气体传感器的性能分析
气体传感器的性能分析
摘要气体传感器是现代检测手段之一,具有广泛的应用和发展潜力。阐述气体传感器的选择原则,并分析各类气体传感器的性能。
关键词气体传感器;选择;性能分析
1气体传感器的选择
1.1根据测量对象、环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。
1.2灵敏度的选择
通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
1.3响应特性(反应时间)
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,选择适当的气体传感器。
1.4线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,
传感器的主要参数特性
传感器的主要参数特性 传感器的种类繁多，测量参数、用途各异．共性能参数也各不相同。一般产品给出的性能参数主要是静态特性利动态特性。所谓静态特性，是指被测量不随时间变化或变化缓慢情况下，传感器输出值与输入值之间的犬系．一般用数学表达式、特性曲线或表格来表示。动态特性足反映传感器随时间变化的响应特性。红外碳硫仪动恋特性好的传感器，其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线相近。一般产品只给出响应时间。 传感器的主要特性参数有： (1)测量范围(量程) 量程是指在正常工种：条件下传感器能够测星的被测量的总范同，通常为上限值与F 限位之差。如某温度传感器的测员范围为零下５０度到+３００度之间。则该传感器的量程为350摄氏度。 (2)灵敏度 传感器的灵敏度是指佑感器在稳态时输出量的变化量与输入量的变化量的比值。通常／d久表示。对于线性传感器，传感器的校准且线的斜率就是只敏度，是一个常量。而非线性传感器的灵敏度则随输入星的不同而变化，在实际应用巾．非线性传感器的灵敏度都是指输入量在一定范围内的近似值。传感器的足敏度越高．俏号处理就越简单。 (3)线性度(非线性误差) 在稳态条件下，传感器的实际输入、输出持件曲线勺理想直线之日的不吻合程度，称为线性度或非线性误差，通常用实际特性曲线与邵想直线之司的最大偏关凸h m2与满量程输出仪2M之比的百分数来表示。该系统的线性度X为 (４)不重复性 z；重复性是指在相同条件下。传感器的输人员技同——方向作全量程多次重复测量，输出曲线的不一致程度。通常用红外碳硫仪3次测量输11j的线之间的最大偏差丛m x与满量程输出值ym之比的百分数表示，1、2、3分别表示3次所得到的输出曲线．它是传感器总误差中的——项。 (5)滞后(迟滞误差) 迟滞现象是传感器正向特性曲线(输入量增大)和反向特性曲线(输入量减小)的不重合程度，通常用yH表示。
传感器的种类及特性分析
一、传感器地特性 ()传感器地动态性.动特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性输入信号变化时，输出信号随时间变化而相应地变化，这个过程称为响应.传感器地动态特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性好地传感器，当输入信号是随时间变化地动态信号时，传感器能及时精确地跟踪输入信号，按照输入信号地变化规律输出信号.当传感器输入信号地变化缓慢时，是容易跟踪地，但随着输入信号地变化加快，传感器地及时跟踪性能会逐渐下降.通常要求传感器不仅能精确地显示被测量地大小，而且还能复现被测量随时间变化地规律，这也是传感器地重要特性之一.文档来自于网络搜索()传感器地线性度.通常情况下，传感器地实际静态特性输出是条曲线而非直线.在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度地读数，常用一条拟合直线近似地代表实际地特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度地一个性能指标.拟合直线地选取有多种方法.如将零输入和满量程输出点相连地理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差地平方和为最小地理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线.文档来自于网络搜索()传感器地灵敏度.灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△对输入量变化△地比值.它是输出一输入特性曲线地斜率.如果传感器地输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数.否则，它将随输入量地变化而变化.灵敏度地量纲是输出、输入量地量纲之比.例如，某位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为,则其灵敏度应表示为.当传感器地输出、输入量地量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数.文档来自于网络搜索()传感器地稳定性.稳定性表示传感器在一个较长地时间内保持其性能参数地能力.理想地情况是不论什么时候，传感器地特性参数都不随时间变化.但实际上，随着时间地推移，大多数传感器地特性会发生改变.这是因为敏感器件或构成传感器地部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器地稳定性.文档来自于网络搜索 ()传感器地分辨力.分辨力是指传感器可能感受到地被测量地最小变化地能力.也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化.