傳感器及應(yīng)用 第01章傳感器的基本知識

1、 傳感器及應(yīng)用傳感器及應(yīng)用課程教學(xué)目標(biāo)與方法課程教學(xué)目標(biāo)與方法了解傳感器的基本概念。了解傳感器的基本概念。掌握常用傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、特性和用途，能正確掌握常用傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、特性和用途，能正確選用傳感器。選用傳感器。理解傳感器的信號處理方法和測量電路、抗干擾技術(shù)理解傳感器的信號處理方法和測量電路、抗干擾技術(shù)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成方法。及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成方法。掌握常用傳感器的技術(shù)特性及其使用、安裝和調(diào)整方掌握常用傳感器的技術(shù)特性及其使用、安裝和調(diào)整方法。法。本課程應(yīng)采用理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法，重點理本課程應(yīng)采用理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法，重點理解傳感器的原理與特性，掌握傳感器的選用、安

2、裝與解傳感器的原理與特性，掌握傳感器的選用、安裝與調(diào)整技能。調(diào)整技能。 課程授課計劃課程授課計劃學(xué)時分配表（參考）學(xué)時分配表（參考）內(nèi)容內(nèi)容理論學(xué)時理論學(xué)時 實驗學(xué)時實驗學(xué)時內(nèi)容內(nèi)容理論學(xué)時理論學(xué)時 實驗學(xué)時實驗學(xué)時第第1章章4第第7章章2第第2章章810第第8章章6第第3章章6第第9章章6第第4章章2第第10章章6第第5章章4第第11章章2第第6章章4總結(jié)復(fù)習(xí)總結(jié)復(fù)習(xí)4合計：合計：64學(xué)時學(xué)時說明說明本課程一般為本課程一般為5664學(xué)時學(xué)時機電一體化技術(shù)專業(yè)重點講授第機電一體化技術(shù)專業(yè)重點講授第1、2、3、4、5、6、8、10、11章。章。電氣自動化技術(shù)專業(yè)重點講授第電氣自動化技術(shù)專業(yè)重點講

3、授第1、2、3、4、5、6、7、9、10、11章。章。汽車電子技術(shù)專業(yè)重點講授第汽車電子技術(shù)專業(yè)重點講授第1、2、4、5、6、7、8、10章及章及9.2節(jié)。節(jié)。樓宇智能化技術(shù)專業(yè)重點講授第樓宇智能化技術(shù)專業(yè)重點講授第1、2、4、5、6、7、9、10章。章。重點講授第重點講授第1、2、4、5、6、7、9、10章。章。重點講授第重點講授第1、2、4、5、6、7、9、10、11章。章。若學(xué)時富?？蛇m當(dāng)增加第若學(xué)時富裕可適當(dāng)增加第2、3、8章的學(xué)時。章的學(xué)時。第第1 1章章 傳感器的基本知識傳感器的基本知識 要點：要點：1.1.傳感器的作用、類型及基本特性傳感器的作用、類型及基本特性 2.2.傳感器的

4、誤差與準(zhǔn)確度傳感器的誤差與準(zhǔn)確度 3.3.彈性敏感元件的作用與類型彈性敏感元件的作用與類型1.1 1.1.1 傳感器的定義與作用傳感器的定義與作用 傳感器就是利用物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)，傳感器就是利用物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)，把被測的物理量、化學(xué)量、生物量等非電量轉(zhuǎn)換成電把被測的物理量、化學(xué)量、生物量等非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件或裝置。量的器件或裝置。 圖圖1- -1 人機對應(yīng)關(guān)系人機對應(yīng)關(guān)系外界信息外界信息五種感官五種感官人腦人腦四肢等四肢等傳感器傳感器微機微機執(zhí)行器執(zhí)行器1.1.2 傳感器的作用和應(yīng)用領(lǐng)域傳感器的作用和應(yīng)用領(lǐng)域1.傳感器的作用傳感器的作用 如圖如圖1-1所示所示,人們

