【正文】 自動數(shù)據(jù)處理和誤差修正；⑤自動定時測量；⑥自動故障診斷。 ①利用新材料制作傳感器； ②利用新加工技術制作傳感器； ③采用新原理制作傳感器。 工程上采用 比較法 進行標定 ，俗稱 背靠背法 : 與動態(tài)特性已知已知的標準傳感器同時測量同一個被測量。 常用的標準動態(tài)激勵設備有 激振器、激波管、周期與非周期函數(shù)壓力發(fā)生器；（其中激振器可用于位移、速度、加速度、力、壓力傳感器的動態(tài)標定）。 5. 動態(tài)標定 通過確定其線性工作范圍 、 頻率響應函數(shù) 、 幅頻特性和相頻特性曲線 、 階躍響應曲線，來確定傳感器的頻率響應范圍 、 幅值誤差和相位誤差 、 時間常數(shù) 、阻尼比 、 固有頻率等。 傳感器的 靜態(tài)標定設備 有：力標定設備，壓力標定設備，溫度標定設備等。 靜態(tài)標定 是給傳感器輸入已知不變的標準非電量，測出其輸出，給出標定方程和標定常數(shù)，計算其靈敏度，線性度，滯差，重復性等傳感器的靜態(tài)指標。 校準 是指傳感器在使用前或使用過程中或擱置一段時間再使用時，必須對其性能參數(shù)進行復測或作必要的調(diào)整與修正，以確保傳感器的測量精度。 指傳感器允許使用 的工作溫度范圍以及環(huán)境壓力、環(huán)境振動和沖擊等引起的環(huán)境壓力誤差 、 環(huán)境振動誤差和沖擊誤差。 在動態(tài)測量中， 響應特性對測試結果有直接影響 。 一般地，利用光電效應、壓電效應等物性型傳感器，響應時間快，工作頻率范圍寬。 11 動態(tài)特 性： 反映了傳感器對于隨時間變化的動態(tài)量的響應特性。 精確度 ： 簡稱精度，它表示傳感器的輸出結果與被測量的實際值之間的符合程度，是測量值的精密程度與準確程度的綜合反映。 電阻應變式傳感器，濕度會影響其絕緣性；溫度影響其零漂， 零漂 是指還沒輸入時，輸出值隨時間變化而變化。線性度是以一定的擬合直線作基準與校準曲線作比較，用其不一致的最大偏差△ Lmax 與理論量程輸出值 Y（ =ymax— ymin）的百分比進行計算。 靈敏度的量綱，靈敏度是否為常數(shù)； 靈敏度的方向性，交叉耦合靈敏度越小越好。 過高的靈敏度會影響其適用的測量范圍。 靈敏度越高越好 ，因為靈敏度越高， 傳感器所能感知的變化量越小 ，即被測量稍有 微小變化，傳感器就有較大輸出。 系統(tǒng)總靈敏度 oK 等于各環(huán)節(jié)靈敏度 ik 的乘積， 0 1 2 nK k k k? 。過載能力通常用允許超過測量上限或下限的被測量值與量程的百分比表 示。 基本特性的評價指標與選用原則 1． 測量范圍 ： 是指傳感器在允許誤差限內(nèi)，其被測量值的范圍； 量 程 ： 是指傳感器在測量范圍內(nèi)上限值和下限值之差。 能夠進行信息獲取、信息 轉換、信息傳遞及信息處理等功能。 7）結構簡單、小巧，使用維護方便，通用性強，功耗低等。 3）工作可靠。 ： 1）高精度、低成本。 傳感器按 其傳遞、轉換信息的形式 可分為①接觸式環(huán)節(jié)；②模擬環(huán)節(jié)；③數(shù)字環(huán)節(jié)，其中最薄弱環(huán)節(jié)的動態(tài)特性即為該傳感器的動態(tài)特性。 3. 傳感器的動態(tài)特性 是指傳感器的輸出量對于隨時間變化的輸入量的響應特性，簡稱 動特性 。 是當傳感器的輸入量為常量或隨時間作緩慢變化時，傳感器的輸出與輸入之間的關系，叫靜態(tài)特性，簡稱靜特性。 ?開關型（二值型）： 包括接觸型（微動開關、行程開關、接觸開關）、非接觸型（光電開關、接近開關）； ?模擬型：包括 電阻型（電位器、電阻應變片）、電壓 \電流型（熱電偶、光電電池）、電容 \電感型（電容、電感式位置傳感器）； ?數(shù)字型： 包括 計數(shù)型 （ 脈沖或方波信號 +計數(shù)器 ） 、代碼型（回轉編碼器、礠尺）。 6. 