传感器应用技术项目化教程.doc

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1、 目 录模块一 检测及传感器基本知识1项目一 传感器的基本知识1项目二 测量及误差的基本知识6项目三 传感器接口电路11复习与训练15模块二 温度传感器的应用16项目一 热敏电阻温度传感器在指针式温度表中的应用16项目二 PN结温度传感器在温度表中的应用21项目三 AD590温度传感器在温度测量中的应用23复习与训练44模块三 压力传感器的应用45项目一 传感器在商用电子秤中的应用45项目二 LED显示排压力计设计51项目三 压力变送器在恒压供水系统中的应用55复习与训练70模块四 位移传感器的应用71项目一 电位器式位移传感器在位置检测与控制中的应用71项目二 光栅位移传感器在数控机床中的应

2、用75复习与训练90模块五 光电传感器的应用91项目一 光敏电阻在报警器中的应用91项目二 光敏二极管在路灯控制器中的应用95项目三 热释电红外传感器在公共照明中的应用99复习与训练108模块六 气体与湿度传感器的应用109项目一 气敏传感器在有害气体检测中的应用109项目二 电阻型湿度传感器在简易湿度计的的应用113复习与训练122模块七 速度测量124项目一 霍尔开关传感器在转速仪中的应用124项目二 光电对射传感器在转速测量仪中的应用128项目三 磁电传感器在转速测量仪中的应用133复习与训练148模块八 流量检测传感器应用149项目一 电磁流量计的应用153项目二 热式质量流量计的应用

3、163项目三 超声流量计的应用173项目四 涡轮流量计的应用181项目五 浮子流量计的应用191项目六 容积式流量计的应用200复习与训练209参考文献210 219模块一 检测及传感器基本知识知识点：1传感器的概念、组成及特点；2传感器的地位与作用；3测量及误差的基本知识；4传感器接口电路及其原理、调试方法。技能点：1能根据误差选择合适（精度）的测量仪表；2会制作与调试基本的接口电路。模块学习目标本模块主要学习传感器的概念、测量及误差知识及传感器接口电路等知识。通过本模块的学习，应明白传感器的现代测控系统中的地位、作用，知道传感器的定义，了解其发展趋势；掌握与测量有关的名词、测量的分类、误差

4、的表示形式及根据测量精度要求如何来选择仪表；由于传感器是现代测控系统的感知元件，一般情况下，要通过接口电路实现传感器与控制电路的连接，所以接口电路也非常重要，尤其作为一名高职毕业生，应理解并熟练掌握接口的电路的形式、原理及作用，在工作中，能根据现象判断故障的位置。在本模块的学习前，同学们应复习一下电路基本理论、电子技术相关的知识，通过学习能制作一些简单的接口电路，以锻炼自己的动手和解决问题的能力。项目一 传感器的基本知识知识点： 1传感器的定义、组成； 2传感器的静态特性指标； 3传感器的数学模型；技能点： 1理解传感器的静态特性指标； 2掌握传感器的定义及组成；传感器是利用各种物理、化学、生

5、物现象将非电量转换为电量的器件，传感器可以检测自然界所有的非电量，它在社会生活中发挥着不可替代的作用。传感器技术是自动控制技术的核心技术。当今社会的发展，就是信息技术的发展。早在20世纪80年代。美国首先认识到世界已进入传感器时代，日本也将传感器技术列为十大技术之首，我国将传感器技术列为国家八五重点科技攻关项目，建成了“传感器技术国家重点实验室”、“微纳米国家重点实验室”、“国家传感器工程中心”等研究开发基地。传感器产业已被国内外公认为是具有发展前途的高技术产业。它以其技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。传感器检测涉及的范畴很广，常见的检测涉及的内容如表1-1所示。

6、表1-1 检测涉及的内容被测量类型被测量被测量类型被测量机械量速度、加速度、转速、应力、应变、力矩、振动等热工量温度、热量、比热容、压强、物位、液位、界面、真空度等几何量长度、厚度、角度、直径、平行度、形状等物质成分量气体、液体、固体的化学成分、浓度、湿度等电参量电压、电流、功率、电阻、阻抗、频率、相位、波形、频谱等状态量运动状态（启动、停止等）、异常状态（过载、超温、变形、堵塞等）一、传感器在各领域中的应用随着现代科技技术的高速发展，人们生活水平的迅速提高，传感器技术越来越受到普遍的重视，它的应用已渗透到国民经济的各个领域。1、在工业生产过程的测量与控制方面的应用 在工业生产过程中，必须对温

