传感器技术与应用绪论

2．传感器的基本知识
（4）传感器的特性与技术指标
传感器的静态特性定义：被测量处于稳定状态下或 变化缓慢时的输入输出关系。
① 线性度
线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系
曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差。线性度
的关系式为：
式中，Δ
L
m ax
EL=
ΔLmax YFS
?100%
为实际曲线与拟合直线之间的最大偏
绪论
1.检测技术的地位与应用
图0-1温度、压力监测控制 图0-2超声波探伤
图0-3容器液位的检测
指纹传感器
温度传感器
烟雾传感器
图0-4 传感器在日常生活中的应用
人体探测器
2．传感器的基本知识
（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” 。此定义有3层含义： ①传感器是一种测量装置，能完成信息的获取任务。 ②被测的输入量可以是物理量、化学量、生物量等。 ③输出量是便于传输、转换、处理和显示的物理量。
② 间接测量
间接测量就是利用被测量与某中间量的函数关系，先测出中 间量，然后通过相应的函数关系计算出被测量的数值。
③ 联立测量 在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立 方程组才能得到最后结果，则这样的测量称为联立测量。
④ 接触式测量与非接触式测量 ⑤ 在线测量和非在线测量
（2）误差的基本概念
转换电路将转换元件输出的电参量转换成电压、电流或频率等可直接 利用的电信号。
2．传感器的基本知识
（3）分类
目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有 如下三种： ① 按被测的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、 流量、转速、加速度、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 （“1”和“0”或“开”和“关” ）的开关型传感器；输出 为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传 感器。
2．传感器的基本知识
（2）组成
传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，如图0-7 所示。
被测量 敏感 元件
转换 元件
转换 电量 电路
图0-7 传感器组成框图
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量。
转换元件也叫传感元件，是将敏感元件的输出量转换成电参量（电阻、 电容等）的元件。
2．传感器的基本知识
③ 迟滞性 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，输入-输出特性曲线不重合的现象称 为迟滞，迟滞性的关系式为：
EH=ΔYHFmSax ?100%
图0-9迟滞特性
3.测量及误差的基本知识
（1） 测量 ① 直接测量
直接测量就是用预先标定好的测量仪表直接读取被测量的测 量结果。
4.传感器接口电路
（1）传感器输出信号的特点 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，对于接口电路的选择尤其重要。传感器输出信号的特点主要表现为： ① 传感器输出信号的形式多样化，有电压、电荷、电阻、频率等。 ② 传感器输出信号比较微弱，不易于检测。 ③ 传感器的输出阻抗较高，与测量电路连接，会产生较大的信号衰减。 ④ 传感器输出信号动态范围宽。 ⑤ 传感器的输出信号随着输入量的变化而变化，但它们之间的关系不一 定是线性比例关系。
（3） 误差的分类
根据误差出现的规律可分为系统误差、随机误差和粗大误差三种。 ① 系统误差 在相同条件下，多次测量同一量时，误差的大小和符号保持恒定，或在条件 改变时，与某一个或几个因素成函数关系的有规律变化的误差，称为系统误 差。 ② 随机误差 服从统计规律的误差称为随机误差，简称为随机误差，又称为偶然误差。 ③ 粗大误差 粗大误差是一种显然与实际值不服的误差。如测错、读错、记错以及实验条 件未达到预定的要求而匆忙实验，都会引起粗大误差。
① 绝对误差
绝对误差是测量的指示值与真值之间的差值。设被测量的 真值为 x 0 ，测量值或指示值为 x ，则绝对误差为
② 相对误差
x xx0
绝对误差与被测量的真值（实际值）之比称为相对误差。
即:
= x 100%
x0
③ 引用误差
引用误差是绝对误差与仪表量程比值的百分数，即:
= x 100% xm
（2）常见传感器接口电路
① 阻抗匹配器 传感器输出阻抗都比较高，为防止信号的衰减，常常采 用高输入阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统 的前置电路。常见的阻抗匹配器有晶体管阻抗匹配器、 场效应管阻抗匹配器及运算放大器阻抗匹配器。 ② 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。 ③ 放大电路 传感器的输出信号一般比较微弱，因而在大多数情况下 都需要放大电路。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
差，Y F S 为输出满量程值。
2．传感器的基本知识
（4）传感器的特性与技术指标
② 灵敏度
灵敏度是指传感器的输出变化量 Δy与输入变化量
Δx的比值，即
S= Δy Δx
对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的 斜率。而非线性传感器的灵敏度为一变量。传感器 的灵敏度如图0-8所示。
图0-8 传感器的灵敏度