当输入变化值未超过某一数值时，传感器地输出不会发生变化，即传感器对此输入量地变化是分辨不出来地.只有当输入量地变化超过分辨力时，其输出才会发生变化.通常传感器在满量程范围内各点地分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化地输入量中地最大变化值作为衡量分辨力地指标.上述指标若用满量程地百分比表示，则称为分辨率.文档来自于网络搜索 ()传感器地迟滞性.迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出输入特性曲线不一致地程度，通常用这两条曲线之间地最大差值△与满量程输出·地百分比表示.迟滞可由传感器内部元件存在能量地吸收造成.文档来自于网络搜索()传感器地重复性.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不一致地程度.各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小.如图所示为输出特性曲线地重复特性，正行程地最大重复性偏差为.反行程地最大重复性偏差为.取这两个最大偏差中地较大者为,再以其占满量程输出地百分数表示，就是重复误差，即一士×()重复性是反映传感器精密程度地重要指标.同时，重复性地好坏也与许多随机因素有关，它属于随机误差，要用统计规律来确定.文档来自于网络搜索 二、常见地传感器种类 .电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样地一种器件.主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件.文档来自于网络搜索 .变频功率传感器 变频功率传感器通过对输入地电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光
传感器简答
1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？ 如何用公式表征这些性能指标？ 2、什么是传感器的动态特性？ 其分析方法有哪几种？ 3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？ 4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。(要求每种特性至少列出2种常用指标) 1、 答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。 传感器的静态特性的性能指标主要有： ① 线性度：非线性误差 max L FS L 100%Y γ?=± ? ② 灵敏度：y n x d S = d ③ 迟滞：max H FS H 100%Y γ?=? ④ 重复性：max R FS R 100%Y γ ?=±? ⑤ 漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。 知识点：传感器的动态特性 3、答：传感器的静态特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 知识点：传感器的静态特性 4、答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。 传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标 有：线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。 1、什么叫应变效应？ 利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因，并说明有哪几种补偿方法。 1、 答：材料的电阻变化由尺寸变化引起的，称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、答： 温度误差产生原因包括两方面： 温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。 温度补偿方法，基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 3、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？ 4、为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？该电桥为什么又都采用半桥和全桥两种方式？ 5、应用应变片进行测量为什么要进行温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？ 6、应变式传感器的基本工作原理是什么？ 3、答：桥臂的供电电源是直流电的称为直流电桥。 按桥臂工作方式不同，可分为单臂直流电桥、半桥差动直流电桥、全桥差动直流电桥。 单臂直流电桥输出电压为： 半桥差动直流电桥输出电压为： 全桥差动直流电桥输出电压为： 4、答：由于应变电桥的输出电压很小，一般要加放大器，但直流放大器易产生零漂， 所以应变电桥多采用交流电桥。又由于交流电桥的供电电源是交流，为了消除应变片引线寄生电容的影响，同时也为了满足交流电桥的平衡条件，常采用不平衡电桥测量电路。 交流不平衡电桥采用半桥和全桥的方式是为了消除非线性误差和提高系统灵敏度。 5、答：由于电阻温度系数的影响以及试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响，会给电阻应变片的测量带来误差，因此需要进行温度补偿。 常采用的温度补偿法有电桥补偿法和应变片自补偿法。 