智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù) 課件 項(xiàng)目一 認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)

智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù)主編楊杰忠葉光顯鄒火軍主編楊杰忠葉光顯鄒火軍副主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍“十四五”職業(yè)教育智能制造技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)1．掌握檢測的概念及自動(dòng)檢測系統(tǒng)的組成。2．掌握測量的定義及分類。3．理解傳感器的概念及基本特性。知識(shí)目標(biāo)：1．能認(rèn)識(shí)常見傳感器并了解其結(jié)構(gòu)及特性。2．會(huì)計(jì)算測量誤差。3．能初步認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)及其組成。能力目標(biāo)：自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)是自動(dòng)檢測技術(shù)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)的總稱，是自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要分支科學(xué)，是以信息提取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理為主要研究內(nèi)容的一門技術(shù)。本項(xiàng)目主要包括：測量工具的使用、認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)、電子秤性能指標(biāo)的測試。項(xiàng)目描述目標(biāo)與描述知識(shí)目標(biāo)1．掌握直接測量方法和間接測量方法。2．理解測量誤差的含義。3．掌握絕對誤差和相對誤差的簡單計(jì)算方法。能力目標(biāo)1．會(huì)用各種測量工具。2．會(huì)使用萬用表測量電阻值。3．會(huì)使用游標(biāo)卡尺測量零件的尺寸。4．會(huì)計(jì)算絕對誤差和相對誤差。工作任務(wù)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，人們?yōu)榱诉_(dá)到某些特定的目的，往往要進(jìn)行各種測量，如用溫度計(jì)測量患者的體溫、用游標(biāo)卡尺測量零件的尺寸、用萬用表測電流值和電壓值等。本任務(wù)的主要內(nèi)容就是通過學(xué)習(xí)掌握測量的定義及測量方法，掌握測量誤差的計(jì)算方法，并能正確使用萬用表、游標(biāo)卡尺等測量工具。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用任務(wù)1測量工具的使用一、測量的定義

測量就是借助于專用的技術(shù)工具或手段，通過實(shí)驗(yàn)的方法把被測量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，求取二者比值，從而得到被測量數(shù)值的過程。二、測量的方法1．根據(jù)測量的手段，有直接測量方法和間接測量方法

直接測量就是用儀器儀表測量，測量值就是被測值。圖1-1-1所示為直接測量。這種方式簡單方便，但它的準(zhǔn)確程度受所用的儀器誤差的限制。如果被測量不能直接測量，或直接測量該被測量的儀器不夠準(zhǔn)確，那么利用被測量與某種中間量之間的函數(shù)關(guān)系，先測出中間量，然后通過計(jì)算公式，算出被測量的值，這種方式稱為間接測量。圖1-1-1直接測量項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用二、測量的方法

2．根據(jù)被測量是否隨時(shí)間變化，有靜態(tài)測量方法和動(dòng)態(tài)測量方法

靜態(tài)測量是指被測量是恒定的，如測量物體的質(zhì)量就屬于靜態(tài)測量。動(dòng)態(tài)測量是指被測量隨時(shí)間變化而變化，如光導(dǎo)纖維陀螺儀測量火箭的飛行速度、方向就屬于動(dòng)態(tài)測量。

3．根據(jù)測量時(shí)測量工具是否與被測對象接觸，有接觸式測量方法和非接觸式測量方法。

例如，將熱電偶插入液體測溫度就是接觸式測量。用紅外線溫度儀測量食品的溫度就是非接觸式測量。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用二、測量的方法4．根據(jù)被測對象是否在生產(chǎn)線上，有在線測量方法和離線測量方法

在線測量，即實(shí)時(shí)檢測。圖1-1-2所示為在線測量，即在加工過程中實(shí)時(shí)對產(chǎn)品進(jìn)行檢測，并依據(jù)測量的結(jié)果做出相應(yīng)的處理。圖1-1-3所示為離線測量，離線測量無法實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)質(zhì)量。圖1-1-2在線測量圖1-1-3離線測量項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用三、測量誤差

