传感器原理及应用.ppt

为了配合电子工业出版社2011年1月出版的《传感器原理及应用》（书号：ISBN978-7-121-12723-6杨少春主编）教材的教学，我们制作了本教材配套的多媒体课件，由于时间紧迫，制作者水平有限，课件中难免有不足之处，恳请广大读者批评指正。传感器技术及应用模块一传感器的基本知识一、传感器的作用二、传感技术的特点3.可与计算机相连，进行数据的自动运算、分析和处理
传感器将非电物理量转换成电信号后，通过接口电路变成计算机能够处理的信号，进行自动运算、分析和处理。三、传感器的发展趋势3．向小型化、集成化方向发展
由于航空技术的发展，以及医疗器件和一些特殊场合的需要，传感器必须向小型化、微型化方向发展，以便减小体积和质量。5．传感器的网络化
将传感器和计算机与网络技术有机结合，使传感器成为网络中的智能节点。这种努力使多个传感器组成网络直接通信，实现数据的实施发布、共享，以及网络控制器对节点的控制操作。另外，通过Internet网，传感器与用户之间可异地交换信息，厂商能直接与异地用户交流，能及时完成传感器故障诊断，指导用户维修或交换新仪器改进的数据，软件升级等工作。另外，在微机电技术、自组织网络技术、低功耗射频通信技术及低功耗微型计算机技术的共同促进下，传感器朝微型化和网络化的方向迅速发展，产生了无线传感器网络。四、传感器需求与开发的重点方向五、传感器的定义与组成根据以上定义可画出传感器的组成框图，如图1-1所示。六、传感器的分类与特点2．按传感器工作原理划分
这一种分类方法是以工作原理来划分，将物理、化学、生物等学科的原理、规律和效应作为分类的依据，据此可将传感器分为电阻式、电感式、电容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式、光电式、超声式、微波式等类别。这种分类方法有利于传感器的专业工作者从原理与设计上作归纳性的分析研究。七、传感器的基本特性常用的静态性能指标包括灵敏度、精确度、测量范围、量程、线性度及误差等。（2）线性度
线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差，如图1-2所示，即为在垂直方向上最大偏差|Δymax|与最大输出ymax的百分比，图中a0称为零位输出，即被测量为零时传感器的指示值。图1-2传感器的线性度误差（3）重复性
重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得到的特性曲线的不一致程度，如图1-3所示，用公式表示为（4）迟滞现象（5）精确度
传感器的精确度是指传感器的输出指示值与被测量约定真值的一致程度，反映了传感器测量结果的可靠程度。在工程应用中，为了简单表示测量结果的可靠性程度，引入精确度这个等级概念，用A表示，它表示允许的最大绝对误差与满度量程的比值的百分数，即（6）分辨力
传感器的分辨力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量的能力。通常是以最小量程单位值表示。当被测量的变化值小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。（8）漂移
传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化；温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的变化。2．传感器的动态特性在动态测量中，当被测量作周期性变化时，传感器的输出值随着周期性变化，其频率与前者相同，但输出幅值和相位随频率的变化而变化，这种关系称为频率特性。输出信号的幅值随频率变化而改变的特性称为幅频特性；输出信号的相位随频率的变化而改变的特性称为相频特性，幅值下降到稳定幅值的0.707倍时所对应的频率称为截止频率。模块二力敏传感器及其应用一、力敏传感器概述二、电阻应变式传感器1．电阻应变式传感器工作原理（2）电阻应变式传感器的结构及特性②金属箔式应变片。如图2-3所示，它与金属丝式电阻应变片相比，有如下优点：用光刻技术能制成各种复杂形状的敏感栅；横向效应小；散热性好，允许通过较大电流，可提高相匹配的电桥电压，从而提高输出灵敏度；疲劳寿命长，蠕变小；生产效率高。
但是，制造箔式应变片的电阻值的分散性要比丝式应变片的大，有的能相差几十欧姆，需要调整阻值。金属箔式应变片因其一系列优点而将逐渐取代丝式应变片，并占主要地位。（a）箔式单向应变片（b）箔式转矩应变片（c）箔式压力应变片（d）箔式花状应变片2．电阻应变片传感器基本应用电路
若使此电桥平衡，即，只要。一般我们取即可实现。现将换成电阻应变片，即组成半桥单臂电桥，随构件产生应变造成传感器电阻变化时，式（2-2）变成可见，输出电压与电阻变化率成线性关系，也即和应变成线性关系，由此即可测出力值，由式（2-3）可得半桥单臂工作输出的电压灵敏度（a）半桥双臂（b）全桥电路对于半桥双臂3.温度误差及其补偿（2）温度补偿应