第二章 传感器概述
《飞机仪表》第二章传感器原理
中央，盖住四个电极的 面积相等，导电液体盖 住四个电极的面积也相 等，因而四个电极经导 电液至中心电极的电阻 是相等的。
液体摆
原理： 倾斜时，气泡偏离
中央位置，盖住对应两 个电极的面积不再相等， 导电液体盖住这两个电 极的面积也不相等，被 液体盖住面积小的电极 至中心电极的电阻增大， 被液体盖住面积大的电 极至中心电极的电阻减 小。
1. 衔铁位于中间位置时，气隙、电感、感抗等相等， 输出电压为0； 2. 衔铁偏离中间位置时，与衔铁气隙减小的铁芯一 端线圈电感增大， 另一铁芯线圈电感减小，此时电 桥不平衡，有输出电压。
U s 2 U
U s 2 U
由公式可以看出来:电源 电压和初始间隙都确定 的情况下，输出电压与 衔铁位移量成正比，相 位与移动方向有关。
li
i Ai
li、 i、Ai——磁通通路的长度及对应的磁导率和截面积
Rm
li
i Ai
由于空气的磁阻Rm0远大于铁磁物质的磁阻，所 以略去铁芯的磁阻后可得：
Rm
li 2δ μi Ai μ0A0
因此线圈自感系 数可以写成：
L W2 μ0A0W2
Rm
2δ
x R m L
x R m L
基本概念
变形—外力导致的物体尺寸和形状的改 变。 弹性变形—外力消失后可以恢复原来状 态的变形。 弹性元件—具有弹性变形的物体。被测 参数→线/角位移。 弹性特性—外力与变形的关系。线性的 或者非线性的。
基本概念
刚度—弹性元件抵抗变形的能力 。 灵敏度—单位力产生变形的大小。
外力相同时，变形大的灵敏度高， 变形小的灵敏度低。
4. 弹簧管—弧状弹性金属管，开口端固 定，封闭端随管子移动。
传感器ppt课件
汽车电子
总结词
传感器在汽车电子中发挥重要作用，提高车 辆安全性能和驾驶体验。
详细描述
现代汽车中，传感器被广泛应用于发动机控 制、底盘控制、车身控制等系统中。通过使 用传感器，车辆可以实现燃油喷射、点火时 刻控制、刹车防抱死等复杂的功能。同时， 传感器还为驾驶者提供诸如车速、转速、水 温等实时信息，帮助驾驶者更好地掌握车辆
将传感器输出的信号通过数据采集系统进行 采集，并将其转换为计算机能够处理的数字 信号。
数据处理
采集到的数字信号需要进行数据处理，包括 数据分析和处理、数据存储和检索等，以便 得到有用的信息和结果。
04
传感器在自动化中的应用
工业自动化
要点一
总结词
传感器在工业自动化中应用广泛，提高生产效率和产品质 量。
05
传感器的发展趋势与挑战
新材料与新技术的应用
纳米材料
随着纳米材料的发展，传感器正朝着纳米级精度和灵 敏度的方向发展，提高传感器的响应速度和准确性。
新型传感器材料
新型传感器材料如碳纳米管、石墨烯等具有优异的物理 、化学性能，为传感器设计提供了更多的选择和可能性 。
智能化与微型化趋势
智能化
智能化传感器能够通过算法和数据处理技术对感知数据进行处理、分析和解释，提高传感器输出的准确性和可靠 性。
压电式传感器
总结词
高精度、响应快、适合动态测量
详细描述
压电式传感器利用压电效应原理，通过检测压电材料的电压变化来检测物理量，如压力、加速度等。 由于其具有高精度、响应快、适合动态测量等优点，因此在振动、冲击、噪声等测量领域得到广泛应 用。
磁性传感器
总结词
高灵敏度、宽测量范围、易于实现小型化和集成化
传感器概述
第一章传感器概述1．1 传感器的组成与分类1．1．1 传感器的定义✧传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。
✧传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。
1．1．2 传感器的组成✧一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。
但由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。
因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。
如图1-1所示。
传感器组成方块图✧常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，他们分别与相应的传感器相配合。
1．1．3 传感器的分类✧表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出信号分类。
1．2 传感器在科技发展中的重要性1．2．1 传感器的作用与地位将计算机比喻人的大脑，传感器比喻为人的感觉器官。
功能正常完美的感觉器官，迅速准确地采集与转换获得的外界信息，使大脑发挥应有的作用。
自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。
1．2．2 传感器技术是信息技术的基础与支柱现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。
传感器在信息采集系统中处于前端，它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。
