任务1 认知传感器与检测技术装置（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（重庆大学版）

任务1 认知传感器与检测技术装置 任务导航 在信息社会的一切活动领域中，检测是科学地认识各种现象的基础性方法和手段。现代化的检测手段在很大程度上决定了生产、科学技术的发展水平，而科学技术的发展又为检测技术提供了新的理论基础和制造工艺，同时对检测技术提出了更高的要求。检测技术是所有科学技术的基础，是自动化技术的支柱之一。 传感器与检测技术术是一门以研究检测系统中信息提取、转换及处理的理论和技术为主要内容的应用技术学科，本项目是传感器与检测技术术的理论基础。 学习目标 1.知识目标 （1）知道传感器的定义； （2）了解传感器的基本组成部分及其分类； （3）掌握传感器的基本特征参数； （4）掌握弹性敏感元件。 （5）了解传感器与检测技术实验装置组成。 2.能力目标 （1）能识别实验台配置的相关传感器； （2）会应用传感器实验系统软件； （3）能说出实验台各模块的作用及面板功能； （4）会计算传感器的非线性误差及灵敏度； （5）知道岗位操作规程，具有安全操作意识； （6）完成实验报告。 1.4 传感器及其基本特性 1.4.1 传感器的定义及组成 1.传感器 从广义上讲，传感器就是能够感觉外界信息，并能按一定规律将这些信息转换成可用的输出信号的器件或装置。这一概念包含了下面三方面的含义： （1）传感器是一种能够完成提取外界信息任务的装置。 （2）传感器的输入量通常指非电量，如物理量、化学量、生物量等；而输出量是便于传输、转换、处理、显示等的物理量，主要是电量信号。例如电容传感器的输入量可以是力、压力、位移、速度等非电量信号，输出则是电压信号。 （3）传感器的输出量与输入量之间精确地保持一定规律。 2.传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，如图1.3所示： 学习活动 （1）敏感元件：是传感器中能直接感受被测量的部分，即直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量。 （2）转换元件：是传感器中将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 （3）转换电路：将电路参数转换成便于测量的电压、电流、频率等电量信号。 1.4.2传感器的分类 1.按被测物理量分类 分为温度、压力、流量、物位、位移、加速度、磁场、光通量等传感器。这种方法明确表明了传感器的用途，便于使用者选用，如压力传感器用于测量压力信号。 图1.3 传感器组成框图 2.按传感器工作原理分类 分为电阻传感器、电感传感器、电容传感器、光敏传感器、热敏传感器、磁敏传感器等，这种方法表明了传感器的工作原理，有利于传感器的设计和应用。例如电容传感器就是将被测量转换成电容值的变化。 3.按传感器转换能量供给形式分类 分为能量变换型（发电型）和能量控制型（参量型）两种。 能量变换型传感器在进行信号转换时不需另外提供能量，就可将输入信号能量变换为另一种形式能量输出，例如热电偶传感器、压电式传感器等。 能量控制型传感器工作时必须有外加电源，例如电阻、电感、电容、霍尔式传感器等。 4.按传感器工作机理分类 分为结构型传感器和物性型传感器。 结构型传感器是指被测量变化时引起了传感器结构发生改变，从而引起输出电量变化。例如电容压力传感器就属于这种传感器，外加压力变化时，电容极板发生位移，结构改变引起电容值变化，输出电压也发生变化。 物性型传感器是利用物质的物理或化学特性随被测参数变化的原理构成，一般没有可动结构部分，易小型化，例如各种半导体传感器。 习惯上常把工作原理和用途结合起来命名传感器，如电容式压力传感器、电感式位移传感器等。 1.4.3 传感器的基本特性 传感器的基本特性是指传感器的输出与输入之间的关系。由于传感器测量的参数一般有两种形式：一种是不随时间的变化而变化（或变化极其缓慢）的稳态信号；另一种是随时间的变化而变化的动态信号。因此传感器的基本特性分为静态特性和动态特性。 1.传感器的静态特性与指标 传感器的静态特性是指传感器输入信号处于稳定状态时，其输出与输入之间呈现的关系。 衡量静态特性的主要指标有：精确度、稳定性、灵敏度、线性度、迟滞和可靠性等。 （1）精确度 精确度是反映测量系统中系统误差和随机误差的综合评定指标。与精确度有关的指标有：精密度、准确度和精确度。 ①精密度：说明测量系统指示值的分散程度。精密度反映了随机误差的大小，精密度高则随机误