《傳感器的基礎知識》教學課件

《傳感器的基礎知識》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！《傳感器的基礎知識》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使通俗的講：傳感器是接收信號或刺激并反響的器件，以測量為目的，以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關系的、易于處理的電量信號輸出的裝置。通俗的講：傳感器是接收信號或刺激并反響的器件，以國家標準是這樣定義“傳感器〞的：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。國家標準是這樣定義“傳感器〞的：能感受規(guī)定的被測量并按照一定傳感器的作用:人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。

傳感器的作用:特點：代替人的耳，眼，鼻等器官去感知和獲取人不能直接獲取的自然界當中的信息和信息量。用途：就是采集信息和信息量。

用在：工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)療，衛(wèi)生，國防，軍事，航天，航空，氣象，安檢以及日常生活等等方面。特點：代替人的耳，眼，鼻等器官去感知和獲取人不能直接獲取的自

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加《傳感器的基礎知識》教學課件傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。

傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、二、傳感器的組成舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器1-彈簧管2-電位器傳感器組成框圖二、傳感器的組成1-彈簧管2-電位器三、傳感器分類

1.根據(jù)被測對象，可分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器三大類;

按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。2.按測量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導纖維等傳感器。……三、傳感器分類1.根據(jù)被測對象，可分為物理量傳感四、傳感器根本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，包括：靈敏度、分辨力、線性度、遲滯、重復性、漂移等。四、傳感器根本特性傳感器的特性一般指輸入、輸1.靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示：

（1－1）1.靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，那么其靈敏度應表示為200mV/mm。當傳感器的輸出、輸入量的量綱一樣時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在2.分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反響。對模擬式傳感器，以最小刻度的一半所代表的輸入量表示；對數(shù)字式傳感器，如果沒有其他附加說明，可以認為該表的最后一位數(shù)值所代表的輸入量就是它的分辨力。2.分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變3.線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計算公式如下：（1－2）3.線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性作圖法求線性度演示〔1—擬合曲線2—實際特性曲線〕作圖法求線性度演示4.遲滯：傳感器在輸入量由小到大〔正行程〕及輸入量由大到小〔反行程〕變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。

5.重復性：重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)屢次變化時，所得特性曲線不一致的程度。

6.漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個方面：一是傳感器自身構(gòu)造參數(shù)；二是周圍環(huán)境〔如溫度、濕度等〕。4.遲滯：傳感器在輸入量由小到大〔正行程〕及輸入量由大到小〔1.誤差產(chǎn)生的因素：1〕.粗大誤差明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應予以剔除。

五、測量誤差及分類1.誤差產(chǎn)生的因素：1〕.粗大誤差明顯偏離真值的誤產(chǎn)生粗大誤差的一個例子

產(chǎn)生粗大誤差的一個例子2〕.系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關部件予以消除。2〕.系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測3〕.隨機誤差在同一條件下，屢次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。3〕.隨機誤差在同一條件下，屢次測隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計2.誤差的表示方法1〕.絕對誤差：Δ=Ax－Ａ0某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？(1-1)2.誤差的表示方法某采購員分別在三家商店購買2〕.相對誤差及精度等級幾個重要公式：實際相對誤差：示值（標稱）相對誤差：滿度（引用）相對誤差：2〕.相對誤差及精度等級幾個重要公式：實際相對誤差：示值（3〕.準確度準確度常用最大（滿度）引用相對誤差來定義：請思考：1、它表示傳感器的最大滿度相對誤差為多少？2、若已知傳感器的準確度和儀表滿量程值，測量時的最大示值相對誤差為多少？3〕.準確度準確度常用最大（滿度）引用相對誤差來定義：請思儀表的準確度等級和根本誤差例：某指針式電壓表的準確度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為±2.5%。提問：某0.1級壓力傳感器的量程為100MPa，測量50MPa壓力時，傳感器引起的最大示值相對誤差為多少？儀表的準確度等級和根本誤差例：某指針式電壓表的例：某指針式萬用表的面板如下圖，問：用它來測量直流、交流〔~〕電壓時，可能產(chǎn)生的滿度相對誤差分別為多少？例：某指針式萬用表的面板如下圖，問：用它來測量直流、交流〔~例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如下圖，問：選擇該量程合理嗎？例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對誤差哪一個大？用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖六、彈性敏感元件〔彈簧管〕

敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。六、彈性敏感元件〔彈簧管〕敏感元件在傳感器中彈性敏感元件〔彈簧管〕在以下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α彈性敏感元件〔彈簧管〕在以下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角其他各種彈性敏感元件

在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。其他各種彈性敏感元件在上圖中的各種彈性元件也壓力傳感器的外形及內(nèi)部構(gòu)造壓力傳感器的外形及內(nèi)部構(gòu)造彈簧管放大圖

當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。彈簧管放大圖當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量-----電阻的變化〔ΔR〕被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量360度圓盤形電位器右圖所示的360度圓盤形電位器的中間焊片為滑動片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

接地360度圓盤形電位器右圖所示的36測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關系的電壓Uo。