1．2．3 科学技术的发展与传感器有密切关系传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。
如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。
1．3 传感器技术的发展动向✧传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。
✧传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化与智能化。
传感器PPT课件
阶跃响应
传感器对阶跃输入信号的响应 特性，反映传感器的动态跟踪
能力。
阻尼比
描述传感器动态系统阻尼特性 的参数，影响传感器的动态稳
定性。
固有频率
传感器动态系统的固有振动频 率，反映传感器对动态信号的
响应速度。
环境适应性指标评价
温度稳定性
传感器在不同温度下的输出稳 定性，反映传感器对温度变化
降低传感器制造成本，提高可靠性和 寿命是当前面临的挑战。
未来发展感器研究
探索新型传感材料，提高传感器的灵敏度 和响应速度。
借鉴生物感知机制，研发仿生传感器，拓 展应用领域。
多传感器融合技术
智能化传感器网络
利用多传感器融合技术，提高测量精度和 可靠性。
构建智能化传感器网络，实现传感器之间 的协同工作和自组织能力。
、电阻等。
测量电路对转换元件输出的电信 号进行放大、滤波、转换等处理 ，以便于后续的数据采集、传输
和处理。
信号转换与处理
信号转换
将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机等数字设备进行处理。常见的信 号转换方式有A/D转换和V/F转换等。
信号处理
对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的信噪比和抗干扰能力 。常见的信号处理方式有放大电路、滤波电路和线性化电路等。
分类
根据输入物理量可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、 加速度传感器、光线传感器等。
发展历程及现状
发展历程
传感器的历史可以追溯到20世纪初，当时主要应用于军事领域。随着科技的不断进步，传感器逐渐应 用于民用领域，如工业自动化、环境监测、医疗设备等。近年来，随着物联网、人工智能等技术的快 速发展，传感器技术也取得了巨大的进步。
煤矿安全监测监控技术(02)-矿用传感器(02)
图2.4-1 顺磁测氧元件
１－环型室 ； ２－永久磁铁； ３－r1电阻线圈； ４－r2电阻线圈； r1 r2R1 R2测量电桥
1PPm CO) 输出信号：200～1000Hz、1.0～5.0mADC 防爆型式：ExibⅠ矿用本安型 外形尺寸：(190×114×57)mm
图2.3-5 KG9201CO传感器
四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))
3、结构及原理：
LED显示
watchdog 电路 EEPROM
三、KGQ7型氧气传感器
主要技术指标
测量范围：0～25 % O2 测量误差：± 3 % O2（满量程） 响应时间：小于30 s 报警方式：红色灯光闪烁，蜂鸣器鸣叫 输出信号： KGQ7－1 型：200～1000 Hz KGQ7－2 型：1～5 mA 恒流，负载电阻0～500 Ω KGQ7－3 型：RS485 接口，通信波特率1200 bps 工作电压：DC 9～24 V 工作电流：DC 9 V 不大于100 mA 标定流量：200 毫升/分
产生： CO是碳系物质不完全燃烧的生成物，井下爆破作业、内燃机 车的排气、火灾、瓦斯煤尘爆炸均产生CO
危害： 可燃易爆，剧毒。允许浓度，中国是24PPM，日本是50PPM；
检测方法： 检知管法、定电位电化学法、红外吸收法、气相色谱法等。
二、检知管法测定CO
检知管检测CO原理： CO气体缓慢而稳定的流过检知管时，与管中试剂发生化学反 应，呈现一定的颜色(比色式)或变色长度(比长式)，来检测 CO的浓度。
(完整版)《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课后答案
第一章传感与检测技术的理论基础1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。
相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。
实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。
引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。
2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。
测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。
在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。