測量的目的是得到被測量的真值。真值是指在一定條件下被測量客觀存在的實(shí)際值。真值有理論真值、約定真值和相對真值三種。理論真值是一個(gè)變量本身所具有的真實(shí)值。它是一個(gè)理想的概念，一般是無法得到的，所以在計(jì)算誤差時(shí)，一般用約定真值或相對真值來代替。約定真值是一個(gè)接近真值的值，它與真值之差可忽略不計(jì)。實(shí)際測量中，在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，把多次測量值的平均值作為約定真值。相對真值是指當(dāng)高一級(jí)儀表的誤差僅為低一級(jí)儀表的誤差1/3時(shí)，可認(rèn)為高一級(jí)儀表測量值為低一級(jí)儀表測量值的相對真值。

測量值（也稱示值）與真值之間的差值稱為測量誤差。測量誤差按其不同特性分類，有絕對誤差和相對誤差兩種。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用三、測量誤差

1．絕對誤差

絕對誤差是測量值與真值之間的差值，即

在實(shí)驗(yàn)室測量中，常用修正值表示真值與測量值之差，即

由此可見，修正值是絕對誤差的相反數(shù)。絕對誤差可表示測量值偏離真值的程度，但不能表示測量的準(zhǔn)確程度。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用三、測量誤差

2．相對誤差

為了進(jìn)一步說明測量的準(zhǔn)確程度，引入了相對誤差的概念。相對誤差，即百分比誤差，它可分為實(shí)際相對誤差、示值相對誤差和滿度相對誤差。（1）實(shí)際相對誤差

：它用絕對誤差與真值的百分比來表示。（2）示值相對誤差

：它用絕對誤差與測量值的百分比來表示。（3）滿度相對誤差

：它用絕對誤差與儀表滿量程值的百分比來表示。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用三、測量誤差

2．相對誤差

對測量下限不為零的儀表而言，量程。

（4）準(zhǔn)確度：傳感器的誤差是用準(zhǔn)確度表示的。當(dāng)絕對誤差取最大值時(shí)，準(zhǔn)確度常用最大滿度相對誤差來定義：

儀表的準(zhǔn)確度習(xí)慣上稱為精度等級(jí)。準(zhǔn)確度表示傳感器的最大相對誤差。精度等級(jí)S規(guī)定取一系列標(biāo)準(zhǔn)值。我國的電工等級(jí)分為7級(jí)：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用三、測量誤差

【例1-1-1】有一臺(tái)測量儀表，測量范圍為0～500℃，準(zhǔn)確度為0.5級(jí)?，F(xiàn)用它測量500℃的溫度，求該儀表引起的最大絕對誤差和示值相對誤差。

項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)1測量工具的使用三、測量誤差

【例1-1-2】有兩臺(tái)測溫儀器，其測量范圍為-200～800℃和600～1100℃，已知其最大絕對誤差為5℃，試分別確定它們的精度等級(jí)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)知識(shí)目標(biāo)1．掌握檢測及自動(dòng)檢測的定義。2．掌握自動(dòng)檢測的組成。3．認(rèn)識(shí)PLC自動(dòng)檢測系統(tǒng)。能力目標(biāo)1．能認(rèn)識(shí)PLC自動(dòng)檢測系統(tǒng)并了解其工作過程。2．會(huì)畫出PLC自動(dòng)檢測系統(tǒng)的原理框圖。工作任務(wù)

本任務(wù)的主要內(nèi)容就是初步認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)及其組成，通過觀看智能傳感器在工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用錄像，以及參觀智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)室，加深對傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的了解。最后在教師指導(dǎo)下，分組進(jìn)行簡單的相關(guān)操作練習(xí)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)一、檢測的基本概念

為了提高測量精度，并能夠?qū)λ杉男畔⒘窟M(jìn)行分析、處理，從而完成自動(dòng)控制，在測試中通常先將被測對象輸出的物理量轉(zhuǎn)換為電量，然后根據(jù)需要對變換后的電信號(hào)進(jìn)行處理，最后以適當(dāng)?shù)男问斤@示、輸出，簡單地說，這個(gè)過程就是檢測。

