传感器的一些基本概念与常识

度就是它的静态特性的斜率，
如图 (a) 所示。即
Sn
y y0 x
非线性传感器的灵敏度 是一个变量，如图 (b) 所示， 即用 d y / d x 表示传感器在某 一工作点的灵敏度。
L2
L1
L0
L2
L1
L0
y
dy
y
x
dx
x
(a) 传 感 器 的 输 入 —输 出 特 性 曲 线
k tg y x
•••••••••
(a)
(b)
(c)
（a）多次测量的结果比较一致，但是误差较大——有精密度，无准确度。
传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化 或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信 号。
由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入－输出特性也不同，因 此存在所谓的静态特性和动态特性。
为了降低或消除传感器在测量控制系统中的误差，传感器必须具有良好的 静态特性和动态特性，才能使信号(或能量)按规律准确地转换。
非线性误差可用下式表示：
E Ymax 100 % YFS
式中ΔY max —— 输出量和输入 量实际曲线与拟合直线之间的 最大偏差；
YFS —— 输出满量程值。
L2
L1
L0
L2
L1
L0
灵敏度
传感器的灵敏度是其在稳态下输出增量Δy与输入增量Δx比值，常用Sn
来表示。即
Sn
y x
对于线性传感器，其灵敏
E yi yd
在整个测量范围内产生的最大滞环误差用Δm 表示，它与满量程输出值 YFS 的比值称为最大滞环率 E max ，即
Emax
m YFS
100 %
精确度（精度）
说明精确度的指标有三个：精密度、正确度和精确度。
1. 精密度
它说明测量结果的分散性。即对某一稳定的对象（被测量）由同一 测量者用同一传感器和测量仪表在相当短的时间内连续重复测量多次 （等精度测量），其测量结果的分散程度。精密度越小说明测量越精密 （对应随机误差）。
EzБайду номын сангаас
2 ~ 3
YFS
100 %
式中 为标准偏差，可用贝赛尔公式求得。
迟滞(回差滞环)现象
迟滞特性能表明传感器在正向(输入量增大)行程 和反向(输入量减小)行程期间，辅出-输入特性曲线 不重合的程度。
对于同一大小的输入信号 x ，在 x 连续增大的行 程中，对应某一输出量为 yi ，在 x 连续减小过程中， 对应于输出量为 yd 之间的差值叫做滞环误差，这就 是所谓的迟滞现象。该误差用 E 表示为
传感器的一些基本概念与常识
目录：
➢ 1、什么是传感器 ➢ 2、传感器的定义和组成 ➢ 3、传感器分类 ➢ 4、传感器的一般特性 ➢ 5、传感器的基体材料 ➢ 6、传感器的表面粗糙度 ➢ 7、传感器的表面处理
1、什么是传感器
传感器是获取信息的工具。 传感器（ Transducer 或 Sensor ），俗称探头，有时
2. 正确度
正确度说明测量结果偏离真值的程度，即示值有规则偏离真值的程 度。指所测值与真值的符合程度（对应系统误差）。
3. 精确度
它含有精密度与正确度两者之和的意思，即测量的综合优良程度。 在最简单的场合下可取两者的代数和。通常精确度是以测量误差的相对 值来表示的。
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•
• •
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4. 辅助电路：通常指电源，即交、直流供电系统。
3、传感器分类
4、传感器的一般特性
一种传感器就是一种系统，一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描 述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入间的关系和特性。
从传感器的静态输入－输出关系建立的数学模型叫静态模型；
从传感器的动态输入－输出关系建立的数学模型叫动态模型。
● 静态模型 ● 静态特性
● 动态模型 ● 动态特性
传感器的静态特性主要由下列几种性能指标来描述:
1. 线性度（非线性误差） 2. 灵敏度 3. 重复性 4. 迟滞（回差滞环）现象 5. 精确度（精度） 6. 分辨率 7. 稳定性 8. 漂移
线性度（非线性误差）
所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏 离拟合直线的程度。又称为非线性误差。
敏感元件和转换元件两者合一的传感器是很多的。例如：压电晶体、 热电偶、热敏电阻、光电器件等都是这种形式的传感器。
1. 敏感元件（预变换器）：是指传感器中能直接感受或响应被测量（非
电量）并输出与之成确定关系的其他量（非电量）的部分。
（在完成非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有 手段直接变换为电量，往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换 成电量的非电量，然后再变换为电量。能够完成预变换的器件称为敏感 元件）。
2. 转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转换成适
于传输或测量的可用输出信号（一般为电信号）的部分。
3. 信号调理电路：是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、
处理和控制的有用电信号的电路。
类型视转换元件的分类而定，经常采用的有电桥电路、放大器、振 荡器、阻抗变换、补偿及其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲调宽 电路等。
亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器。
表面应变计
渗压计
磁通量传感器
钢筋计
锚索计
土压力盒
热电偶
热敏电阻
光敏电阻
光敏三极管
压电加速度传感器
组成：
被测量
敏感元件
非电量
其他量
电信号
标准信号
转换元件
信号调理电路
非电量
电量
电量
辅助电路
传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电路组 成。
❖ 并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。 如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件，因此，
不重复性一般采用下式的极限误差式表示：
Ex
max YFS
100 %
式中Δmax——输出最大不重复误差；
YFS ——满量程输出值。
不重复性误差一般属于随机误差性质，按极限误差公式计算不太合理。 不重复性误差可以通过校准测得。根据随机误差的性质，校准数据的离 散程度随校准次数不同而不同，其最大偏差值也不一样。因此，重复性 误差E z 可按下式计算：
(b)灵 敏 度 的 表 示
由图可知灵敏度 k 是特性曲线上某点的切线斜率。如果特性曲线是直线， 则 k 为常数；如果特性曲线是非线性的，则 k 是变化的。
重复性
重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特 性曲线不一致性的程度。多次按相同输入条件测试的输出特性曲线越重 合，其重复性越好，误差也越小。