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，精度等级应定为级任务1：现有级的0~300ºC和级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：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：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传感器的组成及其分类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3.灵敏度4.线性度（非线性误差）5.迟滞6.可靠性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压电效应1、压电效应2、逆压电效应压电材料1．压电晶体2．压电陶瓷3．高分子压电材料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～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②特性③检测方法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霍尔元件工作原理霍尔元件的主要特性参数霍尔元件的测量电路及补偿1．基本测量电路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流量及其测量方法1．流量2．流量测量方法差压式流量计（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椭圆齿轮流量计1、结构原理2、应用特点腰轮流量传感器1、结构原理2、应用特点刮板式流量计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电磁流量计1．测量原理涡轮流量计1．测量原理2．结构超声波流量计1．测量原理（1）时差（2）相位差法（3）频率差法流体振动式流量计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测量电路2、电阻应变片测量电桥（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。
检测的灵敏度提高一倍。
应变片的温度误差及其补偿1、温度误差（1）单丝自补偿应变片（2）双丝组合式自补偿应变片（3）桥式电路补偿电阻应变式传感器的应用1、测量较大压力【任务】在生产过程中，需对动力管道设备进出口的气体或液体的压力、发动机内部的压力变化等进行测量，以实现自动控制及自动报警功能。
要求选择器件把压力信号转换为电信号，并完成信号处理，使最终输出的电信号与压力大小呈线性关系【实施方案】1．确定弹性元件2、确定测量用传感器3、测量电路4、信号补偿（1）温度引起的误差补偿（2）线路传输引起的误差补偿5、压力标定自感式传感器1、基本变间隙自感式传感器2、差动变间隙式传感器3、螺管型电感式传感器4、测量电路（1）交流变压器式电桥（2）谐振调幅电路（3）谐振调频电路互感式传感器1、螺线管式差动变压器2、变间隙式差动变压器传感器小结电感传感器测力原理及种类电感传感器测量电路任务2 电感式传感器测量压力(二)互感式传感器3、测量电路（1）差动整流电路衔铁在零位：衔铁上移：衔铁下移：（2）相敏检波电路电感式传感器的应用1、用自感式传感器测量位移2、用变压器式传感器测量加速度3、用变压器式传感器测量压力【任务】在液体输送管道中需要了解流动中液体的压力。
要求把液体压力信号转换为电信号，并对其转换出的信号进行处理，使处理后输出的电信号与液体压力呈一一对应关系。
【实现方案】完成气体压力测量可按如下环节进行1．确定弹性元件2．确定测量用传感器3．确定测量电路项目五 温度测量任务1 热电偶传感器测量温度 导入 测量温度的传感器的种类，本次课程要求。
新课讲授项目2 温度测量任务1 热电偶传感器测量温度热电偶工作原理热电偶温度传感器将被测温度转化为mV 级热电动势信号输出，属于自发电型传感器，测温范围为270～1800℃。
测温时需将热电偶通过连接导线与显示仪表相连接组成测温系统，实现远距离温度自动测量、显示、记录、报警和控制等，图所示的温度检测系统应用非常广泛。
1．热电效应将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，如图所示，当两个接点分别置于不同温度t 、t0（t > t0）中时，回路中就会产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。
两种导体称为热电极，所组成的回路称为热电偶，热电偶的两个工作端分别称为热端和冷端。
热电偶回路产生的热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成（1）接触电动势当A 、B 两种不同导体接触时，由于两者电子密度不同（设NA>NB ），从A 扩散到B 的电子数要比从B 扩散到A 的电子数多，于是在A 、B 接触面上形成了一个由A 到B 的静电场。
该静电场的作用一方面阻碍了A 导体电子的扩散运动，同时对B 导体电子的扩散运动起促进作用，最后达到动态平衡状态。
这时A 、B 接触面所形成的电位差称为接触电动势，其大小分别用eAB(t)、eAB(t0)表示。
接触电动势的大小与接点处温度高低和导体的电子密度有关。
温度越高，接触电动势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电动势越大。
图 热电偶测温系统示意图 图 热电偶回路（2）温差电动势将一根导体的两端分别置于不同的温度t、t0（t > t0）中时，由于导体热端的自由电子具有较大的动能，使得从热端扩散到冷端的电子数比从冷端扩散到热端的多，于是在导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。
与接触电势形成原理相同，在导体两端产生了温差电动势，分别用eA(t，t0)、eB(t，t0)表示。