7、度、压力、流量、液位和气体成分等参数进行检测。从而实现对工作状态的监控。诊断生产设备的各种情况。使生产系统处于最佳状态，从而保证产品质量，提高效益 目前传感器与微机、通讯等的结合渗透，使工业监测自动化。更具有准确、效率高等优点。如果没有传感器。现代工业生产程度将会大大降低。2、传感器在汽车电控系统中的应用随着人们生活水平的提高，汽车已逐渐走进千家万户。汽车的安全舒适、低污染、高燃率越来越受到社会重视而传感器在汽车中相当于感官和触角。只有它才能准确地采集汽车工作状态的信息，提高自动化程度。汽车传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统。普通汽车上大约装有1020只传感器，而高级豪

8、华车有的使用传感器多达300个。因此传感器作为汽车电控系统的关键部件。它将直接影响到汽车技术性能的发挥。 3、在现代医学领域的应用社会的飞速发展需要人们快速、准确地获取相关信息。医学传感器作为拾取生命体征信息的五官。它的作用日益显著。并得到广泛应用。例如：在图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与治疗等方面。使用传感器十分普及。现传感器在现代医学仪器设备中已无所不在。4、在环境监测方面的应用近年来。环境污染问题日益严重。人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，传感器满足了人们的要求。目前。已有相当一部分生物传感器应用于环境监测中。如大

9、气环境监测。二氧化硫是酸雨雾形成的主要原因。传统的检测方法很复杂。现在将亚细胞类脂类固定在醋酸纤维膜上。和氧电极制成安培型生物传感器。可对酸雨酸雾样品溶液进行检测，大大简化了检测方法。 5、在军事方面的应用传感器技术在军用电子系统的运用促进了武器、作战指挥、控制、监视和通信方面的智能化。传感器在远方战场监视系统、防空系统、雷达系统、导弹系统等方面，都有广泛的应用，是提高军事战斗力的重要因素。6、在家用电器方面的应用80年代以来，随着以微电子为中心的技术革命的兴起，家用电器正向自动化、智能化、节能、无环境污染的方向发展。自动化和智能化的中心就是研制由微电脑和各种传感器组成的控制系统 如：一台空调

10、器采用微电脑控制配合传感器技术，可以实现压缩机的启动、停机、风扇摇头、风门调节、换气等，从而对温度、湿度和空气浊度进行控制 随着人们对家用电器方便、舒适、安全、节能的要求的提高，传感器将越来越得到显著应用。7、在学科研究方面的应用科学技术的不断发展，蕴生了许多新的学科领域，无论从宏观的宇宙，还是到微观的粒子世界，许多未知的现象和规律要获取大量人类感官无法获得的信息，没有相应的传感器是不可能的。8、在智能建筑领域中的应用智能建筑是未来建筑的一种必然趋势，它涵盖智能自动化、信息化、生态化等多方面的内容，具有微型集成化、高精度与数字化和智能化特征的智能传感器将在智能建筑中占有重要的地位。二、 传感器

11、的发展趋势科学技术的发展使得人们对传感器技术越来越重视，认识到它是影响人们生活水平的重要因素之一。随着世界各国现代化步伐的加快，对检测技术的要求也越来越高，因此对传感器的开发成为目前最热门的研究课题之一。而科学技术，尤其是大规模集成电路技术、微型计算机技术、机电一体化技术、微机械和新材料技术的不断进步，则大大促进了现代检测技术的发展。传感器技术发展趋势可以从以下几方面来看。一是开发新材料、新工艺和开发新型传感器；二是实现传感器的多功能、高精度、集成化和智能化；三是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化。1、开发新型传感器传感器的工作机理是基于各种物理(化学或生物)效应和定律，由此启发人

12、们进一步探索具有新效应的敏感功能材料。并以此研制具有新原理的新型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。2、开发新材料传感器材料是传感器技术的重要基础，随着传感器技术的发展，除了早期使用的材料，如：半导体材料、陶瓷材料以外，光导纤维、纳米材料超导材料等相继问世 人工智能材料更是给我们带人了一个新的天地，它同时具有三个特征：能感知环境条件的变化(传统传感器)的功能；识别、判断(处理器)功能：发出指令和自采取行动(执引器)功能 随着研究的不断深入，未来将会有更多更新的传感器材料被开发出来。3、多功能集成化传感器的开发传感器集成化包含两种含义：一种是同一功能的多元件并列，目前

