传感器技术及应用高职层次

书名：传感器技术及应用ISBN：978-7-111-42947-0作者：陈文涛出版社：机械工业出版社本书配有电子课件传感器技术及应用陈文涛

主编第一章检测技术基础知识

第一节传感器的基本知识一.传感器的定义二.传感器的组成三.传感器分类四.传感器技术的发展方向五.传感器的基本特性一.传感器的定义传感器是一种以一定的精确度能够感受规定的被测量信息同时又能够将感受到的被测量信息按照一定的规律转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置。

传感器的基本功能是将非电量转化成电量进行输出的装置。

传感器又称为变换器、换能器、变送器、发送器与探测器等。

二.传感器的组成传感器的组成敏感元件是直接感受被测量，并且将感受到的被测量转换为与被测量有确定关系的某一物理量的元件。转换元件的作用就是将敏感元件送出的非电量转化成适合于传输或测量的电信号。由于传感器输出信号一般都很微弱，因此传感器在除敏感元件，转换元件两大组成部分之外，还必须加入信号调理转换电路将输出的信号进行调理与转换、放大、运算与调制之后才能进行显示和参与控制。传感器的各个组成部分可以集成在同一芯片上构成传感器模块和集成电路传感器。三.传感器分类

按被测参数分类机械量：位移、力、力矩、扭矩、速度、加速度、振动、噪声········

热工量：温度、热量、流量、风速、压力、液位·····

物性参数：浓度、粘度、比重、酸碱度······

状态参量：裂纹、缺陷、泄露、磨损、表面质量····按传感器的工作原理分类按传感器的工作原理可分为按应变原理工作式、按电容原理工作式、按压电原理工作式、按磁电原理工作式、按光电效应原理工作式等，相应的有应变式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等。按信号变换特性分类结构型：主要通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。物性型：利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。按能元量关久系分赖类能量欣转换迅型：轧传感快器直悠接由霜被测灵对象咽输入术能量扒使其直工作旨。例狠如热露电偶裙、光趟电池衔等，抱这种鉴类型猫传感尖器也服称为系有源受传感慕器。能量赢控制遭型：菜传感侧器从枕外部蛋获得伐能量点使其霜工作仆，由现被测舟量的刺变化巾控制乒外部柳供给肯的能搭量的欢变化代。四.传感贺器技注术的干发展识方向提高垦与改完善传圆感器污的测牵量精棉度、拢量程河范围之、可短靠性叉等技趁术性袭能。寻找犯新原麻理、被新材万料、浮新工努艺。传感度器的刊智能私化。传感替器的店集成肤化。传感雄器的总多功易能化商。传感荒器的太网络递化和厉微型督化。五.传感渗器的粪基本友特性传感椅器输族出输近入之蛮间的屯关系勉特性筑是传筝感器乏的基嫁本特显性。基本苹特性柔又分墓为静版态特楼性和矿动态养特性员。静态跑特性佣是指泊静态俊信号甘作用仆下的御输出挪输入代关系拨特性辨。动态冰特性味是指弱动态奥信号像作用涉下的化输出洪输入君关系荣特性线性泳度：糊线性平度是成指传丘感器勺输出折量与示输入魂量之拳间的丛实际房诚关系盆曲线仔偏离接拟合弦直线飘的程稿度。yxy′yxmym传感工器线争性度阔示意尘图灵敏例度:灵敏广度是归指在喊稳态玩下输屈出量呆变化担和引烘起此坦变化跌的输旱入量舱变化促的比柱值，秘用s来表库示，锦即若测灾量系模统是驶由灵引敏度夹分别径为s1、s2、s3等多滔个独帽立环狂节组块成时滴，如故图1-蛙3所示柜传感漫器系律统的踢总灵呼敏度S为迟滞:迟滞舌特性欧表明慰检测澡系统便在正闷向（圾输入萄增大捉）和沫反向搅（输要入减厕少）奶行程父期间冶，输饭入输芝出特摔性曲摄线不辛一致粒的程振度.yxy′yxmym传感协器迟绢滞示倒意图重复解性:重复垫性是自指传垃感器付在输池入量乓按同馒一方亦向作附全量趋程连状续多营次变扛化时德，所历得特怪性曲坡线不查一致诞的程扑度。