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新型传感器1
1. 传感器的组成2 .传感器的分类3 .传感器的特性 4 .传感器的发展趋势 5. 传感器的选用原则 1 传感器的组成 辅助电路通常包括电源等。 测物体加(角)速度 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。 1 测量范围与量程 测量范围是指在正常工作条件下,传感器能够测量的被测量量值的总范围。通常以测量范围的下限和上限值来表示。例如温度计的测量范围是-50℃至+300℃ 量程是测量范围的下限值和上限值的代数差。如上温度计的量程是350 ℃ 设拟合直线方程: 8 稳定性 实现不失真测量条件 1、装置对被测信号中各种频率成分的幅值放大倍数都一样,即装置的幅频特性应满足B/A=K=常数 2、被测信号中各种频率成分通过装置后,它的输出滞后于输入的时间τd都要一样,即装置的相频特性应满足φ(ω) = -ω τd 应用 1.数学模型与传递函数 2.动态响应(正弦和阶跃) (1)正弦输入时的频率响应 (2)阶跃输入时的阶跃响应 一阶传感器的频率响应 一阶传感器动态特性指标 一阶传感器动态特性指标有:静态灵敏度和时间常数τ。如果时间常数τ越小,系统的频率特性就越好。在弹簧阻尼系统中,就要求系统的阻尼系数小,而弹簧刚度要大。 1 1 一、与测量条件有关的因素 (1)测量的目的; (2)被测试量的选择; (3)测量范围; (4)输入信号的幅值,频带宽度; (5)精度要求; (6)测量所需要的时间。 二、与传感器有关的技术指标 (1)精度; (2)稳定度; (3)响应特性; (4)模拟量与数字量; (5)输出幅值; (6)对被测物体产生的负载效应; (7)校正周期; (8)超标准过大的输入信号保护。 三、与使用环境条件有关的因素 (1)安装现场条件及情况; (2)环境条件(湿度、温度、振动等); (3)信号传输距离; (4)所需现场提供的功率容量。 频率响应特性 幅频特性 相频特性 阶跃响应特性 二阶传感器的阶跃响应 单位阶跃响应通式 ω0——传感器的固有频率;ζ——传感器的阻尼比 特征方程 根据阻尼比ξ的大小不同,分为四种情况: 1)0<ξ<1(有阻尼):该特征方程具有共轭复数根? 令x=A 其曲线如图,这是一衰减振荡过程,ξ越小,振荡频率越高,衰减越慢。 tw 0.02 k t tm δm ξ1的二阶传感器的过渡过程 (设允许相对误差γy=0.02) 发生时间 过冲量 稳定时间 tW=4τ/ξ x 0 1 二价系统 y/K 2 1 ω0t ξ=0 1.5 1 0.6 0.2 2)ξ=0(零阻尼):输出变成等幅振荡,即 ④ξ1(过阻尼):特征方程具有两个不同的实根 过渡函数为: 3) ξ=1 (临界阻尼):特征方程具有重根-1/τ,过渡函数为 上两式表明,当ξ≥1时,该系统不再是振荡的,而是由两个一阶阻尼环节组成,前者两个时间常数相同,后者两个时间常数不同。 实际传感器,ξ值一般可适当安排,兼顾过冲量δm不要太大,稳定时间tω不要过长的要求。在ξ=0.6~0.7范围内,可获得较合适的综合特性。对正弦输入来说,当ξ=0.6~0.7时,幅值比k(ω)/k在比较宽的范围内变化较小。计算表明在ωτ=0~0.58范围内,幅值比变化不超过5%,相频特性中φ(ω)接近于线性关系。 对于高阶传感器,在写出运动方程后,可根据式具体情况写出传递函数、频率特性等。在求出特征方程共轭复根和实根后,可将它们分解为若干个二阶模型和一阶模型研究其过渡函数。有些传感器可能难于写出运动方程,这时可采用实验方法,即通过输入不同频率的周期信号与阶跃信号,以获得该传感器系统的幅频特性、相频特性与过渡函数等。 讨论: 根据阻尼比ξ大小可分四种情况: 1.ξ=0,零阻尼等幅振荡,产生自激永远达不到 稳定; 2.ξ1,欠阻尼衰减振荡达到稳定时间随ξ下降 加长; 3.ξ=1临界阻尼,响应时间最短; 4.ξ1过阻尼,稳定时间较长。 实际取值稍有一点欠阻尼调整,ξ取0.6—0.8 过冲量不太大,稳定时间不太长。 1.5 传感器的标定与校准 1.5.1 传感器的标定 压电式压力传感器 电荷信号 压力信号 活塞式压力计:已知标准力 精度已知检测设备测量 校准:传感器在使用中或存储后进行的性能复测。—— 再次的标定。 标定:利用标准器具对传感器进行标度的过程。 输入-输出关系 待标定传感器 已知非电量 输入量 标定的基本方法 标准设备 输出量 输入量 发
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