5、把傳感器比作人的五種感覺器官，人們把傳感器比作人的五種感覺器官，但在諸如高溫、高濕、深井、高空等環(huán)境及高精度、高但在諸如高溫、高濕、深井、高空等環(huán)境及高精度、高可靠性、遠(yuǎn)距離、超細(xì)微等方面是人的感官所不能代替可靠性、遠(yuǎn)距離、超細(xì)微等方面是人的感官所不能代替的。的。 傳感器的作用可包括信息的收集、信息數(shù)據(jù)的交換傳感器的作用可包括信息的收集、信息數(shù)據(jù)的交換及控制信息的采集三大內(nèi)容。通過傳感器對自然界的各及控制信息的采集三大內(nèi)容。通過傳感器對自然界的各種物質(zhì)信息進行采集。種物質(zhì)信息進行采集。2.傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域如圖如圖1-2所示所示,傳感器是任何一個自動控制系統(tǒng)必不可少的傳感器是任何

6、一個自動控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。如今，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域已涉及到科研、各類如今，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域已涉及到科研、各類制造制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車、智能建筑、家用電器、安全防范、機器業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車、智能建筑、家用電器、安全防范、機器人、人體醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護、航空航天、遙感技術(shù)、軍事等人、人體醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護、航空航天、遙感技術(shù)、軍事等各個方面，人們已經(jīng)離不開各種各樣的傳感器了。各個方面，人們已經(jīng)離不開各種各樣的傳感器了。 傳感器傳感器顯示與顯示與記錄設(shè)備記錄設(shè)備輸出接口輸出接口計算機計算機輸入接口輸入接口控制設(shè)備控制設(shè)備控制對象控制對象圖圖1-2 1-2 微機化檢測與控制系統(tǒng)的基本組成微機化檢測與控制系

7、統(tǒng)的基本組成3.傳感器在國民經(jīng)濟中的地位傳感器在國民經(jīng)濟中的地位傳感器技術(shù)不僅對現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代化傳感器技術(shù)不僅對現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)及工業(yè)自動化的發(fā)展起到基礎(chǔ)和支柱的作農(nóng)業(yè)及工業(yè)自動化的發(fā)展起到基礎(chǔ)和支柱的作用，同時在世界各國也已成為一種重要產(chǎn)業(yè)。用，同時在世界各國也已成為一種重要產(chǎn)業(yè)?？梢哉f可以說“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)沒有傳感器就沒有現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)”；沒有傳感器也就沒有人類現(xiàn)代化的生活環(huán)；沒有傳感器也就沒有人類現(xiàn)代化的生活環(huán)境和條件；傳感器技術(shù)已成為科學(xué)技術(shù)和國民境和條件；傳感器技術(shù)已成為科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟發(fā)展水平的標(biāo)志之一。經(jīng)濟發(fā)展水平的標(biāo)志之一。被測被測非電量非

8、電量輸出輸出電量電量敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路圖圖1-3 傳感器的組成傳感器的組成輔助電源輔助電源 從功能上講，傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及轉(zhuǎn)從功能上講，傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及轉(zhuǎn)換電路組成，如圖換電路組成，如圖1-3所示。所示。1.2.1 1.2.1 傳感器的組成傳感器的組成 敏感元件是指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測量敏感元件是指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測量的部分。在完成非電量到電量的變換時，并非所有的非電的部分。在完成非電量到電量的變換時，并非所有的非電量都能利用現(xiàn)有手段直接轉(zhuǎn)換成電量，往往是先變換為另量都能利用現(xiàn)有手段直接轉(zhuǎn)換成電量，往往是先變