在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。
采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。
引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。
3．用测量范围为-50～+150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差2140142=-=∆kPa实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=）（γ4．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。
随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。
传感器与检测技术-教案
传感器与检测技术-教案第一章：传感器概述1.1 教学目标了解传感器的定义、分类和作用理解传感器的基本原理和特性掌握传感器的选用和安装方法1.2 教学内容传感器的定义和分类传感器的基本原理和特性传感器的选用和安装方法1.3 教学方法讲授传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解传感器的工作原理和特性动手实验，演示传感器的选用和安装方法1.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对传感器选用和安装方法的掌握程度第二章：温度传感器2.1 教学目标了解温度传感器的定义、分类和作用理解温度传感器的基本原理和特性掌握温度传感器的选用和安装方法2.2 教学内容温度传感器的定义和分类温度传感器的基本原理和特性温度传感器的选用和安装方法2.3 教学方法讲授温度传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解温度传感器的工作原理和特性动手实验，演示温度传感器的选用和安装方法2.4 教学评估课堂问答，检查学生对温度传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对温度传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对温度传感器选用和安装方法的掌握程度第三章：压力传感器3.1 教学目标了解压力传感器的定义、分类和作用理解压力传感器的基本原理和特性掌握压力传感器的选用和安装方法3.2 教学内容压力传感器的定义和分类压力传感器的基本原理和特性压力传感器的选用和安装方法3.3 教学方法讲授压力传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解压力传感器的工作原理和特性动手实验，演示压力传感器的选用和安装方法3.4 教学评估课堂问答，检查学生对压力传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对压力传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对压力传感器选用和安装方法的掌握程度第四章：流量传感器4.1 教学目标了解流量传感器的定义、分类和作用理解流量传感器的基本原理和特性掌握流量传感器的选用和安装方法4.2 教学内容流量传感器的定义和分类流量传感器的基本原理和特性流量传感器的选用和安装方法4.3 教学方法讲授流量传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解流量传感器的工作原理和特性动手实验，演示流量传感器的选用和安装方法4.4 教学评估课堂问答，检查学生对流量传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对流量传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对流量传感器选用和安装方法的掌握程度第五章：位移传感器5.1 教学目标了解位移传感器的定义、分类和作用理解位移传感器的基本原理和特性掌握位移传感器的选用和安装方法5.2 教学内容位移传感器的定义和分类位移传感器的基本原理和特性位移传感器的选用和安装方法5.3 教学方法讲授位移传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解位移传感器的工作原理和特性动手实验，演示位移传感器的选用和安装方法5.4 教学评估课堂问答，检查学生对位移传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对位移传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对位移传感器选用和安装方法的掌握程度第六章：光学传感器6.1 教学目标了解光学传感器的定义、分类和作用理解光学传感器的基本原理和特性掌握光学传感器的选用和安装方法6.2 