傳感器技術概述：傳感器應用技術(傳感器概述).ppt

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絕對誤差：測量結果減去被測量的約定真值所得的差值。絕對誤差有符號和單位，它的單位與被測量相同。 測量儀器的修正值：就是與絕對誤差大小相等、符號相反的量，用C表示。則C=–Δx=x0-x。于是被測量的約定真值x0=x+C。 注意：修正值必須在儀器檢定的有效期內使用，否則要重新檢定，以獲得準確的修正值。 1. 絕對誤差 絕對誤差愈小，說明指示值愈接近真值，測量精度愈高。但這一結論只適用于被測量值相同的情況，而不能說明不同值的測量精度。例如，某測量長度的儀器，測量10 mm的長度，絕對誤差為0.001 mm；另一儀器測量200 mm長度，絕對誤差為0.01 mm。這就很難按絕對誤差的大小來判斷測量精度高低了，這是因為后者的絕對誤差雖然比前者大，但它相對于被測量的值卻顯得較小。為此引入相對誤差的概念。 相對誤差：絕對誤差與被測量真值的比值，常用百分數表示，即 相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。在上面的例子中 顯然，后一種長度測量儀表更精確。 2. 相對誤差 使用相對誤差評定測量精度，也有局限性。它只能說明不同測量結果的準確程度，但不適用于衡量測量儀表本身的精度。因為同一臺儀表在整個測量范圍內的相對誤差不是定值。隨著被測量的減小相對誤差變大。為了更合理地評價儀表質量；采用了引用誤差的概念。 引用誤差：以儀表的絕對誤差與儀表量程之比的百分數表示。 通常以最大引用誤差來定義測量儀表的精度等級，即 測量儀表一般采用最大引用誤差不能超過的允許值作為劃分精度等級的尺度。工業儀表常見的精度等級有0.1級，0.2級，0.5級，1.0級，1.5級，2.0級，2.5級， 5.0級。精度密度和精確度等級為1.0的儀表，在使用時它的最大引用誤差不超過±1.0％，也就是說，在整個量程內它的絕對誤差最大值不會超過其量程的±1％。 在具體測量某個量值時，相對誤差可以根據精度等級所確定的最大絕對誤差和儀表指示值進行計算。 3. 引用誤差 例1 一臺測量儀表，其標尺范圍為0－400℃。已知其絕對誤差最大值 。求其引用誤差。 例2 另一臺測量儀表，標尺范圍為0－200℃。已知其絕對誤差最大值 。 求其引用誤差。 例如一臺儀表的最大引用誤差為0.45％，則我們就說該儀表的精度為0.5級。 由此可以看到，最大引用誤差只能用來作為判斷儀表精度的尺度，而不能 直接用引用誤差的大小來表示儀表的精度，因為儀表的精度等級國家是有統一規 定的。 以上兩例可以看出，相同的絕對誤差，其量程大的儀表引用誤差小，而量程 小的儀表引用誤差大。 一般我們用儀表最大引用誤差的大小來作為判斷儀表精度的尺度。 精度等級的表示方法：1級表示為1.0，1.5級表示為1.5。一般都標注在儀表的表盤上。 1.5 1.5 精度的表達通常是以儀表最大引用誤差去掉百分號的數字，向上歸整的相應精度等級來表達 所謂1級表，即指該表的最大引用誤差 強調指出：前例中的 ，其儀表精度等級即為1.5級。 ，其儀表精度等級即為2.5級。 例：已知某一被測電壓約為10V，現有如下兩塊電壓表（1）150V，0.5級；（2）15V，2.5級。問選擇哪一塊表測量誤差較??？ 提示： 4. 隨機誤差δ (Random Error) : 在實際相同條件下，對同一被測量進行多次等精度測量時，由于各種隨機因素（如溫度、濕度、電源電壓波動、磁場等）的影響，各次測量值之間存在一定差異，這種差異就是隨機誤差。 特點：隨機誤差表示了測量結果偏離其真實值的分散情況。一般分布形式接近于正態分布。 消除方法：可采用在同一條件下，對被測量進行足夠多次重復測量，取其算術平均值作為測量結果的方法。 測量條件 引起誤差的原因 誤差特點 隨機誤差的處理方法 1) 概率、概率密度與正態分布 自然界中，某一事件或現象出現的客觀可能性大小，通常用概率來表示。 客觀的必然現象稱為必然事件。例如，平面三角形內角和為180°，就是一個必然事件。必然事件的概率為1。 違反客觀實際的不可能出現的現象稱為不可能事件，不可能事件的概率為零。 客觀上可能出現，也可能不出現，而且不能預測的