嚴(yán)格地說，檢測就是利用物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)

信息通過檢驗(yàn)測量的方法賦予定性或定量結(jié)果的過程。

項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)一、檢測的基本概念

自動(dòng)檢測就是在測量和檢驗(yàn)過程中完全不需要或僅需要很少的人工干預(yù)而自動(dòng)完成的檢測。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測可以提高自動(dòng)化水平，減少人為干擾因素或人為差錯(cuò)，提高生產(chǎn)過程或設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率。圖1-2-1～圖1-2-3所示為生活中常見的自動(dòng)檢測系統(tǒng)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖1-2-1自動(dòng)門控制系統(tǒng)圖1-2-3感應(yīng)水龍頭

圖1-2-2樓道感應(yīng)燈任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)二、自動(dòng)檢測系統(tǒng)的組成

自動(dòng)檢測系統(tǒng)需要由若干儀器儀表及附加設(shè)備構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，完成檢測任務(wù)。自動(dòng)檢測系統(tǒng)應(yīng)能完成對被測對象進(jìn)行變換、分析、處理、判斷、比較、存儲(chǔ)、控制及顯示等操作。一個(gè)完整的自動(dòng)檢測系統(tǒng)如圖1-2-4所示，它包括傳感器、測量電路、記錄儀、顯示儀及控制器等。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖1-2-4一個(gè)完整的自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)二、自動(dòng)檢測系統(tǒng)的組成

（1）傳感器。傳感器直接作用于被測量，并將被測量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳感器輸出的電信號(hào)往往很弱，必須要由測量電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。

（2）測量電路。測量電路是中間變換裝置，它包括信號(hào)處理電路和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。信號(hào)處理電路把來自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合于進(jìn)一步傳輸和處理的形式。信號(hào)轉(zhuǎn)換是指電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換（如放大），將阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，或?qū)⒆杩沟淖兓D(zhuǎn)換成頻率的變化，以及A/D、D/A等。測量電路將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算、濾波、分析，將結(jié)果傳輸至顯示、記錄部分或控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

測量電路根據(jù)不同情況有很大的伸縮性。在簡單的檢測系統(tǒng)中可以完全省略，將傳感器的輸出直接進(jìn)行顯示或記錄（如由熱電偶或毫伏表組成的測溫系統(tǒng)），但就大多數(shù)檢測系統(tǒng)而言，測量電路是必不可少的，尤其是在功能強(qiáng)大的檢測系統(tǒng)中往往還要將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)中間變換環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)波形存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集、非線性校正和消除系統(tǒng)誤差等功能，遠(yuǎn)距離測量時(shí)還需要數(shù)據(jù)傳輸裝置。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)二、自動(dòng)檢測系統(tǒng)的組成

（3）顯示/記錄儀。顯示/記錄儀是檢測系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其作用是將測量電路送來的信號(hào)顯示或記錄下來，供觀測與研究。

（4）控制器?？刂破魇菆?zhí)行機(jī)構(gòu)，它的作用是根據(jù)電子控制單元的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)。許多檢測系統(tǒng)能輸出與被測量有關(guān)的電流或電壓信號(hào)，作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)三、檢測技術(shù)的應(yīng)用

目前，檢測技術(shù)已在國防建設(shè)、航空、航天、交通運(yùn)輸、石油化工、環(huán)境保護(hù)、生物工程、醫(yī)學(xué)診斷、礦產(chǎn)資源、海洋探測、宇宙開發(fā)、生命科學(xué)、家用電器等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能實(shí)驗(yàn)等，都離不開檢測技術(shù)；在機(jī)械制造行業(yè)中，通過對機(jī)床的許多靜態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)（如工件的加工精度、切削速度、床身振動(dòng)等）進(jìn)行在線檢測，從而控制加工質(zhì)量；在化工、電力等生產(chǎn)過程中，溫度、壓力、流量、液位等過程參數(shù)的檢測是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的基礎(chǔ)；在工業(yè)機(jī)器人中，自動(dòng)檢測技術(shù)應(yīng)用于手臂的位置和角度的控制，傳感器應(yīng)用于視覺和觸覺的判斷，機(jī)器人成本的二分之一是消耗在高性能的傳感器上的。

