第1章 绪论 教案

《传感器与检测技术》

授课教案课程性质：班级名称：学生人数：授课教师：课题：1.1检测技术概述课时安排：2授课类型：理论重难点重点检测与测量的基本知识难点测量误差的分类和处理教学目的和要求1.了解检测系统的组成和检测方法的分类；2.掌握误差定义、误差分类和误差的处理方法；3．熟悉现代检测与测量的基本知识。采用教学方法和实施步骤讲授、课堂讨论、分析教具：QSCGQ-ZX型系列传感器与检测技术实验台教学内容1.1检测技术概述1.1.1检测技术基础检测，即检验和测试生产过程中的物理量。检测的任务，其一是对成品或半成品进行质量检验和测量，以检验其是否达到了成品的规格和要求，即是否合格；其二是随时监测生产过程中各种参量的大小及变化等情况，以达到监督和控制整个生产过程的目的。检测技术，是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性检查和定量测量所采取的一系列技术措施，是利用各种物理化学效应，选择合适的方法和装置，将生产、科研、生活中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，它是产品检验和质量控制的重要手段。1.1.2检测系统的组成检测工作的全过程一般包括：信号采集、信号处理、信号显示、信号输出等。一个完整的检测系统或装置通常是由传感器、信号处理电路和输出环节组成，输出环节包括显示和打印记录装置、数据处理装置和控制装置等。检测系统可以采用如图1-1的方式表示。图1-1检测系统的组成框图1.1.3测量方法分类1．直接测量、间接测量与组合测量2．偏差法、零位法、微差法3．开环测量与闭环测量4．等精度测量和非等精度测量5．静态测量和动态测量6．接触测量和非接触测量1.1.4测量误差不同场合的测量，对其结果的可靠性和精度要求也不相同，因此，测量的准确程度要兼顾技术与经济。1．测量误差的基本概念测量误差是指测量结果与其真值之间的差异。真值，是指被测量的绝对准确值，是一个理论概念，实际中永远无法测得。相对真值，是指利用高一等级精度的仪器或装置得到的测量结果，作为近似真值，用来代替真值。2．测量误差的表示方法（1）绝对误差绝对误差可以为正也可以为负，且是一个有单位的物理量。式中：Δx–测量误差，x–测量结果，x0–真值。（2）相对误差相对误差为绝对误差与真值之比，因测量值与真值接近，所以也可以使用绝对误差与测量值的比值近似作为相对误差γ0，一般用百分比来表示，即：（3）引用误差为了方便计算和划分精确度等级，通常采用引用误差γf，它是从相对误差演变过来的，定义为绝对误差与测量仪表量程之比，用百分数表示，即：仪表的精度等级是根据最大引用误差γfmax来确定的，即：上式中的S即为精度等级，表示该仪表在规定的工作条件下使用时，最大引用误差的数值。我国电工仪表的精度等级可分为：0.1、0.2、0.5，1.0，1.5，2.5，5.0共七级。数字越小表示精确度越高。3．测量误差的来源（1）原理误差原理误差是指测量原理和方法本身存在缺陷和偏差。（2）装置误差装置误差是指测量仪器、设备、装置导致的测量误差。（3）环境误差环境误差是指测量环境、条件引起的测量误差。（4）使用误差使用误差是指读数误差、违规操作等人为因素造成的误差。4．测量误差的分类根据测量数据中的误差所呈现的规律及产生的原因，测量误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。（1）系统误差在同一测量条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，其绝对值和符号保持不变或按一定规律变化的误差，称为系统误差。（2）随机误差在同一测量条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，其绝对值和符号以不可预测的方式变化的误差，称为随机误差。（3）粗大误差超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差。数据处理时，含有粗大误差的测量值称为坏值，可直接剔除。作业布置P161-1、1-2、1-3

