【文章內(nèi)容簡介】 染問題日益嚴重，人們迫切希望擁有一 種能對污染物進行連續(xù)、快速、在線監(jiān)測的儀器，傳感器滿足了人們的要求。目前，已有相當一部分傳感器應用于環(huán)境監(jiān)測中。 項目 1 傳感器的基本知識 舉例來說，二氧化硫是酸雨形成的主要原因，傳統(tǒng)的方法很多，現(xiàn)在將亞細胞類脂類固定在醋酸纖維膜上，和氧電極制成安培型生物傳感器，可對酸雨酸霧溶液進行檢測，大大簡化了檢測方法。環(huán)境監(jiān)測站示意圖如圖 。 圖 環(huán)境監(jiān)測站示意圖 傳感器與環(huán)境保護 2022年 2月 15日星期二 60 （ 5）在軍事中的應用 當今，傳感器在軍事上的應用極為廣泛，可以說無時不用、無處不用，大到飛機、艦船、坦克、火炮裝備系統(tǒng)，小到單兵作戰(zhàn)武器，從參戰(zhàn)的武器系統(tǒng)到后勤保障，遍及整個作戰(zhàn)系統(tǒng)及作戰(zhàn)的全過程。 項目 1 傳感器的基本知識 舉例來說，美國航天飛機上的傳感器有 100多種 4000多個；用于陸兵單兵作戰(zhàn)的多功能電子設備，包括各類 mems傳感器，如夜視儀、紅外瞄準器等；有多種微型傳感器的機器人坦克、自主式地面車輛已投入使用。紅外夜視儀效果圖如圖 。 圖 紅外夜視儀效果圖 61 （ 6）在家用電器中的應用 隨著電子技術的興起，家用電器正向自動化、智能化的方向發(fā)展。自動化和智能化的中心就是研制計算機和各種類型的傳感器組成的控制系統(tǒng)。 舉例來說，一臺空調(diào)器采用微型計算機控制配合傳感器技術，可以實現(xiàn)壓縮機的啟動、停機、風扇搖頭、風門調(diào)節(jié)、換氣等，從而對溫度、濕度和空氣濁度進行控制。 項目 1 傳感器的基本知識 圖 測量空調(diào)壓縮機轉速示意圖 62 （ 8）在智能建筑領域中的應用 智能建筑是未來建筑一種必然趨勢，具有微型集成化、高精度、數(shù)字化特征的智能傳感器將在智能建筑中占有重要位置。 舉例來說，閉路監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、停車廠管理系統(tǒng)、小區(qū)一卡通系統(tǒng)、紅外周界報警系統(tǒng)、電子圍欄，巡更系統(tǒng)、考勤門禁系統(tǒng)，電子考場系統(tǒng)、智能門鎖等等。防盜報警系統(tǒng)示意圖如圖 。 項目 1 傳感器的基本知識 圖 防盜報警系統(tǒng)示意圖 工業(yè)檢測、自動控制系統(tǒng)中 項目 1 傳感器的基本知識 樓宇自動控制系統(tǒng) ?自動識別 ―― 門禁管理系統(tǒng)、感應式 IC卡識別、指紋識別； ?遠程抄收與管理系統(tǒng) ―― 水、電、氣、熱量通過傳感器設置遠程自動化抄表； ?巡更系統(tǒng) ―― 保安管理。 ? Ihouse：空間別墅 ? 傳感器與家用電器 傳感器與家用電器 ?未來的家庭將由作為中央控制裝置的微型計算機，通過各種傳感器代替人監(jiān)視家庭的各種狀態(tài)，并通過控制設備進行著各種控制。 ?安全監(jiān)視與報警、空調(diào)及照明控制、耗能控制、太陽光自動跟蹤、家務勞動自動化及人身健康管理等。 傳感器在機器人上的應用 傳感器在機器人上的應用 ?在勞動強度大或危險作業(yè)的場所，已逐步使用機器人取代人的工作。 ?一些高速度、高精度的工作，由機器人來承擔也是非常合適的。 ?