传感器检测技术及应用课件－认识传感器

传感器检测技术及应用课件－认识传感器内容摘要：

传感器检测技术及应用课件－认识传感器 传感器检测技术及应用项目 1 认识传感器王晓敏2016/11/20 2本课程的任务和目的1、任务：掌握传感器的工作原理、结构、测量、电路及典型应用。 2、目的：1）合理选择和使用传感器。 2）对传感器技术问题有一定的分析和处理能力。 3）知晓传感器的工程设计方法和实验研究方法。 4）了解传感器的发展动向。 2016/11/20 3对本课程的 要求1、复习巩固已学电路、电子等方面的知识。 2、多看一些相关参考书及期刊杂志。 参考书：1、检测与转换技术 常健生 吉林工业大学机械工业出版社2、非电量电测技术 谭祖根 浙江大学3、传感器技术 贾伯年 东南大学2016/11/20 41传感器课程 2仪表技术与传感器 3传感器世界 4中国传感器 5传感器技术 6217传感技术学报网 8传感器资讯网 、结构、主要参数、检测电路及其典型应用基础知识定义、认识传感器2016/11/20 6传感器的物理定律(1)守恒定律 :主要有能量、动量等；(2)场的定律：动力场的运动定律、电磁场的感应定律等；(3)物质定律：虎克定律、欧姆定律等；(4)统计法则：微观与宏观联系的物理法则。 2016/11/20 传感器的定义一、定义 （ 感器 ： 能够感受规定的被测量并按一定规律和精度转换成 可用输出信号的 器件或装置。 （ 是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 输入量： 物理量、化学量和生物量。 输出量： 主要是电量。 2016/11/20 8传感器的称呼传感器应用场合（领域）不同，叫法不同。 在 过程控制 中称为 变送器。 （标准化的传感器）在 射线检测 中称为 发送器、接收器。 探头。 2016/11/20 传感器的组成辅助电源敏感元件 转换元件 转换电路被测量 电量敏感元件 ：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件 ：把输入转换成电路参量。 转换电路 ：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。 2016/11/20 10传感器的构成一般根据被测对象 转换原理、使用环境及性能要求等具体情况而定 ,典型构成法有 :(1)自源型：仅含有转换元件，不需外加能源，直接从被测量吸取能量并转换成电量，但能量较弱，如热电偶、压电器件等。 2016/11/20 11(2)带激励能源型：辅助能源作激励（电源、磁源），磁电式、霍耳传感器等。 2016/11/20 12(3) 外源型转换元件实现阻抗变换。 一种变换电路，如电桥、放大器、振荡器等。 2016/11/20 13(4) 相同传感器补偿型2016/11/20 14(5) 差动结构补偿型2016/11/20 15(6) 不同传感器补偿型2016/11/20 与机器的机能对应关系 定性：人通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。 定量：传感器相当于人的感官，称“电五官”，外界信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制。 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2016/11/20 18集控器1中央监控探头 11探头 12探头 1 1、饭店里的感温、 感烟火灾报警器2016/11/20 191、饭店每一房间安放一对感温、感烟探头（智能传感器），它们输出温度、浓度信号通过串行通讯线送入由微机组成的检测系统（集控器）；2、集控器负责信号汇总，汇总各房间的温度和浓度信号，并监控各房间温度、烟浓度是否异常，如异常，声光报警并打开喷淋设备灭火，一层一台。 3、各层集控器通过 度等信号送入中央监控计算机。 值班人员在电脑屏幕上直观监视各房间情况（温度、烟雾浓度）。 房间、楼道装配摄像头，还可通过电视屏幕查看房间、楼道情况。 可看出没有感温、感烟传感器，就像人缺少感官，系统无法工作。 2016/11/20 20用辐射温度计测量热轧带钢表面温度的方法巳被广泛采用。 从加热炉出来的钢坯最后到卷取机之前的整个轧制线上，如加热炉出口、粗轧机的入口和出口、精轧机的入口和出口以及在卷取机之前都设有辐射温度计，用以测量各阶段带钢的表面温度。 并用此温度信号来控制轧制速度、轧辊压下力和冷却水流量等。 例 2：热轧带钢表面温度的测量2016/11/20 21例 3 粮仓温度、湿度检测无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为此，需在各层安放温湿度传感器进行检测。 装有温湿度探头的粮仓示意图如下。 将各层探头输出接至温湿度巡检仪上，通过巡检仪监视器监视各点温湿度情况。 通过通风口保持温湿度在要求范围内。 2016/11/20 22通风口探头通风口通风口装有温湿度探头的粮仓示意图2016/11/20 入量）分类常用的有机、光、电和化学等传感器。 例如位移、速度、加速度、力、温度和流量传感器等。 2. 按输出量分类参数式：电阻、电感、电容、频率和离子传感器发电式：压电式、霍尔式、光电和热电式传感器3. 按输出信号的性质分类常用的有 模拟式传感器和数字式传感器。 2016/11/20 24传感器的分类（ 2 ）4、按传感器的工作机理分类：有物理型、化学型、生物型等。 5、按构成原理分类：有结构型与物性型。 6、按传感器的能量转换情况分类： ，有能量控制型传感器和能量转换型传感器。 