第1章-傳感器與自動檢測技術的基本概念

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材傳感器與自動檢測技術（第二版）主編吳旗高等教育出版社高等教育電子音像出版社普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第一章傳感器與自動檢測技術的基本概念本章學習的主要內容：1.傳感器簡述2.自動檢測系統(tǒng)概述3.測量誤差與精度4.檢測系統(tǒng)中的彈性敏感元件普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§1－1傳感器簡述

一、傳感器的定義與組成傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成有用輸出電信號的器件或裝置。敏感元件

傳感元件

測量轉換電路

非電量被測量非電量電參量電量傳感器組成框圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、傳感器的分類及命名（1）按工作原理劃分

參量傳感器

發(fā)電傳感器

特殊傳感器

電阻式傳感器電感式傳感器電容式傳感器等熱電偶傳感器壓電式傳感器霍爾式傳感器等超聲波探頭激光檢測等1.分類普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）按被測量性質來分機械量傳感器熱工量傳感器成分量傳感器狀態(tài)量傳感器探傷傳感器等如：扭力傳感器、傾角傳感器等如：溫度傳感器、流量傳感器等如：氣敏傳感器等如：各種接近開關

等如：超聲波探傷儀等

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）按輸出量種類來分模擬傳感器數(shù)字傳感器（4）按傳感器結構來分直接傳感器補償傳感器差動傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材傳感器常常按工作原理及被測量性質兩種分類方式合二為一進行命名。例如：①電感式位移傳感器

②光電式轉速計

③壓電式加速度計光電式轉速計（2）命名普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材1.精度τ

三、傳感器的基本特性精度分為準確度δ和精密度ε（a）準確度高而精密度低（b）準確度低而精密度高（c）精確度高εδ普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2．穩(wěn)定性（1）穩(wěn)定度則穩(wěn)定度為1.3mV/h。

【例1】某儀表電壓指示值每小時變化1.3mV（2）環(huán)境影響系數(shù)則環(huán)境影響系數(shù)表達為0.02mA/（V±10%）【例2】某儀表由于電源電壓變化10%而引起指示值變化0.02mA普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3．可靠性表征傳感器可靠性最基本的尺度是可靠度，它是衡量傳感器能夠正常工作并完成其功能的程度。例如：三菱公司生產的F系列PLC的可靠性就很高，平均無故障時間高達30萬小時關于可靠性問題本課程將在第八章第二節(jié)中介紹普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）線性度傳感器輸出－輸入的實際特性曲線和擬合直線之間的最大偏差與輸出量程范圍之比。

輸入輸出特性動態(tài)特性靜態(tài)特性線性度靈敏度遲滯分辨率4．輸入輸出特性普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

線性度概念動畫演示線性度表達式為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）靈敏度

傳感器在穩(wěn)定標準條件下，輸出變化量與輸入變化量的比值（3）遲滯

傳感器的正向特性與反向特性的不一致程度。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（5）動態(tài)特性反映了當被測量隨時間迅速變化時，指示值與被測量值之間的關系。

（4）分辨率與分辨力【例3】一光柵傳感器，測量長度10mm，最小測量距離0.1um則分辨率為0.1％，分辨力為0.1um普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材四、對傳感器的要求

對傳感器的具體要求因使用條件不同而異，主要從基本特性、使用性能、方便程度等方面提出要求。一般要求傳感器特性好、性能優(yōu)、使用方便易維修；體積小、重量輕、價格便宜壽命長。

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§1－2自動檢測系統(tǒng)概述一、自動檢測系統(tǒng)的組成

傳感器

轉換電路

顯示記錄

數(shù)據(jù)處理

執(zhí)行機構

被測量

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材自動檢測系統(tǒng)組成的動畫演示普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

二、自動檢測系統(tǒng)的功能

1．變換功能2．選擇功能選擇有用輸入信號抑制其它一切無用影響因素普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3．比較功能4．顯示功能模擬式儀表，比較過程由測量者在讀數(shù)時執(zhí)行數(shù)字儀表,標準量比較，然后變換成數(shù)碼指針的轉動指示圖像顯示三、自動檢測系統(tǒng)的基本特性