要使機器人和人的功能更為接近，這就要給機器人安裝 視覺傳感器 和 觸覺傳感器 ，使機器人通過視覺對物體進行識別和檢測，通過觸覺對物體產(chǎn)生壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。 傳感器與航空及航天 ?使用傳感器進行速度、加速度和飛行距離的測量。 ? 飛行的方向，飛行姿態(tài)、飛行環(huán)境、飛行器本身的狀態(tài)及內(nèi)部設備的監(jiān)控也都要通過傳感器進行檢測。 傳感器與遙感技術 ?從飛機、人造衛(wèi)星、宇宙飛船及船舶上對遠距離的廣大區(qū)域的被測物體及其狀態(tài)進行大規(guī)模探測的一門技術。 ?圖為在衛(wèi)星上通過遙感技術拍攝的美國空軍基地。 思考四： 未來世界會有什么樣的傳感器呢？ ?智能房屋（自動識別主人，太陽能提供能源）； ?智能衣服（自動調(diào)節(jié)溫度）； ?智能公路（自動顯示、記錄公路的壓力、溫度、車流量）； ?智能汽車（無人駕駛、衛(wèi)星定位） …… 項目 1 傳感器的基本知識 ? 項目總結 1. 知識重點： ? 掌握傳感器的定義 、 組成； ? 傳感器的靜態(tài)特性指標 。 2. 實踐技能： ? 會分析傳感器的靜態(tài)特性指標； ? 會建立傳感器的數(shù)學模型 。 模塊 1 傳感器與檢測技術基本知識 傳感器的基本知識 項目 1 測量及誤差的基本知識 測量及誤差的基本知識 項目 2 傳感器接口電路 項目 3 項目 2 測量及誤差的基本知識 ? 項目目標 ① 了解測量誤差的表示方法及分類； ② 會通過誤差判斷傳感器的精度等級 。 項目 2 測量及誤差的基本知識 ? 項目分析 ① 通過各種手段查閱誤差的表示方法及分類； ② 通過誤差分析判斷傳感器是否滿足精度要求 。 項目 2 測量及誤差的基本知識 ? 項目實施 1. 誤差的表示方法 ? 由于 測量方法 和 儀器設備 的不完善， 周圍環(huán)境 的影響，以及人的 觀察力 等限制，實際測量值和真值之間，總是存在一定的差異。 ? 人們常用 絕對誤 差、 相對誤差 等來說明一個近似值的準確程度。 ? 為了評定實驗測量數(shù)據(jù)精確性或誤差，認清誤差的來源及其影響，需要對測量的誤差進行分析和討論。由此可以判定哪些 因素 是影響實驗精確度的主要方面，進一步改進測量方法，縮小實際測量值和真值之間的差值，提高測量的精確性。 ① 絕對誤差 0XA??式中， Δ──絕對誤差； X──測量值； A0──真值。 常用 高一級標準儀器 的示值 A代替真值。 () XA?? () 項目 2 測量及誤差的基本知識 ② 相對誤差 ? 一般來說，除了某些理論分析外，用示值相對誤差較為適宜。 () 100%A A? ???式中， γA──實際相對誤差； Δ──絕對誤差； A──實際值。 以儀器的示值 X代替實際值 A的相對誤差稱為 示值相對誤差 。記為： 100%X X? ??? () 式中， γX──示值相對誤差； Δ──絕對誤差； X──測量值； 項目 2 測量及誤差的基本知識 ③ 引用誤差 如滿刻度為 5A的電流表測量電流，示數(shù)為 4A，實際電流為 ，此電流的引用誤差是多少 ? [ ( 4 ) / 5 ] 100% %Q ? ? ? ? ? 為了計算和劃分儀表精確度 等級 ，提出引用誤差概念 。 其定義為儀表 的 示值絕對誤差與量程范圍之比。 1 0 0 % 1 0 0 %AnX? ?? ? ? ?示 值 絕 對 誤 差量 程 范 圍() 式中， γA──引用誤差； Δ──示值的絕對誤差； X──標尺上限值－標尺下限值。 