7、按传感器的用途分类：有位移、压力、振动、温度传感器。 8、按转换过程可逆与否分类：有单向和双向。 9、按传感器使用电源与否分类：分有源传感器和无源传感器。 2016/11/20 25传感器的分类（ 3 ）按物理原理分类： 电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等； 磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等； 压电式传感器：声波传感器、超声波传感器； 光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等； 气电式传感器：电位器式、应变式； 热电式传感器：热电偶、热电阻； 波式传感器：超声波式、微波式等； 射线式传感器：热辐射式、 射线式； 半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻； 其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。 2016/11/20 26传感器实例温度传感器压力传感器2016/11/20 27液位传感器2016/11/20 28自制非晶合金磁敏传感器2016/11/20 29电阻式远传压力表感应式流量表称重传感器016/11/20 30质子旋进式磁敏传感器压阻式液位传感器光敏传感器温度传感器2016/11/20 31风力参数传感器地震检波器反射式光敏传感器磁、气、力敏传感器超声传感器2016/11/20 32基本参数指标 环境参数指标 可靠性 指标 其他指标量程指标 ：量程范围 、 过载能力等灵敏度指标 ：灵敏度 、 分辨力 、 满量程输出等精度有关指标：精度 、 误差 、 线性 、 滞后 、重复性 、 灵敏度误差 、 稳定性动态性能指标 ：固定频率 、 阻尼比 、 时间常数 、 频率响应范围 、 频率特性 、 临界频率 、 临界速度 、稳定时间等温度指标 ：工作温度范围 、 温度误差 、 温度漂移 、 温度系数 、 热滞后等抗冲振指标：允许各向抗冲振的频率 、 振幅及加速度 、冲振所引入的误差其他环境参数 ：抗潮湿 、 抗介质腐蚀等能力 、 抗电磁场干扰能力等工作寿命、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压及抗飞弧等使用有关指标：供电方式 （ 直流、 交流 、 频率及波形等 ） 、 功率、 各项分布参数值 、 电压范围与稳定度等外形尺寸 、 重量、 壳体材质 、 结构特点等安装方式 、 了解传感器的性能指标2016/11/20 33传感器的一般特性传感器特性主要是指 传感器 输出与输入之间的关系。 输入信号可分为静态量和动态量。 传感器的基本特性可用 静态特性 和 动态特性 来描述。 当输入量为常量，或变化极慢时，称为静态特性。 当输入量随时间较快地变化时，称为动态特性。 传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。 理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得到静态特性。 因此，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。 传感器输出与输入的对应关系传感器的输出与输入具有确定的对应关系最好呈线性关系。 但一般情况下，输出输入不会符合所要求的线性关系，同时由于存在迟滞、蠕变、摩擦、间隙和松动等各种因素以及外界条件的影响，使输出输入对应关系的唯一确定性也不能实现。 考虑了这些情况之后，传感器的输出输入作用图大致如下图所示。 2016/11/20 35稳定性 (零漂 )传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差因素外界影响传感器输入输出作用图输出取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。 衡量传感器特性的主要技术指标2016/11/20 传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。 衡量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度 , 迟滞和重复性 等。 它们是衡量传感器优劣的指标。 1、定义： 传感器在稳态（静态、缓变）信号作用下，其输入与输出的关系称为传感器的静态特性。 (静态标准条件下，无振动、冲击、 20 ， <85，760 一定等级标准设备，重复循环测试得到）2016/11/20 372、 静态特性的数学模型传感器如没有迟滞或蠕变效应时，静态特征的数学模型为多次多项式。 y 为线性灵敏度， 016/11/20 传感器的动态特性动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性取决于什么因素。 取决于传感器本身。 动态特性与被测量的变化形式有关。 2016/11/20 39例 4、 测温度曲线将原来温度为 的恒温水中，测量温度，设 T得实测温度曲线如图所示。 输出在 t0t 时刻，滞后于输入变化，此滞后差值为动态误差，从记录波形看，测试具有一定失真。 那么，研究传感器的动态特性主要是从测量角度来分析产生动态误差的原因及改善措施。 2016/11/20 40传感器基本特性的评价指标与选用原则与传感器有关的技术指标1、测量范围及量程测量范围：传。