傳感器檢測技術(shù)及應(yīng)用課件認識傳感器.ppt

1、傳感器檢測技術(shù)及應(yīng)用 項目1 認識傳感器 王曉敏,2020/9/7,2,本課程的任務(wù)和目的,1、任務(wù)： 掌握傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、測量、電路及典型應(yīng)用。 2、目的： 1）合理選擇和使用傳感器。 2）對傳感器技術(shù)問題有一定的分析和處理能力。 3）知曉傳感器的工程設(shè)計方法和實驗研究方法。 4）了解傳感器的發(fā)展動向。,2020/9/7,3,對本課程的要求,1、復(fù)習(xí)鞏固已學(xué)電路、電子等方面的知識。 2、多看一些相關(guān)參考書及期刊雜志。 參考書： 1、檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) 常健生 吉林工業(yè)大學(xué) 機械工業(yè)出版社 2、非電量電測技術(shù) 譚祖根 浙江大學(xué) 3、傳感器技術(shù) 賈伯年 東南大學(xué),2020/9/7,4,1傳感

2、器課程 2儀表技術(shù)與傳感器 http:/www.i- 3傳感器世界 4中國傳感器 5傳感器技術(shù) http:/www.sensor- 621IC中國電子網(wǎng) 7傳感技術(shù)學(xué)報網(wǎng) 8傳感器資訊網(wǎng) ,參 考 網(wǎng) 站,2020/9/7,5,傳感器原理,檢測技術(shù),溫度傳感器,磁敏傳感器,光電傳感器,應(yīng)變傳感器,電感傳感器,電容傳感器,壓電傳感器,其他傳感器,多傳感器融合,檢測電路,現(xiàn)代檢測系統(tǒng),傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、檢測電路及其典型應(yīng)用,基礎(chǔ)知識 定義、分類 發(fā)展趨勢 選用原則 一般特性,1.1 認識傳感器,2020/9/7,6,傳感器的物理定律,(1)守恒定律:主要有能量、動量等； (2)場的

3、定律：動力場的運動定律、電磁場的感應(yīng)定律等； (3)物質(zhì)定律：虎克定律、歐姆定律等； (4)統(tǒng)計法則：微觀與宏觀聯(lián)系的物理法則。,2020/9/7,7,1.1.2 傳感器的定義,一、定義 （Sensor） 傳感器：能夠感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律和精度轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。（GB7665-87） 它是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 輸入量：物理量、化學(xué)量和生物量。 輸出量：主要是電量。,2020/9/7,8,傳感器的稱呼,傳感器應(yīng)用場合（領(lǐng)域）不同，叫法不同。 在過程控制中稱為變送器。（標準化的傳感器） 在射線檢測中稱為發(fā)送器、

4、接收器。探頭。,2020/9/7,9,1.1.3 傳感器的組成,輔助電源,敏感元件,轉(zhuǎn)換元件,轉(zhuǎn)換電路,被測量,電量,敏感元件：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件：把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。 轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。,2020/9/7,10,傳感器的構(gòu)成,一般根據(jù)被測對象 轉(zhuǎn)換原理、使用環(huán)境及性能要求等具體情況而定,典型構(gòu)成法有: (1)自源型：僅含有轉(zhuǎn)換元件，不需外加能源，直接從被測量吸取能量并轉(zhuǎn)換成電量，但能量較弱，如熱電偶、壓電器件等。,2020/9/7,11,(2)帶激勵能源型：,輔助能源作激勵（電源、磁源），磁電式、霍耳

5、傳感器等。,2020/9/7,12,(3) 外源型,轉(zhuǎn)換元件實現(xiàn)阻抗變換。一種變換電路，如電橋、放大器、振蕩器等。,2020/9/7,13,(4) 相同傳感器補償型,2020/9/7,14,(5) 差動結(jié)構(gòu)補償型,2020/9/7,15,(6) 不同傳感器補償型,2020/9/7,16,1.1.4 人與機器的機能對應(yīng)關(guān)系,定性： 人通過感官感覺外界對象的刺激，通過大腦對感受的信息進行判斷、處理，肢體作出相應(yīng)的反映。 定量： 傳感器相當于人的感官，稱“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，微機對電信號進行處理，發(fā)出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器對外界對象進行控制。,人與機器的機能對