傳感器技術概述：傳感器技術

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傳感器技術
（電子工程學術語）
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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傳感器是指能感受規定的被測量，并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。 我國國家標準（GB7665-2005）對傳感器的定義是：“能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置”。傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。作用：利用物理效應、化學效應、生物效應，把被測的物理量、化學量、生物量等轉換成符合需要的電量。
中文名
傳感器技術
簡 介
指能感受規定的被測量
應用領域
實現測試與自動控制
用 途
傳感器作為信息獲取的重要手段
目錄
1
簡介
2
發展歷程
3
應用領域
4
發展趨勢與應用前景
傳感器技術簡介
語音
傳感器是能夠感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱.通常被測量是非電物理量，輸出信號一般為電量.當今世界正面臨一場新的技術革命，這場革命的主要基礎是信息技術，而傳感器技術被認為是信息技術三大支柱之一.一些發達國家都把傳感器技術列為與通信技術和計算機技術同等位置.隨著現代科學發展，傳感技術作為一種與現代科學密切相關的新興學科也得到迅速的發展，并且在工業自動化測量和檢測技術、航天技術軍事工程、醫療診斷等學科被越來越廣泛地利用，同時對各學科發展還有促進作用。目前在全世界有6000多家公司生產傳感器，品種多達上萬種.美國把80年代看作是傳感器時代，日本把傳感器列為80年代到2000年重大科技開發項目.我國把傳感器列為“十五”計劃重點科技研究發展項目之一。
[1]
傳感器技術發展歷程
語音
傳感技術大體可分3代，第1代是結構型傳感器.它利用結構參量變化來感受和轉化信號。例如:電阻應變式傳感器，它是利用金屬材料發生彈性形變時電阻的變化來轉化電信號的。第2代傳感器是70年代開始發展起來的固體傳感器，這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性制成的.如:利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。70年代后期，隨著集成技術、分子合成技術、微電子技術及計算機技術的發展，出現集成傳感器.集成傳感器包括2種類型:傳感器本身的集成化和傳感器與后續電路的集成化.例如:電荷藕合器件(CCD)，集成溫度傳感器AD590集成霍爾傳感器UGN3501等.這類傳感器主要具有成本低、可靠性高性能好、接口靈活等特點集成傳感器發展非常迅速，現已占傳感器市場的2/3左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發展。第3代傳感器是80年代剛剛發展起來的智能傳感器.所謂智能傳感器是指其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數據處理以及自適應能力，是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物。80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調節電路微計算機、存貯器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能.90年代智能化測量技術有了進一步的提高，在傳感器一級水平實現智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯網通信功能等。
[1]
傳感器技術應用領域
語音
傳感器技術是實現測試與自動控制的重要環節。在測試系統中，被作為一次儀表定位，其主要特征是能準確傳遞和檢測出某一形態的信息，并將其轉換成另一形態的信息。
[2]
具體地說傳感器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受（或響應）與檢出功能，并使之按照一定規律轉換成與之對應的可輸出信號的元器件或裝置。如果沒有傳感器對被測的原始信息進行準確可靠的捕獲和轉換，一切準確的測試與控制都將無法實現，即使最現代化的電子計算機，沒有準確的信息（或轉換可靠的數據），不失真的輸入，也將無法充分發揮其應有的作用。傳感器種類及品種繁多，原理也各式各樣。其中電阻應變式傳感器是被廣泛用于電子秤和各種新型機構的測力裝置，其精度和范圍度是根據需要來選定的，過高的精度要求對某種使用也無太大意義；過寬的范圍度也會使測量精度降低，而且會造成成本過高及增加工藝上的困難；因此，應根據測量對象的要求，恰當地選擇精度和范圍度是至關重要的。但無論何種條件、場合使用的傳感器，均要求其性能穩定，數據可靠，經久耐用。為此，在研究高精度傳感器的同時，必須重視可靠性和穩定性的研究。