項目一傳感器與檢測技術的認知學習目標

1．掌握傳感器的基本概念。2．掌握傳感器的組成及各組成部分的作用。3．了解傳感器的各種分類方法。4．掌握誤差的基本概念，熟悉幾種測量誤差的定義和表示。5．能區分各種測量誤差并進行處理。6．掌握傳感器的基本特性和傳感器的選用原則。本章任務任務一傳感器的認知

任務二測量誤差的認知及處理任務三傳感器與檢測系統的特性認知任務四傳感器的選用

一、傳感器的定義

“能感受（或響應）規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件和產生可用輸出信號的轉換元件以及相應的電子線路所組成。”任務一傳感器的認知二、傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、轉換元件和基本轉換電路三部分組成。

敏感元件

傳感元件

測量轉換電路非電量非電量電參量電量（被測量）（1）敏感元件：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。（2）轉換元件：將敏感元件的輸出量轉換成電路參數量。（3）轉換電路：電參量轉換成可直接利用的電信號。任務一傳感器的認知三、傳感器的分類1．按被測量分類按被測量分類，即按照傳感器的輸入信號分類，它能夠很方便的表示傳感器的功能，便于用戶的選擇。

任務一傳感器的認知三、傳感器的分類2、按傳感器的工作原理分類按傳感器的工作原理可分為電阻式、電感式、電容式、磁電式、光電式、壓電式、熱電式、霍爾式、超聲波、激光、光纖等傳感器。這種分類便于從原理上認識輸入與輸出之間的變換關系，有利于專業人員從原理、設計及應用上進行歸納性的分析與研究。

任務一傳感器的認知三、傳感器的分類3、按能量關系分類按能量關系分類，可分為能量轉換型和能量控制型兩類。能量轉換型又稱為發電型或有源傳感器。這種傳感器直接由被測對象輸入能量使其工作，無需外加電源。如熱電偶、壓電片、光電池等傳感器。能量控制型又稱參量型或無源傳感器。這種傳感器要從外部獲得能量使其工作，需外加電源。如電阻式、電容式、電感式等傳感器。任務一傳感器的認知三、傳感器的分類4、按信號轉換特征分類按信號轉換特征分類，可分為結構型和物性型兩類。結構型：通過傳感器的結構參量發生變化實現信號變換。如電容式傳感器是根據兩極板的間距或面積發生變化，從而使電容量發生改變。物性型：利用某些物質的某些性質隨被測參數變化來實現信號變換。如壓電式傳感器是利用石英晶體的壓電效應實現測量的。任務一傳感器的認知傳感器的樣式細長型壓力傳感器位移傳感器溫度傳感器任務一傳感器的認知傳感器的應用實例一安檢門任務一傳感器的認知傳感器的應用實例二密閉容器的液位檢測任務一傳感器的認知測量：是把被測未知量與同性質標準量進行比較，確定被測量對標準量的倍數，并用數字表示這個倍數的過程。（測量的結果包括數值大小和測量單位兩個部分）

以天平測量為例：①比較：被測量和標準量（砝碼）分別放到天平兩邊秤盤上比較。②示差：觀察指針位置的變化值，即示差。③平衡：調整砝碼數值，使之平衡。④讀數：根據砝碼多少，讀出物體質量的值，即讀數。任務二測量誤差的認知及處理測量誤差的基本概念

1．測量誤差2．真值3．標稱值4．示值5．精確度（精度）6．重復性7．誤差公理任務二測量誤差的認知及處理測量誤差的表示法

1、絕對誤差：被測量的指示值x與真值x0之間的差值。絕對誤差Δx=指示值x－真值x0

絕對誤差Δx=指示值x－實際值x0

任務二測量誤差的認知及處理測量誤差的表示法2、相對誤差：絕對誤差與真值(實際值)比值的百分數。式中：x0為真值，x為指示值。任務二測量誤差的認知及處理3、引用誤差（或滿度相對誤差）：絕對誤差與儀表量程比值的百分數。

任務二測量誤差的認知及處理4、最大引用誤差：最大絕對誤差與儀表量程比值的百分數。

任務二測量誤差的認知及處理

某人分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發現均缺少0.5kg，但此人對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？任務二測量誤差的認知及處理測量誤差的分類

一、按誤差出現的規律分類：按誤差出現的規律，誤差可分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差三類。二、按被測量與時間的關系分類：可分為靜態誤差與動態誤差兩大類。任務二測量誤差的認知及處理系統誤差：在相同的條件下，多次重復測量同一量時，誤差的大小和符號保持不變，或在條件改變時，遵循一定規律變化的誤差。隨機誤差：在相同的條件下，多次重復測量同一量時，誤差的大小和符號均無規律變化的誤差。粗大誤差：明顯歪曲測量結果的誤差。任務二測量誤差的認知及處理粗大誤差的例子任務二測量誤差的認知及處理1．靜態誤差：在被測量不隨時間變化時測得的測量誤差。2．動態誤差：在被測量隨時間變化過程中進行測量時所產生的附加誤差。它的大小為動態中測量和靜態中測量所得誤差值的差值。任務二測量誤差的認知及處理測量誤差的處理1．從產生系統誤差的來源上考慮，設法消除或盡量減小其影響。2．采用修正方法來消除。3．采用一些有效的測量方法來消除。（1）交換法（2）抵消法（3）替代法（4）對稱測量法（5）補償法想一想，實際中你遇到了哪些消除誤差的方法系統誤差的處理任務二測量誤差的認知及處理1．概率、概率密度和正態分布2．隨機誤差的特性3．算術平均值和標準誤差4．測量結果的正確表示和置信度

