传感器与信号处理电路

γ=
测量范围上限 - 测量范围下限
100%
式中: γ——引用误差;
Δ——绝对误差。
仪表精度等级是根据引用误差来确定的。 例如, 0.5级表 的引用误差的最大值不超过±0.5%，1.0级表的引用误差的最 大值不超过±1%。
在使用仪表和传感器时, 经常也会遇到基本误差和附加误差两个概念。
（4）系统误差与随机误差
δ= Δ/ L ×100 %
式中: δ——相对误差, 一般用百分数给出;
Δ——绝对误差;
L——真实值。
由于被测量的真实值L无法知道, 实际测量时用测量值x代 替真实值L进行计算, 这个相对误差称为标称相对误差, 即
100%
x
（3） 引用误差
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。 它是相对
仪表满量程的一种误差, 一般也用百分数表示，即
输入量动态量，—周—期静变态化特、性瞬 态变化或随机变化的量
— —动态特性
传感器的输出-输入特性是与其内部结构参数有关的外部特性。
一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性才能完成信号 无失真的转换。
传感器的静态特性
传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的 输出输入关系。
只考虑传感器的静态特性时, 输入量与输出量之间的关系式中不含有时间 变量。
在测量过程中由于传感器设计与制造引起的本身性能的不 完善，因为使用方法和安装、调试的不规范，以及使用环境的 恶劣等已知因素造成的误差，称为系统误差。
产生原因不明确，但服从大多数统计规律的误差，称为随 机误差。
每次测量的实际值之间的偏差是微小的，这种多次测量的一 致性叫做精密度。
在多次测量中，大部分距离真实值比较接近，但多次测量的 一致性较差，这种测量值与真值的接近程度用准确度表示。
尽管可用方程来描述输出输入关系，但衡量传感器静态特性的好坏是用一 些指标。
重要指标有误差与精确度、线性度与灵敏度、迟滞和重复性等。
传感器的静态特性
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时 ，其输入输出关系特性称为静态特性。
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系 特性，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信 号（被测量）x(t)之间的关系，传感器系统示 意图如下图所示。
1.误差与精确度
测量误差的表示方法有多种, 含义各异。 （1） 绝对误差
绝对误差可用下式定义: Δ=x-L
式中: Δ——绝对误差; x——测量值; L——真实值。
对测量值进行修正时, 要用到绝对误差。 修正值是与绝对误差大小 相等、符号相反的值, 实际值等于测量值加上修正值。
（2） 相对误差
相对误差的定义由下式给出:
（2）按照其被测量对象，传感器可分为力、位移、速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
（3）按照能量的传递方式分类，将非电量转换成电量的转 换元件可分为两类，有源元件和无源元件
1.2 传感器的特性与性能指标
传感器所测量的物理量基本上有两种形式：
静态量，常量或变化缓 慢的量
1.1 传感器的定义、构成与分类
传感器：能感受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
传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、 生物等特性，将非电量转换成电量
传感器功能：检测和转换。 敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息
（非电量）的元件 转换元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响
测量电路(measuring circuit)： 将转换元件输出的电信 号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线 性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电 路实现显示、记录、处理及控制等功能。
2．传感器的分类
（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及热 电式传感器等。
传感器与信号 处理电路
传感器样例
气敏传感器
压电式压力传感器
温度传感器
热电偶
超声波传感器
CCD
身边的传感器
源自文库
第1章
传感器的基本概念
传感器定义
传感器指的是能感受规定的被测量并按照一定 的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由 敏感元件和转换元件组成。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。它是实现自 动检测和自动控制的首要环节。 传感器是以 一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定 关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
应）信息转换为电信号的部分
传感器的组成和分类
基本部分
弱
被测量
敏感元件
信
号
输出
转换元件
信号调节与转换电路
辅助电源 图1.2 传感器的组成
传感器的组成
敏感元件(sensing element)： 直接感受被测量的变化 ，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件， 它是传感器的核心。
转换元件(transduction element)： 将敏感元件输出的 物理量转换成适于传输或测量电信号的元件。
既精密又准确的性能称为精确度，简称精度。
2.灵敏度和线性度
灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出改
变量与引起此变化的输入改变量之比。常用Sn表
示灵敏度，其表达式为
Sn dy/dx
线性度
传感器的校准曲线与选定的拟合直线的偏离程度称 为传感器的线性度，又称非线性误差。
eL ymax / yFS 100% (2.5)
yF.S.—— 传 感 器 的 满 量 程 输 出 值 （F.S.是full scale的缩写）；
ymax—— 校 准 曲 线 与 拟 合 直 线 的 最大偏差。
选择拟合直线的方法
( 1 )理论线性度 设拟合直线方程为y = b + kx 若实际校准测试点有n个， 则第i个校准数据与拟合直线 上响应值之间的残差为
传感器的静态特性
测量范围：传感器所能测量到的最小输入量 与最大输 入量 之间的范围称为传感器的测量范围。
量程：传感器测量范围的上限值 与下限值 的代数差 称为量程。
精度：传感器的精度是指测量结果的可靠程度，是测 量中各类误差的综合反映。工程技术中为简化传感器 精度的表示方法，引用了精度等级的概念。精度等级 以一系列标准百分比数值分档表示，代表传感器测量 的最大允许误差，即相对误差。