教学内容光学传感器的定义和分类光学传感器的基本原理和特性光学传感器的选用和安装方法6.3 教学方法讲授光学传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解光学传感器的工作原理和特性动手实验，演示光学传感器的选用和安装方法6.4 教学评估课堂问答，检查学生对光学传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对光学传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对光学传感器选用和安装方法的掌握程度第七章：超声波传感器7.1 教学目标了解超声波传感器的定义、分类和作用理解超声波传感器的基本原理和特性掌握超声波传感器的选用和安装方法7.2 教学内容超声波传感器的定义和分类超声波传感器的基本原理和特性超声波传感器的选用和安装方法7.3 教学方法讲授超声波传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解超声波传感器的工作原理和特性动手实验，演示超声波传感器的选用和安装方法7.4 教学评估课堂问答，检查学生对超声波传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对超声波传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对超声波传感器选用和安装方法的掌握程度第八章：无线传感器网络8.1 教学目标了解无线传感器网络的定义、分类和作用理解无线传感器网络的基本原理和特性掌握无线传感器网络的选用和安装方法8.2 教学内容无线传感器网络的定义和分类无线传感器网络的基本原理和特性无线传感器网络的选用和安装方法8.3 教学方法讲授无线传感器网络的基本概念和分类分析实际案例，讲解无线传感器网络的工作原理和特性动手实验，演示无线传感器网络的选用和安装方法8.4 教学评估课堂问答，检查学生对无线传感器网络定义和分类的理解分析案例，评估学生对无线传感器网络工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对无线传感器网络选用和安装方法的掌握程度第九章：传感器信号处理与分析9.1 教学目标了解传感器信号处理与分析的基本概念、方法和作用理解传感器信号处理与分析的基本原理和特性掌握传感器信号处理与分析的方法和技巧9.2 教学内容传感器信号处理与分析的基本概念和方法传感器信号处理与分析的基本原理和特性传感器信号处理与分析的方法和技巧9.3 教学方法讲授传感器信号处理与分析的基本概念和方法分析实际案例，讲解传感器信号处理与分析的基本原理和特性动手实验，演示传感器信号处理与分析的方法和技巧9.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器信号处理与分析的基本概念和方法的理解分析案例，评估学生对传感器信号处理与分析的基本原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对传感器信号处理与分析的方法和技巧的掌握程度第十章：传感器在工程应用中的案例分析10.1 教学目标了解传感器在工程应用中的重要性理解传感器在不同工程领域的应用案例掌握传感器在工程应用中的选型和应用方法10.2 教学内容传感器在工程应用中的重要性传感器在不同工程领域的应用案例传感器在工程应用中的选型和应用方法10.3 教学方法讲授传感器在工程应用中的重要性分析实际案例，讲解传感器在不同工程领域的应用动手实验，演示传感器在工程应用中的选型和应用方法10.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器在工程应用中的重要性的理解分析案例，评估学生对传感器在不同工程领域应用的掌握程度实验报告，评估学生对传感器在工程应用中的选型和应用方法的掌握程度重点和难点解析1. 传感器的基本概念和分类：重点关注传感器定义和分类的理解，以及传感器的功能和作用。
传感器的概述精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第一章 传感器的概述1.传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A srad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
《传感器》 讲义
《传感器》讲义一、什么是传感器在我们的日常生活和现代科技的各个领域中，传感器扮演着至关重要的角色。
那么，究竟什么是传感器呢？简单来说，传感器就是一种能够感知外界环境中的物理量、化学量或生物量，并将其转换成电信号或其他形式的易于处理和传输的信号的装置。
它就像是我们的“感觉器官”，能够敏锐地捕捉到各种信息，并将其传递给后续的处理系统。
传感器的应用范围极其广泛，从智能手机中的加速度计和陀螺仪，到汽车中的压力传感器和温度传感器，再到工业生产中的各种检测设备，都离不开传感器的身影。
二、传感器的工作原理为了更好地理解传感器，我们需要了解一下它的工作原理。
