文档介绍：第二章传感器及测量系统(1)
吉林大学机械电子工程学科
赵丁选
11/10/2017
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传感器及测量系统概述
传感器及测量系统概述
在机电一体化产品中,传感器及测量系统是一个十分重要的环节
是获取信息与处理信息的手段
只有在获得既准确又可靠的信息基础上,才能实现自动化,节省能源和原材料,提高机器效率。
信息采集与处理:模拟量←→数字量。A/D转换器、D/A转换器。
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传感器及测量系统概述
发展趋势:
(1)集成化:集成(传感器、放大器、运算器、补偿器等);组合(不同功能的传感器);排列(成矩阵)。
(2)多功能化:如温度与湿度、气敏与湿度、速度与长度等多功能传感器。
(3)智能化:不但能对外界信号进行转换与测量,同时还具有记忆存储、运算及数据处理等功能。
(4)数字化:数字显示与微处理机的应用,使传感器应用更为方便,可提高稳定性及精度,简化结构。
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传感器及测量系统概述
模拟量传感器及测量电路
传感器及测量电路:物理量、化学性能→电信号∝F(U,I,f)
模拟量传感:(1)直接传感器; (2)差动传感器(信号相加,干扰相减);(3)补偿传感器(抗干扰)。
模拟量传感器性能指标:精确度、稳定性、输入/输出特性。
图2-2-1模拟量传感器及其测量电路结构
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模拟量传感器及测量电路
模拟量传感器性能指标

精确度指标:共有三个:精密度、准确度、精度。
在工程上常用精度等级来表示传感器的精度(相对误差)。
传感器的精度等级一般分为:,,,,,…,,,,。
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模拟量传感器性能指标

传感器的稳定性有两个方面:
(1)稳定度:
传感器的输出在所有条件恒定的情况下,于规定的时间内,维持其值不变的能力。如:。
(2)影响量:
传感器的输出在外界条件变化的情况下而引起输出的变化量。/℃。
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模拟量传感器性能指标

分类:静特性、动特性。
1、静特性
定义:静特性是指输入量不随时间而变化,只考虑它们之间的静态关系
静特性的主要指标:线性度、灵敏度与滞环。
(1)线性度:是指传感器输入/输出特性曲线用一条直线来近似代替时其准确程度。传感器输入与输出的典型特性曲线如图2-3-1所示。
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模拟量传感器性能指标
(2)灵敏度:传感器输出量增量与输入量增量之比,即传感器输入/输出特性曲线上各点的斜率。
(3)滞环:传感器输入/输出静特性在输入量上升时和下降时输出特性的不一致性。
图2-3-1传感器输入/输出的曲型特性曲线
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模拟量传感器性能指标
滞环误差和滞环率为:
滞环是由于传感器吸收能量所产生,所以滞环效应常伴着死区效应。
图2-3-2滞环与滞环误差图 2-3-3一阶动力学系统
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模拟量传感器性能指标
2 、动特性
定义:当输入量随时间变化很快时,输入量与输出量之间的动态关系。
传感器输入/输出的动态特性是含有时间变量的微分方程。
表达式为:
bny(n)+bn-1y(n-1)+…+b1y(1)+b0y=bx(t)
式中:b0、b1、…、bn——对线性系统来说是常数
y、y(1)、…、y(n)——输出信号的各阶导数
输入信号x(t)与输出信号y(t)具有相同的量纲。
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模拟量传感器性能指标