传感器及测量系统.PDF

传感器及测量系统 1 传感器及测量系统概述 ? 在机电一体化产品中，传感器及测量系统是一 个十分重要的环节 ? 是获取信息与处理信息的手段 ? 只有在获得既准确又可靠的信息基础上，才能 实现自动化，节省能源和原材料，提高机器效 率。 ? 信息采集与处理：模拟量←→数字量。A/D转 换器、D/A转换器。 ? 发展趋势： (1)集成化：集成（传感器、放大器、运算器、补偿器 等）；组合（不同功能的传感器）；排列（成矩 阵）。 (2)多功能化：如温度与湿度、气敏与湿度、速度与长 度等多功能传感器。 (3)智能化：不但能对外界信号进行转换与测量，同时 还具有记忆存储、运算及数据处理等功能。 (4)数字化：数字显示与微处理机的应用，使传感器应 用更为方便，可提高稳定性及精度，简化结构。 2 模拟量传感器及测量电路 ? 传感器及测量电路：物理量、化学性能→电信 号∝F（U，I，f） ? 模拟量传感：(1)直接传感器； (2)差动传感器 （信号相加，干扰相减）；(3)补偿传感器（抗 干扰）。 ? 模拟量传感器性能指标：精确度、稳定性、输 入/输出特性。 图模拟量传感器及其测量电路结构 2013年3月23日 2.2 模拟量传感器及测量电路 4 3 模拟量传感器性能指标 3.1精确度 ? 精确度指标：共有三个：精密度、准确度、精度。 ? 在工程上常用精度等级来表示传感器的精度（相对 误差）。 ? 传感器的精度等级一般分为： 0.001,0.002,0.005,0.02,0.05,…,1.5,2.5,4.0,5 .0和6.0。 规定范围内的最大绝对误差 A ? ?100% 传感器的测量上下限之差 2013年3月23日 2.3 模拟量传感器性能指标 5 3.2稳定性 ? 传感器的稳定性有两个方面： (1)稳定度： 传感器的输出在所有条件恒定的情况下，于规 定的时间内，维持其值不变的能力。如： 3.454mV/h。 (2)影响量： 传感器的输出在外界条件变化的情况下而引起 输出的变化量。例0.002mV/℃。 2013年3月23日 2.3 模拟量传感器性能指标 6 3.3输入／输出特性 ? 分类：静特性、动特性。 1、静特性 ? 定义：静特性是指输入量不随时间而变化，只考 虑它们之间的静态关系 ? 静特性的主要指标：线性度、灵敏度与滞环。 (1)线性度：是指传感器输入/输出特性曲线用一条 直线来近似代替时其准确程度。 2013年3月23日 2.3 模拟量传感器性能指标 7 传感器输入/输出的曲型特性曲线 (2)灵敏度：传感器输出量增量与输入量增量之比，即传感 器输入／输出特性曲线上各点的斜率。 (3)滞环:传感器输入/输出静特性在输入量上升时和下降时 输出特性的不一致性。 2013年3月23日 2.3 模拟量传感器性能指标 8 ? 滞环误差和滞环率为: y - y d c max ? hm ? ? yd - yc Ehm ? ?100% ? ?100% ymax ymax 滞环是由于传感器吸收能量所产生，所以滞环效应常 伴着死区效应。 图2-3-2滞环与滞环误差图 2-3-3一阶动力学系统 2013年3月23日