在國防建設(shè)領(lǐng)域，檢測技術(shù)用得更多。例如，利用紅外探測可以發(fā)現(xiàn)地形、地物及敵方各種軍事目標(biāo)；如果研究飛機(jī)的強(qiáng)度，就要在機(jī)身、機(jī)翼上貼上幾百片應(yīng)變片進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)三、檢測技術(shù)的應(yīng)用

在國防建設(shè)領(lǐng)域，檢測技術(shù)用得更多。例如，利用紅外探測可以發(fā)現(xiàn)地形、地物及敵方各種軍事目標(biāo)；如果研究飛機(jī)的強(qiáng)度，就要在機(jī)身、機(jī)翼上貼上幾百片應(yīng)變片進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量。

在航空、航天領(lǐng)域，大型飛機(jī)在云層上被自動(dòng)駕駛，并能在惡劣的氣候條件下安全“盲目”著陸；空-空導(dǎo)彈的自動(dòng)跟蹤、人造衛(wèi)星在太空進(jìn)行遙感、遙測等高科技都應(yīng)用了檢測技術(shù)。

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，汽車的行駛速度、行駛距離、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度及燃料剩余量等有關(guān)參數(shù)都需要自動(dòng)檢測，汽車防滑控制、防盜、防抱死、排氣循環(huán)、電子變速控制等裝置都應(yīng)用了檢測技術(shù)。

日常生活中，我們使用的家用電器也都離不開檢測技術(shù)。例如，自動(dòng)洗衣機(jī)、空調(diào)、熱水器、吸塵器、照相機(jī)、音像設(shè)備等都應(yīng)用了檢測技術(shù)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)2認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)三、檢測技術(shù)的應(yīng)用

在航空、航天領(lǐng)域，大型飛機(jī)在云層上被自動(dòng)駕駛，并能在惡劣的氣候條件下安全“盲目”著陸；空-空導(dǎo)彈的自動(dòng)跟蹤、人造衛(wèi)星在太空進(jìn)行遙感、遙測等高科技都應(yīng)用了檢測技術(shù)。

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，汽車的行駛速度、行駛距離、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度及燃料剩余量等有關(guān)參數(shù)都需要自動(dòng)檢測，汽車防滑控制、防盜、防抱死、排氣循環(huán)、電子變速控制等裝置都應(yīng)用了檢測技術(shù)。

日常生活中，我們使用的家用電器也都離不開檢測技術(shù)。例如，自動(dòng)洗衣機(jī)、空調(diào)、熱水器、吸塵器、照相機(jī)、音像設(shè)備等都應(yīng)用了檢測技術(shù)。

總之，檢測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方方面面，成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)技術(shù)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)知識(shí)目標(biāo)1．掌握傳感器的組成及分類。2．理解傳感器的基本特性。3．掌握傳感器測量裝置性能指標(biāo)的計(jì)算方法。能力目標(biāo)1．能用電子秤進(jìn)行測量。2．會(huì)測試電子秤的遲滯特性。3．會(huì)測試電子秤的性能指標(biāo)。工作任務(wù)

本任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)常用的傳感器，了解傳感器的概念、組成及作用，掌握傳感器測量裝置性能指標(biāo)的計(jì)算方法，并能對電子秤性能指標(biāo)進(jìn)行測試。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試一、傳感器的定義及作用

1．傳感器的定義

傳感器是指能夠把感受到的力、溫度、聲音、位移、速度、光、化學(xué)成分等非電量，按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為容易進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制的電壓、電流等電量的器件或裝置。圖1-3-1所示為部分傳感器的外形圖。

項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖1-3-1部分傳感器的外形圖任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試一、傳感器的定義及作用

