第1章 緒論 教案

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》

授課教案課程性質(zhì)：班級(jí)名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：1.1檢測(cè)技術(shù)概述課時(shí)安排：2授課類型：理論重難點(diǎn)重點(diǎn)檢測(cè)與測(cè)量的基本知識(shí)難點(diǎn)測(cè)量誤差的分類和處理教學(xué)目的和要求1.了解檢測(cè)系統(tǒng)的組成和檢測(cè)方法的分類；2.掌握誤差定義、誤差分類和誤差的處理方法；3．熟悉現(xiàn)代檢測(cè)與測(cè)量的基本知識(shí)。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：QSCGQ-ZX型系列傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)教學(xué)內(nèi)容1.1檢測(cè)技術(shù)概述1.1.1檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)檢測(cè)，即檢驗(yàn)和測(cè)試生產(chǎn)過(guò)程中的物理量。檢測(cè)的任務(wù)，其一是對(duì)成品或半成品進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和測(cè)量，以檢驗(yàn)其是否達(dá)到了成品的規(guī)格和要求，即是否合格；其二是隨時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中各種參量的大小及變化等情況，以達(dá)到監(jiān)督和控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的目的。檢測(cè)技術(shù)，是人們?yōu)榱藢?duì)被測(cè)對(duì)象所包含的信息進(jìn)行定性檢查和定量測(cè)量所采取的一系列技術(shù)措施，是利用各種物理化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法和裝置，將生產(chǎn)、科研、生活中的有關(guān)信息通過(guò)檢查與測(cè)量的方法賦予定性或定量結(jié)果的過(guò)程，它是產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段。1.1.2檢測(cè)系統(tǒng)的組成檢測(cè)工作的全過(guò)程一般包括：信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出等。一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)或裝置通常是由傳感器、信號(hào)處理電路和輸出環(huán)節(jié)組成，輸出環(huán)節(jié)包括顯示和打印記錄裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和控制裝置等。檢測(cè)系統(tǒng)可以采用如圖1-1的方式表示。圖1-1檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖1.1.3測(cè)量方法分類1．直接測(cè)量、間接測(cè)量與組合測(cè)量2．偏差法、零位法、微差法3．開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量4．等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量5．靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量6．接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量1.1.4測(cè)量誤差不同場(chǎng)合的測(cè)量，對(duì)其結(jié)果的可靠性和精度要求也不相同，因此，測(cè)量的準(zhǔn)確程度要兼顧技術(shù)與經(jīng)濟(jì)。1．測(cè)量誤差的基本概念測(cè)量誤差是指測(cè)量結(jié)果與其真值之間的差異。真值，是指被測(cè)量的絕對(duì)準(zhǔn)確值，是一個(gè)理論概念，實(shí)際中永遠(yuǎn)無(wú)法測(cè)得。相對(duì)真值，是指利用高一等級(jí)精度的儀器或裝置得到的測(cè)量結(jié)果，作為近似真值，用來(lái)代替真值。2．測(cè)量誤差的表示方法（1）絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差可以為正也可以為負(fù)，且是一個(gè)有單位的物理量。式中：Δx–測(cè)量誤差，x–測(cè)量結(jié)果，x0–真值。（2）相對(duì)誤差相對(duì)誤差為絕對(duì)誤差與真值之比，因測(cè)量值與真值接近，所以也可以使用絕對(duì)誤差與測(cè)量值的比值近似作為相對(duì)誤差γ0，一般用百分比來(lái)表示，即：（3）引用誤差為了方便計(jì)算和劃分精確度等級(jí)，通常采用引用誤差γf，它是從相對(duì)誤差演變過(guò)來(lái)的，定義為絕對(duì)誤差與測(cè)量?jī)x表量程之比，用百分?jǐn)?shù)表示，即：儀表的精度等級(jí)是根據(jù)最大引用誤差γfmax來(lái)確定的，即：上式中的S即為精度等級(jí)，表示該儀表在規(guī)定的工作條件下使用時(shí)，最大引用誤差的數(shù)值。我國(guó)電工儀表的精度等級(jí)可分為：0.1、0.2、0.5，1.0，1.5，2.5，5.0共七級(jí)。數(shù)字越小表示精確度越高。3．測(cè)量誤差的來(lái)源（1）原理誤差原理誤差是指測(cè)量原理和方法本身存在缺陷和偏差。（2）裝置誤差裝置誤差是指測(cè)量?jī)x器、設(shè)備、裝置導(dǎo)致的測(cè)量誤差。（3）環(huán)境誤差環(huán)境誤差是指測(cè)量環(huán)境、條件引起的測(cè)量誤差。（4）使用誤差使用誤差是指讀數(shù)誤差、違規(guī)操作等人為因素造成的誤差。4．測(cè)量誤差的分類根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)中的誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律及產(chǎn)生的原因，測(cè)量誤差可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差三類。（1）系統(tǒng)誤差在同一測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。（2）隨機(jī)誤差在同一測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)測(cè)的方式變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差。（3）粗大誤差超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差。數(shù)據(jù)處理時(shí)，含有粗大誤差的測(cè)量值稱為壞值，可直接剔除。作業(yè)布置P161-1、1-2、1-3