13、发展很快的自扫描光电二极管列阵、CCD图象传感器就属此类 另一种含义是功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件 例如把压敏电阻、电桥、电压放大器和温度补偿电路集成在一起的单块压力传感器。多功能是指一器多能，即一个传感器可以检测两个或两个以上的参数，如最近国内已经研制的硅压阻式复合传感器，可以同时测量温度和压力等。4、智能传感器的开发智能传感器是将传感器与计算机集成在一块芯片上的装置，它将敏感技术信息处理技术相结合，除了感知的本能外，还具有认知能力 例如：将多个具有不同特性的气敏元件集成在一个芯片上，利用图像识别技术处理，可得到不同灵敏模式，然后将这些模式所获取

14、的数据进行计算，与被测气体的模式类比推理或模糊推理，可识别出气体的种类和各自的浓度。5、多学科交叉融合推动无线传感器网络的发展无线传感器网络是由大量无处不在的，有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统，是能根据环境自主完成指定任务的”智能”系统。它是涉及微传感器与微机械、通信、自动控制、人工智能等多学科的综合技术，其应用已由军事领域扩展到反恐、防爆、环境监测、医疗保健、家居、商业、工业等众多领域，有着广泛的应用前景，因此1999年和2003年美国商业周刊和MIT技术评论Technology Review在预测未来技术发展的报告中，分别将其列为21世纪最具影响的21项技术和

15、改变世界的10大新技术之一。6、加工技术微精细化随着传感器产品质量档次的提升，加工技术的微精细化在传感器的生产中占有越来越重要的地位。微机械加工技术是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术。目前已越来越多地用于传感器制造工艺。例如。溅射、蒸镀等离子体刻蚀、化学气相淀积(CVD)、外延生长、扩散、腐蚀、光刻等。另外一个发展趋势是越来越多的生产厂家将传感器作为 种工艺品来精雕细琢。无论是每一根导线，还是导线防水接头的出孔：无论是每一个角落，还是每一个细节，传感器的制作都达到了工艺品水平。如日本久保田公司的柱式传感器，外加一个黑色的防尘罩，柱式传

16、感器的底座一般易进沙尘及其他物质，而底座一旦进了沙尘或其他物质后，对传感器来回摇摆产生了影响，外加防尘罩后，显然克服了上述弊端。这个附件的设计不仅充分考虑了用户使用现场环境要求，而且制作工艺、外观非常考究。三、 传感器及其基本特性1、传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感

17、器的输出信号多为易于处理的电量，如电压、电流、频率等。传感器的组成如图1-1所示。敏感元件转换元件转换电路辅助电源非电量电信号图1-1 传感器组成框图 图中敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件。即被测量通过传感器的敏感元件转换成一个与之有确定关系、更易于转换的非电量。这一非电量通过转换元件被转换成电参量。转换电路的作用是将转换元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。应该指出，有些传感器将敏感元件与传感元件合二为一了。2、传感器分类根据某种原理设计的传感器可以同时检测多种物理量，而有时一种物理量又可以用几种传感器测量，传感器由很多种分类方法。但目前对传感器尚无一个统一的分类方法，

18、但比较常用的有如下三种：1）、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、湿度、流量、气体成份等传感器。2）、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 3）、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“”和”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。3、传感器数学模型传感器检测被测量，应该按照规律输出有用信号，因此，需要研究其输出-输入之间的关系及特性，理论上用数学模型来表示输出-输入之间的关系和特性。传感器可以检测静态量和动态量，输入信号的不同，传感器表现出来的关系和特性也不尽相同。在这里

19、，将传感器的数学模型分为动态和静态两种，本书只研究静态数学模型。静态数学模型是指在静态信号作用下，传感器输出与输入量之间的一种函数关系。表示为y=ao+a1x+a2x2+anxn （1-1）式1-1中，x为输入量；y为输出量；ao为零输入时的输出，也称零位误差；a1为传感器的线性灵敏度，用K表示；a2an为非线性项系数。根据传感器的数学模型一般把传感器分为三种：1）、理想传感器，静态数学模型表现为y=a1x2）、线性传感器，静态数学模型表现为y=ao+a1x3）、非线性传感器，静态数学模型表现为y=ao+a1x+a2x2+anxn（a2an中至少有一个不为零）4、传感器的特性与技术指标传感器的