9、換為另一種易于變成電量的非電量，然后再轉(zhuǎn)換成電量。如傳感一種易于變成電量的非電量，然后再轉(zhuǎn)換成電量。如傳感器中各種類型的彈性元件常被稱為彈性敏感元件。器中各種類型的彈性元件常被稱為彈性敏感元件。 轉(zhuǎn)換元件是指能將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件是指能將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件或元件。如光電池將光的變化量轉(zhuǎn)換為電勢，應(yīng)變片器件或元件。如光電池將光的變化量轉(zhuǎn)換為電勢，應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻量等。將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻量等。 轉(zhuǎn)換電路是指將無源型傳感器輸出的電參數(shù)量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換電路是指將無源型傳感器輸出的電參數(shù)量轉(zhuǎn)換成電量。常用的轉(zhuǎn)換電路有電橋電路，脈沖調(diào)寬電路，諧振電量。常用的轉(zhuǎn)換電路有電

10、橋電路，脈沖調(diào)寬電路，諧振電路等，它們將電阻、電容、電感等電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電路等，它們將電阻、電容、電感等電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率。電流或頻率。 實際上，有些傳感器的敏感元件可以直接把被測非電實際上，有些傳感器的敏感元件可以直接把被測非電量轉(zhuǎn)換成電量輸出，如壓電晶體、光電池、熱電偶等。通量轉(zhuǎn)換成電量輸出，如壓電晶體、光電池、熱電偶等。通常稱它們?yōu)橛性葱蛡鞲衅?。常稱它們?yōu)橛性葱蛡鞲衅鳌?輔助電源為無源傳感器的轉(zhuǎn)換電路提供電能。輔助電源為無源傳感器的轉(zhuǎn)換電路提供電能。1.2.2 傳感器的分類傳感器的分類傳感器幾種常用的分類方法：傳感器幾種常用的分類方法：1.按輸入量按輸入量(被測對象被測對象

11、)分類分類 輸入量即被測對象，按此方法分類，傳感器可分為物理輸入量即被測對象，按此方法分類，傳感器可分為物理量傳感器、化學(xué)量傳感器和生物量傳感器三大類。例如，物量傳感器、化學(xué)量傳感器和生物量傳感器三大類。例如，物理量傳感器又可分為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器理量傳感器又可分為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等等。這種分類方法給使用者提供了方便。等等。這種分類方法給使用者提供了方便。2.按轉(zhuǎn)換原理分類按轉(zhuǎn)換原理分類 從傳感器的轉(zhuǎn)換原理來說，通常分為結(jié)構(gòu)型、物性型和從傳感器的轉(zhuǎn)換原理來說，通常分為結(jié)構(gòu)型、物性型和復(fù)合型三大類。復(fù)合型三大類。 結(jié)構(gòu)型傳感器是利用機械構(gòu)件結(jié)構(gòu)型傳感器是利用機械

12、構(gòu)件(如金屬膜片等如金屬膜片等)在動力場在動力場或電磁場的作用下產(chǎn)生變形或位移，將外界被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成或電磁場的作用下產(chǎn)生變形或位移，將外界被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻、電感、電容等物理量，它是利用物理學(xué)運動定相應(yīng)的電阻、電感、電容等物理量，它是利用物理學(xué)運動定律或電磁定律實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。律或電磁定律實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。 物性型傳感器是利用材料的固態(tài)物理特性及其各種物理、物性型傳感器是利用材料的固態(tài)物理特性及其各種物理、化學(xué)效應(yīng)（即物質(zhì)定律，如虎克定律、歐姆定律等）實現(xiàn)非化學(xué)效應(yīng)（即物質(zhì)定律，如虎克定律、歐姆定律等）實現(xiàn)非電量的轉(zhuǎn)換。它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電體等作為敏感材電量的轉(zhuǎn)換。它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電