按輸出信號的性質(zhì)分類 ： （ 1） 開關型（二值型）： 是“ 1”和“ 0”或開 (ON)和關（ OFF）； （ 2） 模擬型： 輸出是與輸入物理量變換相對應的連續(xù)變化的電量，其輸入 /輸出可線性，也可非線性； （ 3） 數(shù)字型： ① 計數(shù)型 ：又稱 脈沖數(shù)字型 ，它可以是任何一種脈沖發(fā)生器所發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比，加上計數(shù)器可對輸入量進行計數(shù)；② 代碼型 （又稱 編碼型 ）：輸出的信號是數(shù)字代碼 ，各碼道的狀態(tài)隨輸入量變化。 有利于傳感器的設計和應用： 5. 按傳感器能量源分類： （ 1） 無源型 ： 不需外加電源，而是將被測量的相關能量轉換成電量輸出（主要有：壓電式、磁電感應式、熱電式、光電式）又稱 能量轉換型 ； （ 2） 有源型 ： 需要外加電源才能輸出電量，又稱 能量控制型 （主要有：電阻式、電容式、電感式、霍爾式）。 3． 按被測物理量分類 8 如 位移傳感器 用于測量位移， 溫度傳感器 用于測量溫度。 2． 傳感器按工作機理： （ 1） 物性型傳感器 :利用某種性質(zhì)隨被測參數(shù)的變化而變化的原理制成的（主要有：光電式傳感器、壓電式傳感器）。 傳感器的分類 1． 按被測量對象分類： （ 1） 內(nèi)部信息傳感器 ：主要檢測系統(tǒng)內(nèi)部的位置、速度、力、力矩、溫度以及異常變化。 ③ 基本轉換電路： 是將該電信號轉換成便于傳輸，處理的電量。 ① 敏感元件： 是直接感受被測物理量，并以確定關系輸出另一物理量的元件（如彈性敏感元件將力、力矩轉換為位移或應變輸出）。 5 傳感器與檢測技術 6 目錄 7 傳感器與檢測技術 第一章 概述 傳感器 ： 是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。 機電一體化系統(tǒng)常用傳感器 傳感器的組成 傳感器一般由 敏感元件 ， 轉換元件 及 基本轉換電路 三部分 組成 。 ② 轉換元件： 是將敏感元件輸出的非電量轉換成電路參數(shù)（電阻、電感、電容）及電流或電壓等電信號。 大 多數(shù)傳感器為 開環(huán)系統(tǒng) ，也有帶反饋的 閉環(huán)系統(tǒng) 。 （ 2） 外部信息傳感器 ：主要檢測系統(tǒng)的外部環(huán)境狀態(tài)，它有相對應的接觸式（觸覺傳感器、滑動覺傳感器、壓覺傳感器）和非接觸式（視覺傳感器、超聲測距、激光測距）。 （ 2） 結構型 傳感器 是利用物理學中場的定律和運動定律等構成的（主要有電 感式傳感器、電容式傳感器、 光柵式傳感器）。 4. 按 工作原理分類 可分為 電阻式、電感式、電容式 、 光電式、磁電式、壓電式、熱電式 、陀螺式、機械式、流體式。 電阻式包括光敏電阻、熱敏電阻、濕敏電阻等形式 。其代碼“ 1”為高電平，“ 0”為低電平。 傳感器分類 轉換原理 傳感器名稱 典型應用 轉換 形式 中間 參量 電 參 數(shù) 電 阻 移動電位器觸點改變電阻 電位器傳感器 位移 改變電阻絲或電阻片的尺寸 電阻絲應變傳感器、半導體應變傳感器 微應變、力、負荷 利用電阻的溫度效應（電阻溫度系數(shù)） 熱絲傳感器 氣流速度、液體流量 電阻溫度傳感器 溫度、熱輻射 熱敏電阻傳感器 溫度 利用電阻的光敏效應 光敏電阻傳感器 光強 利用電阻的濕度效應 濕敏電阻 濕度 電 容 改變電容的幾何尺寸 電容傳感器 力、壓力、負荷、位移 改變電容的介電常數(shù) 液位、厚度、含水量 9 電 感 改變磁路的幾何尺寸、導磁體位置 電感傳感器 位移 渦流去磁效應 渦流傳感器 位移、厚度、硬度 利用壓磁效應 壓磁傳感器 力、壓力、扭矩 電 參 數(shù) 電 感 改變互感 差動變壓器 位移 自整角機 位移 旋轉變壓器 位移 頻 率 改變諧振回路中的固有參數(shù) 振弦式傳感器 壓力、力 振筒式傳感器 氣壓 石英諧振傳感器 力、溫度等 計 數(shù) 利用莫爾條紋 光柵 大角位移、大直線位移 改變互感 感應同步器 利用拾磁信號 磁柵 數(shù)字 利用數(shù)字編碼 角度編碼器 大角位移 電 量 電 動 勢 溫差電動勢 熱電偶 溫度、熱流 霍爾效應 霍爾傳感器 磁通、電流、壓力 電磁感應 磁電傳感器 速度、加速度 光電效應 光電池 光強 電 荷 輻射電離 電離室 離子計數(shù)、放射性強度 壓電效應 壓電傳感器 動態(tài)力、加速度 傳感器的特性及主要性能指標 特 性主要 是指 輸出 與 輸入 之間的關系，有 靜態(tài)特性 和 動態(tài)特性 。 