传感器通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件负责直接感受被测量的物理量，并将其转换为另一种物理量；而转换元件则将敏感元件输出的物理量转换为电信号。
以温度传感器为例，常见的热敏电阻就是一种敏感元件。
当温度发生变化时，热敏电阻的电阻值会随之改变。
而与热敏电阻相连的电路就能将电阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是转换元件的作用。
不同类型的传感器，其工作原理各不相同。
比如压力传感器可以基于应变效应，利用应变片在压力作用下产生形变从而导致电阻变化来测量压力；光传感器则可以通过光电效应将光信号转换为电信号。
三、传感器的分类传感器的种类繁多，可以按照不同的标准进行分类。
按照被测量的物理量分类，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、光照传感器等等。
按照工作原理分类，传感器又可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁电式传感器等等。
此外，还可以按照输出信号的类型分为模拟式传感器和数字式传感器；按照使用的材料分为金属传感器、陶瓷传感器、半导体传感器等。
四、常见传感器介绍1、温度传感器温度传感器是最常见的传感器之一。
它广泛应用于各种领域，如家用电器、工业自动化、医疗设备等。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和热敏电阻。
电化学传感器
A为电极面积，D为氧化态物种的扩散系数，t为反应 时间，n为电极反应电子的计量系数。
(6) 产物的脱附。 如果产物解吸速度很慢，电 极可能会中毒。 (7) 产物离开电极表面的扩散。 (8) 产物的排除。净化传感器内部空间。如果 产物极易溶于电解液，将使传感器内部成分 改变，传感器的信号响应则改变。CO传感器 用酸性电解液。
通常采用三电极体 系 ：工作电极、辅 助电极、参比电极
测量的电流信号与发生电极氧化（或还原）的 物质浓度相关 。
3、电导型传感器工作原理
通过测量 电导来测 定化学量
惠斯顿电桥平衡法
Rx
R1 R2
R3
电导型传感器有极高的灵敏度，但几乎没有
选择性，因此应用较少。
三、电化学传感器的性能指标
电化学传感器的性能指标：灵敏度、选 择性、响应时间、准确性、测量范围、温度 系数、背景电流和仪器噪声、稳定性、使用 寿命等。
三、离子传感器的响应机理
溶液中的离子与敏感膜上 的离子之间发生交换作用
敏感膜内外 产生电位差
敏感膜内外 离子活度差
膜电位M
对于阳离子：
M
K
2.303RT nF
lg 阳离子
对于阴离子：
M
K－
2.303RT nF
lg
阴离子
四、离子选择性场效应晶体管型离子传感器
ISFET是一种将离子选择性敏感膜与半导体场 效应器件结合起来的微电子离子选择性敏感器件， 其核心部件是场效应晶体管(FET)
510－7~110－1
Cd2＋, Ag＋, Hg2＋,Cu2＋, Fe3＋, Cl－
510－7~110－1 Pb2＋, Ag＋, Hg2＋,Cu2＋, Fe3＋
传感器PPT概述
8．静态误差（精度）
静态误差是传感器在其全量程内任一点的输出值与 其理论输出值的偏离程度。
求静态误差是把全部校准数据与拟合直线上对应值的残
差看成是随机分布，求出其标准偏差σ，取2σ或3σ值即
为传感器的静态误差。或用相对误差表示：
（2 ~ 3） 100 %
yFS
（1 15）
也可以由非线性误差、迟滞误差、重复性误差这几个
6
6
1.2.3 传感器的分类
基本物理量
线位移 位移
角位移
派生物理量 长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 旋转角、偏转角、角振动等
线速度 速度、振动、流量、动量等 速度
角速度 转速、角振动等
线加速度 振动、冲击、质量等 加速度
角加速度 角振动、扭矩、转动惯量等
力 压力
重量、应力、力矩等
时间 频率
周期、记数、统计分布等
11
1.3 传感器的数学模型概述
1 .微分方程
大多数传感器都属模拟系统之列。描述模拟 系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性常系数
微分方程来描述输出量y和输入量x的关系。
n
dy
d n1 y
dy
an dtn an1 dtn1 a1 dt a0 y
bm
dmx dt m
参数。除b0 0外，一般取b1,b2…bm为零.
13
1.3 传感器的数学模型概述
2. 传递函数
如果y(t)在t≤0时， y(t) =0，则y(t) 的拉氏变 换可定义为
Y S yt estdt 0
（1 3）
式中S=σ+jω，σ>0。
对微分方程两边取拉氏变换，则得
传感器概述
第2章 传 感 器 概 述
y YFS
实 际 特性 曲 线
理 想 特性 曲 线 o
x
图2-3 线性度
第2章 传 感 器 概 述
传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合 直线之间的最大偏差值ΔLmax与满量程输出值YFS之比。线性度 也称为非线性误差，用γL表示，即