传感名器重撇复性泰示意挣图分辨沸率:分辨讲率指躁传感广器在费规定衬测量康范围馅内能痛够精临确检傅测到朴被测推量的辫最小匹输入饰信号秀增量墨。漂移:传感逗器的倦漂移摇是指拥在输总入量汉不变茄的情篮况下凡，传揭感器恋输出博量随受着时记间变罢化，苏此现情象称行为漂涨移。第二兆节测修量误陪差的线分析猾与处缩慧理一.测量跳的概赏念二.测量盲的方将法三.测量宰误差钞的分起类四.测量葬误差防的表蛾示方尾法一.测量胞的概牲念测量毅：测量愧过程烛实际唯上是艇一个唤比较欧过程掩，就粒是将谈被测呈量与茅同种摆性质辣的标比准量醒进行强比较誓，从莫而获使得被锋测量护大小汉的过链程。测量渐可分乓为狭俘义测主量和纱广义货测量阳两种汉。简殃单的晶比较秆过程商称为雹狭义珠测量运，而露能对届被测主量完洒成检偶出、熔变换乞、分彻析、宇处理嫁显示狐和控伍制的傲综合就过程床，则侮称为绩广义岗测量唯。二.测量嚷的方胜法实现求被测月量与杏标准掩量比国较得慎出的台比值谋的方惜法，应称为脂测量约方法陪。按测怖量过衫程的咏特点员分类1.直接黄测量挪：利弄用测暖量仪忘器，仁直接跟读取票被测壳量的黑测量饰结果笔。2.间接碑测量城：已万知被它测量初与其速他几背个量亲有课确定率的函印数关册系，属可以朴分别佛测出棚其他卡几个辜量,再利辜用函煌数关揭系求裕出被惜测量撕。3.组合杀测量:是指搞在一陵个测帮量过罪程中锦同时欺采用昼直接还测量输和间摔接测疯量两讯种方走法进姿行测坊量的晃测量枣方法捞。按测孟量结讽果的吨方式促分类1.偏差池式测沈量2.零位画式测顷量3.微差乖式测搜量1.偏差蒜式测成量利用饭测量生仪表缩慧指针污对于稀刻度饶初始顾点的浅偏移揪来读宪出被跪测量愉的的辣测量秋方法烘。如凑万用法表测贷量。特点汁：表奏内没拜有标蓝准量阀具（己如单辣位电宰流、傅单位扛电阻经），忧只有条经标译准量朋具校马准过餐的刻丘度盘非。比涝较是骄将被敞测量季与刻夹度盘姑比较锁。精度肾低，驼但简笨单迅轰速。2.零位斯式测轧量调节饺已知芽标准声量与破被测横量达炒到平学衡状索态（妖相等阿），役读取础标准耻量作亮为被英测值叛。特点希：测是量装揪置中沟有标宴准量绞具（铲如天咬平的胜砝码呜、电劝桥的饭标准宫电阻切），都测量醋过程瓜是将勺被测弊量与丝式标准笼量具留比较叠，在距平衡笨或指怀针指佣零时负，读葛取标寸准量恰具的蔽大小络。精度串高，仗操作标复杂祝，反俘应速污度较绳慢。3.微差屯式测怨量零位肥式与恶偏差某式测跑量的愈综合厌应用属。测量宣前先宋把被哀测量U调到捷基准李数值必大小误，调劣节已雀知标渡准量腹使二蹈者相及等，脱读取鸣被测贵值的脑基准洁大小U0。测量溪中只并读取浮被测第值的季微小变化恶∆U计算险得测凶量结在果为唇：特点锈：测速量装纠置中巩有标便准量忆具，绳测量婶始条仆件是坐指针零指零鸣或平誉衡。对微廉小信来号实齿行偏孩差式塞测量孤。减小貌了偏绳差式笔测量痒的范买围，薄精度钳高，征小信觉号反忆应速千度快沿，适谢合于嫁在线炊测量稿。微差式测棵量原酬理图按测添量精助度因登素条吨件分宵类1.等精戒度测爽量:是指唱在整域个测画量过配程中蛛，如办果影拾响和快决定治误差晶大小两的全铜部因箩素(条件)始终别保持记不变究，比裂如由叼同一报个测随量者劝，用史同一梁台仪眯器、幕同样随的测爆量方护法，顿在相色同的谢环境牵条件赚下，浩对同苏一被黑测量桃进行寨多次鄙重复浪测量陈的测老量方扣法。2.不等侧精度涂测量:是指蹦有时测在高限精度缎测量趴中，卵在不觉同的犯测量予环境涂条件更下，甚用不须同精披度的弄仪表领、不狭同的触测量电方法左、不障同的垮测量注次数铺，以讽及不蠢同的松测量绕者进侍行测钓量和样对比富的测德量方较法。按测巷量对突象的场变化海特点厨分类1.静态玻测量:是指洽被测舒对象回的大把小不银随时享间变艘化而虚变化宁，处闸于稳姿定状贸态下贡进行暂的测候量方割法.2.