包括床暗器的研究、設計、試制、生產、檢測與應用等諸項內容在內的傳感器技術，已逐漸形成了一門相對獨立的專門學科。一般情況下，由于傳感器設置的場所并非理想，在溫度、濕度、壓力等效應的綜合影響下，可引起傳感器零點漂移和靈敏度的變化，已成為使用中的嚴重問題。雖然人們在制作傳感器過程中，采取了溫度補償及密封防潮的措施，但它與應變片、粘帖膠本身的高性能化、粘帖技術的精確和熟練、彈性體材料的選擇及冷、熱加工工藝的制定均有密切的關系，哪一方面都不能忽視，都需精心設計和制作。同時，還須注意傳感器的安裝方法，支撐結構的設置，如何克服橫向力等問題。作為一次儀表的傳感器通常由敏感元件與轉換元件組成。轉換元件通常是精密的電橋。因此，測力秤重用電阻應變式傳感器主要由彈性體、應變片、粘帖膠及各種補償電阻構成。他的穩定性也必然是由這些元件的內、外因的綜合作用所決定。本文就此問題進行探討，談些粗淺看法，與同行商榷。首先是彈性元件。彈性元件一般是由優質合金鋼材及有色金屬鋁、鈹青銅等加工成型，影響彈性體穩定性，主要是它經各種處理后的金相組織及殘余應力?？紤]到應力釋放時的相互平衡關系及彈性體結構形式的約束，要想讓殘余應力釋放，就要進行時效處理，這在實際中若采用自然時效法，則釋放緩慢、周期長，常常是不可取的，需要人為縮短時間，一般要消除彈性體表面殘余應力的方法是：做真空回火處理和疲勞式脈動處理及共振。這樣可大幅度地降低殘余應力，在短時間內完成通常的長時間的自然時效，使組織性能更為穩定。其次，是應變片和粘接膠。影響應變片穩定性的是箔材本身，制造應變片的電阻合金種類很多，其中以康銅合金使用最廣，它有較好的穩定性，高的疲勞壽命及小的電阻溫度系數，是理想的絲柵制造材料。此外，制造應變片過程中應消除不良影響而造成的不穩定性。如：絲柵與基底膠的粘接強度，應變片與彈性體間的粘帖強度，基底膠內應力的釋放等等，都是不穩定因素。另外，應變片的粘帖，也是非常關鍵的要素之一，這一工作的好壞，直接影響膠的粘接質量，乃至測量精度，如果帖片不嚴格，技術不熟練，即使使用最好的應變片也無濟于事。
[3]
應用于空調制冷劑液位的精確控制用過空調的人肯定都知道滿液式冷水機，滿液式冷水機組主要由螺桿式制冷壓縮機、殼管式冷凝器、滿液式蒸發器等組成。對于滿液式冷水機組，要實現液體冷媒完全將熱傳表面潤濕同時又不會產生回液，就要對蒸發器內制冷劑液位進行精確控制，對蒸發器液位控制的解決方案大致可以分為兩種：間接控制和直接控制。不管是哪種都需要用到傳感器。間接控制是指將除冷媒液位以外的其它系統參數作為調節對象，以間接實現對蒸發器液位的控制。間接控制可以是對蒸發器出口過熱度進行控制，即通過溫度傳感器和控制模塊中的控制邏輯，將過熱度控制在大約1.5 至2.0℃，從而實現對液位的控制。此外，蒸發器液位也可以通過系統排氣過熱度、壓縮機油位等反饋參數進行間接控制。直接控制是直接以蒸發器內制冷劑液位作為被調參數，通過液位傳感器采集到的液位信號與給定值進行比較，對目標值進行調節，調節信號輸入到節流閥驅動裝置，調節目標為節流閥的開度值，從而實現對供液量的精確調節，進而達到精確控制蒸發器內冷媒液位的目的。隨著溫度傳感器的發展，大多都是采用間接控制的方法進行測量，這樣是非常方便的。類似的傳感器不僅在空調上有應用，在洗衣機等其它類似家電上也有應用的。
[4]
應用于數字醫療 捕捉電壓信號微型傳感器掀開數字藥片面紗，“數字藥片”就是在高科技盛行的時代下誕生的，這是一種內置可消化微芯片的藥物，僅長寬僅1毫米，高也不過0.45毫米，體積跟一粒沙子相仿，被植入到正常藥片中。其實質是一個微型傳感器，由迷你硅片組成，內含極少量鎂和銅，當其被吞食的時候，可直接利用人體胃液發電被服用后會和消化液反應產生輕微電壓，將信號傳送到皮膚表面。這就需要一個感應裝置來捕捉和顯示數字藥片的信號，這以裝置被稱為接收片，它通常被貼在服用藥片的患者貼近胃部的位置，這個裝置接受輕微電壓產生的信號并將其轉化成為數據，傳輸到醫生手機上，這樣醫生就知道病人有無按規定服藥。而這個小裝置不僅可以接受信息，還能夠記錄病人的心率、溫度等――這些信息也能通過手機應用查看。
[5]
傳感器技術發展趨勢與應用前景
語音
對比傳感器技術的發展歷史與研究現狀可以看出，隨著科學技術的迅猛發展以及相關條件的日趨成熟，傳感器技術逐漸受到了更多人士的高度重視當今傳感器技術的研究與發展，特別是基于光電通信和生物學原理的新型傳感器技術的發展，已成為推動國家乃至世界信息化產業進步的重要標志與動力。由于傳感器具有頻率響應、階躍響應等動態特性以及諸如漂移、重復性、精確度、靈敏度、分辨率、線性度等靜態特性，所以外界因素的改變與動蕩必然會造成傳感器自身特性的小穩定，從而給其實際應用造成較大影響這就要求我們針對傳感器的工作原理和結構，在小同場合對傳感器規定相應的基本要求，以最大程度優化其性能參數與指標，如高靈敏度、抗干擾的穩定性、線性、容易調節、高精度、無遲滯性、工作壽命長、可重復性、抗老化、高響應速率、抗環境影響、互換性、低成本\寬測量范圍\小尺寸\重量輕和高強度等。同時，根據對國內外傳感器技術的研究現狀分析以及對傳感器各性能參數的理想化要求，現代傳感器技術的發展趨勢可以從四個方面分析與概括:一是開發新材料、新工藝和開發新型傳感器;一是實現傳感器的多功能、高精度、集成化和智能化;三是實現傳感技術硬件系統與元器件的微小型化;四是通過傳感器與其它學科的交叉整合，實現無線網絡化。
[6]
參考資料
1.