20、静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间的关系。因为输入量和输出量都和时间无关，它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等，传感器的参数指标决定了传感器的性能以及选用传感器的原则。1）、传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化 y 对输入量变化 x 的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。K=dy/dx如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度 K是一个常数，即特性曲线的斜率。否则，它将随输入量的变化而变

21、化。 灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化 1mm 时，输出电压变化为 200mV ，则其灵敏度应表示为 200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。 提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。2）、传感器的线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲

22、线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。E=+max/Ym100%max是实际曲线和拟合直线之间的最大差值，Ym为量程。3）、传感器的分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标，上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨力

23、。4）、重复性传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。Ez=+max/ Ym100%max是多次测量曲线之间的最大差值；Ym是传感器的量程。5）、迟滞现象传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，特性曲线不一致的程度。闭合路径称为滞环。Emax=+max/ Ym100%max是正向曲线与反向曲线之间的最大差值；yfs是传感器的量程。6）、稳定性与漂移 传感器的稳定性有长期和短期之分。一般指一段时间以后，传感器的输出和初始标定时的输出之间的差值。通常用不稳定度来表征其输出的稳定的程度。 传感器的漂移是指在外界干扰下，输出量出现于输入量无关的变化。漂

24、移有很多种，如时间漂移和温度漂移等。时间漂移指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间发生变化；温度漂移指环境温度变化而引起的零点或灵敏度的变化。项目二 测量及误差的基本知识 知识点： 1测量的基本概念； 2测量误差的分类及表示方法。技能点： 1掌握误差的表示方法； 2能根据测量结果计算各误差； 3能根据要求选择精度符合要求的测量仪表。由于测量方法和仪器设备的不完善，周围环境的影响，以及人的观察力等限制，实际测量值和真值之间，总是存在一定的差异。人们常用绝对误差、相对误差等来说明一个近似值的准确程度。为了评定实验测量数据的精确性或误差，认清误差的来源及其影响，需要对测量的误差进行分析和讨论。由此可以

25、判定哪些因素是影响实验精确度的主要方面，进一步改进测量方法，缩小实际测量值和真值之间的差值，提高测量的精确性。一、测量测量是指借助专门的技术与设备，通过实验和计算的方法取得事物量值的认识过程。即将被测量与一个同性质的、作为测量单位的标准量进行比较，从而确定被测量是标准量的若干倍或几分之几的比较过程。测量的结果包括大小、符号（正或负）、单位三个要素。测量的方法多种多样。根据被测量是否随时间变化，可分为静态测量和动态测量；根据测量的手段可分为直接测量和间接测量等。测量是人类认识事物本质所不可缺少的手段。通过测量和实验能使人们对事物获得定量的概念和发现事物的规律性。科学上很多新的发现和突破都是以实验

26、测量为基础的。测量的目的就是为了最接近的求取真值，下面介绍真值概念和一般情况下真值的确定方法。真值是待测物理量客观存在的确定值，也称理论值或定义值。通常真值是无法测得的。若测量的次数无限多时，根据误差的分布定律，正负误差的出现几率相等。再经过细致地消除系统误差，将测量值加以平均，可以获得非常接近于真值的数值。但是实际上测量的次数总是有限的。用有限测量值求得的平均值只能是近似真值，常用的平均值有下列几种:(1) 算术平均值 算术平均值是最常见的一种平均值。设、为各次测量值，代表测量次数，则算术平均值为 (1-1)(2) 几何平均值 几何平均值是将一组n个测量值连乘并开n次方求得的平均值。即 (1

27、-2)（3）均方根平均值 (1-3)二、测量误差及其分类测量值与真值之间的差值称为测量误差，简称误差。1、误差的表示方法利用任何量具或仪器进行测量时，总存在误差，测量结果总不可能准确地等于被测量的真值，而只是它的近似值。测量的质量高低以测量精确度作指标，根据测量误差的大小来估计测量的精确度。测量结果的误差愈小，则认为测量就愈精确。（1）绝对误差 测量值和真值之差为绝对误差，通常称为误差。记为： (1-4)由于真值一般无法求得，因而上式只有理论意义。常用高一级标准仪器的示值作为实际值以代替真值。由于高一级标准仪器存在较小的误差，因而A不等于，但总比更接近于。与之差称为仪器的示值绝对误差。记为 (

