认识传感器(传感器教学课件)

常州信息职业技术学院传感器技术应用传知万物感创未来22020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院课程内容认识传感器温度传感器力传感器位移传感器光电传感器32020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器42020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器工业控制系统——饮料灌装车间52020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器液体自动灌装机62020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器小型电子秤72020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器家庭用煤气报警器82020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器视频92020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器2008年9月29日，半导体行业全球领先公司之一意法半导体和世界机器人前沿技术领跑者早稻田大学仿人机器人研究院（HRI）宣布，双方合作开发出一款名为WV-1（早稻田双轮机器人1号）的高性能双轮倒立摆机器人。WV-1机器人是一款双轮驱动的倒立摆机器人。反馈系统使机器人在运动过程中保持身体平衡。控制反馈系统的是ST基于ARM®Cortex™-M3的32位微控制器STM32和LIS344ALH三轴数字加速运动传感器，微控制器快速计算机器人身体倾斜度、角速度以及其它传感器数据，使电机连续产生最佳力矩，确保机器人连续平稳地移动，而不会倾斜摔倒。102020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器112020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器信息传送信息获取信息处理感官神经大脑肢体执行通信技术传感器技术计算机技术执行机构122020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器操作人员的工作:①检测——眼②运算、命令——脑③执行——手汽包液位人工控制132020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器自动系统的工作:①检测——传感器②运算、命令——控制器③执行——执行器（控制阀）汽包液位自动控制142020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器获取信息检测非电量传感器属于检测技术领域（狭义）实质：非电量电测技术感官152020/2/11传知万物感创未来认识传感器——什么是传感器传感器：广义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。狭义：在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。电信号↓162020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器工业控制中检测最多的物理量：温度力光位移172020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——什么是传感器工业测控系统——温度测控1．温度传感器；2．电阻丝182020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器什么是传感器检测技术关于测量与误差192020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术检测技术地位检测技术发展方向检测系统组成检测系统基本特性202020/2/11传知万物感创未来例：曹冲称象方法：比较法；装置：船、石头、小秤；检查、测量，从而得到：定性、定量的结果。212020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术一、检测技术地位含义检测技术是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。工欲善其事，必先利其器222020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术传感器技术计算机技术通信技术信息技术五官大脑神经232020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术作用一作用二作用三检测技术是产品检验和质量控制的重要手段——在线检测技术检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用作用四242020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术二、检测技术发展方向1新原理、新材料、新工艺新原理：特种参数——视觉、嗅觉、味觉、听觉等极端参数——超高温、超高压等仿生学的发展：嗅觉传感器；方向传感器新材料：新型敏感元件新工艺：无接触测量技术252020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术二、检测技术发展方向2多维化、多功能化、小型化、集成化同样功能的传感器集成：一维（点测量），二维（面测量），三维（体测量）不同功能的传感器集成：使一个传感器可同时测量不同种类的多个参数262020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术二、检测技术发展方向3微电子技术、微处理器与传感器结合（智能化）可减少干扰、提高传感器精度、优化传感器功能，实现实时数据处理等。即不只完成信息获取、转换，还能进行数据处理等，是广义上的检测技术。272020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术虚拟仪器技术物联网技术通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网”是指各类传感器和现有的“互联网”相互衔接的一种新技术。