传感器技术 课件 第1章 绪论.pptx

热电式传感器

光电式传感器

化学及生物传感器

辐射式传感器

智能传感器

测量误差与数据处理

第1章绪论

课程主要内容

压电式传感器

磁电式传感器

电感式传感器电容式传感器

电阻应变式传感器

传感器特性

传感器技术

基础知识

定义、分类

选用原则

指标参数

一般特性

发展趋势

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传感器在各行业的应用

●1.工业上：用于化工业参数检测(T、P、F、L、N五大参数);

制造业中机械参数检测(位移、速度、转矩、重量、尺寸等)

PCTC

PC

举例：在化工生产中常用装置-—加热炉

回油

燃料油雾化蒸汽

工艺介质

FC

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2.能源系统：煤、石油、天然气等系统

3.电力系统：核工业、绿色能源

4.畜牧业：农田水利、森林防火、温室、养殖

5.日常生活及社会服务系统：

●智能家居家用电器医学医疗建筑环境保护交通管理

●公安监控安保安防汽车交通工具物业管理现代物流

6.科学研究精准测量计量

7.物联网

8.军事与国防：雷达导航制导

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传感器的定义

传感器的英文概念表述一般为：

“Asensorisadevicethatreceivesastimulusandrespondswithanelectricalsignal”。

中华人民共和国国家标准(GB/T36378.1-2018)对传感器

(transducer/sensor)的定义是：“能感受被测量(stimulus/measurand)并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件(sensing

element)和转换元件(transducingelement)组成。

传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测器、探头

传感器功用：一感二传，即感受被测信息，并传送出去。

传感器输出信号形式：电、光等物理量

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敏感元件：直接感受或响应被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量。

转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入量转换成电路参量。(信号较弱)

信号调理电路：将微弱信号放大并转换处理成后续单元规定的电量输出。一是信号的转移和放大；二是对信号进行滤波、调制或解调、数字化处理等。

传感器的基本组成

信号转换电路

电量

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传感器的分类

按输入量(被测量)分类：位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等。

按输出量(输出信号)分类：模拟式传感器、数字式传感器。

按工作原理分类：应变式、电容式、电感式、电容式、压电式、热电式、光电式等。

按能量变换关系分类：能量变换型(有源)传感器、能量控制型(无源)传感器。

根据转换过程是否可逆分类：单向传感器和双向传感器。

根据尺寸大小否：微传感器和宏传感器。

按照存在形式：软传感器和硬传感器。

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现状与发展

●(1)差动技术

差动技术能够有效改善传感器性能。它的应用可显著减少温度变化、电源波动、外界干扰对传感器测量精度的影响，能够减小非线性误差，抑制共模干扰，提高测量灵敏度等。其基本原理如下：

设某一传感器的输出为

Y₁=Ao+A₁X+A₂X²+A₃X³+…

式中，X为输入量；A₀、A₁、A₂、…为系数。

如用另一相同的传感器，但其输入量符号相反，得到其输出为

Y₂=A₀-A₁X+A₂X²-A₃X³+…

使两个输出相减得到

△Y=Y₁-Y₂=2(A₁X+A₃X³+…)

总输出△Y消除了偶次非线性项和零位输出，减小了非线性，使得传感器灵敏度提高了一倍，抵消了共模误差。

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式中，δz为总随机误差；n为传感器单元数。

可见，利用平均技术能够有助于减小传感器误差、增大信号量(即增大传感器灵敏度)。

②数据平均处理。在相同的条件下，重复进行N次测量(或采样),然后进行数据平均处理，随机误差也能够有效减小。针对可以重复测量(或采样)的被测量，都可以采取数据平均处理来减小随机误差。

●(2)平均技术

平均技术能够产生平均效应，即采用多个传感器同时感受被测量，得到这些传感器输出的平均值，减少测量时的随机误差。常用技术有误差平均效应和

①误差平均效应。假设每个单元的随机误差服从正态分布，根据误差理

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●(3)补偿与修正技术

补偿与修正技术应用于以下两种情况：

①针对传感器本身的特性，可寻找传感器误差规律，测量其大小和方向，再采用合适的方法进行补偿或者修正。采用此技术，传感器本身性能稳定是前提。

②针对传感器的工作条件或外界环境的影响，可找出影响因素(温度、湿度、噪声、振动等)对测量结果的影响，然后引入补偿措施，这种措施可以利用电子线路解决或者采用手动计算或计算机软件实现。当前各系统及仪表厂家主要