6、答：应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、变隙式电感传感器的输出特性与哪些因素有关？ 3、怎样改善变隙式电感传感器非线性？怎样提高其灵敏度？ 4、差动变压器式传感器有几种结构形式？ 各有什么特点？ 5、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？ 2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙有关。 3、答：为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。 如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性； 另外，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。 知识点：变隙式电感传感器 4、答：差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。 差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。 螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的大小和方向。 5、答：零点残余电压的产生原因：传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）。 为了减小和消除零点残余电压，可采用差动整流电路。 6、保证相敏检波电路可靠工作的条件是什么？ 6、答：保证相敏检波电路可靠工作的条件是检波器的参考信号u o 的幅 值远大于变压器的输出信号u 的幅值，以便控制四个二极管的导通状态，且u o 和差动变压器式传感器的激励电压共用同一电源。 1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？ 2、如何改善单极式变极距电容传感器的非线性？ 3、电容式传感器有哪几种类型？ 4、差动结构的电容传感器有什么优点？ 5、电容式传感器主要有哪几种类型的信号调节电路？各有些什么特点？ 6、简述电容式传感器的工作原理与分类。 1、 答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过介质的改变来实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。 2、答：单极式变极距电容传感器的灵敏度和非线性对极板初始间隙的要求是相反的，要改善其非线性，要求应增大初始间隙，但这样会造成灵敏度的下降，因此通常采用差动结构来改善非线性。 3、答：电容式传感器其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 4、答：差动结构的电容传感器的优点是灵敏度得到提高，非线性误差大大降低。 5、答：电容式传感器的电容值及电容变化值都十分微小，因此必须借助于信号调节电路才能将其微小的电容值转换成与其成正比的电压、电流或频率，从而实现显示、记录和传输。相应的转换电路有调频电路、运算放大器、二极管双T 型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。 调频电路的特点：灵敏度高，可测量0.01μm 级位移变化量；抗干扰能力强；特性稳定；能取得高电平的直流信号（伏特级），易于用数字仪器测量和与计算机通讯。 运算放大器的特点：能够克服变极距型电容式传感器的非线性，使其输出电压与输入位移间存在线性关系。 二极管双T 型交流电桥的特点：线路简单，不须附加相敏整流电路，便可直接得到较高的直流输出电压（因为电源频率f 很高）。 脉冲宽度调制电路的特点：适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性。 6、答：电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。 当被测参数变化引起A 、εr 或d 变化时，将导致电容量C 随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过策略电路转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为3种：变极板间距离的变极距型、变极板覆盖面积大变面积型和变介质介电常数的变介质型。 8、提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？ 8.答：要提高灵敏度，应减小初始间隙d 0，但这使得非线性误差增大，即灵敏度和非线性误差对d 0的要求是矛盾的。在实际应用中，为了既提高灵敏度，又减小非线性误差，通常采用岔洞结构。 1、什么叫正压电效应？ 2、什么是逆压电效应？ 3、什么叫纵向压电效应？ E R R n n U o 11 2)1(?+= 1 12R R E U o ?=11R R E U o ?=
传感器与检测技术第3章 传感器基本特性参考答案