傳感器技術的發展和趨勢綜述
．中國知網．2001-12-25[引用日期2015-03-03]
2.

物聯網知識普及之傳感器技術
．5聯網[引用日期2012-08-31]
3.

傳感器技術在生產實踐中的應用
．5聯網[引用日期2012-08-31]
4.

傳感器技術應用于空調制冷劑液位的精確控制
．中國移動物聯網[引用日期2013-04-16]
5.

傳感器技術應用于數字醫療 捕捉電壓信號
．中國移動物聯網[引用日期2013-04-16]
6.

傳感器技術的研究現狀與發展前景
．中國知網．2009-07-05[引用日期2015-03-03]

傳感器技術概述：傳感器技術大全

本書分上、中、下三冊，共44章。其中涵蓋了詳盡示圖達5000幅和附表近1000個。內容包括傳感器的常用術語、材料、信號分析、精確評定、檢驗標定，以及光電、光纖、光柵、CCD、紅外、顏色、激光、碼盤、壓電、壓磁、壓阻、電化學、生物、氣敏、濕敏、熱敏、核輻射、陀螺、超聲、電容、電感、變壓器、同步器、磁電、霍爾、磁敏、磁柵、渦流、諧振、電位器、電阻應變、半導體、符號、光陣列、熒光（磷光）新型特種傳感器等多達數百種的實物外形、特性、工作原理、先用方法和使用技巧等。本書是三冊中的中冊。

傳感器技術概述：現代檢測技術傳感器技術概述

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1、現代檢測技術 傳感器技術概述,精勤求學 敦篤勵志 果毅力行 忠恕任事,Xian Jiaotong University,傳感器的定義與組成,Xian Jiaotong University,傳感器的定義與組成,Xian Jiaotong University,傳感器的分類,Xian Jiaotong University,傳感器的分類,敏感元件將被測信號轉換為中間變量，如膜片、環的變形等； 變換器（在輔助電源作用下）將中間變量轉換為電量變化，如應變式電阻變換器。,Xian Jiaotong University,傳感器的分類,Xian Jiaotong University,傳感器的分類,(5

