传感器期末复习资料)

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传感器

绪论

概念：

1.传感器的定义：

①：能够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。

②：狭义的定义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 2.传感器组成:

传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。

第一章

概念：

1.传感器的一般特性：描述此种变换的输入与输出关系。 静特性：输入量为常量或变化极慢时（慢变或稳定信号）。

1) 线性度：传感器的输出与输入关系呈线性，实际上这往往是不可能的。

假设传感器没有迟滞和蠕变效应,其静态特性可用下列多项式来描述：

x ——输入量； y ——输出量；a 0——零点输出；a 1——传感器的灵

敏度,常用k 表示；a 2,a 3,…,a n ——非线性项系数。

非线性误差（线性度） 定义：输出输入的实际测量曲线与某一选定拟合直

线之间的最大偏差，用相对误差γL

表示其大小。即传感器的正、反行程平

∑=+=++++=n

i i i n

n x a a x a x a x a a y 1

02210...

均测量曲线与拟合直线之间的最大偏差对满量程（F.S.）输出之比（%）：

γ

——非线性误差（线性度）；ΔLmax——输出平均值与拟合直线间的

L

最大非线性误差；y F.S.——满量程输出。满量程输出用测量上限标称值y H与测量下限标称值y L之差的绝对值表示,即y F.S.=|y H-y L|。

大多数传感器的输出曲线是通过零点的，或者使用“零点调节”使它通过零点。某些量程下限不为零的传感器，也可以将量程下限作为零点处理。目前常用的拟合方法有：①理论拟合；②过零旋转拟合；③端点连线拟合；

④端点连线平移拟合；⑤最小二乘拟合；⑥最小包容拟合等。

2)迟滞：迟滞表明传感器在正（输入量增大）、反（输入量减小）行程期间,

输出-输入曲线不重合的程度（信号大小不相等）。

迟滞产生原因：传感器的机械部分和结构材料方面不可避免的弱点,如轴承摩擦、灰尘积塞、间隙不适当,元件磨蚀、碎裂等。迟滞的大小一般由实验确定.

3)重复性：指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的

程度。

正行程的最大重复性误差为ΔRmax1，反行程的最大重复性误差为ΔRmax2。重复性误差取这两个误差之中较大者为ΔRmax，再以满量程y FS输出的百分数

表示，即

4)灵敏度与灵敏度误差：传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的输入变化

量Δx之比即为其静态灵敏度，其表达式为。斜率就是其灵敏度，灵敏度k是一常数，与输入量大小无关。

灵敏度误差用相对误差表示，即

5)阈值、分辨力

阈值：当一个传感器的输入从零开始极缓慢地增加时,只有在达到了某一最小值后才测得出输出变化,这个最小值就称为传感器的阈值。

分辨率：分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。分辨力用绝对值表示，用与满量程的百分数表示时称为分辨率。

阈值说明了传感器的最小可测出的输入量。

分辨力说明了传感器的最小可测出的输入变量。

6)稳定性：指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时

间工作稳定性或零点漂移。

漂移量的大小是表征传感器稳定性的重要性能指标。传感器的漂移有时会致使整个测量或控制系统处于瘫痪。

7)温度稳定性：温度稳定性又称为温度漂移，它是指传感器在外界温度变化时

输出量发生的变化。

8)抗干扰稳定性：这是指传感器对外界干扰的抵抗能力，例如抗冲击和振动的

能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等。

9)静态测量不确定度（传统上也称为静态误差）：指传感器在其全量程内任一

点的输出值与其理论值的可能偏离程度。

静态误差的求取方法：求出标准偏差取2σ或3σ

即为静态误差。或用相对误差来表示。静态误差是一项综合性指标，它包括非线性误差、迟滞误差、重复性误差、灵敏度误差等，

。

动特性：输入量随时间变化极快时（快变信号）。

1)时域性能指标：通常在阶跃函数作用下测定传感器动态性能的时域指标。阶

跃输入对一个传感器来说是最严峻的工作状态。

2)频域性能指标：通常在正弦函数作用下测定传感器动态性能的频域指标。

大题：

1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？

答：输入量为常量或变化很慢情况下，输出与输入两者之间的关系称为传感器的静态特性。它的性能指标有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳定性和静态误差（静态测量不确定性或精度）。

3、某传感器给定相对误差为2%FS，满度值输出为50mV，求可能出现

的最大误差δ（以mV 计）。当传感器使用在满刻度的1/2 和1/8 时计算可能产生的百分误差。并由此说明使用传感器选择适当量程的重要性。

已知：γ= 2%FS , y mV FS = 50 ；求：δm=？

第二章

概念：

1.金属的电阻应变效应：金属导体的电阻随着机械变形（伸长或缩短）的大小

发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。

2.电阻应变片的工作原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。

位移、加速度、力矩、应力、压力、拉力、温度等等。

3.转换电路

1)直流电桥：IL=0是电桥平衡：平衡条件

2)不平衡直流电桥的工作原理：当电桥后面接放大器是，放大器的输入阻抗很

高，比电桥输出电阻大很多，可以吧电桥输出端看出开路。应变片工作时，其电阻变化为△R。