1．傳感器的定義

人可以通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接收外界的信息，經(jīng)過大腦的思維（信息處理），做出相應(yīng)的動(dòng)作。同樣，如果用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化裝置來代替人的勞動(dòng)，則可以說計(jì)算機(jī)相當(dāng)于人的大腦，而傳感器則相當(dāng)于人的五官，故被稱為“電五官”，外界信息由它提取，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的電信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)對電信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)出控制信號(hào)給執(zhí)行器，執(zhí)行器對外界對象進(jìn)行控制。圖1-3-2所示為人與機(jī)器的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖1-3-2人與機(jī)器的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試一、傳感器的定義及作用

2．傳感器的作用

傳感器是人體五官的延伸，人體五官雖然能感受自然、獲取信息，如人的手指可以感受物體的溫度、軟硬、輕重、大小等，但人體五官感知自然卻有極大的局部性，如它沒有察覺磁性的功能，看不見紅外線及紫外線，聽不到超聲波，也不能了解化學(xué)溶液中某種物質(zhì)的含量等。另外，人體能感受溫度，但只是在一個(gè)較小的溫度范圍內(nèi)，僅能粗略地區(qū)別溫度的高低。而溫度傳感器可以感受到-200～2000℃溫度范圍，其靈敏度和分辨率也很高。因此，傳感器是一種代替或補(bǔ)充人的感覺器官的裝置。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試一、傳感器的定義及作用

2．傳感器的作用

在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器進(jìn)入了許多新領(lǐng)域。例如，在宏觀上要觀察上千光年以外的茫茫宇宙，微觀上要探索小到的粒子世界，時(shí)間上要觀察有長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化過程，有短到10－24s（瞬間）的反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對生化物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，以及新能源、新材料的開拓等具有重要作用的尖端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁場等。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于獲取對象信息困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)引發(fā)該領(lǐng)域內(nèi)的突破，一些傳感器的發(fā)展，往往是很多邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試一、傳感器的定義及作用

2．傳感器的作用

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來檢測和傳遞生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到合格的質(zhì)量。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了收集和測量諸多參數(shù)，廣泛采用了各種傳感器。被測參數(shù)的精度的高低直接影響計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的精度，可以說沒有眾多優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試二、傳感器的組成及分類

1．傳感器的組成

（1）敏感元件是指傳感器中能夠靈敏地感受被測變量并做出響應(yīng)的部分。例如，鉑電阻能根據(jù)溫度的升降而改變電阻值，電阻值的變化就是對溫度升降做出的響應(yīng)，所以鉑電阻就是一種溫度敏感元件。

（2）傳感元件是指傳感器中能將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分，也稱轉(zhuǎn)換元件，如把位移量轉(zhuǎn)換成電容極板的間隙變化、把聲音轉(zhuǎn)換成頻率的變化等。有些傳感器把敏感元件和傳感元件合二為一，而有些敏感元件的輸出本來就是電量，不用轉(zhuǎn)換就能傳送到別處，如鉑電阻的電阻值、應(yīng)變半導(dǎo)體的電阻值、熱電偶的電動(dòng)勢等，這樣的傳感器就沒有必要再設(shè)置傳感元件。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試二、傳感器的組成及分類

1．傳感器的組成

（3）轉(zhuǎn)換電路是指將傳感元件輸出的微弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于處理的電量的部分。常用的轉(zhuǎn)換電路有放大電路、電橋電路、脈沖調(diào)寬電路、諧振電路等，它們將電阻、電容、電感等轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率，將非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以便與帶有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的輸入設(shè)備或儀表相配套。因此，在某些領(lǐng)域，也將傳感器稱為變換器。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試二、傳感器的組成及分類

1．傳感器的組成圖1-3-4所示為變隙式差動(dòng)氣體壓力傳感器。它由C形彈簧管、電感線圈、銜鐵及轉(zhuǎn)換電路等組成。其中C形彈簧管為敏感元件，銜鐵為傳感元件。C形彈簧管的下部與大氣相通，內(nèi)部感受被測壓力P。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖1-3-4變隙式差動(dòng)氣體壓力傳感器任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試二、傳感器的組成及分類

