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1、航空仪表课设1、传感器的定义及概述人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置称为传感器传感器也叫做变换器、换能器或探测器传感器输出的信号有不同形式，电压，电流、频率、脉冲等以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求试例 1 -1 电阻式传感器构造: 测滑油,座舱进气,大气温度等.例 1-2 基本原理-双对角线式不平衡电桥试例 2 电感式传感器及原理:测煤油,滑油,刹车压力和发动机扭矩等.试例 3 磁电式传感器及原理 :测发动机转速试例 4 电容式传感器及原理2. 传感器的组成传感器一般由敏感元件、传感元件和其它辅助件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源做
2、为传感器的组成部分如方框图1-22所示。传感器的一般特性传感器(或测量设备)的输出一输入关系特性是传感器的基本特性。 3.传感器所测量的物理量基本上有两种形式一种是稳态(静态或准静态)的形式这种信号不随时间变化(或变化很缓慢)，另一种是动态(周期变化或瞬态)的形式，这种信号是随时间变化而变化的。由于输入物理量状态不同，传感器所表现出来的输出一输入特性也不同，因此存在所谓静态特性和动态特性。由于不同传感器有不同的内部参数，它们的静态特性和动态特性也表现出不同的特点，对测量结果的影响也各不相同。一个高精度传感器。必须有良好的静态特性和动态特性。这样它才能完成信号(或能量)无失真的转换。4.传感器的
3、静态特性传感器在稳态信号作用下，其输出一输入关系称为静态特性。衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。A线性度 传感器的理想输出一输入特性是线性的它具有以下优点。 a可大大简化传感器的理论分析和设计计算； b为标定和数据处理带来很大方便，只要知道线性输出一输入特性上的两点(一般为零点和满度值)就可以确定其余各点； c可使仪表刻度盘均匀刻度，因而制作、安装、调试容易，提高测量精度； d避免了非线性补偿环节。B灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态下输出变化对输入变化的比值，用Sn来表示，即 C迟滞(滞环) 迟滞(或称滞环)特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出一
4、输入特性曲线不重合的程度，如图124所示，也就是说，对应于同一大小的输入信号，传感器正反行程的输出信号大小不相等，这就是迟滞现象。产生这种现象的主要原因是传感器机械部分存在不可避免的缺陷如轴承摩擦、间隙、紧固件松动、材料的内摩擦、积尘等。D重复性重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时所得特性曲线不一致性程度(见图125)多次重复测试的曲线越重合说明重复性好，误差也小。不重复性指标一般采用输出最大不重复误差max与满量程输出yFS的百分比表示 (四)仪表及传感器的误差与调节方法1、测量误差 在工业测量中，无论是被测对象、检出变换器、信息的传递放大、处理、显示仪表还是测量方法以及测量
5、者本身，都会不同程度地受到周围各种因素的影响。当这些因素变化时，被测量的示值随着相应变化。使仪表的示值与被测量的真值之间造成差异，这个差异就是测量误差。 仪表示值与被测量的约定值(或实际值)之间的差值叫误差。=MTS (124)式中：误差；M示值；TS约定真值。式(124)所示的误差是与仪表示值M同量纲的，称为绝对误差，它反映示值偏离约定真值的大小。2、误差的分类 (1)按误差出现的规律划分A系统误差 系统误差是指服从某一确定规律(如定值、线性、多项式、周期性等函数规律)的误差。系统误差又叫确定性误差。它是受少数因素的影响而产生的误差。B随机误差 随机误差是一种由于很多因素随机变化引起的测量误