L
Lm a x YFS
100 %
第2章 传 感 器 概 述
2.2 传感器的基本特性
2.2.1 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与
输入的关系。如果被测量是一个不随时间变化，或随时间变化缓 慢的量，可以只考虑其静态特性， 这时传感器的输入量与输出 量之间在数值上一般具有一定的对应关系，关系式中不含有时间 变量。对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系 通常可用一个如下的多项式表示：
第2章 传 感 器 概 述
为了说明传感器的动态特性，下面简要介绍动态测温的问题。 当被测温度随时间变化或传感器突然插入被测介质中，以及传感 器以扫描方式测量某温度场的温度分布等情况时，都存在动态测 温问题。如把一支热电偶从温度为t0℃环境中迅速插入一个温度 为t1℃的恒温水槽中（插入时间忽略不计），这时热电偶测量的 介质温度从t0突然上升到t1，而热电偶反映出来的温度从t0℃变化 到t1℃需要经历一段时间，即有一段过渡过程，如图2-7所示。热 电偶反映出来的温度与其介质温度的差值就称为动态误差。
如前面提到的不带套管热电偶测温系统、电路中常用的阻 容滤波器等均可看作为一阶系统。
第2章 传 感 器 概 述 3） 二阶系统的微分方程为
a2
d
2 y(t) dt2
a1
dy(t) dt
a0
第2章 传感器的性能与评价
14 2016/12/7
绝对误差：Δ =Ax－Ａ0
常用修正值 表示，即
思考：某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg 苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对 卖巧克力的商店意见最大，是何原因？
相对误差 定义： 测量的绝对误差与被测量的真值之比 相对误差 = 绝对误差 真值 100%
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•频响特性与动态品质评价 （3）二阶传感器的幅频、相频特性 具有阻尼、质量和弹簧的单自由度二阶系统的频率特性为
式中，频率比=/0，0= km为系统无阻尼时的固有频 c/(2 km )为阻尼比系数。 率； 求得幅频特性和相频特性为
H ( j )
1/ k
1/ k 1 2 2
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幅频和相频特性
29
•频响特性与动态品质评价 （1）频率响应特性与动态品质的关系 固有频率拓宽，则在指定精度下的平坦区间也将 拓宽。因此，改变传感器的固有频率可改变动态 范围。频率特性与时间响应之间有着确定的关系， 通过频率特性可计算暂态响应。 从典型环节的频率特性，可了解结构参数对它的 影响及暂态响应之间的关系。
H ( j )
(1 2 )2 (2 )2 2 ( ) arctan 1 2
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式中，ΔLmax为最大偏差；yFS为满量程时的输出值；测量 下限与测量上限的区间为量程，测量上限时的输入量为满 量程输入值，对应的输出为满量程输出值（参见下图）， 其中虚线为拟合直线。
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•主要静态指标
(1) 线性度（非线性误差） 非线性误差与所选拟 合直线有关，拟合的方式 不同，非线性误差不同。 给出非线性误差时，应说 明所用的是何种拟合直线。 选择拟合直线的原则是使 非线性误差最小，并考虑 使用方便，计算简单。
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2.1 传感器的组成与分类
被测量 敏感元件 转换元件 信号调理转换电路
非电：压力、温度 电：电流、电压
辅助电源 图2－1 传感器组成方框图
2
2.2 传感器的基本特性
• 输出输入特性——静态特性与动态特性 • 本节目的
• 会由基本特性确定基本参数和性能指标
3
2.2.1 静态特性
4
正 向
反 向
-0.012 3 0.505 6 0.998 6 1.498 5 2.000 5 2.504 9
-0.012 4 0.507 1 0.999 8 1.499 2 2.001 5
5
正 向 反 向
-0.012 5 0.506 0 0.999 2 1.499 0 2.001 0 2.505 2
以输出的平均值求端点连线拟合直线，问灵敏度 和线性度、迟滞、重复性误差各是多少？
13
拟合直线 y 5x
线性度：Lmax L1 L2 1 mV
L
Lm a x YFS100 %源自1 25100 %
4%
灵敏度：
s y 25 5 x 5
mV mm
迟滞：
H max H 3 2 mV
H
1 H max 100 % 1 2 100 %
-0.011 9 0.501 7 0.995 9 1.496 0 2.000 0
