传感器和检测技术复习ppt课件

传感器与检测技术 复习,1,1. 有关测量技术中的部分名词,（1）等精度测量： （2）非等精度测量： （3）真值 （4）实际值： （5）标称值 （6）示值： （7）测量误差：,第1章 绪论,传感器的定义、组成、分类,2. 误差的分类 （1）系统误差 （2）随机误差 （3）粗大误差,2,3 精度,精度：反映测量结果与真值接近程度的量 (1)准确度 (2)精密度 (3)精确度,第1章 绪论,3,4 测量误差的表示方法,(1) 绝对误差： (2) 相对误差 相对误差是绝对误差与被测量的约定值之比。相对误差有以下表现形式： 实际相对误差。 示值相对误差。 满度（引用）相对误差,第1章 绪论,实际值A,4,最大允许误差,指示仪表的最大满度误差不许超过该仪表准确度等级的百分数，即 当示值为x时可能产生的最大相对误差为,第1章 绪论,误差的综合计算： 利用绝对误差、相对误差判断仪表或传感器是否合格,5,静特性指标,线性度 灵敏度 迟滞 重复性 零点漂移 温度漂移,第1章 绪论,6,直线拟合线性化,出发点 获得最小的非线性误差,拟合方法： 理论拟合； 过零旋转拟合； 端点连线拟合； 端点连线平移拟合； 最小二乘拟合； 最小包容拟合,第1章 绪论,灵敏度,7,第二章 电阻式传感器原理与应用,1 工作原理,2、测量电路：计算电桥输入输出的关系 单臂电桥 双臂电桥 四臂全桥,温度误差及其补偿,温度误差：,敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。,试件材料的线膨胀引起的误差。,单丝自补偿法 自补偿法 组合式自补偿法 线路补偿法电桥补偿法、热敏电阻,温度补偿,温度补偿,3、应用,8,电阻应变片连接方式、输入输出关系及性能,9,第三章 变阻抗式传感器原理与应用,电感式传感器：是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。,3.1 自感式传感器,自感式传感器的工作原理：,自感式传感器测量电路： 电感变化转换成电压(或电流)的幅值、频率、相位的变化，它们分别称为调幅、调频、调相电路。,10,阻抗型传感器测量电路,电阻式传感器,电容式传感器,电感式传感器,（1）阻抗型传感器通用测量电路,11,(2) 相敏检波电路,+,-,12,2、差动变压器式传感器测量电路,相敏检测电路： 差分整流电路 可以不考虑相位调整和零点残余电压的影响 零点残余电压的电路,3、电感式传感器应用：可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。,3.2 差动变压器 1、工作原理：,13,3.3 电容式传感器,工作原理：,测量电路：一般归结为两大类型 1、调制型（调频、调幅、电桥等） 2、脉冲型(或称为电容充放电器) 应用：测量力、压力、压差、物位等。,14,电容式传感器测量电路,(1) 电桥电路 (2) 运算放大器电路 (3) 脉宽调制电路 (4) 调频电路 (5) 双T型电桥电路,15,运算放大器式电路,最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性,Cx是传感器电容 C是固定电容 u0是输出电压信号,运算放大器式电路原理图,16,差动脉冲调宽电路原理图,17,典型测量电路：二极管双T型电路,电源为正半周 VD1短路 VD2开路， 电容C1被充电 影响不予考虑， 电容C2的电压 初始值为UE,18,2、涡流式传感器的测量电路： 被测量数变化可以转换成传感器线圈的品质因素Q、等效阻抗Z和等效电感L的变化。转换电路的任务是把这些种参数转换为电压或电流输出。 桥路 谐振调幅电路 谐振调频电路 应用：,3.4 涡流式传感器,1、工作原理：,19,3.5 压磁式传感器,1、工作原理： 2、压磁效应: 3、磁致伸缩:,4、压磁传感器的应用: 用来测量压力、拉力、弯矩、扭转力(或力矩),压力,应力,磁导率,磁阻,阻抗或感生电势,5、传感器的形式,用一个方向磁导率的变化,用两个方向上磁导率的改变,20,第4章 光电式传感器原理与应用,1、工作原理：,光电效应： 外光电效应: 内光电效应: 光生伏特效应:,2、光电器件,光电管与光电倍增管 光敏电阻 光电池,3、测量电路： 根据不同的光电器件、不同的用途采用不同的电路。,4、应用：,21,4.4 光纤传感器,1、光导纤维的结构和导光原理 光纤的种类：按传输模式、按折射变化 2、光导纤维的主要参数 数值孔径（NA）、光纤模式、传播损耗、 3、光纤传感器结构原理 4、光纤传感器的分类 光纤在传感器中的作用（功能型、非功能型、拾光型） 光受被测量调制的形式（ 强度调制型、偏振调制、 频率调制、 相位调制） 5、光纤传感器的特点 电绝缘、抗电磁干扰、非侵入性、高灵敏度、容易实现对被测信号的远距离监控 6、光纤传感器的应用,22,4.5 光栅式传感器,1、工作原理：（测量位移或角度）,（角度）,（角度）,（转动）,2、莫尔条纹：,3、辨向,4、细分,5、应用,23,磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。