隨機誤差的處理

任務二測量誤差的認知及處理1．定性分析：對測量設備、測量條件、測量步驟進行分析，看是否存在問題而引起出現異常數據。這種判斷無嚴格規則，屬于定性判斷。2．定量判斷：用概率統計和誤差理論知識建立的粗大誤差判斷準則為依據，進行定量判斷，以確定該異常值是否應剔除。在工程上常用拉依達準則（3準則）來判斷粗大誤差：

粗大誤差的處理

拉依達準則表達式

任務二測量誤差的認知及處理1．線性度2．遲滯性3、重復性4、靈敏度5、分辨率6、測量范圍與量程7、穩定性8、漂移靜態特性靜態特性：當被測量不隨時間變化或變化緩慢時，認為傳感器與檢測系統的輸入量和輸出量都和時間無關。任務三傳感器與檢測系統的特性認識1．線性度線性度又稱非線性度或非線性誤差，是指實際輸入輸出特性曲線與擬合直線（理想直線）之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出值的百分比。2．遲滯性遲滯性又稱回差或滯后性，是傳感器與檢測系統在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中輸入輸出特性曲線之間不重合的程度任務三傳感器與檢測系統的特性認識3．重復性重復性是指輸入量按同一方向作全量程連續多次測試時，所得特性曲線最大不重復誤差與傳感器滿量程范圍值的百分比4．靈敏度靈敏度是指傳感器與檢測系統對被測量變化的反應能力。①靈敏度S是有量綱的。但若x與y是同類量時，S無量綱，為放大倍數K。②若系統是有多個環節組成的串聯式系統，則系統總靈敏度為各個環節靈敏度的乘積，即S＝S1S2S3。③靈敏度越高，測量精度越高，但測量范圍越窄，穩定性越差。任務三傳感器與檢測系統的特性認識5．分辨率分辨率是指傳感器能夠檢測出被測量的最小變化量，是有量綱的數。對數字式儀表，該表的最后一位數值就是它的分辨率；一般模擬式儀表分辨率為最小刻度分格數值的一半。靈敏度越高，分辨率越好。6．測量范圍與量程測量范圍是指在規定的測量特性和精確度范圍內所測量的被測變量的范圍。測量上限和測量下限的代數差稱為量程。任務三傳感器與檢測系統的特性認識7．穩定性穩定性是指傳感器在較長時間內保持其原性能的能力。即對于相同輸入量，其輸出量發生變化的程度。8．漂移漂移是指在外界干擾的情況下，在一定的時間間隔內，傳感器輸出量發生與輸入量無關的變化程度，包括時間漂移和溫度漂移。時漂是指在規定的條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；溫漂是指周圍溫度變化引起的零點或靈敏度的變化。任務三傳感器與檢測系統的特性認識任務三傳感器與檢測系統的特性認識二、動態特性動態特性是指傳感器與檢測系統的被測量隨時間變化很快時，輸出對輸入的響應特性。通常是用實驗方法求得的。一、傳感器的常用性能指標1.基本參數指標①量程指標：量程范圍、過載能力等。②精度指標：精度（誤差）、線性度、遲滯性、重復性、穩定性、漂移、閥值等。③靈敏度指標：靈敏度、分辨率、輸入與輸出阻抗等。④動態性能指標：頻率響應范圍、頻率特性、時間常數、阻尼系數、過沖量等。任務四傳感器的選用一、傳感器的常用性能指標2.環境參數指標①溫度指標：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、靈敏度溫度系數、熱滯后等。②抗沖振指標：各種沖振允許頻率、振幅、加速度等。③其他環境參數：抗潮濕、抗介質腐蝕、抗電磁場干擾能力等。任務四傳感器的選用一、傳感器的常用性能指標3.可靠性指標①工作壽命。②平均無故障時間。③絕緣電阻。④耐壓值。⑤疲勞性能。⑥反抗飛弧性能等。任務四傳感器的選用一、傳感器的常用性能指標4.其他指標①使用方面：供電方式（交直流、頻率、波形等）、電壓頻率范圍及穩定度、功耗等。②安裝接線方面：安裝方式、接線電纜要求、接線方式等。③結構方面：外形尺寸、質量、材料、結構特點等。任務四傳感器的選用二、傳感器的選擇要求1．根據測量目的和測量對象確定傳感器類型①測量目的是要直接得到被測量、作為過程控制量或是其它用途。②測量對象為固體還是液體；采用接觸式還是非接觸式傳感器；靜態測量還是動態測量；有無負荷效應及對被測量的影響；被測位置對傳感器有無體積有求等。③測量環境包括安裝現場條件、環境條件（溫度、濕度和振動等）、過載保護、信號傳輸距離、與傳感器連接的系統負荷阻抗情況等。任務四傳感器的選用二、傳感器的選擇要求2．根據傳感器技術指標確定傳感器種類①靜態特性要求：如測量范圍、測量精度、靈敏度、分辨率、遲滯性和重復性等；②動態特性要求，如快速性和穩定性等；③信息傳遞要求，如形式和距離等；④過載能力要求，如機械、電氣和熱過載能力。任務四傳感器的選用二、傳感器的選擇要求3．根據測量系統要求確定傳感器的種類①系統要求的信號形式，如實時與否；數字還是模擬等。②與傳感器連接的負荷阻抗特性等。③傳輸和連接接口等。任務四傳感器的選用二、傳感器的選擇要求4．根據使用環境確定傳感器種類考慮溫度、濕度、大氣壓力、振動、磁場、電場、附近有無大功率用電設備、加速度、傾斜、防火、防爆、防化學府蝕以及有害于周圍材料的壽命及操作人員的身體健康等。任務四傳感器的選用二、傳感器的選擇要求5．電源的要求電源電壓形式、等級、功率、波動范圍、頻率及