28、1-5)与相反的数称为修正值，记为 (1-6)（2）相对误差 衡量某一测量值的准确程度，一般用相对误差来表示。示值绝对误差与被测量的实际值的百分比值称为实际相对误差。记为 (1-7) 以仪器的示值代替实际值的相对误差称为示值相对误差。记为 (1-8) 一般来说，除了某些理论分析外，用示值相对误差较为适宜。（3）引用误差 为了计算和划分仪表精确度等级，提出引用误差概念。其定义为仪表示值的绝对误差与量程范围之比。 (1-9)- 示值绝对误差；- 标尺上限值标尺下限值。2、测量仪表精确度测量仪表的精度等级是用最大引用误差（又称允许误差）来标明的。它等于仪表示值中的最大绝对误差与仪表的量程范围之比的百

29、分数。 (2-15)式中：max仪表的最大测量引用误差； max仪表示值的最大绝对误差； Xn标尺上限值标尺下限值。 测量仪表的精度等级是国家统一规定的，把允许误差中的百分号去掉，剩下的数字就称为仪表的精度等级。仪表的精度等级常以圆圈内的数字标明在仪表的面板上。例如某台压力计的允许误差为1.5%，这台压力计电工仪表的精度等级就是1.5，通常简称1.5级仪表。我国仪表的精度等级分7级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。仪表的精度等级为a，它表明仪表在正常工作条件下，其最大引用误差的绝对值max不能超过的界限，即 (1-10)由式(2-16)可知，在应用仪表进行测量时所能产生

30、的最大绝对误差（简称误差限）为 (1-11)例2-1 用量限为5A，精度为0.5级的电流表，分别测量两个电流，I1 =5A，I2 =2.5A，试求测量I1和I2的相对误差为多少？由此可见，当仪表的精度等级选定时，所选仪表的测量上限越接近被测量的值，则测量的误差的绝对值越小。例2-2 欲测量约90V的电压，实验室现有0.5级0-300V和1.0级0-100V的电压表。问选用哪一种电压表进行测量为好？用0.5级0-300V的电压表测量90V的相对误差为用1.0级0-100V的电压表测量90V的相对误差为上例说明，如果选择得当，用量程范围适当的1.0级仪表进行测量，能得到比用量程范围大的0.5级仪表

31、更准确的结果。因此，在选用仪表时，应根据被测量值的大小，在满足被测量数值范围的前提下，尽可能选择量程小的仪表，并使测量值大于所选仪表满刻度的三分之二，即X2Xn/3 。这样就可以达到满足测量误差要求，又可以选择精度等级较低的测量仪表，从而降低仪表的成本。3、误差分类 误差产生的原因多种多样，根据误差的性质和产生的原因，一般分为三类：（1）系统误差 系统误差是指在测量和实验中未发觉或未确认的因素所引起的误差，而这些因素影响结果永远朝一个方向偏移，其大小及符号在同一组实验测定中完全相同，当实验条件一经确定，系统误差就获得一个客观上的恒定值。 当改变实验条件时，就能发现系统误差的变化规律。 系统误差

32、产生的原因：测量仪器不良，如刻度不准，仪表零点未校正或标准表本身存在偏差等；周围环境的改变，如温度、压力、湿度等偏离校准值；实验人员的习惯和偏向，如读数偏高或偏低等引起的误差。针对仪器的缺点、外界条件变化影响的大小、个人的偏向，待分别加以校正后，系统误差是可以清除的。（2）随机误差 在已消除系统误差的一切量值的观测中，所测数据仍在末一位或末两位数字上有差别，而且它们的绝对值和符号的变化，时而大时而小，时正时负，没有确定的规律，这类误差称为偶然误差或随机误差。随机误差产生的原因不明，因而无法控制和补偿。但是，倘若对某一量值作足够多次的等精度测量后，就会发现偶然误差完全服从统计规律，误差的大小或正

