第一章 传感器基础知识课件

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1、,传感器技术与应用,清远职业技术学院主讲：罗芳,教师信息,清远职业技术学院,一、课程的简介,自动化生产线组装、检测、调试，设备维护与管理岗位,调研,确定,设置,专业学习领域课程体系,专业人才培养目标,了解生产线、家电系统的体系结构和应用特点，掌握自动控制应用技术，能够从事自动化上产险、智能电器设备制造、安装、调试、操作、管理、维修的生产第一线高素质技能型人才。,学生就业岗位群,先修课程,后续课程,专业 核心课程,一、课程的简介,清远职业技术学院,传感器原理,检测技术,温度传感器,磁敏传感器,光电传感器,应变传感器,电感传感器,电容传感器,压电传感器,其他传感器,多传感器融合,检测电路,现代检测

2、系统,传感器的工作原理、结构、主要参数、检测电路及其典型应用,课程主要内容,1 内容选取,1.电子称的设计与制作,4.电子温度计的设计与制作,6.自行车转速表的设计与制作,5. 遥控开关的设计与制作,2.物位测量仪的设计与制作,3. 接近开关的设计与制作,二、传感器与检测技术考核方式,清远职业技术学院,该门课程的技术背景,清远职业技术学院,信息技术,信息获取,信息传输,信息处理,（传感器技术）,（通信技术）,（计算机技术）,三、蓬勃发展的传感器技术,清远职业技术学院,什么是传感器,1、信息社会与传感的关系,清远职业技术学院,传感器几乎渗透到所有的技术领域。如工业生产、宇宙开发、海洋探索、环境保

3、护、资源利用、医学诊断、生物工程、文物保护等等广泛领域，并逐渐深入到人们的生活中。,1、信息社会与传感的关系,清远职业技术学院,1）信息传播的载体：图片、声音、光、气味 2）涉及的技术：电子学、自动控制、计算机、通信技术 3）从烽火台到现代信息技术： 70年代同步卫星 80年代光钎取代电缆 20世纪扩频通信，全方位的移动通信,清远职业技术学院,感受,电量,被测非电量,传感器,电信号,将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号,把转换元件输出的电信号变换为便于处理、显示、记录、控制和传输的可用电信号,图1-1 早期的传感装置,提取,敏感元件,输出,2、传感器的概念,清远职业技术学院

4、,1、传感器的定义 1） 传感器是一个测量器件或装置； 2）能将非电量转换成电量；（力、液体、温度） 3）转换后的电量与原来的非电量有一定关系或规律。,传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测器、探头,紧记：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。,2、传感器的概念,清远职业技术学院,3、传感器的机理,传感器,实质：非电量电测技术,清远职业技术学院,3、传感器的机理,1）传感器与人体机理的关系 如：电子计算机人脑电脑 传感器人或动物的五官电五官 2）人体五官的机理 3）生物传感器,清远职业技术学院,信息传送,信息获取,信息处理,执 行,

5、通信技术,传感器技术,计算机技术,执行机构,清远职业技术学院,4、历史事件的促进,1、1919年的事件 2、第一次世界大战,清远职业技术学院,思考题,1、如何理解传感器？ 2、举例说明传感器在信息技术中的重要性？,清远职业技术学院,传感器的认知（二）,一、我们周围的传感器,工业控制系统饮料灌装车间,清远职业技术学院,认识传感器什么是传感器,小型电子秤,清远职业技术学院,认识传感器什么是传感器,家庭用煤气报警器,清远职业技术学院,清远职业技术学院,1、家用传感器归类,清远职业技术学院,被测非电量,电量,敏感元件,转换元件,转换电路,它是直接感受被测量，并输出与被测量构成有确定关系、更易于转换的某

6、一物理量的元件。,将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号,把转换元件输出的电信号变换为便于处理、显示、记录、控制和传输的可用电信号,图1-1 传感器的组成,2、传感器的组成和重要性,清远职业技术学院,传感器的组成： 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分； 转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。 是不是所有的传感器都包含敏感元件和转换元件呢？,2、传感器的组成和重要性,清远职业技术学院,敏感元件,转换元件,并不是所有的传感器必须包括敏感元件和转换元件。 如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件 如果转换元件能

7、直接感受被测量而输出与之成一定关系的电量，它就同时兼为敏感元件。例如压电晶体、热电偶、热敏感电阻及光电器件等。敏感元件与转换元件两者合二为一的传感器是很多的。,图1-2 压力传感器结构简图,2、传感器的组成和重要性,清远职业技术学院,机械能,光能,电 磁 能,化 学 能,热能,传感器的能量转换关系,清远职业技术学院,传感器在自动化领域、计算机领域会给我们的生产带来怎样的影响？,我们来想象一下：,体会“传感器”的重要性,清远职业技术学院,液位人工控制,操作人员的工作: 检测眼 运算、命令脑 执行手,汽包液位人工控制,盯着好累， 有没有其他更方法？,清远职业技术学院,液位自动控制,自动系统的工作:

8、 检测传感器 运算、命令控制器 执行执行器（控制阀）,汽包液位自动控制,清远职业技术学院,传感器的作用,1、传感器的作用与地位 作用：是信息采集工具，自动测控系统的“五官”； 地位：传感器技术、通信技术、计算机技术构成现代信息产业的三大支柱，分别是“感官”、“神经”、“大脑”，构成一个完整的自动测控系统。 2、传感器的应用和发展 有控制电路的地方，几乎就有传感器！,清远职业技术学院,一般可按传感器的输入量分，按输出量分或按原理来分。 1、按工作原理分类便于研究设计传感器 构成原理：物性型、结构型 信号转换效应：物理型、化学型和生物型 2、按输入量分类：位移、压力、速度、温度、湿度等 3、按敏感