第3章传感器基本特性 一、单项选择题 1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。 A. 时域响应 B. 线性度 C. 零点漂移 D. 灵敏度 3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（） A．线性度、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性、稳态误差 C．迟滞、重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（） A．迟滞、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性 C．重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 7、不属于传感器静态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（） A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统 B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数 C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好 D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移
10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（） A. 0° B.90° C.180° D. 在0°和90°之间反复变化的值 11、传感器的精度表征了给出值与( )相符合的程度。 A.估计值 B.被测值 C.相对值 D.理论值 12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( )变化时，其输出-输入的特性。 A.时间 B.被测量 C.环境 D.地理位置 13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( )关系的一种度量。 A.相等 B.相似 C.理想比例 D.近似比例 14、回程误差表明的是在( )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 A.多次测量 B.同次测量 C.正反行程 D.不同测量 =秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输15、已知某温度传感器为时间常数τ3 出指示温差的三分之一所需的时间为（）秒 A．3 B．1 C． 1.2 D．1/3 二、多项选择题 1．阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？（） A.上升时间 B.响应时间 C.超调量 D.重复性 2．动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应的方法是：（） A.精度测试法 B.频率响应函数 C.传递函数 D.脉冲响应函数 3. 传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（）。 A．迟滞 B.重复性 C.线性度 D.灵敏度 4. 传感器静态特性指标表征的重要指标有：（） A.灵敏度 B.非线性度 C.回程误差 D.重复性 5．一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于线性化方法的有:（） A.端点线性 B.独立线性 C.自然样条插值 D.最小二乘线性 三、填空题 1、灵敏度是传感器在稳态下对的比值。 2、系统灵敏度越，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越。 3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 4、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为，相频特性应为。
气体传感器文献综述
` 气体传感器的发展概况 和发展方向 玛日耶姆·图尔贡 107551600545 Word文档
气体传感器的发展概况和发展方向 【摘要】本文对气体传感器进行分类，介绍了半导体型气体传感器、电阻型气体传感器、非电阻型气体传感器等几种常见气体传感器的特性、总结了这些气体传感器的工作原理，并阐述这几种气体传感器在日常生活及特殊场合中的应用及其选用时的原则。探讨了气体检测仪器在检测对象、检测围和检测方式上向小型化、智能化、多功能化和通用化等方面不断向前发展的方向。 【关键词】气体传感器；特性；应用；发展方向 一、前言 目前，随着人们环保意识的提高，环境问题日益受到政府和社会关注。环境问题变成了重要的民生问题，影响到人民生活幸福感，甚至环境问题严重威胁群众健康。 近年来生态环境污染状况日趋严重，各种工业废水，废气直接排入水体及空气，造成极为严重的环境污染。影响着人们的正常生活和生存发展，并导致环境污染的气体进行处理是十分急迫的问题。随着科学技术的发展,人们生活水平的提高,对气体传感器的需求已有所不同;同时,随着近年酸雨、温室效应、臭氧层破坏、环境污染等,严重影响了人类的健康和生存,这就给气体传感器提出了新的研究课题和增加了新的研究容和难度。检测气体的种类由原来的还原性气体(H2、 C4、 H10、 CH4等)扩展到毒性气体(CO、NO2、 H2S、NO、NH3、 PH3等)以及食品有关的气体(鱼、肉鲜度(CH3)3、醋酸乙脂等)[1]。气体传感器作为气体检测最基础的部分，为了满足这些需求,气体传感器必须具有较高的灵敏度和选择性,重复性和稳定性要好,而且能批量生产,性能价格要高等。 随着人们环保意识的增强以及各国对有毒气体排放和污染物排放方面的严格立法，各种气体传感器正在得到越来越广泛的应用。目前，随着生命科学、人工智能、材料科学等学科的发展，气体传感器的应用领域越来越广泛，在大气监测、食品工业、汽车尾气快速实时测定、有毒气体检测安全检查和航空航天等方面，越来越多地显示出气体传感器的重要作用[2]。 二、气体传感器的发展概况 2.1气体检测仪 气体检测仪是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具，主要是指便携式/手持式气体检测仪。主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类。气体检测的目的是分析各种气体混合物中各组分的含量或其中某一组分的含量。气体检测仪表一般由传感器、信号放大、处理单元、显示单元以及控制单元组成，其中传感器是最关键的部分。 2.2传感器 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器按其基本效应可分为：物理传感器，化学传感器，生物传感器。按检测对象，化学传感器分为气体传感器、湿度传感器、离子传感器。 物理传感器 传感器生物传感器气体传感器 化学传感器离子传感器 湿度传感器