6、差，一般难以具体分析，故表现为随机性的误差。c粗大误差 粗大误差指一种显然偏离实际值的误差，它没有任何规律可循，主要由于操作者粗枝大叶，或过度疲劳操作出错(如将3读作8。将6读作9)，或偶然一个外界干扰等引起的。 （2）按误差产生的来源分类A工具误差 工具误差是指测量仪表系统不完善所引起的误差。 B方法误差方法误差是指由于测量的原理不完善所引起的误差 （3)按误差量纲划分A绝对误差 绝对误差是指以被测量的单位来表示的误差，有量纲，数值上等于仪表示值与约定真值之间的差值见式(124) B相对误差 相对误差是指绝对误差与被测量实际值(或示值)的比值，通常以百分数表示，即是一个远小于1的值，弹簧管压
7、力表的相对误差为(4)按被测量随时间变化的速度划分A静态误差 静态误差是指在被测量稳定不变条件下进行测量时所产生的误差。B动态误差 动态误差是指在被测量随时间变化的过程中进行测量时所产生的附加误差 3、测量仪表的精度衡量仪表测量性能好坏的指标中，精确度(简称精度)是最重要的概念，与精度有关的指标有三个：精密度、准确度和精确度等级。式中：max最大绝对允许误差值；Xmax、Xmin测量范围的上、下限值； A精确度等级。可见精确度等级就是前面叙述的最大引用误差Omax为了方便，对A的数值以百分数值进行分档，如001、005、002、15、25、40、6O等。例如某仪表的精度为15级，表明该仪表指示
8、值最大引用误差不大于15。结果说明：用1。0级比用05级的仪表更精确。所以，在选用仪表时，应兼顾精确度等级和量程，不能只看精确度等级。 4、减小误差的方法为了减小误差提高测量精度，应该考虑整个测量过程中的诸因素(被测对象、仪表、环境、观测者、方法等)。以下是一些常见的提高测量精度的方法：(1)减小系统误差， 为减小系统误差，应尽可能提高仪表各部件的材料、结构的精度与稳定性，改善工艺与测量环境等。同时可采用一些补偿方法，如将测量中的某些条件相互交换，使产生系统误差的因素对测量结果起相反的作用，可以抵消所产生的系统误差，最简单的例子就是等臂天平称重。 (2)减小随机误差 随机误差产生的原因是由很多
9、微小变化的总和引起的，难以具体分析。但其中几个因素引起的随机误差，还是比较明确的，如摩擦、间隙、噪声（如电磁）等。 (3)减小中间变换环节被测量如能直接与标准量比较而无任何中间变换，也就没有任何中间变换的误(4)提高变换的灵敏度 为提高仪表的精确度，应使仪表具有足够高的灵敏度，可以利用灵敏的物理变换原理来提高仪表的灵敏度，如用铜电阻温度计测温，其灵敏度仅为041C，改用半导体热敏电阻温度计可以感觉到O0005的温度变化，在稳定性大致相当的条件等下，两者可能达到的测量精确度就极为悬殊。金属应变丝由于灵敏度太低(应变量不能超过02O4)，而很难提高测量精确度，现在应用逐渐减少。半导体应变片一下子把
10、灵敏度提高了近一个数量级(应变量可达到10)，这给提高精确度创造了极为有利的条件 5)提高变换的稳定性 测量中采用高稳定性的物理变换定律可以提高测量的稳定性。例如，原子这样的微观世界是遵循量子力学定律而建立的，微观物理量只能作一定的跳跃式的变化，而不可能发生逐渐的微小的变化，因此采用激光测量长度时，误差不到107，采用激光测量时间时，几万年内仅有1S误差。又如，采用超声波测矿井风速(见第四章)可以避免叶轮风速计中机械磨擦带来的测量误差，从而提高了测量的稳定性。(6)采用微机技术实现误差的自校正 越来越多的测量装置采用微机检测实现智能化，这为提高测量的精度提供了基础微机搜集测量信号后，可以通过数