2.504 2 -0.011 9 0.504 4 0.997 9 1.498 1 1.999 6
3
正 向 反 向
-0.012 1 0.504 4 0.998 3 1.498 1 2.000 3 2.504 7
-0.012 3 0.506 8 0.999 3 1.499 3 2.001 3
5
静态特性的性能指标
• 1 零位（点）
如变送器是输出标准信号的传感器， 输出直流电流值4mA为零位值。零位值应 从测量结果中设法消除。
6
• 2 灵敏度
描述测量 系统对输入量变 化反应的能力：
S=常量
S常量
S
输出量增量y 输入量增量x
dy dx
其它表达形式：
S y 、S y y
x x
x
7
3 分辨力
-0.012 6 0.507 5 1.001 0 1.500 2 2.001 6
16
示例2
1. 计算平均值
正、反行程输出平均值
11
图（a）理论拟合，（b）端点旋转拟合（c）端点连线拟合，（d）端点连线平移拟合 如果为一组离散数据，可以用最小二乘拟合（线性回归分析），精度最高。
非线性度
L
Lmax YFS
100%
ΔLmax——静态特性与拟合直线的最大非线性绝对误差
12
• [示例1]有一位移测量系统，对位移在0～5mm的范围进行 了两个循环的测量，测量数据如下：
9
6 重复性
• 定义：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 变化时，所得特性曲线不一致的 程度
R
R YFS
100%
重复性误差是随机误差，常用标准差
计算（标准法），也可用正反行程
中最大重复差值Rmax（极差法）计算：
R
2 ~ 3
YFS
100%
R
Rmax 2YFS
100%
10
8
5 迟滞
定义：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）形成期 间其输入-输出特性曲线不重合的现象
y
迟滞误差：
H
H max YFS
100%
YF.S
Hmax —同一输入量对应正、反行程输出量
ΔHmax
的最大差值，迟滞差值；
O
XF.S x
图2-5 滞环特性
YF.S —满量程输出值
• 迟滞产生的原因：弹性敏感元件的弹性滞 后、运动部件的摩擦、传动机构的间隙、 紧固件松动等。
• 它表征测量系统有效辨别输入量最小变化 量的能力。一般为最小分度值的1/2~1/5。具有 数字显示器的测量系统，其分辨力是当最小有 效数字增加一个字时相应示值的改变量，也即 一个分度值。
4 量程
• 又称“满度值”，表征测量系统能够承受 最大输入量的能力。其数值是测量系统示值范 围上、下限之差的模。
总计标定值的个数N＝55
15
j
1
表 1-1
静态实验标定数据
2
3
4
5
6
i
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1
正 向 反 向
-0.011 4 0.499 8 0.995 4 1.496 2 1.999 1 2.503 0
-0.011 6 0.502 9 0.996 9 1.497 4 1.998 6
2
正 向 反 向
2 YFS
2 25
4%
重复性：
Rmax 1 mV
2% R
Rmax 100 % 2YFS
＝
14
[示例2]由压力测量系统的静态实验标定数据 求取静态特性基本参数与质量指标
•
某压力测量系统的标称量程为2.5×105Pa，在满量程
范围内标定点数m=6,正反行程循环次数n=5，标准压力发
生器用活塞式压力计（0.05级），标定值列入表1-1中，
4
• 静态特性的获得： 通过实验标定获得。
1.在规定的标准工作条件下 （规定的温度范围、大气压力、湿度等），由高精度输入量
发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的 输入量:xj(j=1,2,…,m) 2. 用 高 精 度 测 量 仪 器 测 定 被 校 测 量 系 统 对 应 输 出 量 yj(j=1,2,…,m) 3. 被yj，校测xj数量值系列统出的的输数出表与、输绘入制的曲关线系或，求称之得为数静学态表特达性式。表征
7 线性度（非线性误差）
• 定义：是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度
y a0 a1x a2x2 an xn
• a0－输入量x为零时的输出量； a1 ,线性项系数 • a2 , …, an －非线性项系数 • 非线性度是准对不同的拟合直线说的，常用拟合直线确定
的方法：理论线性度、最小二乘法线性度等。常用后者， 后者拟合的直线与实际曲线所有点的平方和最小，非线性 误差较小。拟合直线方程为：y=b+kx • 下图是各种不同的拟合方法
• 被测量的值处于稳定状态时的输出与输入 的关系。
• 当被测量是一个不随时间变化或随时间缓慢变化的恒定信 号时，传感器输入量与输出量之间在数值上一般具有一定 的对应关系，关系式中不含有时间变量。通常可用如下的 多项式表示：
y a0 a1x a2x2 an xn
• a0－输入量x为零时的输出量； a1 ,线性项系数 • a2 , …, an －非线性项系数 • 各项系数决定了特性曲线的具体形式。