传感器性能指标
一、测量仪表的基本性能 1、精确度 （1）精密度δ 它表明仪表指示值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个仪表，在相当短的时间内，连续重复测量多次，其测量结果（指示值）的分散程度。δ愈小，说明测量愈精密。 例如，某温度仪表的精密度δ=0.5℃，即表示多次测量结果的分散程度不大于0.5℃。精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。 但是必须注意，精密度与准确度是两个概念，精密度高不一定准确。 （2）准确度ε 它表明仪表指示值与真值的偏离程度。 例如，某流量表的准确度ε=0.3m3/s,表示该仪表的指示值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高，意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精密。（3）精确度τ 它是精密度与准确度的综合反映，精确度高，表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和，即τ=δ+ε。精确度常以测量误差的相对值表示。 2、稳定性 （1）稳定度 指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由于仪表自身随机性变动、周期性变动、漂移等引起指示值的变化。一般以仪表精密度数值和时间长短一起表示。 例如，某仪表电压指示值每小时变化1.3V，则稳定性可表示为1.3mV/h。 （2）影响量 测量仪表由外界环境变化引起指示值变化的量，称为影响量。它是由温度、湿度、气压、振动、电源电压及电源频率等一些外界环境影响所引起的。说明影响量时，必须将影响因素与指示值偏差同时表示。 例如，某仪表由于电源电压发生变化10%而引起其指示值变化0.02mA，则应写成 0.02mA/U±10%。 二、传感器的分类和性能指标 1、传感器的分类
甲醛气体传感器
目录 摘要（中文） (1) 关键词（中文） (1) 1 引言 (1) 2 甲醛气体传感器结构、材料和敏感机理 (1) 2.1甲醛气体传感器的结构 (1) 2.2甲醛气体传感器的材料 (3) 2.3 甲醛气敏传感器的敏感机理 (3) 2.4 甲醛气敏传感器的研究现状 (4) 3 金属氧化物甲醛气体传感器 (5) 3.1 SnO2甲醛气敏元件 (5) 3.2 ZnO甲醛气敏元件 (5) 3.3 Fe2O3甲醛气敏元件..................................................................（5）3.4 掺杂对甲醛气敏元件气敏特性的改善 (5) 3.4.1 ZnO-La2O3共掺杂对SnO2甲醛气敏元件气敏性能的改善..................（6）3.4.2 ZnO中掺杂La2O3对甲醛气敏元件气敏性能的改善........................（6）4ZnO中掺杂La2O3甲醛气体传感器的性能研究 (6) 4.1 ZnO中掺杂La2O3甲醛气敏传感器的制备 (6) 4.2 ZnO中掺杂La2O3甲醛气敏传感器的性能 (6) 4.2.1 工作温度对元件灵敏度的影响 (6) 4.2.2 烧结温度对元件灵敏度的影响 (7) 4.2.3 甲醛浓度对元件灵敏度的影响 (7) 4.2.4 元件对甲醛气体的选择性 (7) 4.2.5 元件响应—恢复曲线 (8) 5 结束语 (8) 致谢 (8) 参考文献 (8) 摘要（英文） (9) 关键词（英文） (9)
甲醛气体传感器的研究 摘要：本文介绍了甲醛气体传感器的结构、材料以及敏感机理，并采用La2O3掺杂ZnO制备了旁热式甲醛气敏元件。通过WS-30A气敏元件测试仪系统分析表明：在0.05%、0.1%、0.15%、0.25%、0.5%、0.65%六种掺杂比例中，掺杂0.1% La2O3并用500℃烧结且工作温度为210℃的元件对甲醛的灵敏度有显著的效果。对体积分数为5ppm的甲醛气体，元件的灵敏度达到了3.8，响应和恢复时间分别为8s和20s。对元件气敏机理进行了分析。 关键词：ZnO； La2O3掺杂；气敏元件；甲醛 1引言 甲醛现在被各界普遍认为是室内第一杀手，它的释放期长一般为3-15年，其对人体尤其是婴幼儿、孕期妇女、老人和慢性病患者甚为严重。室内甲醛气体释放周期较长，轻微超标时居住者不易察觉。超标四五倍时，居住者才能嗅出气味[1]。可见甲醛是一种原生质毒物，毒性强而潜伏周期长。室内空气中的甲醛主要来源装修材料。随着人们生活水平和生活质量的日益提高，室内装修装修热潮越来越高，室内甲醛气体对人体健康的影响非常巨大，做甲醛检测已成为现在入住新居的一项必不可少的程序。因此，研制出甲醛气敏传感器检测仪是很有现实意义的。 目前，检测室内甲醛气体的方法有很多中，比如：分光光度法、电化学法、色谱法[2]和传感器检测法。其中分光光度发、电化学法和色谱法选材复杂，制备过程繁杂，因而成本较高，不能普及到日常生活中。