传感器及检测技术项目一 传感器误差与特性分析任务1 检测结果的数据整理1.1.1 测量与测量方法1.检测2.测量方法(1)电测法和非电测法(2)直接测量和间接测量(3)静态测量和动态测量(4)接触性测量和非接触性测量(5)模拟式测量和数字式测量1.1.2 测量误差及其表示方法测量误差：测量值与其真值之间的差值例：某温度计的量程范围为0-500ºC ，校验时该表的最大绝对误差为6ºC ，试确定其精度等级？查表1.1，精度等级应定为1.5级任务1：现有0.5级的0~300ºC 和1.0级0~100ºC 的两个温度计，欲测量80ºC 的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？实施：0.5级的0~300ºC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量80ºC 可能出现的最大示值相对误差为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧引用误差示值（标称）相对误差实际相对误差相对误差绝对误差x γγ%.21%1005006%100=⨯=⨯∆=m mm A x γ5.1)0300(%5.0111=-⨯==∆m m m A x γ1.0级的0~100ºC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量80ºC 可能出现的最大示值相对误差为：结论：选用1.0级的0~100ºC 的温度计较好。
选用仪器时，不能单纯追求精度，而是要兼顾精度和量程1.1.3 测量误差的分类及来源1.系统误差2.随机误差3.粗大误差（疏忽误差、过失误差)4.缓变误差任务2 传感器特性分析与传感器选用1.2.1 传感器的组成及其分类1.2.2 传感器的静态特性与指标传感器的静态特性指标1.精密度、准确度和精确度2.稳定性1)0100(%.01222=-⨯==∆m m m A x γ%25.1%100801%10022=⨯=⨯∆=x x m x γ⎩⎨⎧动态特性静态特性3.灵敏度4.线性度（非线性误差）5.迟滞6.可靠性1.2.3 传感器的动态特性与指标1.动态特性2.传感器的阶跃响应3.传感器的频率响应1.2.4 传感器的标定项目二速度与位移测量 任务1 压电传感器测量加速度新课导入生活中的压电效应现象及应用新知识讲授知识链接自发电式传感器：以某些电介质的压电效应为基础，外力作用下，在电介质表面上产生电荷，实现力与电荷的转换，完成非电量（动态力、加速度等）的检测，但不能用于静态参数的测量2.1.1 压电效应1、压电效应2、逆压电效应2.1.2 压电材料1．压电晶体2．压电陶瓷⎩⎨⎧动态标定静态标定⎪⎩⎪⎨⎧高分子压电材料压电陶瓷（多晶体）压电晶体（单晶体）3．高分子压电材料2.1.3 压电式传感器测量电路1．压电元件的等效电路2．压电式传感器的等效电路任务与实施【任务1】 随着人民生活水平的提高，小轿车已进入了普通百姓家庭之中。
但交通拥挤极易造成交通事故。
一旦发生撞车事故，及时保护乘员的安全必须放在首位。
如何根据车速的变化及时判断汽车属于正常行驶还是发生撞车事故呢？【实施方案】 当汽车在正常的高速行驶中发生撞车事故时，其加速度的变化很大，因此可以根据负向加速度的变化判断是否需要对乘员进行保护。
测量加速度用压电传感器具有结构简单、体积小、重量轻、坚实牢固、振动频率高（频率范围约为0.3～10 kHz ）、加速度测量范围大（加速度为10-5 g ～10-4 g ，g 为重力加速度9.8 m/s2）和工作温度范围宽等优点，在汽车、飞机、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中获得广泛应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。
【任务2】 在公路运输中，货车超载、肇事逃逸等现象屡屡发生，给人们的安全带来了极大的隐患。
及时根据现场留下的信息进行准确判断、快速高效处理交通事故便成为交警的当务之急。
现有一辆肇事车辆以较快的车速冲过测速传感器，那么如何测量车速和汽车载重、确定汽车的车型、判断汽车是否超速或超重行驶呢？【实施方案】将两根相距2m 的高分子压电电缆平行埋设于柏油公路路面下约5cm ，当一辆肇事车辆以较快的车速冲过测速传感器时，两根PVDF 压电电缆测速原理如下图所示： 小结压电效应及逆压电效应；压电效应的应用；压电材料及种类；压电效应测力的转换电路hkm h km s m s m t L v /86.102/1000/360057.28/57.2807.0/2/=⨯====ms s m vt d 3105.0/57.28=⨯==任务2 光电传感器测量转度导入知识回顾：压电效应及逆压电效应压电效应的应用新知识讲授光电效应用光照射某一物体，可以看做物体受到一连串能量为E 的光子的轰击，组成这种物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应2.2.2 光电器件1．光电管2．光敏电阻3．光敏晶体管（1）光敏二极管①结构及工作原理（2）光敏三极管①结构及工作原理⎪⎩⎪⎨⎧件）电池等（半导体光电器生一定方向电动势，光光生伏特效应：物体产件）极管等（半导体光电器率改变，光敏电阻、二内光电效应：物体电阻玻璃真空管光电器件）物体表面，光电管等（外光电效应：电子逸出②特性③检测方法④应用电路4．光电池任务与实施【任务1】 在冷轧带钢厂中，带钢在某些工艺如连续酸洗、退火、镀锡等过程中易产生走偏。
在其他工业部门如印染、造纸、胶片、磁带等生产过程中也会发生类似的问题。