6、應(yīng)關(guān)系圖,2020/9/7,18,集 控 器 1,中 央 監(jiān) 控,探頭11,探頭12,探頭1N,監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖：,例1、飯店里的感溫、 感煙火災(zāi)報警器,2020/9/7,19,1、飯店每一房間安放一對感溫、感煙探頭（智能傳感器），它們輸出溫度、濃度信號通過串行通訊線送入由微機組成的檢測系統(tǒng)（集控器）； 2、集控器負責信號匯總，匯總各房間的溫度和濃度信號，并監(jiān)控各房間溫度、煙濃度是否異常，如異常，聲光報警并打開噴淋設(shè)備滅火，一層一臺。 3、各層集控器通過CAN總線、M-BUS總線等現(xiàn)場總線將溫度、濃度等信號送入中央監(jiān)控計算機。值班人員在電腦屏幕上直觀監(jiān)視各房間情況（溫度、煙霧濃度）。房間、樓道

7、裝配攝像頭，還可通過電視屏幕查看房間、樓道情況?？煽闯鰶]有感溫、感煙傳感器，就像人缺少感官，系統(tǒng)無法工作。,2020/9/7,20,用輻射溫度計測量熱軋帶鋼表面溫度的方法巳被廣泛采用。從加熱爐出來的鋼坯最后到卷取機之前的整個軋制線上，如加熱爐出口、粗軋機的入口和出口、精軋機的入口和出口以及在卷取機之前都設(shè)有輻射溫度計，用以測量各階段帶鋼的表面溫度。并用此溫度信號來控制軋制速度、軋輥壓下力和冷卻水流量等。,例2：熱軋帶鋼表面溫度的測量,2020/9/7,21,例3 糧倉溫度、濕度檢測,無論是金屬糧倉還是土倉，為防止霉變，糧食都是分層存放，倉內(nèi)溫度和濕度不能過高，為此，需在各層安放溫濕度傳感器進行

8、檢測。裝有溫濕度探頭的糧倉示意圖如下。 將各層探頭輸出接至溫濕度巡檢儀上，通過巡檢儀監(jiān)視器監(jiān)視各點溫濕度情況。通過通風口保持溫濕度在要求范圍內(nèi)。,2020/9/7,22,裝有溫濕度探頭的糧倉示意圖,2020/9/7,23,1.1.5 傳感器的分類,1.按被測量對象（輸入量）分類 常用的有機、光、電和化學(xué)等傳感器。 例如位移、速度、加速度、力、溫度和流量傳感器等。 2. 按輸出量分類 參數(shù)式：電阻、電感、電容、頻率和離子傳感器 發(fā)電式：壓電式、霍爾式、光電和熱電式傳感器 3. 按輸出信號的性質(zhì)分類 常用的有模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。,2020/9/7,24,傳感器的分類（ 2 ）,4、按傳感器

9、的工作機理分類：有物理型、化學(xué)型、生物型等。 5、按構(gòu)成原理分類：有結(jié)構(gòu)型與物性型。 6、按傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況分類： ，有能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。 7、按傳感器的用途分類：有位移、壓力、振動、溫度傳感器。 8、按轉(zhuǎn)換過程可逆與否分類：有單向和雙向。 9、按傳感器使用電源與否分類：分有源傳感器和無源傳感器。,2020/9/7,25,傳感器的分類（ 3 ）,按物理原理分類： 電參量式傳感器：電阻式、電感式、電容式等； 磁電式傳感器：磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等； 壓電式傳感器：聲波傳感器、超聲波傳感器； 光電式傳感器：一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導(dǎo)纖維式、紅外式、攝像式

