非电量测试技术的基础知识优秀PPT.ppt
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1、非电量测试技术的基础知识第一页,本课件共有30页6.1 传感器概述传感器概述l6.1.1 传感器的定义传感器的定义传感器是一种以一定精确度把被测量(传感器是一种以一定精确度把被测量(非电非电量量)转换为与之有确定关系、便于应用的某)转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量(种物理量(电量电量)的测量装置。含义:)的测量装置。含义:传感器是测量装置,能完成检测任务;传感器是测量装置,能完成检测任务;它的输入量是某一被测量,如物理量、化学量、它的输入量是某一被测量,如物理量、化学量、生物量等;生物量等;它的输出是某种物理量,这种量要便于传输、转它的输出是某种物理量,这种量要便于传输、转换、处理、
2、显示等,这种量可以是气、光、电量,换、处理、显示等,这种量可以是气、光、电量,但主要是电量。但主要是电量。输出与输入间有对应关系,且有一定的精确度。输出与输入间有对应关系,且有一定的精确度。第二页,本课件共有30页6.1.2 传感器的组成传感器的组成l敏感元件:它是直接感受被测量,并输出与被敏感元件:它是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。测量成确定关系的某一物理量的元件。l转换元件:敏感元件的输出就是它的输入,它把转换元件:敏感元件的输出就是它的输入,它把输入转换成电路参数。输入转换成电路参数。l转换电路:将上述电路参数接入转换电路,并转转换电路:将上述电路参数接入转
3、换电路,并转换成电量输出。换成电量输出。传感器组成框图传感器组成框图 第三页,本课件共有30页6.1.3 传感器分类传感器分类l广泛采用的分类方法有以下几种广泛采用的分类方法有以下几种:按工作机理,分为物理型、化学型、生物型等。按工作机理,分为物理型、化学型、生物型等。按构成原理,分为结构型、物性型两大类。按构成原理,分为结构型、物性型两大类。结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的,包括力场的运结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的,包括力场的运动定律,电磁场的电磁定律等。这类传感器的特点是传感器的动定律,电磁场的电磁定律等。这类传感器的特点是传感器的性能与它的结构材料没有多大关系,如差动
4、变压器。性能与它的结构材料没有多大关系,如差动变压器。物性型传感器是利用物质定律构成的,如欧姆定律等。物性型传感器是利用物质定律构成的,如欧姆定律等。物性型传感器的性能随材料的不同而异,如光电管、物性型传感器的性能随材料的不同而异,如光电管、半导体传感器等。半导体传感器等。第四页,本课件共有30页传感器分类传感器分类按能量转换情况按能量转换情况,分为能量控制型、能量转换型。,分为能量控制型、能量转换型。能量控制型传感器在信息变换过程中,其能量控制型传感器在信息变换过程中,其能量需外电源供给能量需外电源供给。如。如电阻、电感、电容等电路参量传感器。电阻、电感、电容等电路参量传感器。能量转换型传感
5、器,主要是由能量变换元件构成,它能量转换型传感器,主要是由能量变换元件构成,它不需要外电源不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电效应等原理构成的传感器。如基于压电效应、热电效应、光电效应等原理构成的传感器。按物理原理按物理原理,可分为电参量式传感器(包括电阻式、电,可分为电参量式传感器(包括电阻式、电感式、电容式等基本型式)、磁电式传感器(包括磁电感式、电容式等基本型式)、磁电式传感器(包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等)、压电式传感器、光电式感应式、霍尔式、磁栅式等)、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器(包括超声波式、传感器、气电式传感器、波式传感器(包括超声波式、微波
6、式等)射线式传感器、半导体式传感器、其它原理微波式等)射线式传感器、半导体式传感器、其它原理的传感器(如振弦式和振筒式传感器等)。的传感器(如振弦式和振筒式传感器等)。按照使用来分类按照使用来分类,可分为位移传感器、压力传感器、,可分为位移传感器、压力传感器、振动传感器,温度传感器等。振动传感器,温度传感器等。第五页,本课件共有30页6.2 传感器的特性传感器的特性l6.2.1 传感器的静态特性传感器的静态特性1.线性度线性度2.灵敏度灵敏度3.迟滞迟滞4.重复性重复性5.零点漂移零点漂移7.温漂温漂8静态标定静态标定l6.2.2 传感器的动态特性传感器的动态特性1.瞬态响应特性瞬态响应特性2
7、.频率响应特性频率响应特性第六页,本课件共有30页1.线性度线性度l感器的输出感器的输出-输入特性一般可用下列多项式表示输入特性一般可用下列多项式表示 实际特性曲线与拟合直线间偏差称实际特性曲线与拟合直线间偏差称传感器非线性误差。取最大值与输出满传感器非线性误差。取最大值与输出满度值之比作为评价指标度值之比作为评价指标:式中:式中:x被测量,被测量,y输出;输出;a0为零位输出,为零位输出,a1为传感器灵敏度;为传感器灵敏度;a2.an为非为非线性项系数。线性项系数。第七页,本课件共有30页2.灵敏度灵敏度l灵敏度是指传感器在稳态下输出变化量灵敏度是指传感器在稳态下输出变化量y与引与引起此变化
8、的输入变化量起此变化的输入变化量x之比之比,用用k表示,即表示,即:(a)线性传感器 (b)非线性传感器 表征传感器输入量变化的反应能力,一般希望传感器灵敏表征传感器输入量变化的反应能力,一般希望传感器灵敏度高,在量程范围内恒定,输入、输出特性为直线。度高,在量程范围内恒定,输入、输出特性为直线。第八页,本课件共有30页3.迟滞迟滞实验方法确定,用最大输出差值实验方法确定,用最大输出差值Hmax对满量程输出对满量程输出YFS的百分比表示,即的百分比表示,即 l传感器在正、反行程(上升、下降)期间,其输入传感器在正、反行程(上升、下降)期间,其输入-输出特性曲线不重合的现象称迟滞(滞环)。输出特
9、性曲线不重合的现象称迟滞(滞环)。l原因:储能(弹性元件)、运动器件摩擦等。原因:储能(弹性元件)、运动器件摩擦等。第九页,本课件共有30页死区死区l死区:死区:死区效应,例如传动机构死区效应,例如传动机构的摩擦和间隙的摩擦和间隙实际上升曲线和实际实际上升曲线和实际下降曲线不重合下降曲线不重合仪表输入小到一定范围后仪表输入小到一定范围后不足以引起输出的任何变不足以引起输出的任何变化化死区效应分析死区效应分析第十页,本课件共有30页4.重复性重复性l指在同一工作条件下,输入量按同一方向做全量程指在同一工作条件下,输入量按同一方向做全量程多次变化,所得特性的不一致。多次变化,所得特性的不一致。l属
10、于随机误差,常用标准偏差表示,也用正、属于随机误差,常用标准偏差表示,也用正、反行程中的最大偏差表示反行程中的最大偏差表示:或:或:第十一页,本课件共有30页5.零点漂移零点漂移l传感器无输入时,每隔一段时间进行读传感器无输入时,每隔一段时间进行读数,其输出偏离零值,即为零点漂移。数,其输出偏离零值,即为零点漂移。零漂零漂 第十二页,本课件共有30页6.温漂温漂l温漂表示温度变化时,传感器输出值的温漂表示温度变化时,传感器输出值的偏离程度。一般以温度变化偏离程度。一般以温度变化1,输出最,输出最大偏差与满量程的百分比大偏差与满量程的百分比:温漂温漂 第十三页,本课件共有30页7.静态标定静态标
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