測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量分壓比電路的計算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動觸點C的位移量x成正比：對圓盤式電位器來說，Uo與滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：分壓比電路的計算公式如下：直滑電位練習題1、有一臺測溫儀表，測量范圍為-200~+800°C，準確度為0.5級?，F(xiàn)用它測量500°C的溫度，求儀表引起的絕對誤差和相對誤差。2、有兩臺測溫儀表，測量范圍為-200~+300°C和0~+800°C，已知兩臺儀表的絕對誤差最大值Δtmax=5°C，試問哪臺表精度高？3、有三臺測溫儀表量程均為600°C，精度等級分別為2.5級、2級和1.5級，現(xiàn)要測量溫度為500°C的物體，允許相對誤差不超過2.5%，問選用哪臺最合適（從精度和經(jīng)濟性綜合考慮）?練習題1、有一臺測溫儀表，測量范圍為-200~+800°C休息一下休息一下《傳感器的基礎知識》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！《傳感器的基礎知識》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使通俗的講：傳感器是接收信號或刺激并反響的器件，以測量為目的，以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關系的、易于處理的電量信號輸出的裝置。通俗的講：傳感器是接收信號或刺激并反響的器件，以國家標準是這樣定義“傳感器〞的：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。國家標準是這樣定義“傳感器〞的：能感受規(guī)定的被測量并按照一定傳感器的作用:人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。

傳感器的作用:特點：代替人的耳，眼，鼻等器官去感知和獲取人不能直接獲取的自然界當中的信息和信息量。用途：就是采集信息和信息量。

用在：工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)療，衛(wèi)生，國防，軍事，航天，航空，氣象，安檢以及日常生活等等方面。特點：代替人的耳，眼，鼻等器官去感知和獲取人不能直接獲取的自

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加《傳感器的基礎知識》教學課件傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。

傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、二、傳感器的組成舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器1-彈簧管2-電位器傳感器組成框圖二、傳感器的組成1-彈簧管2-電位器三、傳感器分類

1.根據(jù)被測對象，可分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器三大類;

按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。2.按測量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導纖維等傳感器?！鞲衅鞣诸?.根據(jù)被測對象，可分為物理量傳感四、傳感器根本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，包括：靈敏度、分辨力、線性度、遲滯、重復性、漂移等。四、傳感器根本特性傳感器的特性一般指輸入、輸1.靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示：

（1－1）1.靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，那么其靈敏度應表示為200mV/mm。當傳感器的輸出、輸入量的量綱一樣時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在2.分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反響。對模擬式傳感器，以最小刻度的一半所代表的輸入量表示；對數(shù)字式傳感器，如果沒有其他附加說明，可以認為該表的最后一位數(shù)值所代表的輸入量就是它的分辨力。2.分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變3.線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計算公式如下：（1－2）3.線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性作圖法求線性度演示〔1—擬合曲線2—實際特性曲線〕作圖法求線性度演示4.遲滯：傳感器在輸入量由小到大〔正行程〕及輸入量由大到小〔反行程〕變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。

5.重復性：重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)屢次變化時，所得特性曲線不一致的程度。

6.漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個方面：一是傳感器自身構(gòu)造參數(shù)；二是周圍環(huán)境〔如溫度、濕度等〕。4.遲滯：傳感器在輸入量由小到大〔正行程〕及輸入量由大到小〔1.誤差產(chǎn)生的因素：1〕.粗大誤差明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應予以剔除。

五、測量誤差及分類1.誤差產(chǎn)生的因素：1〕.粗大誤差明顯偏離真值的誤產(chǎn)生粗大誤差的一個例子

產(chǎn)生粗大誤差的一個例子2〕.系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關部件予以消除。2〕.系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測3〕.隨機誤差在同一條件下，屢次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。3〕.隨機誤差在同一條件下，屢次測隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計2.誤差的表示方法1〕.絕對誤差：Δ=Ax－Ａ0某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？(1-1)2.誤差的表示方法某采購員分別在三家商店購買2〕.相對誤差及精度等級幾個重要公式：實際相對誤差：示值（標稱）相對誤差：滿度（引用）相對誤差：2〕.相對誤差及精度等級幾個重要公式：實際相對誤差：示值（3〕.準確度準確度常用最大（滿度）引用相對誤差來定義：請思考：1、它表示傳感器的最大滿度相對誤差為多少？2、若已知傳感器的準確度和儀表滿量程值，測量時的最大示值相對誤差為多少？3〕.準確度準確度常用最大（滿度）引用相對誤差來定義：請思儀表的準確度等級和根本誤差例：某指針式電壓表的準確度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為±2.5%。提問：某0.1級壓力傳感器的量程為100MPa，測量50MPa壓力時，傳感器引起的最大示值相對誤差為多少？儀表的準確度等級和根本誤差例：某指針式電壓表的例：某指針式萬用表的面板如下圖，問：用它來測量直流、交流〔~〕電壓時，可能產(chǎn)生的滿度相對誤差分別為多少？例：某指針式萬用表的面板如下圖，問：用它來測量直流、交流〔~例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如下圖，問：選擇該量程合理嗎？例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對誤差哪一個大？用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖六、彈性敏感元件〔彈簧管〕

敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。六、彈性敏感元件〔彈簧管〕敏感元件在傳感器中彈性敏感元件〔彈簧管〕在以下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α彈性敏感元件〔彈簧管〕在以下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角其他各種彈性敏感元件