13、體等作為敏感材料的固態(tài)器件。例如：電阻式、電感式、電容式、壓電式、料的固態(tài)器件。例如：電阻式、電感式、電容式、壓電式、光電式、熱敏、氣敏、濕敏、磁敏等等。光電式、熱敏、氣敏、濕敏、磁敏等等。 復(fù)合型傳感器是由結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器組合而復(fù)合型傳感器是由結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器組合而成的，兼有兩者的特征。成的，兼有兩者的特征。 這種分類方法清楚地指明了傳感器的原理，便于學(xué)習(xí)和這種分類方法清楚地指明了傳感器的原理，便于學(xué)習(xí)和研究。研究。3.按輸出信號的形式分類按輸出信號的形式分類 按輸出信號的形式，傳感器可分為開關(guān)式、模擬式和數(shù)按輸出信號的形式，傳感器可分為開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。字式。4.

14、按輸入和輸出的特性分類按輸入和輸出的特性分類 按輸入和輸出特性，傳感器可分為線性和非線性兩類。按輸入和輸出特性，傳感器可分為線性和非線性兩類。5.按能量轉(zhuǎn)換的方式分類按能量轉(zhuǎn)換的方式分類 按轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換方式，傳感器可分為有源型和按轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換方式，傳感器可分為有源型和無源型兩類。有源型也稱能量轉(zhuǎn)換型或發(fā)電型，它把非電無源型兩類。有源型也稱能量轉(zhuǎn)換型或發(fā)電型，它把非電量直接變成電壓量、電流量、電荷量等，如磁電式、壓電量直接變成電壓量、電流量、電荷量等，如磁電式、壓電式、光電池、熱電偶等。無源型也稱能量控制型或參數(shù)型，式、光電池、熱電偶等。無源型也稱能量控制型或參數(shù)型，它把非電量變成電

15、阻、電容、電感等量。它把非電量變成電阻、電容、電感等量。 按上述后按上述后3種分類方法進行分類便于選擇測量電路。種分類方法進行分類便于選擇測量電路。xy輸入量增量輸出量增量1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 傳感器的特性參數(shù)有很多，且不同類型的傳感器，其特性傳感器的特性參數(shù)有很多，且不同類型的傳感器，其特性參數(shù)的要求和定義也各有差異，但都可以通過其靜態(tài)特性和動參數(shù)的要求和定義也各有差異，但都可以通過其靜態(tài)特性和動態(tài)特性進行全面描述。態(tài)特性進行全面描述。1.3.1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性 靜態(tài)特性表示傳感器在被測各量值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出靜態(tài)特性表示傳感器在被測各量值處于穩(wěn)定狀態(tài)

16、時的輸出與輸出的關(guān)系。它主要包括靈敏度、分辨力與輸出的關(guān)系。它主要包括靈敏度、分辨力(或分辨率或分辨率)、測量、測量范圍及誤差特性。范圍及誤差特性。1.靈敏度靈敏度 靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量y和輸入量和輸入量x之比，或輸出之比，或輸出量的增量量的增量y和相應(yīng)輸入量和相應(yīng)輸入量x的增量之比。的增量之比。K= 線性傳感器的靈敏度線性傳感器的靈敏度k為常數(shù)；為常數(shù)；非線性傳感器的非線性傳感器的靈敏度靈敏度K是隨輸入量變化的量。是隨輸入量變化的量。2.分辨力分辨力 傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)能夠檢測出的被測量的最傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)能夠檢測出的被測量的最小變化量稱為分

17、辨力。它往往受噪聲的限制，所以噪聲電小變化量稱為分辨力。它往往受噪聲的限制，所以噪聲電平的大小是決定傳感器分辨力的關(guān)鍵因素。平的大小是決定傳感器分辨力的關(guān)鍵因素。 實際中，分辨力可用傳感器的輸出值表示：模擬式傳實際中，分辨力可用傳感器的輸出值表示：模擬式傳感器以最小刻度的一半所代表的輸入量表示，數(shù)字式傳感感器以最小刻度的一半所代表的輸入量表示，數(shù)字式傳感器則以末位顯示一個字所代表的輸入量表示。注意不要與器則以末位顯示一個字所代表的輸入量表示。注意不要與分辨率混淆。分辨力是與被測量有相同量綱的絕對值，而分辨率混淆。分辨力是與被測量有相同量綱的絕對值，而分辨率則是分辨力與量程的比值。分辨率則是分辨