10、等； 氣電式傳感器：電位器式、應(yīng)變式； 熱電式傳感器：熱電偶、熱電阻； 波式傳感器：超聲波式、微波式等； 射線式傳感器：熱輻射式、射線式； 半導(dǎo)體式傳感器：霍耳器件、熱敏電阻； 其他原理的傳感器：差動變壓器、振弦式等。,2020/9/7,26,傳感器實例,溫度傳感器,壓力傳感器,2020/9/7,27,液位傳感器,2020/9/7,28,自制非晶合金 磁敏傳感器,2020/9/7,29,電阻式遠傳壓力表,感應(yīng)式流量表,稱重 傳感器,CCD傳感器,電荷耦合器件 (CCD),2020/9/7,30,質(zhì)子旋進式磁敏傳感器,壓阻式液位傳感器,光敏傳感器,溫度傳感器,2020/9/7,31,風力參數(shù)傳感

11、器,地震檢波器,反射式光敏傳感器,磁、氣、力敏傳感器,超聲 傳感器,2020/9/7,32,基本參數(shù)指標,環(huán)境參數(shù)指標,可靠性指標,其他指標,量程指標： 量程范圍、過載能力等 靈敏度指標： 靈敏度、分辨力、滿量程輸出等 精度有關(guān)指標： 精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性 動態(tài)性能指標： 固定頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間等,溫度指標： 工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等 抗沖振指標： 允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差 其他環(huán)境參數(shù)： 抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕等能力、抗電磁場干擾能力等,工作壽命、平均無

12、故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等,使用有關(guān)指標： 供電方式（直流、交流、頻率及波形等）、功率、各項分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等 外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點等 安裝方式、饋線電纜等,1.2 了解傳感器的性能指標,2020/9/7,33,傳感器的一般特性,傳感器特性主要是指傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系。 輸入信號可分為靜態(tài)量和動態(tài)量。 傳感器的基本特性可用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述。 當輸入量為常量，或變化極慢時，稱為靜態(tài)特性。 當輸入量隨時間較快地變化時，稱為動態(tài)特性。 傳感器輸出與輸入關(guān)系可用微分方程來描述。理論上，將微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，即得到靜態(tài)

13、特性。因此，傳感器的靜態(tài)特性只是動態(tài)特性的一個特例。,傳感器輸出與輸入的對應(yīng)關(guān)系,傳感器的輸出與輸入具有確定的對應(yīng)關(guān)系最好呈線性關(guān)系。但一般情況下，輸出輸入不會符合所要求的線性關(guān)系，同時由于存在遲滯、蠕變、摩擦、間隙和松動等各種因素以及外界條件的影響，使輸出輸入對應(yīng)關(guān)系的唯一確定性也不能實現(xiàn)?？紤]了這些情況之后，傳感器的輸出輸入作用圖大致如下圖所示。,2020/9/7,35,取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑制，有時也可以對外界條件加以限制。,衡量傳感器特性的主要技術(shù)指標,2020/9/7,36,1.2.1 傳感器的靜態(tài)特性,傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入

14、關(guān)系。 衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、 靈敏度, 遲滯和重復(fù)性等。它們是衡量傳感器優(yōu)劣的指標。 1、定義：傳感器在穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)、緩變）信號作用下，其輸入與輸出的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。 (靜態(tài)標準條件下，無振動、沖擊、20，85，760Hg下，用一定等級標準設(shè)備，重復(fù)循環(huán)測試得到）,2020/9/7,37,2、 靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型,傳感器如沒有遲滯或蠕變效應(yīng)時，靜態(tài)特征的數(shù)學(xué)模型為多次多項式。 ya0a1xa2x2a3x3a4x4anxn 其中，y為輸出量，a0為零位輸出，a1為線性靈敏度，x為輸入量。,2020/9/7,38,1.2.2 傳感器的動態(tài)特性,動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸

15、入量的響應(yīng)特性。 傳感器的動態(tài)特性取決于什么因素？ a.首先,取決于傳感器本身。 b.其次,動態(tài)特性與被測量的變化形式有關(guān)。,2020/9/7,39,例4、 測溫度曲線,將原來溫度為T0的熱電耦迅速插入溫度為T的恒溫水中，測量溫度，設(shè)TT0，得實測溫度曲線如圖所示。 輸出在t0t時刻，滯后于輸入變化，此滯后差值為動態(tài)誤差，從記錄波形看，測試具有一定失真。那么，研究傳感器的動態(tài)特性主要是從測量角度來分析產(chǎn)生動態(tài)誤差的原因及改善措施。,2020/9/7,40,傳感器基本特性的評價指標與選用原則,與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標 1、測量范圍及量程 測量范圍：傳感器在允許誤差限內(nèi)，其被測量值的范圍。 量程：被

16、測量的上下限值之差。一般量程越大，精度越低。 2、靜態(tài)精度 測靜態(tài)量，傳感器精度應(yīng)滿足系統(tǒng)的精度要求。 3、動態(tài)性能 測動態(tài)量，如響應(yīng)速度、工作頻率、穩(wěn)定時間等。,2020/9/7,41,4、穩(wěn)定性、可靠性 一般用平均無故障時間來衡量穩(wěn)定性、可靠性。在計量、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中穩(wěn)定性、可靠性至關(guān)重要。 5、抗干擾能力 工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，存在溫濕度、電磁等干擾，設(shè)計的傳感器能克服這些干擾，安全穩(wěn)定運行。,2020/9/7,42,（1）線性度 傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。 線性度又稱非線性特性，指實際特性曲線與擬合曲線之間的最大偏差（絕對值）與理論滿量程輸出值之比。

17、為了標定和數(shù)據(jù)處理的方便，希望傳感器的輸出輸入關(guān)系呈線性。,評價指標,2020/9/7,43,線性化,線性化：當非線性項方次不高，輸入量變化范圍不大時，用切線或割線等直線,(此直線為擬合線、理論直線、參考直線）來近似代表實際曲線的一段，此方法稱為傳感器非線性特征的“線性化”。 線性傳感器是指取線性特征為理論特征的傳感器。 非線性誤差大小:是以擬合直線或理想直線作為基礎(chǔ)直線算出來的，因此，基準直線不同，所得出的線性精度就不一樣。 一般并不要求擬合直線必須經(jīng)過所有的檢測點，而是要找到一條能反映校準數(shù)據(jù)的一般趨勢，同時又使誤差絕對值最小就可以了。,2020/9/7,44,傳感器非線性大小評定方法,靜

18、態(tài)特性曲線可通過實際測試獲得。 首先在標準工作狀態(tài)下，用標準儀器設(shè)備對傳感器進行標定（測試），得到其輸入輸出實測曲線，即校準曲線，然后作一條理想直線，即擬合直線。 校準曲線與擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比，稱為傳感器的非線性誤差（或線性度）,2020/9/7,45,（ 2）靈敏度S,傳感器在穩(wěn)態(tài)下，輸出變化對輸入變化的比值 Sdy/dx 如：某位移傳感器在位移變化1mm （輸入信號變化量）時，輸出電壓變化有300mv（輸出信號變化量）則其靈敏度為300mv/mm對于非線性傳感器，測量范圍上各點Sn不等，用dy/dx表示。,dx,dy,2020/9/7,46,傳感器的靈敏度指到達穩(wěn)

19、定工作狀態(tài)時輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比,非線性傳感器的靈敏度用 表示其數(shù)值等于所對應(yīng) 的最小二乘法擬合直線的斜率 。 靈敏度誤差用相對誤差表示。,靈敏度與靈敏度誤差,2020/9/7,47,（3） 滯后量,滯后量（遲滯誤差）： 對于同一輸入xi有不同的yi（y正y反），對于這種傳感器在正反行程期間（輸入輸出）特性曲線不重合的程度稱為遲滯誤差。 遲滯現(xiàn)象反應(yīng)了傳感器機械結(jié)構(gòu)和制造工藝上的缺陷，如：軸承摩擦、間隙、緊固件松動、積塵、材料內(nèi)摩擦等，而且不穩(wěn)定，由實驗方法確定。,2020/9/7,48,（4） 重復(fù)性,重復(fù)性（重復(fù)性誤差）： 指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍

20、內(nèi)連續(xù)變動多次所得特性曲線的不一致性。 重復(fù)性誤差屬于隨機誤差, 常用標準偏差表示, 也可用正反行程中的最大偏差表示, 它反映精密度的一個指標，是隨機誤差的性質(zhì)。,2020/9/7,49,抗干擾穩(wěn)定性： 這是指傳感器對外界干擾的抵抗能力。 溫度穩(wěn)定性： 溫度穩(wěn)定性又稱溫漂，表示溫度變化時傳感器輸出值的偏離程度，一般以溫度變化1輸出最大偏差與滿量程的百分比表示,（5） 穩(wěn)定性,2020/9/7,50,（a）準確度高而精密度低 （b）準確度低而精密度高 （c）精確度高 在測量中我們希望得到精確度高的結(jié)果。,（6） 精確度,是精密度與準確度兩者的總和，精確度高表示精密度和準確度都比較高。在最簡單的情

21、況下，可取兩者的代數(shù)和。機器的常以測量誤差的相對值表示。,2020/9/7,51,(7) 動態(tài)特性,定義：描述傳感器動態(tài)測量時輸入輸出函數(shù)關(guān)系的方程、圖形。 激勵x（t） 響應(yīng)y（t） 或者：傳感器對激勵的響應(yīng)特性。 動態(tài)特性中輸出量與輸入量的關(guān)系不是一個定值，而是時間的函數(shù)。輸出量隨輸入量的頻率的變化而變化。 表征傳感器動態(tài)特性輸入量與輸出量的關(guān)系方法是微分方程和傳遞函數(shù)。分析輸入信號為正弦信號和階躍信號時傳感器的動態(tài)特性。,2020/9/7,52,理想的動態(tài)特性,理想的動態(tài)特性是輸出y（t）曲線與輸入x（t ）曲線一致（從形狀、頻率、相位看）則說明其動態(tài)特性好，其接近程度稱為動態(tài)誤差，即輸

22、出與輸入信號不可能是完全相同的時間函數(shù)，其差異即動態(tài)誤差。 動態(tài)誤差由傳感器結(jié)構(gòu)或元件材料、慣性、彈性阻尼引起的機械質(zhì)量、熱、電磁、慣性、遲滯等等。,2020/9/7,53,(8) 環(huán)境參數(shù),指傳感器允許使用的工作溫度范圍以及環(huán)境壓力、環(huán)境振動和沖擊等引起的環(huán)境壓力誤差、環(huán)境振動誤差和沖擊誤差等。,2020/9/7,54,傳感器的選用原則,1、與測量條件有關(guān)的因素 (1)測量的目的； (2)被測試量的選擇； (3)測量范圍； (4)輸入信號的幅值，頻帶寬度； (5)精度要求； (6)測量所需要的時間。,2020/9/7,55,2、與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素 (1)安裝現(xiàn)場條件及情況； (2)環(huán)境

23、條件(濕度、溫度、振動等)； (3)信號傳輸距離； (4)所需現(xiàn)場提供的功率容量。 3、與購買和維修有關(guān)的因素 (1)價格； (2)零配件的儲備； (3)服務(wù)與維修制度，保修時間； (4)交貨日期。,傳感器的選用原則 2,2020/9/7,56,1.3 傳感器的標定,標定：在明確傳感器輸入輸出變換關(guān)系的前提下，利用某種標準器具產(chǎn)生已知的標準非電量(或其它標準量)輸入，確定其輸出電量與其輸入量之間關(guān)系的過程。 校準：傳感器在使用前或使用過程中或擱置一段時間再使用時，必須對其性能參數(shù)進行復(fù)測或作必要的調(diào)整與修正，以確保傳感器的測量精度。這個復(fù)測調(diào)整過程稱為校準。,2020/9/7,57,傳感器標定

