级相靠拢。

仪表的准确度等级和基本误差例：某指针式电压表的93【例】某压力表精度为2.5级，量程为0-1.5MPa，测量结果显示为0.70MPa，试求：1）可能出现的最大满度相对误差；2）可能出现的最大绝对误差？3）可能出现的最大示值相对误差？解：1）最大满度相对误差可从精度得到

2）因为3）【例】某压力表精度为2.5级，量程为0-1.5MPa，测量结94【例】今有0.5级的0℃～300℃和1.0级的0℃～100℃两个温度计，要测80℃的温度，试问采用哪一个温度计好？解：用0.5级仪表测量时，最大标称相对误差为：

用1.0级仪表测量时，最大标称相对误差为：

显然本例中用1.0级仪表比用0.5级仪表更合适。

【例】今有0.5级的0℃～300℃和1.0级的0℃～195

用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示96

用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比较，问示值相对误差哪一个大？用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比97（1）粗大误差

明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。

（二）测量误差产生的因素（1）粗大误差明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过98产生粗大误差的一个例子

产生粗大误差的一个例子99（2）系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。（2）系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？系统误差也100（3）随机误差

在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差，也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。

（3）随机误差在同一条件下，多次测量同一被测101随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计102（1）静态误差

当被测量不随时间变化时所产生的误差，称为静态误差。大多数误差属于静态误差。

如买糖果时，称重是产生的误差；测量身高产生的误差。

（2）动态误差

当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。（三）静态误差和动态误差

（1）静态误差（三）静态误差和动态误差103动态误差

由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差

动态误差由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差104学习情境的检查评价是否理解自动检测的组成和主要用途；是否掌握传感器的结构组成和主要特性；是否掌握测量及测量误差的相关概念；能否例举出日常生活中的自动检测及其基本功能。学习情境的检查评价105传感器检测与应用学习情境一：认识传感器传感器检测与应用学习情境一：认识传感器106学习情境一：认识传感器

情境介绍：

现代工业生产中，为了监督、控制整个生产过程和对象，需要在检测各种参数和物理量。所谓检测就是人们借助于仪器、设备，利用各种物理效应，采用一定的方法，将客观世界的有关信息通过检查与测量获取定性或定量信息的认识过程。这些仪器和设备的核心部件就是传感器，传感器是感知被测量（多为非电量），并把它转化为电量的一种器件或装置。在具体学习传感器及其应用之前，通过本学习情境首先了解什么检测技术，什么是传感器以及它们的广泛用途，同时了解测量的基础知识，使得整个课程学习先有一个感性认知。学习情境一：认识传感器

情境介绍：107学习情境一：认识传感器

学习要点：

检测及传感器的含义及工业检测涉及的内容；自动检测系统的组成;几种测量方法的分类；绝对误差、相对误差及精度的计算；随机误差的概念及处理方法；传感器的分类、组成及特性。学习情境一：认识传感器

学习要点：108自动检测技术传感器及其特性测量及测量误差学习情境一：认识传感器

自动检测技术学习情境一：认识传感器

109

检测:利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程。一、检测与自动检测技术方法：比较法装置：船、石头、小秤自动检测技术

结果：定量检测:利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将110自动检测技术：以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容，自动完成整个检测过程的技术。

自动检测技术：以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容，自111二、自动检测技术在国民经济中的地位用这句话来说明自动检测技术在现代科学技术中的重要性是很恰当的，所谓“事”，就是指发展现代科学技术的伟大事业，而“器”则是指利用自动检测技术而制造的仪器、仪表、工具等。所以说自动检测技术是科学实践和生产实践的必要手段，它的水平高低也是科学技术现代化的重要标志。

古语有：“工欲善其事，必先利其器。”二、自动检测技术在国民经济中的地位用这句话来说明自112检测技术在卫星中的应用人造卫星检测技术在卫星中的应用人造卫星113检测技术在海啸预报中的应用海浪振动检测系统浮标深海地沟检测技术在海啸预报中的应用海浪振动检测系统浮标深海地沟114检测技术在飞行器中的应用检测技术在飞行器中的应用115检测技术在工业生产领域的应用超声波检测检测技术在工业生产领域的应用超声波检测116检测技术在汽车中的应用检测技术在汽车中的应用117检测技术在日常生活中的应用温湿度传感器温度传感器透光率传感器指纹传感器检测技术在日常生活中的应用温湿度传感器温度传感器透光率传感器118检测技术在日常生活中的应用检测技术在日常生活中的应用119检测技术在日常生活中的应用检测技术在日常生活中的应用120检测技术在日常生活中的应用GPS定位导航检测技术在日常生活中的应用GPS定位导航121检测技术在日常生活中的应用检测技术在日常生活中的应用122检测技术在日常生活中的应用光幕－自动收费检测技术在日常生活中的应用光幕－自动收费123检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用124检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用125检测技术在航天领域的应用火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹

飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵

检测技术在航天领域的应用火箭测控---检测火箭状况、姿态126检测技术在机械加工中的作用

机床导轨位置检测检测技术在机械加工中的作用机床导轨位置检测127三、工业检测技术涉及的内容热工量：温度、压力（压强）、流量、流速、液位机械量：直线位移、角位移、速度、加速度、转速、振动几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度物体的性质和成分量：空气的湿度、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、透明度、物体的颜色状态量：工作机械的运动状态、生产设备的异常状态（超温、过载、磨损、堵塞、断裂等）

三、工业检测技术涉及的内容热工量：温度、压力（压强）、流量、128四、自动检测系统的组成四、自动检测系统的组成129自动检测技术系统原理框图

不带微处理器时自动检测技术系统原理框图不带微处理器时130

1、传感器：指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。2、信号处理装置：把传感器输出的电量变成具有一定驱动和传输能力的电压、电流或频率信号等，以推动后级的显示器、数据处理装置及执行机构。

？是否传感器1、传感器：指一个能将被测的非电量变换成电131

能将温度转换为电压的传感器—热电偶

能将温度转换为电压的传感器—热电偶

1323、显示记录装置：对被测信号进行显示与记录。

包括模拟显示、数字显示、图形显示仪表及有纸、无纸记录仪。特点：直观（1）模拟显示3、显示记录装置：对被测信号进行显示与记录。

包括模拟133光柱模拟显示特点：一目了然光柱模拟显示特点：一目了然134（2）数字显示

LED（发光二极管）、LCD（液晶屏）数字式仪表特点：准确，但最后一位经常跳动不止。热敏电阻（2）数字显示

LED（发光二极管）、LCD（液晶屏）数135

LED亮度高、耐振动LED、LCD的特点：LED亮度高、耐振动LED、LCD的特点：136LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察带背光板的LCD可以在夜间观看LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察带背光板的LCD可以137

(3)图像显示：用CRT或点阵LCD来显示读数或被测参

数变化曲线、图表或彩色图等形式来反映整个生产线上

的多组数据。

特点:能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。(3)图像显示：用CRT或点阵LCD来显示读数或被测参

138

图像显示图像显示139(4)记录仪：主要用来记录被检测对象的动态变化过程有纸记录仪(4)记录仪：主要用来记录被检测对象的动态变化过程有纸记录仪140无纸记录仪

主要用来记录和存储被检测对象的动态变化过程。无纸记录仪主要用来记录和存储被检测对象的动态变化1414、数据处理装置：对测试所得的实验数据进行处理、运算、逻辑判断、线性变换，对动态测试结果作频谱分析（幅值谱分析、功率谱分析）等，完成这些工作必须采用计算机技术。

4、数据处理装置：对测试所得的实验数据进行处理、运算、逻辑判1425、执行机构：执行机构：通常是指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。

继电器插座继电器5、执行机构：执行机构：通常是指各种继电器、电磁铁、电磁阀门143各种继电器各种继电器144

电磁铁—能产生机械力

电磁铁—能产生机械力145电磁调节阀——用于控制流量的大小

加上控制信号，电磁调节阀在电动机的控制下，可以逐渐开合电磁调节阀——用于控制流量的大小加上控制信号，电磁146伺服电动机

可以正转、反转、快转、慢转伺服型雷达天线伺服电动机

可以正转、反转、快转、慢转伺服型雷达天线147报警器报警灯及喇叭报警器报警灯及喇叭148[举例]工件磨削测控过程

传感器快速检测工件的直径参数D。计算机快速地对直径参数作运算、比较、判断等一系列工作，然后将有关参数送到显示器显示出来，另一方面，对研磨盘驱动伺服电动机发出控制信号，控制研磨盘的水平径向位移x，直到工件被磨削到规定的直径为止。

[举例]工件磨削测控过程传感器快速检测工件的直径参数D。计149工件磨削测控过程演示

工件磨削测控过程演示150数字电压、欧姆表五、检测技术的发展趋势

1、不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性将量程切换到2V时，最小显示值为1μV提高测量精度数字电压、欧姆表五、检测技术的发展趋势1、不断提高检测系统151提高可靠性承受剧烈振动提高可靠性承受剧烈振动1522、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域月球车火星车2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域月球车火星车1532、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）

安全检查2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）安全检查1543、发展集成化、功能化的传感器

可拍照的手机3、发展集成化、功能化的传感器可拍照的手机1554.采用计算机技术，使检测技术智能化

面部识别技术4.采用计算机技术，使检测技术智能化面部识别技术1564.采用计算机技术，使检测技术智能化(续)动作捕捉4.采用计算机技术，使检测技术智能化(续)动作捕捉1574.采用计算机技术，使检测技术智能化（续）

单片机芯片4.采用计算机技术，使检测技术智能化（续）单片机芯片1585、发展网络化传感器及检测系统5、发展网络化传感器及检测系统159一、传感器的概念和作用

1．概念：

传感器是一种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。常用传感器的输出信号多为易处理的电量，如电压、电流、频率等。2．作用：