2、) 按傳感器輸出量分為電量型、電參數型： 電量電壓、電流、電荷； 電參數電阻、電感、電容、互感,Xian Jiaotong University,1）容量輸入信號工作范圍或量程； 2）驅動輸出的負載能力（包括數字輸出接口）、 電氣、機械特性 3）靜態特性指標線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復性、穩定性等； 4）動態特性指標固有頻率、阻尼比、時間常數等； 5）可靠性工作壽命、故障率、絕緣、耐壓、耐溫等； 6）對環境要求的指標工作溫度范圍、抗潮濕、抗電磁干擾、抗沖振要求等； 7）使用配電要求供電方式、安裝方式、輸入輸出阻抗等。,傳感器的常用技術性能指標,Xian Jiaotong Universi

3、ty,2）高精度、高可靠性、無遲滯性、工作壽命長（耐用性）,3）高響應速率、可重復性、抗老化、抗環境影響（熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃）的能力,4）選擇性、安全性（傳感器應是無污染的） 、互換性、低成本,5）寬測量范圍、小尺寸、重量輕和高強度、寬工作溫度范圍,1）高靈敏度、線性、抗干擾的穩定性（對噪聲不敏感）、容易調節（校準簡易）,傳感器性能的基本要求,Xian Jiaotong University,彈性敏感元件,彈性敏感元件,彈性模量、剛度的關系 金屬在彈性范圍內，外力和變形成比例地增長，即應力與應變成正比例關系時（符合虎克定理），這個比例系數就稱為彈性模量，根據應力，應變的性質通常又

4、分為：彈性模量和切變模量，彈性模量的大小，相當于引起物體單位變形時所需應力之大小，是衡量材料剛度的指標，彈性模量愈大，剛度也愈大。,Xian Jiaotong University,Xian Jiaotong University,彈性敏感元件的基本特性,Xian Jiaotong University,彈性敏感元件的基本特性,Xian Jiaotong University,k 彈性敏感元件的剛度 其等效振動質量,上式為固有頻率估算式，其中,彈性敏感元件的基本特性,Xian Jiaotong University,A諧振狀態下的振幅 A0靜態振幅,彈性敏感元件的基本特性,Xian Jiaot

5、ong University,彈性敏感元件的基本特性,Xian Jiaotong University,彈性敏感元件的材料,Xian Jiaotong University,彈性敏感元件的結構與力學特性,F被測作用力， E材料的彈性模量， A橫截面積， 材料的泊松系數， 材料的密度， l柱式彈性元件的長度 柱式彈性敏感元件主要用于電阻應變式拉（壓）力等傳感器。,Xian Jiaotong University,在梁的根部（x=0），應變最大，在x=l處應變為零；梁的上下表面應變性質相反。,彈性敏感元件的結構與力學特性,2）梁式彈性敏感元件,(a) 等截面梁,Xian Jiaotong Univ

6、ersity,彈性敏感元件的結構與力學特性,2）梁式彈性敏感元件,梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形頂點。梁內各橫截面產生的應力是相等的，表面上任意位置的應變也相等 。,用梁式彈性元件制作的力傳感器適于測量5,000N以下的載荷，最小可測約0.01N的力。這種傳感器結構簡單，加工容易，靈敏度高，常用于小壓力測量中。,(b) 等強度梁,Xian Jiaotong University,結構簡單，靈敏度高，多用于較小力的測量。以應變或自由端的位移作為輸出量。,實際應用中常采用特殊形狀的梁式彈性元件，如雙孔梁、S形元件等，克服了力的作用點移動或受側向力作用的影響，有效改善了梁的特性，多用于高

7、精度測量，如工業電子稱等。,彈性敏感元件的結構與力學特性,Xian Jiaotong University,3）環式彈性敏感元件,圓環受力后較容易變形，因此多用于測量較小的力。為了提高圓環的剛度和抗過載能力，改善非線性，實際應用中常采用變截面圓環。,彈性敏感元件的結構與力學特性,Xian Jiaotong University,4）扭轉軸測量扭矩,5）膜片壓力測量,當模片受到壓力時，將彎向壓力低的一面，從而將壓力變換為薄板的位移或應變。,扭轉軸專門用于扭距測量,彈性敏感元件的結構與力學特性,Xian Jiaotong University,6）薄壁圓筒壁厚和筒徑之比1/20,結構簡單，剛度好，較大壓力測量多用。,彈性敏感元件的結構與力學特性,Xian Jiaotong University,7）彈簧管和波紋管,自由端的位移與管內壓力成線性關系。,將管內壓力或軸向力轉換為波紋管的形變（拉伸或壓縮）。,彈性敏感元件的結構與力學特性,Xian Jiaotong University,彈性敏感元件的結構與力學特性,Thank You !,

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