,第5章 电动式传感器原理与应用,5.1 磁电感应式传感器,1、工作原理：,2、两种类型的结构： 一种是变磁通式；另一种是恒定磁通式。,3、应用：磁电感应式传感器主要用来测量振动、频率、速度,24,5.2 霍尔式传感器,1、工作原理：,2、霍尔效应 ：,5、应用： 位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度,3、测量电路：,4、不等位电势：,25,1、工作原理,5.3 压电式传感器,2、压电效应： 正压电效应 逆压电效应,3、压电材料,4、测量电路,5、应用,26,第6章 温度检测,1、测量方法：接触式测温和非接触式测温,2、热电式传感器的定义：热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量目的。,3、热电阻,4、测温的原理：,5、测量电路 6、热电阻测温电桥采用三线制接法，线路电阻变化不会影响测量精度，即不会产生温度误差。,27,6.2.2 半导体热敏电阻,3、优 点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（49倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。 缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。,1、测温的原理：,2、测量电路,4、测量电路,28,6.3 热电偶,1、工作原理： 2、热电效应： 3、热电偶的结构： 热电偶总的热电势 接触电势 温差电势,如果热电偶两电极材料相同，则虽两端温度不同(TT0)。但总输出电势仍为零。因此必须由两种不同的材料才能构成热电偶。 如果热电偶两结点温度相同，则回路中的总电势必等于零。 热电势的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸、形状及沿电极温度分布无关。,29,（1）. 匀质导体定律,4、热电偶的基本定律,（2）. 中间导体定律,（3）. 连接导体定律,5、几种冷端处理方法：,（1）. 补偿导线法 （2）. 热电偶冷端温度恒温法 （3）. 计算修正法 （4）. 冷端补偿电桥法,6、使用补偿导线时注意问题：,6.3 热电偶,7、应用,30,6.4 非接触式测温,1、非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计,2、工作原理,3、应用,31,第7章 流量测量,流量测量的基本概念,按检测量的不同分为： 体积流量 质量流量,流量测量的基本概念 体积流量测量容积法、速度法； 质量流量测量直接法、间接法 差压式流量计（组成、工作原理） 电磁流量计（工作原理） 涡轮流量计（工作原理） 涡街流量计（工作原理） 超声流量计（传播时间法、多普勒效应法；时差法、声循环法、工作原理、流速方程） 其它流量计（工作原理）,32,成分分析仪器的基本组成,成分分析仪器的基本组成框图,第8章 成分检测,33,第8章 成分检测,了解各种分析仪器的基本原理,非电量,电量,转换过程,显示,34,【例】路灯自动控制电路 功能：是天黑时亮，天亮时灭。,35,【例】温度自动控制电路 功能：温度超过上限时关闭，温度低于下限时关闭。,36,37,38,传感器的设计 转速测量、温度测量、压力测量,若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为r/min）的计算公式为,1、电涡流传感器测量转速,39,2.光电式转速表,光电式转速表属于反射式光电传感器，它可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速。,n =60( f /z ),40,3、磁电式开磁路磁阻式转速传感器,1永久磁铁 3感应线圈 2软铁 4齿轮,结构比较简单，但输出信号较小， 当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。,41,4、磁电式闭磁路磁阻式转速传感器,闭磁路磁组式转速传感器,采用在振动强的场合，有下限工作频率（50Hz ） 传感器的输出电势取决于线圈中磁场变化速度，,42,5、霍尔转速表,在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。,S,N,线性霍尔,磁铁,43,霍尔式接近开关用于转速测量演示,开关型霍尔IC,n,=,60,f,4,(r/min),软铁分流翼片,T,44,