传感器技术与应用

1.传感器的命名
传感器的全称应由“主题词+四级修饰语”组成，即
主题词 —— 传感器
一级修饰语 —— 被测量，包括修饰被测量的定语。
二级修饰语 —— 转换原理，一般可后缀以“式”字
。
三级修饰语 —— 特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材
料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后缀以“型”字。
2020/3/19
4
1.1.3 传感器基本特性
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其 输入输出关系特性称为静态特性。
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测 量）x(t)之间的关系，传感器系统示意图如下图所 示。
2020/3/19
5
1.1.3 传感器基本特性
电路组成，如图1-1所示。
2020/3/19
2
1.1.2 传感器的组成与分类
敏感元件(sensing element)： 直接感受
被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物 理量的元件，它是传感器的核心。
转换元件(transduction element)： 将
敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件。
（2）按照其被测量对象，传感器可分为力、位移、速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
（3）按照其结构，传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的 变化来实现信号变换，如：水Fra Baidu bibliotek温度计。结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。
第1章 传感器理论基础
1.1 传感器基础
1.1.1 传感器的概念 传感器（Transducer/Sensor）是一种能感
受规定的被测量并按照一定的规律转换成可 用量的器件和装置。 传感器就是把非电量转换成电量的装置。
1
1.1.2 传感器的组成和分类
1．传感器的组成 传感器是由敏感元件、转换元件和测量
2020/3/19
9
1.1.3 传感器基本特性
7. 重复性:
重复性是指传感器在输入量按同一方向 作全量程连续多次变动时所得特性曲线 间不一致的程度.
2020/3/19
10
1.1.3 传感器基本特性
8. 迟滞:
迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入 量减小)行程中输出特性曲线不重合的程度，如图所 示为传感器的迟滞特性特性曲线。
2020/3/19
11
1.1.3 传感器基本特性
9. 稳定性:
稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。
10. 漂移:
漂移是指在外界的干 扰下，在一定时间间隔内， 传感器输出量发生与输入 量无关的或不需要的变化。 漂移包括零点漂移和灵敏 度漂移等，如图所示。
2020/3/19
12
1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号
3．传感器的图形符号
传感器的图形符号是电气图用图形符号的一个组成部 分。按GB/T 14479—93《传感器图用图形符号》规定， 传感器的图形符号由符号要素正方形和等边三角形组 成，如图所示。
2020/3/19
15
1.1.5 传感器的发展趋势
（1） 发现利用新现象、新效应； （2）开发新材料； （3）采用高新技术； （4）拓展应用领域； （5）提高传感器的性能； （6）传感器的微型化与低功耗； （7）传感器的集成化与多功能化； （8）传感器的智能化与数字化； （9）传感器的网络化。
四级修饰语 —— 主要技术指标(如量程、精度、灵敏度等)
。
2020/3/19
13
1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号
2．传感器的代号
一种传感器的代号应包括以下四部分： a —— 主称(传感器)；b —— 被测量；c —— 转换原理； d —— 序号，如图所示。
2020/3/19
14
1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号
4. 灵敏度：灵敏度是指传感器输
出的变化量与引起该变化量的输入变
化量之比，即 ，如右图所示。
2020/3/19
6
1.1.3 传感器基本特性
5. 线性度：指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理
想直线的程度。在非线性误差不太大的情况下，通常采用直线拟 合的方法来线性化。这样，线性度就用输入-输出关系曲线与拟 合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示。
测量电路(measuring circuit)： 将转换
元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如 放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特 性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。
2020/3/19
3
1.1.2 传感器的组成和分类
2．传感器的分类
（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。
2020/3/19
16
1.2 检测技术理论基础
1.2.1 检测技术
检测技术是以研究检测系统中的信 息提取、信息转换以及 信息处理的理论 与技术为主要内容的一门应用技术学科 。检测技术主要研究被测量的测量原理 、测量方法、检测系统和数据处理等方 面的内容。不同性质的被测量要采用不 同的原理去测量，测量同一性质的被测 量也可采用不同测量原理。
式中， 为非线性最大误差(最大偏差); 为满量程输出值。
常用的直线拟合方法有理论拟合、端点拟合和端点平移拟合等， 如图1-7所示。采取不同的方法选取拟合直线，可以得到不同的 线性度。
2020/3/19
7
1.1.3 传感器基本特性
2020/3/19
8
1.1.3 传感器基本特性
6. 分辨率 :
分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小 变化值的能力。输入量从某个任意值缓慢增加，直 到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是 分辨率。它可以用绝对值，也可以用量程的百分数 来表示。该量说明了检测仪表响应与分辨输入量微 小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率愈好。一般模 拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。 数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。
传感器的静态特性：
1. 测量范围：传感器所能测量到的最小输入量 与最大输入量 之间
的范围称为传感器的测量范围。
2. 量程：传感器测量范围的上限值 与下限值 的代数差 - 称为量程。
3. 精度：传感器的精度是指测量结果的可靠程度，是测量中各类误差
的综合反映。工程技术中为简化传感器精度的表示方法，引用了精度等级 的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示，代表传感器测量的 最大允许误差，即相对误差。