表征傳感器 靜態(tài) 特性的 指標 有 線性度 、 靈敏度 、 重復性 等。取決于傳感器 的本身及輸入信號的形式 。 評定其動態(tài)特性的輸入信號 ：正弦周期信號、階躍信號。 2）高靈敏度。 4）穩(wěn)定性好，應長期工作穩(wěn)定，抗腐蝕性好； 5）抗干擾能力強； 6）動態(tài)性能良好。 傳感檢測技術的地位和作用 10 傳感檢測技術是一種隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展而迅猛發(fā)展的技術，是機電一體化系統(tǒng)不可缺少的關鍵技術之一。 應用： 儀器設備、家用電器、計算機集成制造系統(tǒng)（ CIMS）、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）、加工中心（ MC）、 CNC 機床、計算機輔助制造系統(tǒng)（ CAM）。 過載能力 ：一般情況下，在不引起傳感器的規(guī)定性能指標永久改變條件下，傳感器允許超過其測量范圍的能力。 2. 靈敏度 ： 是指傳感器輸出量 的變化量 Y? 與引起此變化的輸入量的變化 X? 之比。 靈敏度表示傳感器或傳感檢測系統(tǒng)對被測物理量變化的反應能力。 K 值越大，對外界反應越強。 放大噪聲，信噪比要好。 3. 線性度 ： 反映非線性誤差的程度是 線性度 。 m ax 100%L LY? ??? ： 是衡量在同一工作條件下，對同一被測量進行多 次連續(xù)測量所得結果之間的不一致程度的指標；（分散范圍小，重復性越好） 在相同條件，相當長時間內(nèi)，其輸入 /輸出特性不發(fā)生變化的能力， 影響傳感器穩(wěn)定性的因素 是 時間 和 環(huán)境 。長期使用會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。 7. 分辨力 是指傳感器能檢出被測量的最小變化量。傳感器的響應特性必須在所測頻率范圍內(nèi)努力保持 不失真測量 條件 ，時間延遲越小越好 。 結構型傳感器，固有頻率低。 頻域內(nèi)， 采用正弦輸入信號分析傳感器 檢測系統(tǒng)的頻率響應，包括 幅頻特性和相頻特性 ；時 域內(nèi)，采用系統(tǒng)對階躍信號的瞬態(tài)響應的超調(diào)量、響應時間、上升時間 等來分析系統(tǒng)的動態(tài)特性。 傳感器的標定與校準 標定 （計量學稱之為定度）是指在明確傳感器輸入 /輸出變換關系的前提下，利用某種標準器具產(chǎn)生已知的標準非電量（或其它標準量）輸入，確定其輸出電量與其輸入量之間的過程。 標定系統(tǒng)的組成 ： ① 被測非電量的標準發(fā)生器 或被測非 電量的標準測試系統(tǒng)； ②待標定傳感器； ③它所配接的信號調(diào)節(jié)顯示、記錄器等。對傳感器進行靜態(tài)標定時，首先要建立靜態(tài)標定系統(tǒng)。 對 標定 設備要求： ① 具有足夠的精度，至少應比被標定的傳感器高一個精度等級，并且應符合國家計量值傳遞的規(guī)定； ② 量程 范圍應與被標定傳感器的量程相適應； 12 ③ 性能穩(wěn)定可靠，使用方便，能適應多種環(huán)境。 動態(tài)標定的目的 是檢驗測試傳感器的動態(tài)性能指標。 振幅測量法 為 絕對標定 法 ， 精度較高， 但所需設備復雜，標定不方便，故常用于高精度傳感器與標準傳感器的標定 。 傳感器與檢測技術的發(fā)展方向 1. 開發(fā)新型傳感器 。 2. 傳感檢測技術的智能化 ： 傳感檢測系統(tǒng)目前迅速地由 模擬式、數(shù)字式 向 智能化 方向發(fā)展。 3. 復合傳感器 能同時檢測幾種物理量具有復合檢測功能的傳感器。 4. 研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器。 生物傳感器 與微電子技術相結合，將開創(chuàng)人造器官的新時代。 測量位移常用的方法有 ： 機械法 ， 光測法 ， 電測法 。再經(jīng)后接測量儀器進一步變換完成對位移檢測的一種方法。 測