24、系統(tǒng)的組成,被測非電量的標準發(fā)生器(如量塊、砝碼、恒溫源)或被測非電量的標準測試系統(tǒng)(如標準壓力傳感器、標準力傳感器、標準溫度計等)； 待標定傳感器； 傳感器所配接的信號調(diào)節(jié)器及顯示、記錄器等，所配接的儀器設(shè)備亦作為標準測試設(shè)備使用，其精度已知。,2020/9/7,58,一、傳感器的靜態(tài)標定,靜態(tài)標定：給傳感器輸入已知不變的標準非電量，測出其輸出，給出標定曲線、標定方程和標定常數(shù)，計算其靈敏度、線性度、滯差、重復(fù)性等傳感器的靜態(tài)指標。 對傳感器進行靜態(tài)標定時，首先要建立靜態(tài)標定系統(tǒng)。 對標定設(shè)備的要求： 1、具有足夠的精度，至少應(yīng)比被標定的傳感器高個精度等級，并且應(yīng)符合國家計量值傳遞的規(guī)定或經(jīng)

25、計量部門檢定合格； 2、量程范圍應(yīng)與被標定傳感器的量程相適應(yīng)； 3、性能穩(wěn)定可靠，使用方便，能適應(yīng)多種環(huán)境。,2020/9/7,59,靜態(tài)特性標定的方法,首先，有靜態(tài)標準條件，其次，選擇精度合適標定儀器的設(shè)備。標定步驟如下： 1、將傳感器全量程（測量范圍）分成若干等間距點； 2、根據(jù)傳感器量程分點情況，由小到大逐步一點一點的輸入標準量值，并記錄下與各輸入值相對應(yīng)的輸出值； 3、將輸入值由大到小一點一點的減少下來，同、時記錄下與各輸入值想對應(yīng)的輸出值； 4、按照2、3所述過程，、對傳感器進行正、反行程往復(fù)循環(huán)多次測試，將得出的輸出輸入測試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線； 5、對測試數(shù)據(jù)進行必要的處理，

26、根據(jù)處理結(jié)果就可以確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標。,2020/9/7,60,二、傳感器的動態(tài)標定,目的：檢驗測試傳感器的動態(tài)性能指標。 通過確定其線性工作范圍(用同一頻率輸入不同幅值的正弦信號，測量傳感器的輸出)、頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性曲線、階躍響應(yīng)曲線，來確定傳感器的頻率響應(yīng)范圍、幅值誤差和相位誤差、時間常數(shù)、阻尼比、固有頻率等。,2020/9/7,61,工程上的背靠背比較法,靈敏度已知的標準傳感器l與待標傳感器2背靠背安裝在振動臺臺面的中心位置上，同時感受相同的振動信號。 這種方法可以用于標定加速度、速度或位移傳感器。,2020/9/7,62,一個國家的現(xiàn)

27、代化水平是用其自動化水平來衡量的。而自動化水平是用儀表及傳感器的種類和數(shù)量多少來衡量的。信息化技術(shù)包括傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機技術(shù)。傳感器技術(shù)列為信息技術(shù)之首，由此可見一斑。 “沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點已為全世界所公認。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認識自然、改造自然的有利工具。,1.4 認識傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,2020/9/7,63,1.4.1傳感技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀,傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎(chǔ)。 傳感器是邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。

28、 傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其廣泛的領(lǐng)域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)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。,2020/9/7,64,例5：與傳感技術(shù)有關(guān)的生產(chǎn)事故（1）,隔河巖電廠1F定子鐵芯測溫傳感器RTD故障造成誤停機 事件經(jīng)過： 02年4月19日，電廠1F負荷293MW運行。18：41分主站發(fā)出“定子鐵芯RTD76溫度過高延時5分鐘，流程啟動快速停機第5步”信號。18：47分1F解列。18：52，1F停機。 原因分析： 1、事后發(fā)現(xiàn)：定子鐵芯A相溫度指示為54 0C，B相12

