傳感器的主要特性
2022-10-24
什么是傳感器?
傳感器(transducer/sensor)是一種檢測(cè)裝置,能感受到被測(cè)量的信息,并能將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官,在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況,就需要傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。
新技術(shù)革命的到來,世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中,首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
傳感器特點(diǎn)
傳感器的特點(diǎn)包括微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代,而且還可能建立新型工業(yè),從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)之上的,已成功地應(yīng)用在硅器件上,如做成了硅壓力傳感器、MEMS麥克風(fēng)等。
傳感器比擬于人類器官,但是傳感器更勝于人類器官。傳感器與人類的5大器官相比擬如下,:
視覺:光傳感器、攝像頭、紅外感應(yīng)等
聽覺:MIC、聲音傳感器等
嗅覺:氣敏傳感器等
味覺:化學(xué)傳感器等
觸覺:壓力,壓強(qiáng),溫濕度等
還有很多傳感器相比人類的器官,其實(shí)現(xiàn)的功能更多、更綜合。如紅外傳感器,相比人類視覺,有更多的優(yōu)勢(shì)。如陀螺儀、磁場(chǎng)傳感器,這些都是人類器官所沒有的功能。
1.3 傳感器的主要特性
(1)傳感器的靜態(tài)特性
傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào),傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān),所以它們之間的關(guān)系,即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程,或以輸入量作橫坐標(biāo),把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有:線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。
A.線性度:指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。
B.靈敏度:靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用S表示靈敏度。
C.遲滯:傳感器在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào),傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等,這個(gè)差值稱為遲滯差值。
D.重復(fù)性:重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃鋈砍踢B續(xù)多次變化時(shí),所得特性曲線不一致的程度。
E.漂移:傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下,傳感器輸出量隨著時(shí)間變化,此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面:一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù);二是周圍環(huán)境(如溫度、濕度等)。
F.分辨力:當(dāng)傳感器的輸入從非零值緩慢增加時(shí),在超過某一增量后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化,這個(gè)輸入增量稱傳感器的分辨力,即最小輸入增量。
G.閾值:當(dāng)傳感器的輸入從零值開始緩慢增加時(shí),在達(dá)到某一值后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化,這個(gè)輸入值稱傳感器的閾值電壓。
(2)傳感器動(dòng)態(tài)特性
所謂動(dòng)態(tài)特性,是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí),它的輸出的特性。在實(shí)際工作中,傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得,并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種,所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。
(3)傳感器的線性度
通常情況下,傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是一條曲線而非直線。在實(shí)際工作中,為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù),常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線,線性度(非線性誤差)就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。
擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線;或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線,此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。
(4)傳感器的靈敏度
靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化Δy對(duì)輸入量變化Δx的比值。
它是輸出-輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間呈線性關(guān)系,則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則,它將隨輸入量的變化而變化。
靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如,某位移傳感器在位移變化1mm時(shí),輸出電壓變化為200mV,則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。
當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí),靈敏度可理解為放大倍數(shù)。
提高靈敏度,可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度越高,測(cè)量范圍越窄,穩(wěn)定性也往往越差。
(5)傳感器的分辨率
分辨率是指?jìng)鞲衅骺筛惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說,如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí),傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化,即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時(shí),其輸出才會(huì)發(fā)生變化。
通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率并不相同,因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示,則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相關(guān)性。
(6)傳感器的技術(shù)性能指標(biāo)
由于傳感器的類型五花八門,使用要求千差萬別,無法列舉全面衡量各種傳感器質(zhì)量優(yōu)劣的統(tǒng)一性能指標(biāo),下面給出常用的技術(shù)性能指標(biāo)。
1.關(guān)于輸入量的性能指標(biāo):量程或測(cè)量范圍、過載能力等。
2.關(guān)于靜態(tài)特性指標(biāo):線性度、遲滯、重復(fù)性、精度、靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性和漂移等。
3.關(guān)于動(dòng)態(tài)特性指標(biāo):固有頻率、阻尼比、頻率特性、時(shí)間常數(shù)、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等。
4.關(guān)于可靠性指標(biāo):工作壽命、平均無故障時(shí)間、故障率、疲勞性能、絕緣、耐壓、耐溫等。
5.關(guān)于對(duì)環(huán)境要求指標(biāo):工作溫度范圍、溫度漂移、靈敏度漂移系數(shù)、抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕、抗電磁場(chǎng)干擾能力、抗沖振要求等。
6.關(guān)于使用及配接要求:供電方式(直流、交流、頻率、波形等)、電壓幅度與穩(wěn)定度、功耗、安裝方式(外形尺寸、重量、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等)、輸入阻抗(對(duì)被測(cè)對(duì)象影響)、輸出阻抗(對(duì)配接電路要求)等。
(1),擁有東莞、萍鄉(xiāng)兩個(gè)現(xiàn)代化工廠,進(jìn)口設(shè)備超 400 臺(tái),員工 800 多,沒有第 4 家工廠可比。
(2),線徑比頭發(fā)絲還細(xì) 10 倍及以上的精密電感線圈,除了我們,國內(nèi)難找第二家工廠下單。
(3),日本全自動(dòng)繞線機(jī)的尺寸精度可達(dá)±0.001mm,是大多數(shù)用國產(chǎn)設(shè)備工廠的 10 倍。
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