动态橡测量:是指刻被测湾对象然的大危小在户测量奇过程汁中是单随时屡间不暑断变扁化的慌，处铺于非里稳定赴状态狸下进皇行的允测量妄方法剑，称估为动道态测圆量。按测顽量敏材感元止件是墨否与酿被测宾介质挥接触泡分类1.接触去测量:是指惕传感败器直欲接与斧被测演对象拨接触陡，感震受被泄测量尾的变精化，浇从而勾获取使信号植，并升测量严出其遥大小辽的方边法。2.非接灿触测遭量:是指算传感副器不博直接跪与被喘测对毁象接苗触，轰而是州间接蝴感受酿被测袖量的侍变化驻，从绢而获春取信酒号，哀并测济量出陷其大阳小的送方法挪。按测海量敏撕感元耐件是佩否与炒被测别介质如接触雅分类1.接触碰测量:是指郑传感镜器直徒接与流被测秀对象抽接触贴，感围受被估测量头的变奥化，置从而捉获取增信号垫，并次测量母出其乘大小哈的方法法。2.非接愤触测斗量:是指羞传感遭器不度直接蚀与被占测对瓦象接册触，双而是恨间接孤感受洋被测因量的抖变化询，从凭而获湾取信林号，朴并测确量出栏其大族小的吼方法旋。随机沉误差1.在相侨同条去件下认，对推同一牛被测竞量进桌行多满次重稻复测盗量时迫，受细偶然辫因素侄的影予响而膏出现晕误差誓的绝双对值斧和符认号以栗不可踢预知邪的方怜式变小化着寇，则野此类塑误差抖称为调随机沟误差扰。2.随机堂误差京能够辛反映创测量返结果盗的分卵散程枯度，您通常剩称为纯精密首度。撤随机铜误差谜越小剃，说河明多柔次测夏量时梨的分仗散性维越小桐，精森密度坚要高捐。检测陪技术家中，唐用精拢准度俩（简蜜称精森度，肤它从伶精密酿度和损准确只度中作各取塑一个拉字）翠反映倒精密荐度和况准确毕度的劲综合漫结果贩。a．规词律性帽系统娇误差变小正确何度高。结果扑分散吹性大随机仍误差子大精密庙度低。b．规性律性忽系统跨误差后大正确搏度低。结果德重复挽性好随机衣误差破小精密栽度高。c．规蝇律性拆系统算误差昆小正确乞度高。结果孕重复盟性好随机触误差直小精密校度高。准确橡度、精尺密度令和精孕准度反示意建图粗大完误差1.粗大凡误差倦是指婆明显篮偏离还测量是结果允的误嘱差，白又称愁过失抬误差飘。2.引起祝粗大集误差仍的根剃本原染因主盼要是宵由测寺量人记员操补作失允误、刑读数孟错误蒙、记错数错谣误而耐引起校的，贿也完痛全没覆有规岭律。四．忠测量盆误差米的表融示方纺法绝对且误差:绝对轰误差δ是指厨仪表金的指哥示值X与被序测量蜘的真胆值X0之间栏的差誉值，场可用钓下式魂表示携：测量狠值与默真值嘉的差δ有单绸位、冶符号蹄。绝竭对误楚差可斜以直侧接反格映测绞量结重果与谎真值会之间栋的偏埋差值救，但柜不可跑作为绿测量刺精度置的指穿标。相对宪误差捧：相鲁对误屠差r是指娃仪表库指示赤值的役绝对牌误差δ与被旨测量堡的真跨值X0的比铜值，亩可用献下式漠表示续：绝对佣误差拜与真童值的呆（百视分）熄比引用氏误差西：壳引用储误差r0是指务绝对静误差δ与仪眯表量谦程L的比汇值。绝对静误差张与仪伪表量俩程的城（百瓦分）挂比仪表葬的最裕大引绪用误末差：最大千绝对览误差畏与量裤程之刺（百帮分）当比。*该式潜分子筝是指目整个锐量程国中最仁大绝渗对误瓣差，这为定钟值，府分母爷也是懒确定很的。帖因此肢，对抽于一象台确钳定的倦检测告仪表萝或系既统，羊最大饺引用储误差菊就是贼定值抵，可转以用须来衡射量仪筋表精晶度。仪表畏的精帆度等粗级：取仪孝表的那最大谦引用棵误差例，去虑掉百每分号威。*常见继仪表附精度滤等级较：0．1框0．2橡0．5纺1．01．5秤2．0膀2．5树5．038本章俯小结测量寻是人禾们借攀助专扩门的炭技术碗和设顽备，筹通过产实验盟的方疏法，乳把被荡测量帮与作秤为单乡丰位的史标准催量进馆行比恩较，彻以确水定出教被测烦量是店标准稀量的斑多少蔑倍数语的过间程，臣所得皆的倍导数就演是测勾量值纷。测芦量方矮法有异不同玩的分米类。调根据哥测量满手续贼不同甚可分揭为直魔接测亿量、深间接英测量著和联矮立测浪量；吵根据优测量炒时是妻否与脱被测恳对象汉相互烟接触矿可分数为接渔触式命