然而，半导体甲醛气敏传感器制作简单，成本低，使用方便而易于交换，可以将甲醛气体浓度信号转化成电信号，在检测气体浓度方面具有一定的优势。 氧化锌和二氧化锡都是具有较宽带陷的N型半导体材料，具有气敏特性。其气敏特性决定于晶粒大小、表面态和吸附氧的量[3]。本文粗犷介绍甲醛气体传感器的结构、材料和工作机理等后利用实验室的条件制备出氧化锌纳米材料，并以氧化锌纳米材料为基底通过掺杂La2O3制备出了对甲醛有较高选择性的气敏元件，这有望开发成一款新型的甲醛敏感元件。 2 甲醛气体传感器结构、材料和敏感机理 2.1 甲醛气体传感器的结构 甲醛气体传感器主要由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。其中敏感元件是用来感受甲醛气体的元件，是传感器的核心元件。转换元件是将甲醛信号按一定规律转化成可用输出电信号的元件。为转化元件提供电能并输出的电信号转化成光信号、声音信号或数字显示信号的部分称作测量电路。 敏感元件是用来感受甲醛气体的元件，是甲醛气体传感器的核心，也是研究、设计、制作甲醛气敏传感器的关键[3]。转化元件是解决甲醛信号向电信号的转换，同时将不适于传输或测量的微弱电信号转化为适于传输或测量的可用电信号。从材料物态上看，甲醛气体传感器可分为干式气体传感器和湿式气体传感器两类。干式气体传感器构成气体传感器的材料为固体，有接触燃烧式、半导体式、固体电解质式、红外线吸收式、导热率变化式。湿式气体传感器是利用水溶液或者电解液来感知待测气体，有极谱式和原电池式。本文主要研究的是干式气体传感器中的半导体式。从组装结构上看，半导体式甲醛气敏传感器通常由气敏元件、加热器和封装体等三部分组成。从制造工艺上看，半导体式气体传感器可分为烧结型、薄膜型和厚膜型和多层结构型四类[4]（如下图1所示的（a）（b）（c）（d））。本文针对烧结型的半导体式甲醛气体传感器展开讨论和研究。
基于等截面矩形悬臂梁光纤光栅传感器性能分析与研究
基于等截面矩形悬臂梁光纤光柵传感器性能分析与研究 光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)传感技术由于可以实现长距离、多参量、大范围组网以及实时监测,因而广泛应用于军事、工业、农业等领域中。为应对现代社会高新技术的快速发展需求,需要不断地设计出新的传感器结构, 开发新的传感方式,提升传感器性能并拓展应用领域。在大多数实际应用中FBG 长度范围内的应变是非均匀分布的,严重影响了传感器的性能甚至使传感器失效,限制了 FBG传感器的应用。因此研究基于非均匀应变分布下的FBG传感特性、 传感结构和传感方式是有意义的。 在深入研究学习了 FBG传感技术研究现状与传感原理的基础上,本文开展 了基于等截面矩形悬臂梁FBG传感器的传感性能分析与研究工作。首先得到了表面式FBG传感器的应变传递率表达式,模拟仿真详细地分析了各个物理参量与应变传递率的变化关系。进一步仿真分析了中间层尺寸对平均传递率的影响,指出了封装中应尽量增大长度和宽度以减小厚度的影响,以提高封装结果的重复性和一致性。为封装工艺的改进指明方向,并为应变传递误差的修正提供了理论基础。 然后利用激光切割技术结合等截面矩形悬臂梁构建了非均匀应变分布,测试分析了均匀FBG和切趾FBG在非均匀应变分布中的传感特性与不足。提出了基于双均匀FBG光谱带宽传感的位移传感器,解决了单个均匀FBG反射光谱带宽在任意非均匀应变分布下传感线性度较差和灵敏度较低的问题。设计并实现了三种敷设位置不同的FBG位移传感器,实验测量证明了双均匀FBG光谱带宽传感的方式在多种非均匀应变分布场中的有效性,改善了传感线性度,提高了传感灵敏度。接着提出了基于不同非均匀应变分布的切趾FBG中心波长编码方式的位移传感器,分析了不同应变放大结构对传感器灵敏度的影响。 研究了切趾FBG长度范围内非均匀应变分布的变化规律,利用平均应变的变化关系计算了传感器的灵敏度和灵敏度增强因子。通过测量得到了与理论预测较为一致的增强因子,提高了基于等截面矩形悬臂梁FBG传感器的灵敏度。最后对模拟退火算法进行了改进,提出了基于模拟退火算法的应变分布重构技术,通过 仿真实验证明了 FBG应变分布重构算法的可行性与有效性,算法仿真实现了线 性非均匀应变分布重构。
带你认识基本的传感器特性参数
带你认识基本的传感器特性参数 复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽，本文将对这些参数进行一一介绍。 量程 每个传感器都有自身的测量范围，被测量处在这个范围内时，传感器的输出信号才是有一定的准确性的。 传感器的量程X FS、满量程输出值Y FS、测量上限X max、测量下限X min的关系见下图。 灵敏度 传感器的灵敏度是指其输出变化量ΔY与输入变化量ΔX的比值，可以用k表示。对于一个线性度非常高的传感器来说，也可认为等于其满量程输出值Y FS与量程X FS的比值。灵敏度高通常意味着传感器的信噪比高，这将会方便信号的传递、调理及计算。 k=ΔY ΔX
线性度 传感器的线性度又称非线性误差，是指传感器的输出与输入之间的线性程度。理想的传感器输入-输出关系应该是程线性的，这样使用起来才最为方便。但实际中的传感器都不具备这种特性，只是不同程度的接近这种线性关系。 实际中有些传感器的输入-输出关系非常接近线性，在其量程范围内可以直接用一条直线来拟合其输入-输出关系。有些传感器则有很大的偏离，但通过进行非线性补偿、差动使用等方式，也可以在工作点附近一定的范围内用直线来拟合其输入-输出关系。 选取拟合直线的方法很多，上图表示的是用最小二乘法求得的拟合直线，这是拟合精度最高的一种方法。实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称之为传感器的非线性误差δ,其最大值与满量程输出值Y FS的比值即为线性度γL。 γL=± δ Y FS ×100% 迟滞
