chap01绪论（课件）- 《传感器检测技术》同步教学（铁道版）

传感器检测技术 中国铁道出版社 2024/1/5 2 第一章. 绪论 引言 1.1传感器 1.2传感器基本特性 1.3传感器技术发展趋势 1.4变送器 1.5 传感器的标定和校准 引言 对传感器进行标定，目的是根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。这样，通过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的，所确定的精度才是可信的。 传感器的标定分为静态特性标定和动态特性标定。 1.1传感器 传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置，其作用是感受被测参量的变化并按照一定规律和精确度将其转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量信号。 1.1.1传感器 含意：①传感器是测量装置，能完成信息采集任务；②它的输入量是某一被测量，可能是物理量、化学量、生物量等；③它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，输出物理量可是气、光、电量，但主要是电量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确度。 1.1.2传感器组成 图1-1 传感器组成框图 1.1.3传感器的分类 表1-1 传感器的分类 1.1.4传感器的作用与地位 传感器为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理的电信号，所以传感器的作用与地位就特别重要了。 “没有传感器就没有现代科学技术”已为全世界所公认。 若将计算机比喻为人的大脑，那么传感器则可以比喻为人的感觉器官。 1.2传感器基本特性 表1-2传感器的主要性能指标 1.2.1传感器静(态)特性 所谓静（态）特性是传感器在稳态（输入量为常量，或变化极慢时）输入信号作用下，传感器输出与输入信号之间的关系，一般用曲线、数学表达式或表格表示。 衡量静态特性的主要参数 1.测量范围 2.线性度 3.灵敏度 4.分辨率 5.灵敏限 6.迟滞 7.重复性 8.稳定性 1.2.2传感器动(态)特性 1.传感器的动态特性 所谓静（态）特性是传感器在稳态（输入量为常量，或变化极慢时）输入信号作用下，传感器输出与输入信号之间的关系，一般用曲线、数学表达式或表格表示； 当输入量随时间较快地变化时，这一关系就称为动（态）特性，动态特性是传感器输出随时间变化的响应特性。 2.传感器动态特性的研究方法 研究动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。 表1-3传感器动态测量输入信号 由于输入信号的时间函数是各种各样的，在时域内研究传感器的动态特性时，只能研究几种特性的输入时间函数如阶跃函数、脉冲函数和斜波函数等的响应特性。通常取输入为阶跃信号时的输出响应。 一阶系统：动态性能可以用一阶微分方程来描述；二阶系统：动态性能可以用二阶微分方程来描述。 3.一阶传感器动态特性 图1-8一阶传感器阶跃输入的响应曲线 4.二阶传感器动态特性 图1-9二阶传感器的单位阶跃响应 5.过渡过程与传感器的阶跃响应特性指标 图1-10二阶传感器的阶跃响应特性指标 6.传感器的频率响应特性 (a) 幅频特性 (b) 相频特性 图1-11一阶传感器幅频特性和相频特性 6.传感器的频率响应特性 （a）幅频特性 （b）相频特性 图1-12二阶传感器的频率特性 1.3传感器技术发展趋势 传感器技术的主要发展动向，是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺，进一步实现传感器的集成化与多功能化。当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。 1.4变送器 变送器（transmitter）是在传感器的基础上，将物理测量信号或普通电信号（非标准的输出信号）转换成标准信号或能够以通讯协议方式输出的设备。 变送器的传统输出直流电信号有0-5V、0-10V、1-5V、0-20mA、4-20mA等，目前工业上最广泛采用的是用4～20mA电流来传输模拟量。 1.4.4变送器技术指标 表1-4 电流电压变送器的技术指标 1.5 传感器的标定和校准 对传感器进行标定，目的是根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。这样，通过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的，所确定的精度才是可信的。 传感器的标定分为静态特性标定和动态特性标定。 1.5.1静态特性标定 静态标定过程步骤： ⑴将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距区间； ⑵根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐递增标准量值输入，记录与各输入值对应的输出值； ⑶将输入值由大到小逐渐递减，同时记录下与各输入值相