带材走偏时，边缘经常与传送机械发生碰撞，易出现卷边，造成次品。
实际中如何克服此种现象以提高产品的质量呢？【任务2】 在转速测量过程中，传统的机械式转速表和接触式电子转速表均会影响被测物的旋转速度，且被测旋转速度的大小也有一定的限制，不能很好满足自动化的要求。
如何在不干扰被测物体转动的前提下实现高转速测量呢？任务3 霍尔传感器测量位移导入知识回顾：光电效应及分类；光电器件及其特性；光电传感器组成及应用新课讲授2.3.1 霍尔元件工作原理2.3.2 霍尔元件的主要特性参数2.3.3 霍尔元件的测量电路及补偿1．基本测量电路θcos H H IB K E=2．温度补偿的方法（1）为什么要进行温度补偿？（2）补偿的方法：①恒流源补偿法：②选择合理的负载电阻进行补偿③利用霍尔元件输入回路的串联电阻或并联电阻进行补偿的方法④热敏电阻补偿法3．不等位电势的补偿（1）不等位电势及其产生原因（2）补偿的方法及原理2.3.4 霍尔传感器的应用（1）角位移测量仪（2）霍尔转速表项目三 流量测量：任务1 差压式流量计测流量新课导入生活中流量传感器的实例新知识讲授3.1.1 流量及其测量方法1．流量2．流量测量方法3.1.2 差压式流量计（节流式流量计）1．测量原理与流量方程2．标准节流装置（1）标准节流件（2）取压方式3．标准节流装置的使用条件与管道条件3.1.3 差压计1．双波纹管差压计2．膜片式差压计任务与实施【任务】差压式流量计在工业领域流量测量方面应用非常广泛，它的使用量大概占全部流量仪表的60%～70%。
当被测介质不同时，在安装方面应注意哪些问题？差压式流量测量元件vAq q q q q v v v ===或或ρρmm ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧质量流量测量法速度法节流差压法容积法⎩⎨⎧的静压差并显示测量值）：测量节流元件前后差压计（或差压变送器的流量转换成差压信号节流装置：将被测流体)(222100p p F p F q v -=∆=ραεραε)(222100m p p F p F q -=∆=ραεραε应如何校验？【实施方案】差压式流量计主要由节流装置、传送差压信号的引压管路及差压计组成。
各部分是否可靠正确地安装，将直接影响测量精确度，因此必须十分重视安装工作任务2 容积式流量计测流量新课导入生活中流量传感器的实例新知识讲授任务2 容积式流量计测流量3.2.1 椭圆齿轮流量计1、结构原理2、应用特点3.2.2 腰轮流量传感器1、结构原理2、应用特点3.2.3 刮板式流量计1、结构原理2、应用特点任务3 速度式流量计测流量课程导入知识回顾：流量及其测量方法；差压式流量计结构原理；容积式流量计结构原理新课讲授3.3.1 电磁流量计1．测量原理⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧→→=→指示器：显示调节器：控制转换器：变送器：o )()(U E BDv E q q m v KE E B DD v q v ===442ππ3.3.2 涡轮流量计 1．测量原理 2．结构3.3.3 超声波流量计 1．测量原理 （1）时差 （2）相位差法 （3）频率差法3.3.4 流体振动式流量计 1．涡街流量计 （1） 测量原理与结构 （2）旋涡频率的检测2. 旋进式旋涡流量计 任务与实施Kff z rA vq v ==βπtan 2⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+=v c L t v c L t 21tLc v c Lvv c Lv t t t ∆≈⇒≈-=-=∆222222212t Dc q t D c v v c D t v c D t v ∆=⇒∆=⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+=8tan 2tan cos sin cos sin 2221θπθθθθθϕωθθωϕ∆=∆=⇒∆=∆D c t D c v t 2tan 2tan 22f D v D q v D f f f D v c f D v c f v ∆==⇒=-=∆⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+=θππθθθθθ2sin 442sin sin /cos sin /cos 322121dv S f t=Kff St d A vA q v ===0项目四 力测量 任务1电阻应变式传感器测量压力 导入温度测量传感器的种类及其相应原理 任务1 电阻应变式传感器测量压力 知识链接电阻式传感器的基本原理被测量的变化-R ∆-转换电路（直流电桥）-o U 4.1.1 电阻应变片的种类与结构 1、丝式应变片 2、箔式应变片 3、薄膜应变片 4.1.2 电阻的应变效应 1、应变效应 2、弹性敏感原件 （1）柱式弹性原件 （2）薄壁圆筒 （3）悬臂梁 4.1.3 测量电路 1、直流电桥工作原理知识链接电阻式传感器的基本原理被测量的变化-R ∆-转换电路（直流电桥）-o U 4.1.3 测量电路 2、电阻应变片测量电桥x K RR ε=∆)(AE F x =εAEFK R R =∆l x ∆=εSS S U R R R R R R R R R R U R R R U R U U U ))((43213241433211310++-=+-+=-=0o 3241=⇒=U R R RR（1）应变片单臂工作直流电桥（2）应变片双臂直流电桥（半桥）结论：相同条件下（供电电源和应变片型号不变）半桥差动输出是单臂输出的2倍。