传感器与检测技术课件
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重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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44
误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
《传感器与测控技术》课件
06
CATALOGUE
传感器与测控技术的应用实例
在工业自动化中的应用实例
要点一
总结词
要点二
详细描述
传感器在工业自动化中发挥着关键作用，能够提高生产效 率和产品质量。
传感器在工业自动化中的应用包括温度、压力、流量、物 位等参数的测量和控制，以及机器视觉和运动控制等方面 。通过使用传感器，可以实现精确的测量和自动控制，提 高生产效率和产品质量，降低能耗和减少人工干预。
信号调理电路
对传感器输出的信号进行放大 、滤波等处理，以适应后续电 路的需求。
微控制器或计算机
作为测控系统的核心，实现对 数据的处理和控制。
传感器
用于采集被测对象的物理量， 如温度、压力、位移等。
A/D转换器
将模拟信号转换为数字信号， 便于微控制器或计算机进行处 理。
执行机构
根据控制信号执行相应的动作 ，如驱动电机、控制阀门等。
《传感器与测控技术》 ppt课件
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目 录
• 传感器概述 • 传感器的工作原理 • 常用传感器介绍 • 测控技术基础 • 测控系统的设计与实现 • 传感器与测控技术的应用实例
01
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传感器概述
传感器的定义与分类
总结词
了解传感器的定义和分类是掌握传感器技术的基础。
详细描述
在环境监测中的应用实例
总结词
传感器在环境监测中具有广泛的应用，能够实时监测环境质 量和预测污染趋势。
详细描述
传感器在环境监测中的应用包括空气质量、水质、噪声、土 壤等参数的监测。通过使用传感器，可以实时监测环境质量 和预测污染趋势，为环境保护和治理提供科学依据。
在医疗领域中的应用实例
传感器与检测技术ppt课件
传感器与检测技 术
ch2 传感器与检测技术：传感器类型和作用
2.1 传感器与检测部件的类型和作用 (1) 传感器的概念 能感受（或响应）规定的被测量， 并按照一定规律转换成可用信号输 出的器件或装置。
传感器由敏 感元件、转 换元件以及 相应的电子 线路组成。
转换元件
敏感元件
(2) 传感器的种类
传感器能检测到的测量值的最小增量。
准确度
测量值与实际值之间偏差的程度，通常 用真值百分比表示。
精密度
在给定的准确度条件下，传感器再现一 组读数的能力。精密度取决于传感器的 可靠性。
重复性
在相同的环境条件下，重复实施相同的 测量而准确再现输出信号的能力。
线性度
传感器的输入输出特性要满足线性要求。
(5) 建模参数中的误差和不确定度
数字电位器的工作原理
数字电位器的特点
采用集成电路工艺生产，具有良好的线性、 精度和温度稳定性； 滑动端位置易于由单片机、计算机或逻辑电 路控制，通过编程自动调节电阻值，大大提高调 节精度和自动控制能力； 采用电信号控制电阻的变化，应用范围广， 使用灵活；
具有记忆功能和不记忆功能，选择记忆功能 时将电位器当前的调节位置保存在非易失性存储 器中，下次通电时自动恢复这一位置，能自动消 除手动调节的误差。若选择不记忆功能，当系统 通电时数字电位器自动复位（事先设定的位置） 温度稳定性好，抗冲击具有优越的环境适应
任何建立在测量系统之上的应用系
统都存在一定的不确定性。 传感器单体误差、测量环境变化以及 测量的随影响
误差分析法用于确定准确度计算中 各零部件误差的作用。
假定 N f ( xx , 为某个测量值， , . . . , x ) 1 2 n 为各个变量的单个误差，则计算 N x , x , . . . , x 1 2 n 的总误差：
ch2 传感器与检测技术：传感器类型和作用
2.1 传感器与检测部件的类型和作用 (1) 传感器的概念 能感受（或响应）规定的被测量， 并按照一定规律转换成可用信号输 出的器件或装置。
传感器由敏 感元件、转 换元件以及 相应的电子 线路组成。
转换元件
敏感元件
(2) 传感器的种类
传感器能检测到的测量值的最小增量。
准确度
测量值与实际值之间偏差的程度，通常 用真值百分比表示。
精密度
在给定的准确度条件下，传感器再现一 组读数的能力。精密度取决于传感器的 可靠性。
重复性
在相同的环境条件下，重复实施相同的 测量而准确再现输出信号的能力。
线性度
传感器的输入输出特性要满足线性要求。
(5) 建模参数中的误差和不确定度
数字电位器的工作原理
数字电位器的特点