1．傳感器的組成當(dāng)被測壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動(dòng)與自由端連接成一體的銜鐵運(yùn)動(dòng)，使線圈1和線圈2中的電感大小相等、方向相反，即一個(gè)線圈的電感量增大，另一個(gè)線圈的電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出，由于輸出電壓與被測壓力之間呈比例關(guān)系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓，即可得知被測壓力的大小。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試二、傳感器的組成及分類

2．傳感器的分類

傳感器的分類方法很多，常用的分類方法如下。

（1）按被測參數(shù)可分為位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器及轉(zhuǎn)矩傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是清楚地表達(dá)了傳感器的用途，使用戶一目了然，便于使用。

（2）按輸出信號(hào)類型可分為開關(guān)型傳感器、模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。開關(guān)型傳感器輸出的是開關(guān)量（“1”和“0”或“開”和“關(guān)”）；模擬式傳感器的輸出量是與被測量呈一定關(guān)系的模擬信號(hào)，如果需要與計(jì)算機(jī)配合或用數(shù)字顯示，還必須經(jīng)過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路；數(shù)字式傳感器的輸出量是脈沖或代碼，是數(shù)字量，可直接與計(jì)算機(jī)連接或用數(shù)字顯示，讀取方便，抗干擾能力強(qiáng)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試二、傳感器的組成及分類

2．傳感器的分類

傳感器的分類方法很多，常用的分類方法如下。

（3）按工作原理可分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、霍爾式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器等。這種分類的優(yōu)點(diǎn)是對傳感器的工作原理表達(dá)得比較清楚，而且類別少，較為系統(tǒng)。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試三、傳感器的基本特性

在傳感器的使用過程中，要求其能檢測被測量的變化，并將其不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，這種變換關(guān)系主要取決于傳感器的基本特性，即輸入-輸出特性。由于被測量的狀態(tài)不同，傳感器的基本特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩種。1．靜態(tài)特性

靜態(tài)特性是指被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)（不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間變化很?。r(shí)，傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系特性。它表示傳感器在被測量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸入-輸出的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性等。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試三、傳感器的基本特性

1．靜態(tài)特性

1）線性度

線性度（非線性誤差）是指傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。

通常將傳感器輸出的起始點(diǎn)與滿量程點(diǎn)連接起來的直線作為擬合直線。圖1-3-5所示為線性度示意圖。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖1-3-5線性度示意圖任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試三、傳感器的基本特性

1．靜態(tài)特性

1）線性度

在輸出特性曲線與擬合直線間，垂直方向上的最大偏差與輸出范圍之比為線性度，用表示，即項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試三、傳感器的基本特性

1．靜態(tài)特性

1）線性度

在輸出特性曲線與擬合直線間，垂直方向上的最大偏差與輸出范圍之比為線性度，用表示，即項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)

在實(shí)際應(yīng)用中，人們總是希望傳感器的輸入與輸出呈線性關(guān)系，但事實(shí)上，大多數(shù)傳感器的靜態(tài)特性曲線是非線性的。為了得到線性關(guān)系，常引用各種非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)，如采用非線性補(bǔ)償電路或計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行線性處理，從而減小檢測系統(tǒng)的線性度。任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試三、傳感器的基本特性

1．靜態(tài)特性

2）靈敏度靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)，其定義為輸出量的增量與引起該增量的輸入量增量之比，用S表示，即項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)

對于線性傳感器來說，靈敏度是一個(gè)常數(shù)，S越大，靈敏度越高。任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試三、傳感器的基本特性

1．靜態(tài)特性

3）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)象稱為遲滯。對于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器的正、反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值，如圖1-3-6所示。產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因是傳感器的機(jī)械部分不可避免地存在間隙、摩擦及松動(dòng)等。項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)檢測及自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖1-3-6遲滯任務(wù)3電子秤性能指標(biāo)的測試三、傳感器的基本特性

1．靜態(tài)特性