第一章 传感器的概念及特性.pptVIP

第1页，共37页，星期日，2025年，2月5日①敏感元件(或称预变换器，也统称弹性敏感元件)将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量（例如应变或位移），然后再利用传感元件，将这种非电量变换成电量。弹性敏感元件是传感器的心脏部分，它常由金属或非金属材料做成，当承受外力作用时，它会产生弹性变形；当去除外力后，弹性变形消失并能完全恢复其原来的尺寸和形状。2传感器的组成第2页，共37页，星期日，2025年，2月5日②传感元件凡是能将感受到的非电量（如力、压力、温度梯度等）直接变换为电量的器件称为传感元件（或称变换元件）。如应变计、压电晶体、压磁式器件、光电元件及热电偶等。传感元件是利用各种物理效应或化学效应等原理制成的。说明:并不是所有的传感器都包括敏感元件和传感元件两部分。如热敏电阻、光电器件等。合二为一的传感器：如固态压阻式压力传感器等。第3页，共37页，星期日，2025年，2月5日按输入量分：传感器以被测物理量的命名按工作原理分：传感器以工作原理命名3传感器的分类第4页，共37页，星期日，2025年，2月5日例如：气体压力传感器由半导体材料制成的物性性传感器基本是敏感元件与转换元件二合一。直接能将被测量转换为电量输出。压电传感器、光电池。热敏电阻等。膜盒差动电感电桥电路气体压力传感器组成框图PSLU0第5页，共37页，星期日，2025年，2月5日mVTT0BA热电偶IhfG光电池f+++++–––––Q压电传感器RRTR0RU0Ui热敏电阻传感器第6页，共37页，星期日，2025年，2月5日人与机器的机能对应关系图外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器传感器的作用和地位第7页，共37页，星期日，2025年，2月5日传感器技术的发展方向新现象、新材料、新工艺、智能化传感器第8页，共37页，星期日，2025年，2月5日传感器实例温度传感器压力传感器第9页，共37页，星期日，2025年，2月5日液位传感器第10页，共37页，星期日，2025年，2月5日传感器的特性静态特性：输入量为常量或变化极慢时传感器输入——输出特性。动态特性：输入量随时间变化时的传感器的输入——输出特性。第11页，共37页，星期日，2025年，2月5日传感器的静态特性传感器的静态特性：通过静态标定，可得到测量系统的响应值yi和激励值xi之间的一一对应关系，称为测量系统的静态特性。传感器的静态特性可以用一个多项式方程表示，即称为传感器的静态数学模型第12页，共37页，星期日，2025年，2月5日传感器的静态特性静态特性主要指标线性度迟滞重复性灵敏度和灵敏度误差分辨率和阈值稳定性温度稳定性抗干扰能力静态误差第13页，共37页，星期日，2025年，2月5日非线性误差：：非线性最大偏差：满量程输出一、线性度定义：在采用直线拟合线性化时，输入输出的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，称为非线性误差。第14页，共37页，星期日，2025年，2月5日（3）端点连线（2）过零旋转拟合（1）理论拟合（4）端点平移线第15页，共37页，星期日，2025年，2月5日（5）最小二乘直线拟合基本含义：直线方程的形式为y=kx+b，且对于各个标定点（xi，yi）偏差的平方和最小的直线；计算方法：n个测量点（xi，yi），第i个校准数据yi与拟合直线上相应值之间的残差为根据平方和最小原理即从而求得k和b的值为最小值，即第16页，共37页，星期日，2025年，2月5日二、迟滞迟滞特性曲线迟滞：亦称滞后量、滞后或回程误差，表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大(正行程)或由大到小(反行程)两者静态特性不一致的程度。显然,越小,迟滞性能越好第17页，共37页，星期日，2025年，2月5日三、重复度重复特性重复性：表示测量系统在同一工作条件下，按同一方向作全量程多次(三次以上)测量时，对于同一个激励量其测量结果的不一致程度。第18页，共37页，星期日，2025年，2月5日灵敏度：是仪器在静态条件下响应量的变化△y和与之相对应的输入量变化△x的比值。四、灵敏度和灵敏度误差若K为常数，线性传感器。灵敏度误差：第19页，共37页，星期日，2025年，2月5日量程：测量上限