当输入量从小变大或从大变小时，所得到的传感器输出曲线通常是不重合的。也就是说，对于同样大小的输入信号，当传感器处于正行程或反行程时，其输出值是不一样大的，会有一个差值ΔH，这种现象称为传感器的迟滞。 产生迟滞现象的主要原因包括传感器敏感元件的材料特性、机械结构特性等，例如运动部件的摩擦、传动机构间隙、磁性敏感元件的磁滞等等。迟滞误差γH的具体数值一般由实验方法得到，用正反行程最大输出差值ΔH max的一半对其满量程输出值Y FS的比值来表示。 γH=±?H max FS ×100% 重复性 一个传感器即便是在工作条件不变的情况下，若其输入量连续多次地按同一方向（从小到大或从大到小）做满量程变化，所得到的输出曲线也是会有不同的，可以用重复性误差γR 来表示。 重复性误差是一种随机误差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔY max的一半对其满量程输出值Y FS的比值来表示。
各类气体传感器介绍
各类气体传感器介绍 一、引言 广义的说，传感器（Transducer或Sensor）是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件或装置，在有些国家或科学领域，也将传感器称为变换器、检测器或探测器等。将物理量或化学量得变化转变成电信号是传感器的最终目的。 国际电工委员会（IEC：International Electrotechnical Committee）的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。国家标准GB 7765—87给传感器的定义是：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。此处的可用输出信号，一般即指易于处理和传输的电信号。从这个角度也可以说传感器即为将非电信号转换成电信号的器件。当然，可以预料，将来的“可用信号201D或许是光信息或者是更先进、更实用的其他信息。 本文主要介绍气体传感器的工作原理及应用场合，并对气体传感器的发展方向进行一些介绍。 二、工作原理 传感器之所以具有能量信息转换的机能，在于它的工作机理是基于各种物理的、化学的和生物的效应，并受相应的定律和法则所支配。了解这些定律和法则，有助于我们对传感器本质的理解和对新效应传感器的开发。传感器工作物理基础的基本定律和法则有以下四种类型： （1）守恒定律。包括能量、动量、电荷量等守恒定律。这些定律，是我们探索、研制新型传感器时，或在分析、综合现有传感器时，都必须严格遵守的基本法则。 （2）场的定律。包括运动长的运动定律，电磁场的感应定律等，气相互作用与物体在空间的位置及分布状态有关。一半可由物理方程给出，这些方程可做诶许多传感器工作的数学模型。例如：利用静电场定律研制的电容式传感器；利用电磁感性定律研制的自感、互感、电涡流式传感器；利用运动定律与电池感应定律研制的磁电式传感器等。利用场的定律构成的传感器，其形状、尺寸（结构）决定了传感器的量程、灵敏度等主要性能，故此类传感器可统称为“结构型传感器”。 （3）物质定律。它是表示各种物质本身内在性质的定律（如胡克定律、欧姆定律等），通常以这种物质所固有的物理常数加以描述。因此，这些常数的大小决定着传感器的主要性能。如：利用半导体物质法则—压阻、热阻、磁阻、光阻、湿阻等效应，可分别做成压敏、热敏、光敏、湿敏等传感器件；利用压电晶体物质法则—压电效应，可制成压电、声表面波、超声波传感器等等。这种基于物质定律的传感器，可统称为“物性型传感器”。这是当代传感器技术领域中具有广阔发展前景的传感器。 （4）统计法则。它是把围观系统与宏观系统联系起来的物理法则。这些法则，常常与传感器的工作状态有关，它是分析某些传感器的理论基础。这方面的研究尚待进一步深入。 气体传感器（Gas Sensor）是以气敏器件为核心组成的能把气体成分转换成电信号的装置。它具有响应快，定量分析方便，成本低廉，实用性广等优点，应用越来越广。 气体种类繁多，性质各异，因此，气体传感器种类也很多。按待检气体性质可分为：用于检测易燃易爆气体的传感器，如氢气、一氧化碳、瓦斯、汽油挥发气等；用于检测有毒气体的传感器，如氯气、硫化氢、砷烷等；用于检测工业过程气体的传感器，如炼钢炉中的氧气、热处理炉中的二氧化碳；用于检测大气污染的传感器，如形成酸雨的NO x、CH4、O3，家庭污染如甲醛等。按气体传感器的结构还可分为干式和湿式两类；按传感器的输出可分为电阻式和费电阻式两类；按检测院里可分为电化学法、电气法、光学法、化学法几类，如图：
几种气体传感器的研究进展
一、前言 1964 年，由Wickens 和Hatman 利用气体在电极上的氧化还原反应研制出了第一个气敏传感器，1982年英国Warwick 大学的Persaud 等提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构，自此后气体传感器飞速发展，应用于各种场合，比如气体泄漏检测，环境检测等。现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气体，研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。 下面简单介绍各种常用的气体传感器的工作原理和一些常用气体传感器的最新的研究进展。 二、气体传感器的分类和工作原理 气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电位电解式、伽伐尼电池式），还有红外吸收型、石英振荡型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。 