18、力與量程的比值。3.測量范圍和量程測量范圍和量程 在允許誤差范圍內(nèi)，傳感器能夠測量的下限值在允許誤差范圍內(nèi)，傳感器能夠測量的下限值(y min)到上到上限值限值(y max)之間的范圍稱為測量范圍，表示為之間的范圍稱為測量范圍，表示為y min y max；上；上限值與下限值的差稱為量程，表示為限值與下限值的差稱為量程，表示為y F.S y max y min。如。如某溫度計的測量范圍是某溫度計的測量范圍是-20100，量程則為，量程則為120。4.誤差特性誤差特性 傳感器的誤差特性包括線性度、遲滯、重復(fù)性、零漂和溫傳感器的誤差特性包括線性度、遲滯、重復(fù)性、零漂和溫漂等。漂等。 （1）線性度：

19、線性度即非線性誤差，是）線性度：線性度即非線性誤差，是傳感器的校準(zhǔn)曲線傳感器的校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線之間的最大偏差（與理論擬合直線之間的最大偏差（Lmax）與滿量程值（）與滿量程值（yF.S）的百分比的百分比 校準(zhǔn)曲線：在標(biāo)準(zhǔn)條件下，即在沒有加速度、振動、沖校準(zhǔn)曲線：在標(biāo)準(zhǔn)條件下，即在沒有加速度、振動、沖擊及溫度為擊及溫度為205、濕度不大于、濕度不大于85%RH、大氣壓力為、大氣壓力為1013277800Pa（76060mmHg）的條件下，用一定等級的）的條件下，用一定等級的設(shè)備，對傳感器進行反復(fù)循環(huán)測試，得到的輸入和輸出數(shù)據(jù)設(shè)備，對傳感器進行反復(fù)循環(huán)測試，得到的輸入和輸出數(shù)據(jù)用表格列出或畫

20、出曲線，這條曲線稱為校準(zhǔn)曲線。用表格列出或畫出曲線，這條曲線稱為校準(zhǔn)曲線。%100SFmaxL.yL擬合直線：對傳感器特性線性化，用一條理論直線代替擬合直線：對傳感器特性線性化，用一條理論直線代替標(biāo)定曲線，標(biāo)定曲線，即擬合直線。擬合直線不同，所得線性度也不即擬合直線。擬合直線不同，所得線性度也不同。常用的兩種擬合直線，即端基擬合直線和獨立擬合直同。常用的兩種擬合直線，即端基擬合直線和獨立擬合直線，如圖線，如圖1-4所示。所示。圖圖1-4 傳感器擬合直線示意圖傳感器擬合直線示意圖a）端基擬合直線）端基擬合直線 b）獨立擬合直線）獨立擬合直線 端基擬合直線是由傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的零點輸出平均端基擬合直

21、線是由傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的零點輸出平均值和滿量程輸出平均值連成的一條直線。由此所得的線性值和滿量程輸出平均值連成的一條直線。由此所得的線性度稱為端基線性度。這種擬合方法簡單直觀，應(yīng)用較廣，度稱為端基線性度。這種擬合方法簡單直觀，應(yīng)用較廣，但擬合精度很低，尤其對非線性比較明顯的傳感器，擬合但擬合精度很低，尤其對非線性比較明顯的傳感器，擬合精度更差。精度更差。 獨立擬合直線方程是用最小二乘法求得的，在全量獨立擬合直線方程是用最小二乘法求得的，在全量程范圍內(nèi)各處誤差都最小。獨立線性度也稱最小二乘法線程范圍內(nèi)各處誤差都最小。獨立線性度也稱最小二乘法線性度。這種方法擬合精度最高，但計算很復(fù)雜。性度。這種方法