項目 2 測量及誤差的基本知識 ? 項目實施 2. 測量儀表精確度 ? 測量儀表的精度等級是用最大引用誤差（又稱 允許誤差 ）來標明。 ? 它等于儀表最大示值絕對誤差與儀表的量程范圍之比的百分數(shù)。 m a xm a x 1 0 0 % 1 0 0 %nnX? ?? ? ? ?最 大 示 值 絕 對 誤 差量 程 范 圍() 式中， γnmax ──引用誤差； Δmax ──儀表示值的最大絕對誤差； Xn ──量程范圍，即標尺上限值減去標尺下限值。 項目 2 測量及誤差的基本知識 ? 項目實施 2. 測量儀表精確度 ? 測量儀表的精度等級是國家統(tǒng)一規(guī)定的，把允許誤差中百分號去掉，剩下的數(shù)字的絕對值稱為儀表的精度等級。 ? 例如某臺壓力計的允許誤差為 %，這臺壓力計電工儀表的精度等級就是 ，通常簡稱 。 ? 我國儀表的精度等級分 7級 :、 、 、 、 、 、 。 ? 儀表的精度等級常以圓圈內(nèi)的數(shù)字標明在儀表的面板上。儀表精度等級示意圖如圖 。 圖 儀表精度等級示意圖 項目 2 測量及誤差的基本知識 ? 項目實施 2. 測量儀表精確度 ? 儀表的精度等級為 a，它表明儀表在正常工作條件下，其最大引用誤差的絕對值 δmax不能超過的界限，即 m a xm a x 1 0 0 % %nnaX? ?? ? ? () ? 由式 ()可知，在應用儀表進行測量時所能產(chǎn)生的最大絕對誤差為 m a x % naX? ? ? () 項目 2 測量及誤差的基本知識 【 例 】 用量限為 5A，精度為 ，分別測量兩個電流，I1 =5A， I2 =，試求測量 I1和 I2的相對誤差為多少？ 解： 115% 0 . 5 % 0 . 5 %5nm IaI? ? ? ? ? ?225% 0 .5 % 1 .0 %2 .5nm IaI? ? ? ? ? ?（ ） （ ） 上例說明，當儀表的精度等級選定時，所選儀表的測量上限越接近被測量的值，則測量的相對誤差值越小。 項目 2 測量及誤差的基本知識 【 例 】 欲測量約 90V的電壓，實驗室現(xiàn)有 0~300V和 0~100V的電壓表。問選用哪一種電壓表進行測量更好？ 解： 上例說明，如果選擇得當，用量程范圍適當?shù)?，能得到比用量程范圍大的 。 用 0~300V的電壓表測量 90V的相對誤差為 0 . 5 1300% 0 . 5 % 1 . 7 %90nmUaU? ? ? ? ? ?（ ） 用 0~100V的電壓表測量 90V的相對誤差為 1 . 0 2100% 1 . 0 % 1 . 1 %90nmUaU? ? ? ? ? ?（ ） 因此，在選用儀表時，應根據(jù)被測量值的大小，在滿足被測量數(shù)值范圍的前提下，盡可能選擇 量程小 的儀表，并使測量值大于所選儀表滿刻度的 三分之二 ，即 X＞ 2Xn/3 。這樣就可以達到滿足測量誤差要求，又可以選擇精度等級較低的測量儀表，從而降低儀表的成本。 ? 項目實施 2. 知識鏈接 （ 1） 測量基本概念 項目 2 測量及誤差的基本知識 ? 測量是以確定量值為目的的一系列操作。 ? 測量就是將被測量與同種性質(zhì)的 標準量 進行比較，確定被測量對標準量的倍數(shù)。 ? 由測量所獲得的被測的量值叫 測量結果 。 ? 測量結果可用一定的數(shù)值表示，也可以用一條曲線或某種圖形表示。但無論其表現(xiàn)形式如何，測量結果應包括三部分： 大小 、 符號 （正或負）、 單位 三個要素。