《机电一体化系统设计》课件 第6次课第三章 第一节传感器

温故知新抢答：机械系统理想的特性是什么？希望：转动惯量小，摩擦小，阻尼合适，刚度大，抗振性能好，间隙小，机电动态特性相匹配。齿轮总传动比的确定是根据什么原则确定的？齿轮传动间隙的消隙方法都有哪些？举例说明。滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有哪两种？新课导入我们的工业生活离不开传感器！4第3章传感器检测及其接口电路3.1传感器3.2位移测量传感器

3.3速度、加速度传感器3.4位置传感器3.5传感器前期信号处理3.6传感器接口技术传感器的性能指标，位移传感器的分类，电容式位移传感器的分类及其工作原理。重点传感器的性能指标，电容式位移传感器的工作原理。难点6知识点1：机械量传感器分类传感器通常是非电物理量转换为与之有确定对应关系的电量输出的器件或装置。

3.1传感器的分类及特性7按被测物理量分为：位移传感器、速度传感器、加速度传感、力传感器、力矩传感器等。压力传感器扭矩传感器角位移传感器位移传感器一、机械量传感器分类光栅位移传感器8按传感器工作的物理原理分为：电阻式、电感式、电容式、光电式、超声波式等等。压电式加速度传感器激光位移传感器光纤式位移传感器超声波位移传感器传感器电感式位移传感器9

计数型（二次型+计数型）

电压，电流型（热电偶,Cds电池）电感，电容型（可变电容）有接点型(微动开关，接触开关，行程开关)

传感器

电阻型（电位器，电阻应变片）非电量型二值型电量无接点型(光电开关，接近开关)模拟型数字型代码型（旋转编码器，磁尺）101、静态响应特性当被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输出－输入特性。包括：非线性度、迟滞、灵敏度、精度、分辨力、测量范围、量程、零漂。非线性度迟滞灵敏度知识点2：传感器特性1.线性度理想的传感器输入输出应该呈线性关系，静态特性曲线是一条直线，如右图3-1所示：而实际上传感器的输入输出不可能是理想的线性关系，传感器4中典型的静态特性曲线如右图所示：1.线性度传感器的校准曲线与选定的拟合直线的偏离程度称为传感器的线性度，又称非线性误差。yF.S.——传感器的满量程输出值（F.S.是fullscale的缩写）；Dymax——校准曲线与拟合直线的最大偏差。

2.灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出改变量与引起此变化的输入改变量之比。常用Sn表示灵敏度，其表达式为对线性传感器，可表示为一般希望测试系统的灵敏度在满量程范围内恒定，这样才便于读数。也希望灵敏度较高，因为S越大，同样的输入对应的输出越大。3.迟滞（迟环）在相同工作条件下做全量程范围校准时，正行程（输入量由小到大）和反行程（输入量由大到小）所得输出输入特性曲线不重合。迟滞是由于磁性材料的磁化和材料受力变形，机械部分存在（轴承）间隙、摩擦、（紧固件）松动、材料内摩擦、积尘等造成的。4.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测试时,所得特性曲线不一致的程度。△ymax为△ymax1和△ymax2这两个偏差中的较大者。迟滞和重复性的区别：迟滞反映传感器机械结构和制造工艺上的缺陷，如轴承摩擦、间隙、螺丝松动。元件腐蚀或碎裂及积尘等。重复性反映测量结果偶然误差的大小，而不表示与真值之间的差别。有时重复性很好，但可能远离真值。185.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。工程技术中为简化传感器精度的表示方法，引用了精度等级的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示，代表传感器测量的最大允许误差，即相对误差。6.分辨力传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。7.测量范围传感器所能测量到的最小输入量

与最大输入量

之间的范围称为传感器的测量范围。8.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。9.零漂传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。19知识链接2：动态特性动态特性反映了被测量快速变化的性能，可以利用系统的时域指标内的参数，频域指标内的传递函数、频率响应来描述。调整时间峰值时间最大超调量振荡次数延迟时间Ts上升时间Tr1）时域指标时域指标是描述系统输出信号随时间变化的一些特征参数。包括稳态指标和动态指标。这些参数存在的前提是系统是稳定的，一般情况下，稳态指标指系统的稳态误差，动态指标包括：延迟时间、上升时间、超调量和调节时间等。212）频域指标可以用幅频特性和相频特性描述二、传感器的特性22二阶系统的脉冲输入和响应

二阶系统的阶跃输入和响应

两种典型的输入响应：二、传感器的特性23

快速、准确、可靠、经济的获取信号。传感器的选择所要考虑的问题主要包括： 1）足够的量程；2）与测量或控制系统匹配、转换灵敏度