課程性質(zhì)：班級(jí)名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：1.2傳感器技術(shù)概述課時(shí)安排：2授課類型：理論重難點(diǎn)重點(diǎn)傳感器的定義、組成、種類、基體特性難點(diǎn)傳感器的特性參數(shù)教學(xué)目的和要求1.掌握傳感器的定義、組成和作用；2了解傳感器的分類；3掌握傳感器的基本特性；4掌握傳感器的命名和圖形符號(hào)；5了解傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：QSCGQ-ZX型系列傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)教學(xué)內(nèi)容第一章緒論1.2傳感器技術(shù)概述1.2.1傳感器的作用和地位人與機(jī)器的技能對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1-6所示。圖1-6人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系人體系統(tǒng)靠五官?gòu)耐饨绔@取信息，神經(jīng)系統(tǒng)將獲取到的信息傳遞給大腦，大腦分析信息并做出決策之后發(fā)出指令來(lái)指導(dǎo)人的行為活動(dòng)；而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由傳感器從外界獲取信息，電路系統(tǒng)將傳感器獲得的信息傳送給控制器（計(jì)算機(jī)），由控制器分析、處理信息、決策、并發(fā)出指令來(lái)指導(dǎo)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的處理，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。由此可見(jiàn)，傳感器可以看作是人類五官的延伸，用來(lái)獲取信息，又稱為“機(jī)電五官”。1.2.2傳感器的定義、組成和分類1．傳感器的定義傳感器，即“感”受信號(hào)，并“傳”輸信號(hào)的裝置。根據(jù)我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器的定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。由于目前信號(hào)傳輸和處理的裝置絕大多數(shù)都是電子設(shè)備，因此，這里的“可用輸出信號(hào)”指的就是電信號(hào)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器就是把被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電量的一種裝置。2．傳感器的組成一般來(lái)說(shuō)，傳感器是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路和輔助電源四個(gè)部分組成的，如圖1-7所示。圖1-7傳感器的組成3．傳感器的分類（1）按照傳感器的輸入量（被測(cè)量）分類，可分為：溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器等。傳感器以被測(cè)物理量命名。（2）按照傳感器的工作原理分類，可分為：應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器、磁電式傳感器等。傳感器其以工作原理命名。（3）按照傳感器的輸出量分類，可分為：模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬傳感器的輸出量為模擬信號(hào)，數(shù)字傳感器的輸出量為數(shù)字信號(hào)。（4）按照傳感器轉(zhuǎn)換能量的情況分類，可分為：能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。1.2.3傳感器的命名和代號(hào)1．傳感器的命名傳感器的全稱應(yīng)由“主題詞+四級(jí)修飾語(yǔ)”組成，即：主題詞——傳感器一級(jí)修飾語(yǔ)——被測(cè)量。二級(jí)修飾語(yǔ)——轉(zhuǎn)換原理。三級(jí)修飾語(yǔ)——特征描述。四級(jí)修飾語(yǔ)——主要技術(shù)指標(biāo)。2．傳感器的代號(hào)一般情況下，傳感器的代號(hào)應(yīng)包括以下四部分：a—主稱(傳感器)，b—被測(cè)量，c—轉(zhuǎn)換原理，d—序號(hào)，如圖1-8所示。圖1-8傳感器產(chǎn)品代號(hào)的編制格式3．傳感器的圖形符號(hào)按GB/T14479—93《傳感器圖用圖形符號(hào)》規(guī)定，傳感器的圖形符號(hào)由符號(hào)要素正方形和等邊三角形組成，其中，正方形表示轉(zhuǎn)換器件，三角形表示敏感器件。如圖1-9所示，x表示被測(cè)量，*表示轉(zhuǎn)換原理。圖1-9傳感器的圖形符號(hào)1.2.4傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)1．傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域（1）航空航天領(lǐng)域（2）軍事技術(shù)領(lǐng)域（3）工業(yè)制造領(lǐng)域（4）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域（5）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（6）民用領(lǐng)域（7）其它領(lǐng)域2．傳感器的發(fā)展趨勢(shì)（1）發(fā)現(xiàn)利用新現(xiàn)象、新效應(yīng)，拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域（2）利用新材料開發(fā)新產(chǎn)品（3）傳感器的微型化（4）傳感器的多功能化（5）傳感器的智能化（6）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化。1.2.5傳感器的特性傳感器的特性是指?jìng)鞲衅飨到y(tǒng)的輸出信號(hào)y(t)和輸入信號(hào)（被測(cè)量）x(t)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)傳感器的輸入信號(hào)為常量或變化極慢時(shí)，即被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)，其輸入輸出的關(guān)系特性稱為靜態(tài)特性；當(dāng)輸入信號(hào)隨時(shí)間變化較快時(shí)，傳感器的響應(yīng)特性稱為動(dòng)態(tài)特性。傳感器的靜態(tài)特性：1．測(cè)量范圍傳感器所能檢測(cè)到的最小輸入量與最大輸入量之間的范圍稱為傳感器的測(cè)量范圍。2．量程傳感器測(cè)量范圍的上限值與下限值的代數(shù)差，稱為量程。3．精度傳感器的精度是指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，是測(cè)量中各類誤差的綜合反映。4．靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲎兓颗c引起該輸出變化量的輸入變化量之比。一般情況下，靈敏度用字母K或S來(lái)表示：5．線性度傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鬏敵雠c輸入之間關(guān)系的線性程度，即輸出量與輸入量之間的關(guān)系曲線偏離理想直線的程度。在非線性誤差不太大的情況下，可采用一條直線（切線或割線）近似地代表實(shí)際曲線的一段，使傳感器的輸出輸入特性線性化。所采用的直線稱為擬合直線，實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差稱為傳感器的非線性誤差（或線性度），通常使用相對(duì)誤差γL來(lái)表示，即：式中：ΔLmax—最大非線性絕對(duì)誤差；yFS—滿量程輸出。6．分辨力和分辨率傳感器的分辨力是指在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量，即分辨能力，又稱為分辨率。7．重復(fù)性重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線間不一致的程度。