33、负的出现完全由概率决定。因此，随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值趋近于零，所以多次测量结果的算数平均值将更接近于真值。（3）粗大误差 粗大误差是一种显然与事实不符的误差，它往往是由于实验人员粗心大意、过度疲劳和操作不正确等原因引起的。此类误差无规则可寻，只要加强责任感、多方警惕、细心操作，过失误差是可以避免的。4、精密度、准确度和精确度 反映测量结果与真实值接近程度的量，称为精度（亦称精确度）。它与误差大小相对应，测量的精度越高，其测量误差就越小。“精度”应包括精密度和准确度两层含义。（1）精密度：测量中所测得数值重现性的程度，称为精密度。它反映随机误差的影响程度，精密度高就表示随机误差

34、小。（2）准确度 测量值与真值的偏移程度，称为准确度。它反映系统误差的影响精度，准确度高就表示系统误差小。（3）精确度（精度） 它反映测量中所有系统误差和随机误差综合的影响程度。在一组测量中，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度也不一定高，但精确度高，则精密度和准确度都高。为了说明精密度与准确度的区别，可用下述打靶子例子来说明，如图1-2所示。图1-2(a)中表示精密度和准确度都很好，则精确度高；图1-2 (b)表示精密度很好，但准确度却不高；图1-2(c)表示精密度与准确度都不好。 （a） （b） （c）图 1-2 精密度和准确度的关系项目三 传感器接口电路知识点： 1传感器输出信号的

35、特点； 2常见的传感器接口电路； 3接口电路中干扰及抑制方法。技能点： 1掌握常见接口电路的原理； 2能制作与调试常见的接口电路；传感器接口电路完成传感器输出电信号的处理，是传感器与后续电路的联接环节，其性能直接影响到整个系统。随着自动测控系统的智能化程度越来越高，对接口电路提出了更高的要求，本节介绍几个应用广泛的接口电路。一、 传感器输出信号的特点由于传感器种类繁多，其输出信号也各不相同。所以了解传感器输出信号的特点对于接口电路尤其重要。传感器接口电路的特点主要表现为：1、传感器输出信号的形式多样化，有电阻、电感、电荷、电压等。2、传感器输出信号微弱，不易于检测。3、传感器的输出阻抗较高，会

36、产生较大的信号衰减。4、传感器输出信号动态范围宽，输出信号会受到环境因素的影响，影响到测量的精度。二、常见传感器接口电路 根据传感器输出信号的不同特点，要采取不同的处理方法。传感器输出信号的处理主要由接口电路来完成，典型的接口电路主要有以下几种。 1、放大电路 传感器输出信号一般比较微弱，因此在大多数情况下需要使用放大电路。放大电路主要将传感器输出的微弱的直流信号或交流信号放大到合适的程度。放大电路一般采用运算放大器构成。（1）、反相放大器图1-3是反相放大器的基本电路。输入电压加到运算放大器的反相输入端，输出电压经RF反馈到反相输入端。输出电压为：UO=UI(RF / R1)RFR1_+UO

37、UI图1-3反相放大器基本电路 反相放大器的放大倍数取决于RF与R1的比值，负号表示输出电压与输入电压反相。该放大电路应用广泛。（2）、同相放大器图1-4是同相放大器的基本电路。输入电压加到运算放大器的同相输入端，输出电压经RF反馈到反相输入端。oRFR1_+UOUIo图1-4同相放大器基本电路输出电压为：UO=(1+ RF / R1) UI同相放大器的放大倍数取决于RF与R1的比值，输出电压与输入电压同相。（3）、差动放大器RFR1_+UOU1U2R2R3图1-5 差动放大器基本电路图1-5为差动放大器的基本电路。两个输入信号分别加到运算放大器的同相输入端和反相输入端，输出电压经RF反馈到反

38、相输入端。若R1=R2，R3=RF，则输出电压为：UO=RF / R1 （U2U1）差动放大器的优点是抑制共模信号的能力和抗干扰能力。 2、阻抗匹配器传感器输出阻抗都比较高，比一般电压放大电路的输入阻抗要大得多，若将传感器直接与放大电路进行连接，则信号衰减很大，甚至不能正常工作。常常使用高输入阻抗低输出阻抗的阻抗匹配器。常用的阻抗匹配器是半导体阻抗匹配器、场效应管阻抗匹配器及集成电路阻抗匹配器等。半导体阻抗匹配器，实际上是共集电极放大电路，又称为射极输出器。射极输出器的输出相位与输入相位相同，放大倍数略小于1，输入阻抗高，输出阻抗低。场效应管阻抗匹配器的输入阻抗高达1012以上，而且其结构简单