课程性质：班级名称：学生人数：授课教师：课题：1.2传感器技术概述课时安排：2授课类型：理论重难点重点传感器的定义、组成、种类、基体特性难点传感器的特性参数教学目的和要求1.掌握传感器的定义、组成和作用；2了解传感器的分类；3掌握传感器的基本特性；4掌握传感器的命名和图形符号；5了解传感器的发展趋势。采用教学方法和实施步骤讲授、课堂讨论、分析教具：QSCGQ-ZX型系列传感器与检测技术实验台教学内容第一章绪论1.2传感器技术概述1.2.1传感器的作用和地位人与机器的技能对应关系如图1-6所示。图1-6人机系统的机能对应关系人体系统靠五官从外界获取信息，神经系统将获取到的信息传递给大脑，大脑分析信息并做出决策之后发出指令来指导人的行为活动；而计算机系统，由传感器从外界获取信息，电路系统将传感器获得的信息传送给控制器（计算机），由控制器分析、处理信息、决策、并发出指令来指导执行机构做出相应的处理，从而达到自动控制的目的。由此可见，传感器可以看作是人类五官的延伸，用来获取信息，又称为“机电五官”。1.2.2传感器的定义、组成和分类1．传感器的定义传感器，即“感”受信号，并“传”输信号的装置。根据我国的国家标准，传感器的定义是：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。由于目前信号传输和处理的装置绝大多数都是电子设备，因此，这里的“可用输出信号”指的就是电信号。简单地说，传感器就是把被测的非电量转换成电量的一种装置。2．传感器的组成一般来说，传感器是由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四个部分组成的，如图1-7所示。图1-7传感器的组成3．传感器的分类（1）按照传感器的输入量（被测量）分类，可分为：温度传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器、转速传感器、湿度传感器、气体传感器等。传感器以被测物理量命名。（2）按照传感器的工作原理分类，可分为：应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、热电式传感器、光电式传感器、磁电式传感器等。传感器其以工作原理命名。（3）按照传感器的输出量分类，可分为：模拟式传感器和数字式传感器。模拟传感器的输出量为模拟信号，数字传感器的输出量为数字信号。（4）按照传感器转换能量的情况分类，可分为：能量转换型传感器和能量控制型传感器。1.2.3传感器的命名和代号1．传感器的命名传感器的全称应由“主题词+四级修饰语”组成，即：主题词——传感器一级修饰语——被测量。二级修饰语——转换原理。三级修饰语——特征描述。四级修饰语——主要技术指标。2．传感器的代号一般情况下，传感器的代号应包括以下四部分：a—主称(传感器)，b—被测量，c—转换原理，d—序号，如图1-8所示。图1-8传感器产品代号的编制格式3．传感器的图形符号按GB/T14479—93《传感器图用图形符号》规定，传感器的图形符号由符号要素正方形和等边三角形组成，其中，正方形表示转换器件，三角形表示敏感器件。如图1-9所示，x表示被测量，*表示转换原理。图1-9传感器的图形符号1.2.4传感器的应用领域和发展趋势1．传感器的应用领域（1）航空航天领域（2）军事技术领域（3）工业制造领域（4）农业生产领域（5）医学领域（6）民用领域（7）其它领域2．传感器的发展趋势（1）发现利用新现象、新效应，拓展新的应用领域（2）利用新材料开发新产品（3）传感器的微型化（4）传感器的多功能化（5）传感器的智能化（6）传感器的网络化。1.2.5传感器的特性传感器的特性是指传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测量）x(t)之间的对应关系。当传感器的输入信号为常量或变化极慢时，即被测量处于稳定状态，其输入输出的关系特性称为静态特性；当输入信号随时间变化较快时，传感器的响应特性称为动态特性。传感器的静态特性：1．测量范围传感器所能检测到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围。2．量程传感器测量范围的上限值与下限值的代数差，称为量程。3．精度传感器的精度是指测量结果的可靠程度，是测量中各类误差的综合反映。4．灵敏度灵敏度是指传感器的输出变化量与引起该输出变化量的输入变化量之比。一般情况下，灵敏度用字母K或S来表示：5．线性度传感器的线性度是指传感器输出与输入之间关系的线性程度，即输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想直线的程度。在非线性误差不太大的情况下，可采用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器的输出输入特性线性化。所采用的直线称为拟合直线，实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差称为传感器的非线性误差（或线性度），通常使用相对误差γL来表示，即：式中：ΔLmax—最大非线性绝对误差；yFS—满量程输出。6．分辨力和分辨率传感器的分辨力是指在规定的测量范围内所能检测出的被测量的最小变化量，即分辨能力，又称为分辨率。7．重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线间不一致的程度。