采用集成电路工艺生产，具有良好的线性、 精度和温度稳定性； 滑动端位置易于由单片机、计算机或逻辑电 路控制，通过编程自动调节电阻值，大大提高调 节精度和自动控制能力； 采用电信号控制电阻的变化，应用范围广， 使用灵活；
具有记忆功能和不记忆功能，选择记忆功能 时将电位器当前的调节位置保存在非易失性存储 器中，下次通电时自动恢复这一位置，能自动消 除手动调节的误差。若选择不记忆功能，当系统 通电时数字电位器自动复位（事先设定的位置） 温度稳定性好，抗冲击具有优越的环境适应
任何建立在测量系统之上的应用系
统都存在一定的不确定性。 传感器单体误差、测量环境变化以及 测量的随影响
误差分析法用于确定准确度计算中 各零部件误差的作用。
假定 N f ( xx , 为某个测量值， , . . . , x ) 1 2 n 为各个变量的单个误差，则计算 N x , x , . . . , x 1 2 n 的总误差：
【课件】传感器与检测技术---谐振式传感器
当然，电流也可相应地分解成两部分i1和i2，则有F1=BlBi1=m(dv/dt)，所以
v BlB m
i1dt
在磁场中以速度 v 运动的导线便产生感生电动势
e1
BlBv
B2lB2 m
1 i1dt m /(B2lB2 )
i1dt
上式与电容充电时的电压电流关系相比较，可以看出，在磁场中运动的振弦相当于一个 电容的作用，其等效电容值C=m/(B2LB2 )。
f 1 k
式中：k ──振子材料的刚度2； me
me──振子的等效振动质量。
(10-1)
f 1 k
2 me
可见，振子的谐振频率f 与其刚度 k 和等效振动质量me有关，设其初始谐振频率为f0。 那么，如果振子受力或其中的介质质量等发生变化，则导致振子的等效刚度或等效振 动质量发生变化，从而使其谐振频率发生变化。这就是机械式谐振传感器的基本工作 原理。但应注意，变化之间的关系一般是非线性的。
拓展 ：频率式数字传感器
频率式数字传感器能直接将被测非电量转换成与之相对应的、便于处理的频率信 号。频率式数字传感器一般有两种类型：
(1)利用振荡器的原理，将被测量的变化改变为振荡器的振 荡频率，常用振荡器有RC荡电路和石英晶体振荡电路等。
(2)利用机械振动系统,通过其固有振动频率的变化来反映被 测参数。
由此可见，线圈兼有激励和拾振两种作用。当然，也可同时放置两个线圈，一个只是 用于激励，另一个只是用来拾振，但使传感器体积增大。
需要指出，振弦式传感器输出频率f与被测力T之间是由式(10-2)
f1 T
所描述的非线性关系，即使取2特l性曲线1 较直的一段作为工作范围，其非线性误差也会
高达5~ 6%左右。为提高测量精度，采用图10-8所示以f 2为传感器输出的电路，其线 性度可达0.5~ 2.5%。
传感器与检测技术ppt课件第一章
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1.2检测技术理论基础
1.2.2 测量方法
1) 直接测量、间接测量和组合测量 (又称联立 测量)。经过求解联立方程组，才能得到被测物理量的最后
结果，则称这样的测量为组合测量。
2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量
3) 等精度测量与非等精度测量
4) 静态测量与动态测量
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1.1.3 传感器基本特性
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其 输入输出关系特性称为静态特性。
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测 量）x(t)之间的关系，传感器系统示意图如下图所 示。
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1.1.3 传感器基本特性
2．传感器的分类
（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。
（2）按照其被测量对象，传感器可分为力、位移、速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
（3）按照其结构，传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的 变化来实现信号变换，如：水银温度计。结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。
敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件。
测量电路(measuring circuit)： 将转换