39、、体积小，得到了广泛的应用。 3、电桥电路电桥电路是传感器系统中经常使用的转换电路，主要用来把电阻、电容、电感的变化转换为电压或电流。根据其供电电源性质的不同，可分为直流电桥、交流电桥。直流电桥主要用于电阻式传感器，交流电桥可用于电阻、电容及电感式传感器。电桥的基本电路如图1-6所示，阻抗Z构成电桥电路的桥臂，桥路的一对角线接工作电源，另一对角线是输出端。电桥的输出电压为当电桥的输出电压为0时，电桥平衡，由此可知电桥的平衡条件为R1R3=R2R4。ooooR1R4R3R2UOUi图1-6 电桥基本电路当电桥的四个桥臂的阻抗由于被测量引起变化时，电桥平衡被打破，此时电桥的输出与被测量有直接对应关

40、系。 4、电荷放大器 有些传感器输出的信号是电荷量的变化，要将其转换成电压信号，可采用电荷放大器。电荷放大器是一种带电容负反馈的高输入阻抗、高放大倍数的运算放大器，图 是电荷放大器电路，其输出电压为 四、抗干扰技术在实际检测系统中，传感器的工作环境是比较复杂和恶劣的，它的输出信号微弱，并且与电路之间的连接具有一定的距离，这时传送信号的电缆电阻和传感器的内阻以及放大电路等产生的干扰，再加上环境噪声，周围磁场、电厂都会对电路造成干扰， 影响其正常工作。 1、干扰的根源干扰又称噪声，是传感器系统中混入的无用信号。主要分为内部噪声和外部噪声，内部噪声是由传感器内部元件所产生的；外部噪声是由外部人为因素

41、或自然干扰产生的。而把消除或削弱各种干扰的方法，称为抗干扰技术。 2、 抗干扰方法为了保证传感器电路能最精确的工作，必须削弱或防止干扰的影响，下面介绍几种常见的抗干扰技术。1）屏蔽技术利用低电阻材料制成容器状，将需要防护的部分包起来，割断电场、磁场的耦合通道，防止静电或电磁的相互感应。主要有静电屏蔽、电磁屏蔽、磁屏蔽、驱动屏蔽等。2）接地技术接地是保证安全的一种方法，一般情况，接地技术是与屏蔽相关联的，如果接地不当，可能会引起更大的干扰。接地主要有信号接地、负载接地。在强电技术中，一般将设备外壳和电网零线接大地；弱电技术中，把电信号的基准电位点称为“地”，依据“一点接地”原则，将电路中不同的地

42、线接入同一点。3）其他抗干扰技术a）选用质量好的元器件。b）浮置：浮置又称浮空，是指电路的公共线不接机壳也不接大地的一种抗干扰技术。c）滤波：滤除无用的频率信号。分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。复习与训练1、现有0.5级的（0-300）的和1.0级的（0-100）的两个温度计，要测量80的温度，试问采用哪个温度计好？2、欲测240V电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问，若选用量程为250V的电压表，其精度应为哪级？3、说明系统误差、随机误差、粗大误差的主要特点。4、已知某差压变送器，其理想输入输出特性为U=8x（mV）。U为输出电压，x为输入位移，实际测量数

43、据如下表示。求：(1)、最大绝对误差、相对误差，并指出其测量点。(2)、若显示仪表量程为50 mV，求其精度等级。输入012345输出0.17.0014.0120.0729.0235.035、什么是线性度？已知某仪器的输入输出特性如下表示，计算其线性度。输入012345678910输出05.0010.0115.0220.0125.0330.0035.0240.0145.0050.016、什么叫传感器？传感器由哪几部分组成？它在自动控制系统中起什么作用？7、什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？8、有一台测量压力的仪表，测量范围为（010）Mpa，压力p与仪表输出电压之间的关系为Uo= ao+a1p+a2p2，式中ao=1V，a1=0.6V/Mpa，a2=-0.02V/Mpa2。求：（1）、该仪表的输出特性方程；（2）、画出输出特性曲线；（3）、该仪表的灵敏度表达式；（4）、计算p1=2MPa和p2=8MPa时的灵敏度K1、K2；（5）、画出灵敏度曲线图；（6）、求该仪表的线性度；9、传感器接口电路的作用是什么？10、常见接口电路有哪些？功能怎样？11、干扰有哪些？常见的抗干扰技术主要是什么？12、通过网络了解传感器的基本知识、应用和发展趋势