11、字滤波技术消除随机误差，还可以通过零点的自校消除系统误差。 二、航空仪表的种类与功用航空仪表大体上是先从仪表的工作原理来分类的，然后再从仪表的功用和结构特点来分类。航空仪表按工作原理分成测量仪表、计算仪表和调节仪表，按功用可分成飞行仪表、发动机仪表和其他设备仪表。飞行仪表又分成大气数据系统、仪表姿态系统仪表、航向系统仪表和指引系统仪表等如按结构特点，部分仪表可分成膜盒仪表、陀螺仪表（即取表内所用敏感元件相同或类似的为一类）。一）测量仪表测量仪表中的飞行仪表是用来测量飞机的各种运动参数，其中大气数据系统仪表有高度表、升降速度表、指示空速表、马赫数表(或称M数表)、大气静温温度表和空气总温温度表等
12、；姿态系统仪表有地平仪、转弯仪和测滑仪等；航向系统仪表有磁罗盘、陀螺罗盘和陀螺罗磁盘等，指引系统仪表有姿态指引仪、水平指引仪和一些重要数据指引(如飞行数据空速；发动机工作参数压力比等)。发动机仪表是指发动机工作系统中的各种参数测量仪表，如转速表(螺旋桨转速表，或低压涡轮和高压涡轮转速表)、进气压力表和气缸头温度表(两表用于活塞式发动机) 、扭矩表和排气温度表(两表用于涡轮螺旋桨发动机)、压力比表(或推力表)和喷气温度表（两表用于涡轮喷气或涡轮风扇发动机)、燃油压力表(指汽油压力表或煤油压力表)燃油油量表、滑油温度表、燃油油量表(指汽油油量表或煤油油量表)、燃油流量表、滑油油量表、发动机振动指示
13、器、油门指位表和散热器风门指位表等。在飞机的其他设备中使用的测量仪表统称为其他仪表。如飞机的增压系统有座舱高度表、压差表、空气流量表、升降速度表和温度表等；飞机液压系统有各种压力表和液压油表等；灭火系统有各种压力表；起动发动机(或起动发电机)用的起动涡轮上面有转速表、燃油压力表、滑油压力表、滑油温度表和燃油油量表等。此外，还有起落架收放指示表、襟翼指位表和飞机电气设备用的电流表、电压表、频率表等。在上述仪表中有些并不独立存在，而与相应参数仪表组合在一起(如指引系统仪表)；有的飞机将一些指示简单的仪表改用灯光显示(如起落架收放位置显示)。（二）计算仪表 计算仪表是指飞机上的一些领航(或称导航)和
14、系统性能方面的计算仪表(或称计算器，计算机)，如自动领航仪、航行计算器、飞行指引仪(或系统)、惯性导航仪(或系统)性能管理系统中的性能管理计算机和飞行管理系统中的飞行管理计算机等。一些不能直接测量出指示参数的物理量，虽然也是通过计算求得的。但不叫计算仪表，称它为间接测量仪表，如大气数据仪表，是通过测量大气压力求得飞行参数的 （三)调节仪表这里所说的调节仪表是指机上属于仪表专业人员维护范围的一些自动化控制系统设备。如自动驾驶仪、马赫配平系统、调整片自动配平系统、倾斜阻尼器、偏航阻尼器和自动油门系统等。航空仪表指示器主要在驾驶舱，其他地方，如灭火瓶、氧气瓶、冷气瓶和液压系统的储压瓶等设备上有些压力
15、表，燃油加油口处可能有油量表执行特殊任务的飞机(如执行跳伞任务的运输机)客舱装有大气数据仪表等，传感器装在被测系统便于准确测定参数的位置处，其余电子设备基本上集中在电子设备舱。 三、航空仪表的基本结构和工作原理(一)测量仪表的基本结构 l、直读式仪表 直读式仪表的基本结构如图127所示。它主要由敏感元件(或称测量元件)、中间环节和指示部分组成。敏感元件用来测量被测参数的物理量，如膜盒仪表的敏感元件是真空膜盒(测量绝对压力)或开口膜盒(测量相对压力一压差)；陀螺仪表的敏感元件是三自由度陀螺(确定地垂线或航向基准线)或二自由度陀螺(测量飞机运动的角速度)。 远读式仪表的基本结构如图128所示，它主要由传感器和指示器两部分组成传感器包括敏感元件和变换装置。指示器包括接收装置和指示部分，两者之间通过信号传输线路构成工作系统。从图中可以看出，变换装置和接收装置构成仪表的中
