传感器的主要知识点

传感器的主要知识点 Revised by Petrel at 2021

绪论

一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势

能够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构成。

如果传感器信号经信号调理后，输出信号为规定的标准信号

（0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…），通常称为变送器，

分类：

按照工作原理分，可分为：物理型、化学型与生物型三大类。物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。

按照输入量信息：

按照应用范围：

传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术.

发展趋势: 一是开展基础研究，探索新理论，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、多功能化与智能化。

1．发现新现象；

2．发明新材料；

3．采用微细加工技术；

4．智能传感器；

5．多功能传感器；

6．仿生传感器。

二、信息技术的三大支柱

现在信息科学（技术）的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术，即传感器技术、通信技术和计算机技术。

课后习题

1、什么叫传感器，它由哪几部分组成它们的作用与相互关系

传感器(transducer/sensor)：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置（国标GB7665—2005）。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或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。

转换元件：指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号(一般为电信号)部分。

信号调理电路(Transduction circuit) ：由于传感器输出电信号一般较微弱，而且存在非线性和各种误差，为了便于信号处理，需配以适当的信号调理电路，将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。

第一章传感器的一般特性

1.传感器的基本特性

动态特性静态特性

2.衡量传感器静态特性的性能指标

（1）测量范围、量程

（2）线性度

%100max

⨯∆±

=⋅S

F L y δ 传感器静态特性曲线及其获得的方法

传感器的静态特性曲线是在静态标准条件下进行校准的。

静态标准条件

（传感器校准时，包括零点在内的压力校准点数K 不应少于6 点，校准的循环次数R 不应少于3 次。校准点数和校准循环数的多少取决于被校传感器的精度和使用要求，通常K=6～11，R=3～5。每次校准共可获得2RK 个校准数据。

正行程校准曲线、反行程校准曲线，传感器的校准曲线。

∑==R j Cij Ci Y R Y 11 ∑==R j fij fi Y R Y 11 )(2

1

fi Ci i Y Y Y +=

经校准的传感器，应给出特性方程、线性、迟滞、重复性以及精度值。） 1）最小二乘法拟合直线

2

22

2

2

)

()(,)

()(,∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑--=

--=

+-=∆+=i i i i i i i i i

i i i i i i i x x n y x x y x b x x n y x y x n k b kx y b kx y

2）端点法拟合直线

00

10

1,)(,kx y b x x y y k b kx y b kx y i i i -=--=

+-=∆+=

（3） 灵敏度 dx

dy

S n ==

输入量的变化量输出量的变化量

（4） 分辨率、分辨力 （5） 迟滞

%100max

⨯∆±

=⋅S

F H y δ （6） 重复性

1）%100max

⨯∆±

=⋅S

F R y δ 2）%100)3~2(⨯±

=⋅S

F H y δ

δ 1

)(1

2

--=

∑=n y y

n

i i

δ

（7） 精度

R H L S

F y δδδδ++=⨯∆±

=⋅%100max

精度等级

思考题与习题

1、传感器的定义、组成、分类、发展趋势。

2、何为传感器的基本特性

3、传感器的静态特性是如何定义的，其主要技术指标由哪些如何测出它们的数据

4、某传感器的给定精度为2%。

11、某压力传感器的校准数据如表1-5所示。

线性度、重复性、迟滞按照书中公式计算即可。

主要习题：

第一章1、2、3、5，11

第二章 1、2、5、6、7、10、11

第三章 1、3

第四章 1、2

第五章 1、3、12、13、14

第七章 1 、2、3、5、6、9、11、13、14、16、21、24

第2章电阻应变式传感器

工作原理：

电阻应变式传感器的基本原理是将被测非电量转换成与之有确定对应关系的电阻值，再通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。

2.1金属电阻应变式传感器

1. 电阻—应变效应

当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相应地发生变化，这种现象称为金属导体的电阻—应变效应。

概念：轴向应变、径向应变、微应变（ ）