22、擬合精度最高，但計算很復(fù)雜。%100SFmaxH.yH圖圖1-5 傳感器的遲滯特性傳感器的遲滯特性 （2）遲滯：遲滯是指在）遲滯：遲滯是指在相同工作條件下，傳感器正相同工作條件下，傳感器正行程特性與反行程特性的不行程特性與反行程特性的不一致的程度，如圖一致的程度，如圖l-5所示。所示。其數(shù)值為對應(yīng)同一輸入量的其數(shù)值為對應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程輸出值間的正行程和反行程輸出值間的最大偏差最大偏差Hmax，與滿量程，與滿量程輸出值的百分比。用輸出值的百分比。用H表示表示為為 或用其一半表示。或用其一半表示。%100)32(SF.y112imnni 3）重復(fù)性：如圖）重復(fù)性：如圖1-6所示，重復(fù)性

23、是指在同一工作條件所示，重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特性曲線的不一致性。在數(shù)值上用各測量值正、反行程標(biāo)準(zhǔn)偏性曲線的不一致性。在數(shù)值上用各測量值正、反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值差最大值的兩倍或三倍與滿量程的百分比表示。記作的兩倍或三倍與滿量程的百分比表示。記作K K：K=從誤差的性質(zhì)講，重復(fù)性誤差從誤差的性質(zhì)講，重復(fù)性誤差屬于隨機誤差。若誤差完全按屬于隨機誤差。若誤差完全按正態(tài)分布，則隨機誤差的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，則隨機誤差的標(biāo)準(zhǔn)誤差誤差 ，可由各次校準(zhǔn)量數(shù)據(jù)，可由各次校準(zhǔn)量數(shù)據(jù)間的最大誤差間的最大誤差imim求

24、出：求出：式中，式中，前的系數(shù)為置信因數(shù)，前的系數(shù)為置信因數(shù)， n為重復(fù)測量的次數(shù)。置信為重復(fù)測量的次數(shù)。置信因數(shù)取因數(shù)取2時，置信概率為時，置信概率為95%；置信因數(shù)??；置信因數(shù)取3時，置信概率時，置信概率為為99.73%。 （4）零漂和溫漂：傳感器無輸入（或某一輸入值不變）零漂和溫漂：傳感器無輸入（或某一輸入值不變）時，每隔一定時間，其輸出值偏離原示值的最大偏差與滿時，每隔一定時間，其輸出值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比，即為零漂。溫度每升高量程的百分比，即為零漂。溫度每升高1，傳感器輸出值，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比，稱為溫漂。的最大偏差與滿量程的百分比，稱為溫漂。1.

25、3.2 動態(tài)特性動態(tài)特性 動態(tài)特性是描述傳感器在被測量隨時間變化時的輸出動態(tài)特性是描述傳感器在被測量隨時間變化時的輸出和輸入的關(guān)系。對于加速度等動態(tài)測量的傳感器必須進行和輸入的關(guān)系。對于加速度等動態(tài)測量的傳感器必須進行動態(tài)特性的研究，通常是用輸入正弦或階躍信號時傳感器動態(tài)特性的研究，通常是用輸入正弦或階躍信號時傳感器的響應(yīng)來描述的，即傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)。的響應(yīng)來描述的，即傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)。小結(jié)：小結(jié)：1.傳感器的定義傳感器的定義2.傳感器的組成傳感器的組成3.傳感器的作用傳感器的作用4.傳感器的分類傳感器的分類5.傳感器的基本特性傳感器的基本特性作業(yè)：作業(yè)：1-3、1-4、1-51.4 1.