可准确、及时地获取并发送信息；与通信、计算机构成信息技术的三大支柱。传感器及其特性

一、传感器的概念和作用传感器及其特性160二、传感器的组成

1、敏感元件：直接感受被测物理量，并转换成与之成一定关系的、更易转换的非电量输出。2、传感元件：将敏感元件输出的信号转换成电信号输出。3、转换电路：将传感元件输出的电参量转换成便于显示、记录和处理的电压、电流或频率量。有些传感器的敏感元件与传感元件两者合为一体。二、传感器的组成1、敏感元件：直接感受被161

举例：测量压力的电位器式压力传感器

1-弹簧管2-电位器3-电刷4-传动机构举例：测量压力的电位器式压力传感器1-弹簧管2162弹性敏感元件（弹簧管）

敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接感163弹性敏感元件（弹簧管）

在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α弹性敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位164弹簧管实物放大图

当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。

弹簧管实物放大图当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过165其他各种弹性敏感元件

在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。其他各种弹性敏感元件在上图中的各种弹性元件也能将166压力传感器的外形及内部结构压力传感器的外形及内部结构167被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量。

在左图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量-----电阻的变化（ΔR）被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参168360度圆盘形电位器

左图所示的360度圆盘形电位器的中间焊片为滑动片，右边焊片接地，左边焊片接电源。

接地360度圆盘形电位器左图所示的360度圆盘169

测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。

在左图中，当电位器的两端加上电源后，电位器就组成分压比电路，它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo。

测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量170分压比电路的计算公式如下：

直滑电位器式传感器的输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比：

对圆盘式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比：

分压比电路的计算公式如下：直滑电位器式传感器的171三、传感器分类

传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有：

1、按被测量分类：分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。2、按测量原理分类：分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。

三、传感器分类传感器的种类名目繁多，分类不172四、传感器基本特性

传感器的特性一般指输入、输出特性，且有静态、动态之分。

静态特性包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。

四、传感器基本特性传感器的特性一般指输入、输1731、灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K来表示：

（1－6）1、灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与174作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmax作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xma1752、分辨力：

指感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。

将分率力除以仪表的满度量程就是仪表的分辨率。分辨率常以百分比或几分之一表示，无量纲。

2、分辨力：

指感器能检出被测信号的最小变化量。当1763、线性度：

线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线性度，非线性误差越小越好。线性度的计算公式如下：（1－7）3、线性度：线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性177作图法求线性度演示

（1—拟合曲线2—实际特性曲线）作图法求线性度演示（1—拟合曲线2—实际特1784、稳定性：

包含稳定度和环境影响量两个方面。

稳定度是指传感器使用条件不变时，在一定时间内保持示值不变的能力。稳定度一般以仪表的示值变化量和时间的长短之比来表示。

例：某仪表输出电压值在8h内的最大变化量为1.2mV，则表示为1.2mV/(8h)。实际应用时稳定度调整方法：在测量前，将输入端短路通过重新调零来克服。

环境变化量仅指由外界环境变化引起的示值变化量。4、稳定性：包含稳定度和环境影响量两个方面。1795、电磁兼容性（EMC）：

指电子设备在规定的电磁干扰环境中能按照原设计要求正常工作的能力，且不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许范围的电磁干扰。5、电磁兼容性（EMC）：指电子设备在规定的1806、可靠性：

可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。

浴盆曲线6、可靠性：

可靠性是反映检测系统在规定的条件下181“老化”试验：

在检测设备通电的情况下，将之放置于高温环境低温环境高温环境……反复循环。老化之后的系统在现场使用时，故障率大为降低。老化试验台“老化”试验：

在检测设备通电的情况下，将之放置于182一、测量的概念

测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程。二、测量的分类1．静态测量和动态测量——根据被测量是否随时间变化分2．直接测量和间接测量——根据测量手段的不同来分3．模拟式测量和数字式测量——按测量结果的显示方式来分，要求精密测量时，大多采用数字式测量。4．接触式测量和非接触式测量——根据是否与被测对象相接触来分5．在线测量和离线测量——根据被测参数是否在生产过程中测量来分

测量及测量误差

一、测量的概念二、测量的分类测量及测量误差183静态测量

静态测量184

对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。

最高最低温度计对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。最高185

动态测量

地震测量振动波形动态测量地震测量振动波形186便携式仪表

可以显示波形的便携式仪表便携式仪表可以显示波形的便携式仪表187直接测量

电子卡尺直接测量电子卡尺188间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。

间接测量对多个被测量进行测量，经过计算求得189接触式测量

接触式测量190非接触式测量车载电子警察非接触式测量车载电子警察191离线测量

产品质量检验离线测量产品质量检验192在线测量

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。在线测量在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一193三、测量误差测量误差：测量值与被测参数真实值之间的差距。误差的分类

按表示方法划分

绝对误差相对误差标称相对误差满度相对误差三、测量误差测量误差：测量值与被测参数真实值之间的差距。按表194按误差出现的规律划分

系统误差随机误差粗大误差按被测量随时间变化的速度划分

静态误差动态误差按误差出现的规律划分系统误差随机误差粗大误差按被测量195（一）测量误差的表示方法

（1）绝对误差：Δ=Ax－A0