网络化282020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术三、检测系统组成传感器测量电路电源指示仪记录仪数据处理仪器非电被测量292020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术三、检测系统组成信息的获取转换显示、处理传感器测量电路、放大器等数据处理、分析仪器指示仪、记录仪等敏感元件如悬臂梁转换元件如应变片302020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术1、传感器——测量接口能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。把被测量变换为另一种与之有确定对应关系，并便于测量的量的装置（电学量）。传感器是整个检测系统中最重要的环节，检测系统获取信息的质量由传感器的性能确定，传感器的误差决定整个系统的精度。312020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术分类从应用目的角度（被测量性质）：机械量传感器：位移、速度、加速度、振动、力、尺寸热工量传感器：温度、压力、流量、物位化学量传感器：浓度、化学成分状态量传感器：颜色、透明度、磨损量、裂纹从研究目的角度（输出量性质/工作原理）：参量型传感器：电阻式、电容式、电感式（无源电参量）发电型传感器：热电偶、光电、磁电、压电等（输出电压或电流）322020/2/11传知万物感创未来传感器技术是一门知识密集型技术,它与许多学科有关。传感器的原理各种各样，其种类十分繁多，分类方法也很多,但目前一般采用两种分类方法：一是按被测参数分类，如温度压力、位移、速度等；二是按传感器的工作原理分类,如应变式、电容式、压电式、磁电式等。本课程是按后一种分类方法来介绍各种传感器的，而传感器的工程应用则是根据工程参数进行叙述的。对于初学者和应用传感器的工程技术人来说，应先从工作原理出发，了解各种各样传感器，而对工程上的被测参数应着重于如何合理选择和使用传感器。332020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术2、测量电路作用：将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。放大、阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等测量电路的种类由传感器类型决定，如：电阻式传感器采用电桥电路测量。342020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院认识传感器——检测技术3、显示记录装置作用：是检测人员和检测系统联系的主要环节，使检测人员了解检测数值的大小或变化过程。分类：模拟显示、数字显示、图像显示。352020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术四、检测系统基本特性（静态特性）当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为检测系统的输入量和输出量都和时间无关，表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系基础上，确定的检测装置性能参数称为静态特性。灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、迟滞、稳定度、重复性、可靠性等。362020/2/11传知万物感创未来1、灵敏度传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。xykdxdyk输入-输出特性曲线斜率FLASH\灵敏度线性.swf372020/2/11传知万物感创未来作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmaxyKx作图法求灵敏度过程382020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术若系统的输出和输入间有线性关系，则灵敏度k是一个常数。一般希望灵敏度在整个测量范围内保持常数，这样，可得均匀刻度的标尺，读数方便，便于分析、处理测量结果。对于线性系统：灵敏度是其传递函数（输出量与输入量之比）对于非线性系统：其灵敏度随输入量的变化而变化，常将其校正为线性系统。输入输出若为不同量纲，则s也有量纲；输入输出若为相同量纲，s则可理解为放大倍数。FLASH\灵敏度增减.swf392020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术若检测系统由多个环节组成，各环节灵敏度分别为S1、S2、S3，且以串联方式连接，则整个系统灵敏度为：y2y1S1S2S3xy0s1s2s3s402020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术例题1某测温系统由四个环节组成，各自灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃电桥：0.01V/Ω放大器：100（放大倍数）笔试记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度（2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值412020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术2、分辨率与分辨力用来表示仪表或装置能够检测被测量的最小量变化的性能指标。分辨力：输入量从某个任意值（非零值）缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量的变化量即分辨力。即传感器能检测出被测信号的最小变化量。（传感器能检测出的输入量的最小变化量）分辨率：以最大量程的百分数表示，即：最小输入量/输入最大量程×100%•一般模拟式仪表的分辨力规定为最小刻度分格值的一半•数字式仪表的分辨力为最后一位的一个字。422020/2/11传知万物感创未来分辨率与分辨力？右表的满量程为199.9A432020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术3、线性度对于理性的测量系统（仪表），其静态特性可由下列方程式表示：nnxaxaxaxaay332210442020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术假设a0已被校准﹡理想情况：﹡只有奇次项：﹡只有偶次项：﹡普通情况：sxya155331xaxaxay4422xaxaynnxaxaxaxay33221xay1452020/2/11传知万物感创未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来认识传感器——检测技术当静态特性曲线为曲线时，即存在非线性时，常用一条直线来近似地表示实际的非线性特性，这种方法称为“线性化”，所采用的直线成为拟合直线