传感器技术基础知识

能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
物性型: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:水银温度计.
结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
5.传感器的命名 由主题词加四级修饰语构成。 主题词——传感器； 第一级修饰语——被测量，包括修饰被测量的定 语； 第二级修饰语——转换原理，一般可后续以“式” 字； 第三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感 器结构、性能、材料特征、敏感元件及其它必要 的性能特征，一般可后续以“型”字； 第四级修饰语——主要技术指标（量程、精确度、 灵敏度等）。
1.用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种用途 的传感器，这是传感器技术的重要基础工作。
例如，利用某些材料的化学反应制成的能识别气体的“电 子鼻”；利用超导技术研制成功的高温超导磁传感器等。
2.传感器向高精度、一体化、小型化的方向发展。 工业自动化程度越高，对机械制造精度和装配精度要求 就越高，相应地测量程度要求也就越高。因此，当今在传感 器制造上很重视发展微机械加工技术。
2. 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。它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。
3. 线性度与非线性误差
线性度是用实测的检测系统输入—输出特性曲
线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比
来表示的，如下图所示。
线性度可用非线性
ymax
误差来表示，计算式为：1源自ΔLmaxEfm 100% YFS
2
0
xmax
采取不同的方法选取拟合直线，可以得到不同的
线性度。如使拟合直线通过实际特性曲线的起点和满
量程点，可以得到端基线性度。
4. 迟滞 迟滞特性表明检测系统在正向和反向行程期间，
输入—输出特性曲线不一致的程度。也就是说，对 同样大小的输入量，检测系统在正、反行程中，往
往对应两个大小不同的输出量，如右下图所示。通
过实验，找出输出量的
y
这种最大差值，并以满量程 ymax
输出YFS的百分数表示， 如下式：
声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
2)按工作原理分类: 机械式,电气式,光学式，流体式等。
切削力测量应变片
动圈式磁电传感器
3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型.
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
3.发展智能型传感器
智能型传感器是一种带有微处理器并兼有 检测和信息处理功能的传感器。智能型传感器 被称为第四代传感器，使传感器具备感觉、辨 别、判断、自诊断等功能，是传感器发展的主 要方向。
1.2 检测技术基础 1.2.1 检测技术的概念与作用
检测技术是人们为了对被测对象所包含的信息 进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术 措施。
检测技术也是自动化系统中不可缺少的组成部 分。检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的 进步。检测技术几乎渗透到人类的一切活动领域， 发挥着愈来愈大的作用。
1.2.2 检测系统的基本组成 一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感
器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别 完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其 中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。检测 系统的组成框图如下 ：
1.1.2 传感器的主要特性参数
1.灵敏度
灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量
变化和引起此变化的输入量变化的比值。它是输
入与输出特性曲线的斜率，
y
如右图所示，可表示为：
s
dy
一般希望灵敏度s在整个 dx
测量范围内保持为常数。
dy
这样，可得均匀刻度的标尺，
dx
使读数方便，也便于分析和
0
x
处理测量结果。
6.传感器的代号 依次为主称（传感器） 被测量—转换原理—序 号
主称——传感器，代号C； 被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大 写字母标记。见附录表2； 转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个 大写字母标记。见附录表3； 序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定， 用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列 等。例：应变式位移传感器： C WY-YB-20； 光纤压力传感器：C Y-GQ-2。
1 2
ΔH max
Et
m 100% YFS
0
xmax
5. 重复性 重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的 不一致程度，也叫稳定性。重复性的高低与许多随机因 素有关，也与产生迟滞的原因相似，它可用实验的方法 来测定。
1.1.3 传感器的发展方向 当今，传感器技术的主要发展动向，一是开展基
础研究，重点研究传感器的新材料和新工艺；二是实 现传感器的智能化。三是向集成化方向发展，传感器 集成化的一个方向是具有同样功能的传感器集成化。 从而使对一个点的测量变成对一个平面和空间的测量。 例如。利用电荷耦合器件形成的固体图像传感器来进 行的文字和图形识别 。
第1章 传感器与检测技术基础知识
本章学习目的要求: 1.了解传感器的作用与工程应用情况 2.了解传感器的分类 3.了解传感器的最新发展动态 4.掌握测量及误差的概念 5.掌握基本测量电路的作用
1.1 传感器基础知识
1.1.1 概述
1.定义
传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些 信息转换成可用信号的机械电子装置。如下图所示:
物理量
电量
2.传感器的组成
传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器 件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换 输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进 行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。如下 图的温度电阻。
d V
3.传感器的分类
1)按被测物理量分类
常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量;