传感器PPT概述

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,1,1.2,传感器的组成与分类,1.2.1,传感器的定义,1.2.2,传感器的组成,1.2.3,传感器的分类,2,将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出的器件或装置叫做传感器，也叫变换器、换能器或探测器。,1.2.1,传感器的定义,3,3,1.2.2,传感器的组成,敏感元件,辅助电路,传感元件,被测非电量,有用非电量,有用电 量,信号调节,转换电路,电 量,敏感元件：直接感受被测非电量并按肯定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。,传感元件：,又称变换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。,4,4,1.2.2,传感器的组成,敏感元件,辅助电路,传感元件,被测非电量,有用非电量,有用电 量,信号调节,转换电路,电 量,信号调整与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理、和掌握的有用电信号的电路。,帮助电路通常包括电源等。,5,敏感元件,传感元件,应变式压力传感器,1.2.2,传感器的组成,6,6,1.2.3,传感器的分类,1按工作机理分类：依据物理和化学等学科的,原理、规律和效应进展分类,2按被测量分类：依据输入物理量的性质进,行分类。,3按敏感材料分类：依据制造传感器所使用,的材料进展分类。可分为半导体传感器、,陶瓷传感器等。,7,1.2.3,传感器的分类,8,4.按能量的关系分类：依据能量观点分类，可将,传感器分为有源传感器和无源传感器两大类。,有源传感器是将非电能量转换为电能量，称之为,能量转换型传感器，也称换能器。通常协作有电,压测量电路和放大器。,如,:,压电式、热电式、电磁式等。,1.2.3,传感器的分类,9,无源传感器又称为能量掌握型传感器。被测非电量仅对传感器中的能量起掌握或调整作用。所以必需具有帮助能源(电能)。,如,:,电阻式、电容式和电感式等。,5.其他：按用途、学科、功能和输出信号的性,质等进展分类。,1.2.3,传感器的分类,10,1.3.1,静态模型,静态模型是指在输入信号不随时间变化的状况下，描述传感器的输出与输入量的一种函数关系。,假设不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感器的静态模型一般可用多项式来表示：,1.3,传感器的数学模型概述,11,1.3.2,动态模型,动态模型是指传感器在准动态信号或动态信号作用下，描述其输出和输入信号的一种数学关系。,动态模型通常承受微分方程和传递函数描述。,1.3,传感器的数学模型概述,12,1.,微分方程,大多数传感器都属模拟系统之列。描述模拟系统的一般方法是承受微分方程。,在实际的模型建立过程中，一般承受线性常系数微分方程来描述输出量y和输入量x的关系。,1.3,传感器的数学模型概述,13,其通式如下：,an,an-1a0和bm,bm-1b0 为传感器的构造,参数。除b0 0外，一般取b1,b2bm为零.,1.3,传感器的数学模型概述,14,2.,传递函数,假设y(t)在t0时，y(t)=0，则y(t)的拉氏变换可定义为,式中,S=+j,，,0,。,对微分方程两边取拉氏变换，则得,1.3,传感器的数学模型概述,15,定义输出,y,(,t,),的拉氏变换,Y,(,S,),和输入,x,(,t,),的拉氏变换,X,(,S,),的比为该系统的传递函数,H,(,S,),，则,对y(t)进展拉氏变换的初始条件是t0时，y(t)=0。对于传感器被鼓励之前全部的储能元件如质量块、弹性元件、电气元件等均符合上述的初始条件。,1.3,传感器的数学模型概述,16,16,对于多环节串、并联组成的传感器，假设各环节阻抗匹配适当，可无视相互间的影响，传感器的等效传递函数可按代数方式求得。,明显H(S)与输入量x(t)无关，只与系统构造参数有关。因而H(S)可以简洁而恰当地描述传感器输出与输入的关系。,1.3,传感器的数学模型概述,假设传感器由r个环节串联而成,对于较为简单的系统，可以将其看作是一些较为简洁系统的串联与并联。,1.3,传感器的数学模型概述,假设传感器由p个环节并联而成,1.3,传感器的数学模型概述,1.4 传感器的根本特性,1.4.1,静态特性,1,线性度：输出量与输入量之间的实际关系曲线偏,离直线的程度。又称非线性误差。可用下式表示,:,max,输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差,y,FS,输出满量程值,20,传感器的静态模型有三种有用的特殊 形式：,1 抱负的线性特性,2 仅有偶次非线性项,3 仅有奇次非线性项,1.4 传感器的根本特性,21,1 2 3,三种形式所呈现的非线性程度,图,1-2,传感器的线性度表示,1.4 传感器的根本特性,22,2.,灵敏度：,在稳态下输出变化量与输入变化量的比值：,对线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率：,非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表示传感器在某一工作点的灵敏度。,1.4 传感器的根本特性,23,3.重复性：,输入量按同一方向作全程屡次测试时，所得特性曲线不全都的程度。,图,1-3,重复性,y,x,0,R,max2,R,max1,1.4 传感器的根本特性,24,H,0,x,y,y,FS,x,FS,图,1-4,迟滞特性,4.迟滞回差滞环现象：,说明传感器在正向行程,和反向行程期间，,输出-输入特性曲线不重,合。,1.4 传感器的根本特性,正反行程输出量之间的最大值用,H,max,表示，它与满量程输出值的比值称迟滞误差：,25,5区分率与阈值：,区分力：传感器在规定的范围所能检测出被测输入量的最小变化量。,阈值：是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点四周的区分力。,6,稳定性：,在室温条件下，经过相当长的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。,1.4 传感器的根本特性,26,7,漂移：,在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。,漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。,零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。,时间漂移,是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。,温度漂移,为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移。,1.4 传感器的根本特性,27,8静态误差精度,静态误差是传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论输出值的偏离程度。,求静态误差是把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差看成是随机分布，求出其标准偏差,，取,2,或,3,值即为传感器的静态误差。或用相对误差表示：,也可以由非线性误差、迟滞误差、重复性误差这几个单项误差综合而得，即,