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显然灵敏度K值越大， 表示传感器越灵敏。
对于线性传感器，灵敏度就是特性曲线的斜率；而 非线性传感器的灵敏度是变量，用dy/dx表示某一点的灵 敏度。
y
y
y
x
y x y
x
o
xo
x
(a)
(b)
2. 线性度：
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的 线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从 传感器的性能看， 希望具有线性关系， 即理想输入输出关系。 但实际遇到的传感器大多为非线性（如图所示）。
➢ 按照检测过程中对外界能源的分类: 有源传感器、无源传感器
➢ 按照输出信号的性质分类: 模拟式传感器、数字式传感器
➢ 按照输入/输出信号间的动态关系分类: 零阶、一阶、二阶或高阶传感器
第二节 传感器基本特性
1.1.1 传感器的静态特性
一、静态模型
静态模型是指在静态信号情况下，描述传感器输出 与输入间的一种函数关系。
第一章 绪论及传 感 器 概 述
第一节 传感器基本概念
1.1.1 1.1.2
传感器的定义及组成 传感器的分类
第二节 传感器基本特性
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4
传感器的数学模型 传感器的静态特性 传感器的动态特性 传感器发展展望
1.1.1 传感器的定义及组成
1、定义：
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 与之有对应关系的可用输出信号的器件或装置。
本书是按后一种分类方法来介绍各种传感器的。
还可以按如下的方法分类：
物理型：物理型传感器是利用某些变换元件的物理性质或 某些功能材料的特殊性能制成的传感器。
化学型：化学型传感器是利用电化学反应原理把有机和无 机的化学物质的成分、浓度等转换成电信号的传感器。
生物型：生物型传感器是利用生物功能物质作识别器件 制成的传感器。
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传 感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯 片上，安装在传感器的壳体里。
被测量 敏感元件
转换元件
信号调理转换电路
辅助电源
弹簧
F＋＋ ＝＋＋ ＋+
砝码
＋
电源
测力传感器
输出U
－
▪例如： 我们要测量一个直线运动的汽车的加速度
（规定的被测量）。可设计一个简单的实验装置。
2、组成：
通常，传感器由敏感元件、转换元件及调理转换电路组成 （如图所示）。
敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量的部分； 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电信号部分。 调理与转换电路：由于传感器输出信号一般都很微弱，需 要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等。
y YFS
实际特性曲线
理想特性曲线 o
x
传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合 直线之间的最大偏差值ΔLmax与满量程输出值yFS之比。线性度 也称为非线性误差，用γL表示，即
L
Lmax yFS
100%
式中： ΔLmax——最大非线性绝对误差； yFS——满量程输出值。
几种直线拟合方法
在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线 性关系，因此引入各种非线性补偿环节，如采用非线性补偿电 路或计算机软件进行线性化处理，从而使传感器的输出与输入 关系为线性或接近线性。但如果传感器非线性的方次不高， 输 入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代 表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的 直线称为拟合直线。
一般可用多项式表示：
y=a0+a1x+a2x2+…+anxn
x－－输入量 y－－输出量
a0 －－零位输出
a1 －传感器的线性灵敏度 a2 …an －非线性项的待定系数
静态特性曲线过原点，分为四种情况： (1)理想线性特性；(2)非线性项仅有奇次项； (3)非线性项仅有偶次项；(4)普遍情况。
y=a0+a1x+a2x2+…+anxn
gR=贝(2y~F3S)s 100%
gR
=贝Dmax yFS
100%
重复性
5.分辨力
分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入 量的最小变化值。有时对该值用相对满量程输入值之百分数表 示，则称为分辨率。
阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入 量值，即零点附近的分辨力。
(a) 理论拟合
(b) 过零旋转拟合
(c) 端点连线拟合
(d) 端点平移拟合
3. 迟滞：
传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到 小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象 称为迟滞(如图所示)。
也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反 行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。
传感器在全量程范围内最大的迟滞差值ΔHmax与满量 程输出值yFS之比称为迟滞误差，用γH表示，即
gH
=
DHmax?100% yFS
y YFS
H m ax
o x在输入量按同一方向作全量程连续 多次变化时，所得特性曲线不一致的程度（见图）。
重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用 正反行程中最大重复差值Δmax计算，即
在有些学科领域, 传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。这 些不同提法, 反映了在不同的技术领域中, 只是根据器件用途对同一类型 的器件使用着不同的技术术语而已。
传感器输出信号通常是电量，它便于传输、转换、处理、显示 等。电量有很多形式，如电压、电流、电容、电阻等，输出信号的 形式由传感器的原理确定。
二、传感器的静态特性
传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、 迟滞、线性度、重复性和漂移等。
1. 灵敏度:
灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。 其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入 量增量Δx之比。用K表示灵敏度，即
K y x
它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，
转换元件
敏感元件
—
电子线路
输出
+
加速度
a
力
砝码
m千克 ma
弹簧 k
位移 ma/k
转换 电路
电量 v•ma/kL
1.1.2 传感器的分类
传感器的原理有各种各样，它与许多学科有关，其种类十分 繁多，分类方法也很多， 但目前一般采用两种分类方法：
一种是按被测参数分类，如温度、压力、位移、速度等； 另一种是按传感器的工作原理分类， 如应变式、电容 式、压电式、磁电式等。