元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如 放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特 性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。
传感器和检测技术ppt课件
17.黄俊钦．静、动态数学模型的实用建模方法．北京：机械工业出版社， 1988
18. 马修水. 瑞士SYLVAC电容测量系统的发展. 工具技术，1989 (12)
19.于静江，周春晖．过程控制中的软测量技术．控制理论与应 用．1996,13(2)
20. 骆晨钟，邵惠鹤．软测量技术及其工业应用．仪表技术及传感器．
17
传感器原理及其应用－教学层次
中专级 大专级 本科级 硕士级 ……
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谢谢！
传感器与检测技术 教学组
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参 考 文 献 （续）
13.张正伟．传感器原理及应用．北京：中央广播电视大学出版社，1997
14.周春晖. 过程控制工程手册. 北京: 化学工业出版社，1993
15. 陈守仁. 自动检测技术及仪表. 北京: 机械工业出版社，1989
16. 费业泰. 误差理论与数据处理. 北京:机械工业出版社, 2002
课时数
2 4 6 2 4 6 8 2 34
作业 实验
* * * * * * *
15
参考文献
1. 王化祥,张淑英．传感器原理及应用．天津：天津大学出版社，1991 2. 常健生. 检测与转换技术. 北京:机械工业出版社. 2001 3. 严钟豪，谭祖根. 非电量电测技术. 北京：机械工业出版社，2003 4. 强锡富. 传感器. 北京：机械工业出版社，1998 5. 贾伯年，俞朴. 传感器技术. 南京：东南大学出版社，1992 6. 王俊杰. 检测技术与仪表. 武汉. 武汉理工大学出版社，2002 7. 郭振芹．非电量的电测量．北京：中国计量出版社，1986 8. 郁有文，常健，程继红编著. 传感器原理及工程应用. 西安：西安电子科
传感器与检测技术(第2版)全套课件
传感器与检测技术（第2版）
（3）组合测量。若被测量必须经过求解联立方程组才能得 到最后结果，则这种测量方法称为组合测量。组合测量是一种 特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多用于科 学实验等特殊场合。 2．等精度测量与不等精度测量
用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量， 称为等精度测量。
用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差 很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。
传感器与检测技术（第2版）
3．偏差式测量、零位式测量和微差式测量
（1）偏差式测量。在测量过程中，用仪表指针的位移（即 偏差）决定被测量值，这种测量方法称为偏差式测量。仪表上 有经过标准量具校准过的标尺或刻度盘。在测量时，利用仪表 指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。偏差式测量简单、 迅速，但精度不高，这种测量方法广泛应用于工程测量中。
1.1 测量方法及检测系统的组成
1.1.1 测量的基本概念
在科学实验和工业生产中，为了及时了解实验进展情况、 生产过程情况以及它们的结果，人们需要经常对一些物理量， 如电流、电压、温度、压力、流量、液位等参数进行测量，这 时人们就要选择合适的测量装置，采用一定的检测方法进行测 量。
测量是人们借助于专门的设备，通过一定的方法，对被测 对象收集信息、取得数据概念的过程。为了确定某一物理量的 大小，就要进行比较，因此，有时也把测量定义为“将被测量 与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量倍数的过
传感器与检测技术（第2版）
1．直接测量、间接测量与组合测量
（1）直接测量。用事先分度或标定好的测量仪表，直接读 取被测量值的方法称为直接测量。例如，用电磁式电流表测量
电路的某一支路电流、用电压表测是工程技术中大量采用的方法， 其优点是测量过程简单而又迅速，但不易达到很高的测量精度。
传感器与检测技术 PPT课件
• 检测技术随着科学技术的发展而发展。现代工业经历了从手工作坊到机械 化、 自动化的历程，并从自动化向自治化、智能化的目标演化。随着生产设备机 械化、自动化水平的提高，控制对象日益复杂，由于系统中表征设备工作状 态的 状态参数多、参数变化快、子系统不确定性大等特点，从而对检测技术 的要求不 断提高，促进了检测技术水平的不断提高。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。