26、4 傳感器的測量誤差與準(zhǔn)確度傳感器的測量誤差與準(zhǔn)確度了解測量誤差的產(chǎn)生誤差的原因了解測量誤差的產(chǎn)生誤差的原因熟悉測量誤差的分類熟悉測量誤差的分類掌握測量誤差的表示方法掌握測量誤差的表示方法理解準(zhǔn)確度與測量誤差的關(guān)系理解準(zhǔn)確度與測量誤差的關(guān)系 1.4.1 1.4.1 誤差的類型誤差的類型1.1.按誤差的性質(zhì)分類按誤差的性質(zhì)分類（1 1）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差 在相同測量條件下多次測量同一物理量，在相同測量條件下多次測量同一物理量，其誤差大小和符號保持恒定或按某一確定規(guī)律變化，此類其誤差大小和符號保持恒定或按某一確定規(guī)律變化，此類誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差表征測量的準(zhǔn)確度。誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差表

27、征測量的準(zhǔn)確度。（2 2）隨機誤差）隨機誤差 在相同測量條件下多次測量同一物理量，在相同測量條件下多次測量同一物理量，其誤差沒有固定的大小和符號，呈無規(guī)律的隨機性，此類其誤差沒有固定的大小和符號，呈無規(guī)律的隨機性，此類誤差稱為隨機誤差。通常用精密度表征隨機誤差的大小。誤差稱為隨機誤差。通常用精密度表征隨機誤差的大小。 準(zhǔn)確度和精密度的綜合稱為精確度，簡稱精度。準(zhǔn)確度和精密度的綜合稱為精確度，簡稱精度。（3 3）粗大誤差）粗大誤差 明顯偏離約定真值的誤差稱為粗大誤差。明顯偏離約定真值的誤差稱為粗大誤差。它主要是由于測量人員的失誤所致，如測錯、讀錯或記錯它主要是由于測量人員的失誤所致，如測錯、讀錯

28、或記錯等。含有粗大誤差的數(shù)值稱為壞值，應(yīng)予以剔除。在測量等。含有粗大誤差的數(shù)值稱為壞值，應(yīng)予以剔除。在測量中，若誤差大于極限誤差中，若誤差大于極限誤差C C，即為粗大誤差。，即為粗大誤差。2.2.按被測量與時間的關(guān)系分類按被測量與時間的關(guān)系分類（1 1）靜態(tài)誤差）靜態(tài)誤差 被測量不隨時間變化時測得的被測量不隨時間變化時測得的誤差稱為靜態(tài)誤差。誤差稱為靜態(tài)誤差。（2 2）動態(tài)誤差）動態(tài)誤差 被測量在隨時間變化過程中測被測量在隨時間變化過程中測得的誤差稱為動態(tài)誤差。動態(tài)誤差是由于檢測得的誤差稱為動態(tài)誤差。動態(tài)誤差是由于檢測系統(tǒng)對輸入信號響應(yīng)滯后，或?qū)斎胄盘栔胁幌到y(tǒng)對輸入信號響應(yīng)滯后，或?qū)斎胄盘?/p>

29、中不同頻率成分產(chǎn)生不同的衰減和延遲所造成的。同頻率成分產(chǎn)生不同的衰減和延遲所造成的。動態(tài)誤差值等于動態(tài)測量和靜態(tài)測量所得誤差動態(tài)誤差值等于動態(tài)測量和靜態(tài)測量所得誤差的差值。的差值。 1.4.2 1.4.2 誤差的表示方法誤差的表示方法 絕對誤差和修正值的量綱必須與示值量綱相同。絕對誤差和修正值的量綱必須與示值量綱相同。 絕對誤差可表示測量值偏離實際值的程度，但不能表絕對誤差可表示測量值偏離實際值的程度，但不能表示測量的準(zhǔn)確程度。示測量的準(zhǔn)確程度。 （1 1）絕對誤差）絕對誤差A(yù) Ax xA A0 0修正值修正值C CC C= =當(dāng)當(dāng)A Ax xA A0 0時，為正誤差；反之為負(fù)誤差。時，為正誤