9、元件和材料来分类：半导体、功能陶瓷、光钎 和高聚物类 4、按应用领域分类：医用、汽车、自动化生产线、材料等,3、传感器的分类,清远职业技术学院,?,注意:,传感器的分类各有什么优缺点？,考 考 你,清远职业技术学院,4、传感器命名方式,传感器常常按工作原理及被测量性质两种分类合二为一进行命名。 如：电感式位移传感器、光电式传感器,现代化生产过程自动化程度越高，对传感器的依赖性越大，传感检测技术在工科学生人才培养中的地位和作用也就越重要。,5、传感器应用和发展,清远职业技术学院,总结,1、认识传感器 2、传感器的作用：信息采集工具，自动测控系统的“五官” 3、应用：机械、仪表仪器 4、传感器的定

10、义 5、传感器的组成：敏感元器件和转换元器件,简单说：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。,清远职业技术学院,工业控制中检测最多的物理量：,清远职业技术学院,4、传感器与物联网的关系,问题：传感器与物联网应用的关系,一般地讲，物联网分为三层结构，分别是感知层、网络层、应用层；,？,清远职业技术学院,物联网三层构架,根据底层采集的数据，形成与业务需求相适应、实时更新的动态数据资源库，为各类业务提供统一的信息资源支撑，从而最终实现物联网各个行业领域应用。,实现更加广阔的互联网功能，需要传 感器网络与移动通信技术、互联网技术 相融合。,完成数据采集、通信和协同信息处理。 涉及传感器、RFID、多媒

11、体信息采集 二维码和实时定位等技术。,物联网,应用层,网络层,感知层,清远职业技术学院,认识传感器什么是传感器,传感器是感知层的重要组成部分，是物联网技术应用的基础。,清远职业技术学院,清远职业技术学院,清远职业技术学院,总结,1、认识传感器 2、传感器的作用：信息采集工具，自动测控系统的“五官” 3、传感器的应用,简单说：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。,清远职业技术学院,Any,Question,清远职业技术学院,传感器的基本知识（二）,清远职业技术学院,一、预习,1、传感器的作用：信息采集工具，自动测控系统的“五官”。 2、传感器与自动控制系统有什么关系？,清远职业技术学院,传感器

12、的定义 “能感受（或响应）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”。 这一定义包含了几个方面的含义： 传感器是测量装置，能完成测量任务； 输入量：非电量 输出量：电量，这种量要便于传输、转换、处理和显示等，这就是所谓的“可用信号”的含义； 输出与输入有一定的对应关系，这种关系要有一定的规律。根据字义可以理解传感器为一感二传，即感受信息并传递出去。,二、传感器的定义,清远职业技术学院,Any,Question,清远职业技术学院,传感器的基本知识（三）,清远职业技术学院,一、知识回顾,1、什么是传感器？ 2、传感器的组成是哪些？,清远职业技术学院,当被测量不随时间变化或变化很慢

13、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。,二、传感器系统静态特性,什么是静态特性？,清远职业技术学院,1 传感器的静态数学模型 传感器的静态数学模型： 式中 x 为输入量；y为输出量； a0为零输入时的输出，也叫零位输出； a1为传感器线性项系数也称线性灵敏度，常用K或S表示；,注意：a1决定传感器的灵敏度，相当于函数y=y=a0+a1x的 一次函数的斜率,二、传感器系统静态特性,清远职业技术学院,2、传感器的静态性能指标 （1）线性度 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大

14、偏差（Ymax）与满量程输出（Y）的百分比，称为线性度（线性度又称为“非线性误差”），其静态特性可由下列方程式表示：,注意：该值越小，表明线性特性越好 线性误差：实测曲线与理想直线之间的偏差,二、传感器系统静态特性,作图法求线性度演示 （ 1拟合曲线 2实际特性曲线 ）,为实测直线与拟合曲线的最大偏差。 为输出满量程值。,线性度定义：,清远职业技术学院,(2)迟滞 迟滞特性表明检测系统在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入-输出特性曲线不一致的程度。,二、传感器系统静态特性,面积越小越好,清远职业技术学院,(3)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

15、的比值。,输入-输出特性曲线斜率,二、传感器系统静态特性,清远职业技术学院,(3)灵敏度,二、传感器系统静态特性,在天平的指针上，有个很不显眼的小滑块感量砣，用来调节天平的灵敏度。感量砣向上移动，天平的灵敏度提高；感量砣向下移动，天平的灵敏度降低。,灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，特别是电学仪器注重仪器灵敏度的提高。通过灵敏度的研究可加深对仪表的构造和原理的理解。,作图法求灵敏度过程,x,y,x1,x,y,0,切点,传感器 特性曲线,xmax,清远职业技术学院,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

16、度为：,二、传感器系统静态特性,清远职业技术学院,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： 0.35/ 电桥： 0.01V/ 放大器： 100（放大倍数） 笔式记录仪： 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,二、传感器系统静态特性,清远职业技术学院,(4)重复性 重复性指传感器在输入量按同一方向做全量程内连续重复测量时，所得特性曲线不一致的程度。,二、传感器系统静态特性,注意：本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一实验室内，使 用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95%概率水平两 个独立测试结果的最大差值。,清远职业技术学院,（5）分辨力与分辨率 1）分辨率：分辨力用绝对值表示，用与满量程的百