1检测技术的基本概念解析.pptVIP

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） 在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α α 弹簧管放大图 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。 其他各种弹性敏感元件 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。 机械式压力传感器的外形及内部结构 被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量 在右图中， 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） 360度圆盘形电位器传感器(测量角位移) 右图所示的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。 电源端 滑动臂 接地 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 。 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： 二、传感器分类 传感器的种类繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有： １）按被测量分类：可分为位移、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：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。 3）按传感器输出信号的性质分类：可分为输出为开关量（“1”和“0”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器，输出为脉冲或代码的数字型传感器。 三、传感器基本特性 传感器的特性一般指输入、输出特性， 包括：灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、迟滞、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。 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： 灵敏度太高，检测系统的稳定性将降低。 作图法求灵敏度过程 x y x1 Δx Δy 0 切点 传感器 特性曲线 xmax 传感器特性曲线的灵敏度分析 对线性传感器而言，灵敏度为一常数；对非线性传感器而言，灵敏度随输入量的变化而变化。 从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度越高。可以通过作该曲线某一点的切线的方法（作图法）求得曲线上任一点的灵敏度 由切线的斜率可以看出，上一页图中x2点的灵敏度比x1点高。 分辨力：指传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。右表的分辨力为多少？ 分辨率：将分辨力除以仪表的满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，是量纲为1的数。 右表的满量程为99.9A，问：该表的分辨力、分辨率为多少？ 解：分辨力=0.1A 分辨率=0.1A÷99.9≈0.1% 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： 作图法求端基线性度的演示 首先作一根理论直线——将仪表输出起始点与满量程点连接起来的直线。 理想的线性特性 人们总是希望传感器的输入与输出的关系成正比，即线性关系。这样可使显示仪表的刻度均匀，在整个测量范围内具有相同的灵敏度。但大多数传感器的输入输出特性总是具有不同程度的非线性，可以用下列多项式代数方程表示 y＝a0＋a1x＋a2x2＋a3x3＋···＋ann 上式中，y为输出量，x为输入量，a0为零点输出，a1为理论灵敏度，a2、a3、···、an为非线性项系数。各项系数决定了传感器的线性度的大小。如果a2＝a3＝···＝an＝0，则该系统为线性系统，线性误差等于零。理想的传感器输入与输出的关系特性为y＝a0＋a1x。特性曲线上任何点的斜率都相等，灵敏度K=a1。 函数拟合（曲线拟合） 大多数传感器的输出多为非线性，用一次函数拟合的结果将产生较大的误差。目前多采用计算机进行曲线拟合。例如，可用MATLAB求得近似函数关系式 y=f (x)＝a0＋a1x＋a2x2＋a3x3＋···＋ann ， 使其通过或近似通过传感器所给出的有限序列的资料点（x i，y i），通过最小二乘法求取到各项系数，得到传感