30、差；反之為負(fù)誤差。（2 2）相對誤差）相對誤差實際相對誤差實際相對誤差示值示值( (標(biāo)稱標(biāo)稱) )相對誤差相對誤差滿度（引用）相對誤差滿度（引用）相對誤差1.4.3 1.4.3 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度傳感器和測量儀表的誤差是以準(zhǔn)確度表示的。準(zhǔn)確傳感器和測量儀表的誤差是以準(zhǔn)確度表示的。準(zhǔn)確度常用最大引用誤差來定義度常用最大引用誤差來定義它表示傳感器的最大相對誤差為它表示傳感器的最大相對誤差為S S% %。儀表引起的最大測量相對誤差為儀表引起的最大測量相對誤差為如壓力傳感器的準(zhǔn)確度等級分別為如壓力傳感器的準(zhǔn)確度等級分別為0.050.05、0.10.1、0.20.2、0.30.3、0.50.5、1.01.0、

31、1.51.5、2.02.0等；我國電工儀表的準(zhǔn)確度等級分等；我國電工儀表的準(zhǔn)確度等級分別為別為0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、5.05.0。某某0.10.1級壓力傳感器的量程為級壓力傳感器的量程為100MPa100MPa，測量，測量50MPa50MPa壓力時，壓力時，傳感器引起的最大相對誤差為傳感器引起的最大相對誤差為0.2%0.2%。 能將力、力矩、壓力、溫度等物理量變換成位移、能將力、力矩、壓力、溫度等物理量變換成位移、轉(zhuǎn)角或應(yīng)變的彈性元件，稱為彈性敏感元件。因此，轉(zhuǎn)角或應(yīng)變的彈性元件，稱為彈性敏感元件。因此，位移傳感器與彈性敏感元件（或

32、構(gòu)件本身）組合，可位移傳感器與彈性敏感元件（或構(gòu)件本身）組合，可構(gòu)成力、壓力、加速度、轉(zhuǎn)矩、液位、流量等傳感器。構(gòu)成力、壓力、加速度、轉(zhuǎn)矩、液位、流量等傳感器。熟悉應(yīng)力和應(yīng)變的概念熟悉應(yīng)力和應(yīng)變的概念掌握彈性敏感元件的作用、特性和類型掌握彈性敏感元件的作用、特性和類型1.1.應(yīng)力應(yīng)力截面積為截面積為S S的物體受到外力的物體受到外力F F的作用并處于平衡狀態(tài)的作用并處于平衡狀態(tài)時，在物體單位截面積上引起的內(nèi)力稱為應(yīng)力時，在物體單位截面積上引起的內(nèi)力稱為應(yīng)力圖圖1-7 1-7 應(yīng)變種類示意圖應(yīng)變種類示意圖a)a)拉、壓應(yīng)力拉、壓應(yīng)力 b)b)剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力正（向）應(yīng)力：拉伸或壓縮狀態(tài)，拉伸為正，壓縮為負(fù)。正（向）應(yīng)力：拉伸或壓縮狀態(tài)，拉伸為正，壓縮為負(fù)。切切( (向向) )應(yīng)力：物體一端固定，另一端受平行于端面的力作用，應(yīng)力：物體一端固定，另一端受平行于端面的力作用，圖圖1-7b1-7b所示方向為正值，反之為負(fù)值所示方向為正值，反之為負(fù)值。 2.2.應(yīng)變應(yīng)變物體受外力作用時產(chǎn)生的相對變形物體受外力作用時產(chǎn)生的相對變形縱向應(yīng)變縱向應(yīng)變l橫向應(yīng)變橫向應(yīng)變r r切應(yīng)變切應(yīng)變: :切應(yīng)力所產(chǎn)生的變形。切應(yīng)力所產(chǎn)生的變形。式中，式中， x x為力為力F F使角點產(chǎn)生位移，使角點