29、7 0C，C相530C，1F定子鐵芯B相溫度從570C突變至127 0C。查看1F機組保護、線路保護無異常，1F上、下風洞亦無異常。初步斷定B相溫度探測器RTD有問題。 2、檢修人員檢查1F定子繞組B相測溫探頭，發(fā)現(xiàn)RTD76電阻144，對應(yīng)溫度1200C；RTD75電阻112，對應(yīng)溫度500C。初步確定RTD76損壞。于是將RTD76接線甩開，申請開機進行空轉(zhuǎn)建壓試驗。在空轉(zhuǎn)中，再次檢查RTD76電阻為160，對應(yīng)溫度160 0C，RTD75電阻為112，對應(yīng)溫度500C。其余各部檢查均正常，之后進行1F并網(wǎng)運行，檢查再未發(fā)現(xiàn)任何異常。 由此確定，定子繞組B相測溫傳感器RTD76探頭故障是導(dǎo)

30、致1F停機的真正原因。分析認為是由于該種電阻型測溫傳感器隨運行時間的增長而老化引起。,2020/9/7,65,例6：與傳感技術(shù)有關(guān)的生產(chǎn)事故（2）,高壩洲電廠3F推力油溫傳感器接線抖動造成事故停機 事件經(jīng)過：2001年5月24日9：24，高壩洲電廠3F事故停機，甩負荷84MW。 原因分析： 機組停機后，對機組進行了全面的檢查分析，發(fā)現(xiàn)只有調(diào)速器的緊急停機電磁閥（QSD）動作，其余無任何異常信號。進一步對機組控制流程進行分析，判斷為機組推力油槽油溫傳感器RTD28接線抖動，導(dǎo)致越限（150 0C）信號，加之原來已有一個傳感器RTD18接線已斷線，兩個信號串在一起引起機組機械保護MARK3動作，從

31、而導(dǎo)致調(diào)速器的緊急停機電磁閥（QSD）動作。這是導(dǎo)致3F事故停機的直接原因，在后來的事故模擬試驗中也得到確認。,2020/9/7,66,1.4.2 傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢,傳感技術(shù)的發(fā)展分為兩個方面： 提高與改善傳感器的技術(shù)性能； 尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。,2020/9/7,67,一、尋求傳感檢測技術(shù)發(fā)展的新途徑,1、開發(fā)新的敏感、傳感材料 在半導(dǎo)體硅材料中，發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會使其性能改變。制成力敏、熱敏、光敏、磁敏氣敏等敏感元件。 基礎(chǔ)研究尋找發(fā)現(xiàn)具有新原理、新效應(yīng)的敏感元件和傳感元件。 沒有深入細致的研究，就沒有新傳感元件的問世，也就沒有新型傳感器，組成不了新型

32、測試系統(tǒng)。,2020/9/7,68,2、開發(fā)研制新型傳感器,(1)研制微型傳感器，如用于微型偵察機的CCD傳感器、用于管道爬壁機器人的力敏、視覺傳感器。 （2）研制仿生傳感器 （3）研制海洋探測用傳感器 （4）研制成分分析用傳感器 （5）研制微弱信號檢測傳感器,2020/9/7,69,3、傳感檢測技術(shù)的智能化,如電子血壓計，智能水、電、煤氣、熱量表。它們的特點是傳感器與微型計算機有機結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。系統(tǒng)功能最大程度地用軟件實現(xiàn)。 4、多功能、多參數(shù)的復(fù)合傳感器： 如同時檢測壓力、溫度和液位的傳感器逐步走向市場。,2020/9/7,70,二、改善傳感器的性能的技術(shù)途徑,1差動技術(shù) 差動技術(shù)是傳感器中普遍采用的技術(shù)。它的應(yīng)用可顯著地減小溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，抵消了共模誤差，減小非線性誤差等。不少傳感器由于采用了差動技術(shù)，還可使靈敏度增大。,2020/9/7,71