自動檢測系統(tǒng)的基本特性與傳感器的基本特性相似。數(shù)字值及符號文字顯示記錄筆移動的痕跡普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§1－3測量誤差與精度、測量誤差的基本概念檢測包括：檢查與測量。測量過程實際上是一個比較過程。測量誤差為測量值與真值之間的偏差。

（1）真值（2）約定真值

（3）實際值（4）標稱值（示值）（5）測量誤差有關測量的部分名詞術語：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、誤差的分類1.按表示方法劃分

2.按誤差出現(xiàn)的規(guī)律劃分

絕對誤差相對誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差粗大誤差實際相對誤差標稱相對誤差滿度相對誤差普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3.按被測量隨時間變化的速度劃分

4.按使用條件劃分靜態(tài)誤差動態(tài)誤差基本誤差附加誤差普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）絕對誤差

某采購員分別在A

、B

、C

三家商店購買100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對C家賣牛肉干的商店意見最大，是何原因？

【例1】普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）相對誤差①實際相對誤差②標稱相對誤差③滿度（或引用）相對誤差普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材當Δ取為Δm時，滿度（或引用）相對誤差就被用來確定儀表的精度等級S：我國電工儀表等級分為七級，即：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0級

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材【例2】今有0.5級的0～300℃和1.0級的0

～100℃兩個溫度計，要測80℃的溫度，試問采用哪一個溫度計好？解：用0.5級儀表測量時，最大標稱相對誤差為：

用1.0級儀表測量時，最大標稱相對誤差為：

顯然本例中用1.0級儀表比用0.5級儀表更合適。

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材三、儀表精度與測量精度1．儀表精度與測量精度的關系測量精度是實際相對誤差（基本誤差+附加誤差），而儀表精度是最大引用相對誤差。2．附加誤差對實際測量精度的影響普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材【例3】上例中1.0級溫度儀表最大標稱相對誤差為±1.25％，若電源電壓變化為±10％時產生的附加誤差≤±0.5％，試估算實際測量誤差解：按最壞的情況考慮，每次誤差都達到技術指標規(guī)定的極限值，即：這樣處理的結果比較符合實際情況?；菊`差附加誤差求其均方根值為：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§1－4檢測系統(tǒng)中的彈性敏感元件

變形：物體因外力作用而改變原來的尺寸或形狀彈性變形：外力去掉后能完全恢復其原來的尺寸和形狀的變形彈性元件：具有彈性變形這類特性的物體彈性敏感元件：在傳感器中用于測量的彈性元件普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材一、彈性敏感元件的基本特性1．剛度

2．靈敏度靈敏度為常數(shù)，此彈性特性是線性例：木塊剛度小，鐵塊剛度大彈性特性曲線圖

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、彈性敏感元件的形式及應用范圍

1．彈性敏感元件的形式變換力變換壓力等截面軸環(huán)狀彈性敏感元件懸臂梁扭轉軸彈簧管波紋管等截面薄板波紋膜片和膜盒薄壁圓筒和薄壁半球普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

2．變換力的彈性敏感元件（1）等截面軸力F應變ε

等截面軸受力動畫演示等截面軸示意圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）環(huán)狀彈性敏感元件

較小力F應變ε

環(huán)狀彈性敏感元件受力動畫演示普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）懸臂梁懸臂梁是一端固定另一端自由的彈性敏感元件。懸臂梁受力動畫演示懸臂梁示意圖力F應變ε

或力F位移

x

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（4）扭轉軸轉矩T

應變ε

扭轉軸受力動畫演示扭轉軸示意圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3．變換壓力的彈性敏感元件（1）彈簧管壓力p

中心角角位移△γ

彈簧管受力動畫演示普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）波紋管壓力p

自由端的位移x波紋管受力動畫演示波紋管示意圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）等截面薄板（4）波紋膜片和膜盒壓力p

位移x壓力差p

位移x等截面薄板示意圖膜盒示意圖應變ε壓力p

或者

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（5）薄壁圓筒和薄壁半球壓力p

應變ε薄壁圓筒和薄壁半球示意圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材休息一下普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光敏電阻鉑電阻測溫傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電感式傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材陶瓷壓力電容傳感器硅電容差壓傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材普通裝配型熱電偶普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材壓電式振動加速度傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材霍爾接近開關霍爾電流傳感器

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材超聲波傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材激光測距儀激光掃描傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材扭力傳感器傾角傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材pt100溫度傳感器渦輪流量傳感器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教