电阻式半导体气敏元件是根据半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；非电阻式半导体气敏元件则是根据气体的吸附和反应使其某些特性发生变化对气体进行直接或间 接的检测。 接触燃烧式气体传感器是基于强催化剂使气体在其表面燃烧时产生热量，使传感器温度上升，这种温度变化可使贵金属电极电导随之变化的原理而设计的。另外与半导体传感器不同的是，它几乎不受周围环境湿度的影响。电容式气体传感器则是根据敏感材料吸附气体后其介电常数发生改变导致电容变化的原理而设计。 电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。有液体电解质和固体电解质，而液体电解质又分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。 红外吸收型传感器，当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯—比尔（Lambert－Beer）吸收定律，通过光强的变化测出气体的浓度：
温度传感器的温度特性研究与应用
温度传感器的基本特性与应用研究 班级：机械一班 姓名：汪浩奇；钟嘉怡 学号： 06180118 ；06180102 指导老师：汪亮 摘要： 通过图2的简单电路，来测量LM35的温度特性，了解LM35一定范围内温度和电压之间的关系。通过图3的电路，制作一个用LM35集成电路电压型传感器组装的温度控制仪表，从而验证电压与温度的线性关系。 关键词： LM35电压型集成温度传感器；温度控制仪表；数显温度计； 1. 概述 温度是表征物体冷热程度的物理量，它和我们的生活环境密切相关，也是工农业生产过程中一个很重要的测量参数，温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的应用十分广泛。 2. 实验原理 温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。常用的温度传感器有热电阻、热电偶、集成电路温度传感器等。本实验将通过测量几种常用的温度传感器的特定物理量随温度的变化，来了解这些温度传感器的工作原理。 1、 电压型集成电路温度传感器（LM35） LM35温度传感器，其准确度一般为0.5C ±?，由于其输出为电压，且线性极好，故只要配上电压源，数字式电压表就可以构成一个精密数字控温系统。内部的激光校准保证了极高的准确度及一致性，且无须校准。LM35温度传感器的温度系数V K 约为10.0/mV C ?，利用下式可计算出被测温度t ： 0/V t U K = LM35温度传感器的电路符号如图1所示，0U 为电压输出端。 图1 LM35电路符号 实验测量时只要直接测量其输出电压0U ，即可知待测量的温度。 2、 用LM35电压型温度传感器组成温度控制装置 温度控制：若设置控制温度为()t C ?，根据LM35传感器温度特性测试中的线性、拟合结果进行计算，得出此温度对应的LM35传感器输出电压值，调节可调电阻1RX ，将控温
气体传感器的特性
气体传感器的特性、分类与应用 气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分 从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。接下来了解一下气体传感器的主要特性： 气体传感器的特性 1、稳定性 稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。 2、灵敏度
灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制（TLV-thresh-oldlimitvalue）或最低爆炸限（LEL-lowerexplosivelimit）的百分比的检测要有足够的灵敏性。 3、选择性 选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。 4、抗腐蚀 性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到最优。 气体传感器的分类 半导气体传感器
各类气体传感器的原理、结构及参数
各类气体传感器的原理、结构及参数 气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。 气体种类繁多，性质各异，因此，气体传感器种类也很多。按待检气体性质可分为：用于检测易燃易爆气体的传感器，如氢气、一氧化碳、瓦斯、汽油挥发气等；用于检测有毒气体的传感器，如氯气、硫化氢、砷烷等；用于检测工业过程气体的传感器，如炼钢炉中的氧气、热处理炉中的二氧化碳；用于检测大气污染的传感器，如形成酸雨的NOx、CH4、O3，家庭污染如甲醛等。按气体传感器的结构还可分为干式和湿式两类；按传感器的输出可分为电阻式和费电阻式两类；按检测院里可分为电化学法、电气法、光学法、化学法几类。 半导体气体传感器 半导体气体传感器可分为电阻型和非电阻型(结型、MOSFET型、电容型)。电阻型气敏器件的原理是气体分子引起敏感材料电阻的变化；非电阻型气敏器件主要有M()s二极管和结型二极管以及场效应管(M()SFET)，它利用了敏感气体会改变MOSFET开启电压的原理，其原理结构与ISFET离子敏传感器件相同。 电阻型半导体气体传感器 作用原理 人们已经发现SnO2、ZnO、Fe2O3、Cr2O3、MgO、NiO2等材料都存在气敏效应。用这些金属氧化物制成的气敏薄膜是一种阻抗器件，气体分子和敏感膜之间能交换离子，发生还原反应，引起敏感膜电阻的变化。作为传感器还要求这种反应必须是可逆的，即为了消除气体分子还必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器有助于氧化反应进程。SnO2薄