第1章传感器敏感材料

光勇 0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业第一章习题一1-1衡量传感器静态特性的主要指标。

说明含义。

1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。

2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。

3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。

各条特性曲线越靠近，重复性越好。

4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。

5、分辨力——传感器在规定测量围所能检测出的被测输入量的最小变化量。

6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。

7、稳定性——即传感器在相当长时间仍保持其性能的能力。

8、漂移——在一定时间间隔，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。

9、静态误差（精度）——传感器在满量程任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。

1-2计算传感器线性度的方法，差别。

1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。

2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。

3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。

这种方法的拟合精度最高。

4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。

1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。

各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。

传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。

第1章传感器概述1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。

第1章传感器答案：3．答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。

传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。

4．答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。

②传感器：能感受规定的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,通常由敏感元件和转换元件组成。

③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。

④变送器：能输出标准信号的传感器第2章传感器特性1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？2．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。

当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。

3．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比，相角各为多少？ε=0.7时，，又为多少？4．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。

5. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。

6. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。

7．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。

8．某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。

第一章传感器概述1．1 传感器的组成与分类1．1．1 传感器的定义✧传感器是能感受规定的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。

通常由敏感元件和转换元件组成。

敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。

✧传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。

1．1．2 传感器的组成✧一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。

但由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。

因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。

如图1-1所示。

传感器组成方块图✧常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，他们分别与相应的传感器相配合。

1．1．3 传感器的分类✧表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出信号分类。

1．2 传感器在科技发展中的重要性1．2．1 传感器的作用与地位将计算机比喻人的大脑，传感器比喻为人的感觉器官。

功能正常完美的感觉器官，迅速准确地采集与转换获得的外界信息，使大脑发挥应有的作用。

自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。

1．2．2 传感器技术是信息技术的基础与支柱现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。

传感器在信息采集系统中处于前端，它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。

1．2．3 科学技术的发展与传感器有密切关系传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。

如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。

1．3 传感器技术的发展动向✧传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。

✧传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化与智能化。

敏感材料与传感器敏感材料与传感器在现代科技领域中扮演着至关重要的角色。

敏感材料是一种能够对外界环境变化做出敏感反应的材料，而传感器则是通过对敏感材料的利用，将外界的信息转换为可感知的电信号或其他形式的信号输出，从而实现对外界环境的监测和控制。

本文将探讨敏感材料与传感器在各个领域中的应用，以及它们的发展趋势。

首先，敏感材料与传感器在医疗领域中发挥着重要作用。

例如，生物传感器利用生物敏感材料对生物分子的特异性识别，可以实现对体内生理指标的实时监测，为医生提供了重要的诊断依据。

另外，医用敏感材料的应用也在医疗器械制造和药物传递系统中发挥着重要作用，如可溶性缓释材料和生物可降解材料等，为医疗器械的研发和生产提供了新的可能性。

其次，在环境监测领域，敏感材料与传感器也扮演着不可或缺的角色。

例如，针对大气污染物的监测，利用敏感材料和传感器可以实现对空气中有害气体浓度的实时监测，为环境保护部门提供了重要的数据支持。

此外，水质传感器也可以利用敏感材料对水中各种有害物质进行监测，为水质治理提供了技术支持。

在工业生产领域，敏感材料与传感器也发挥着不可替代的作用。

例如，在智能制造领域，利用敏感材料和传感器可以实现对生产过程的实时监测和控制，提高生产效率和产品质量。

另外，在材料研发和测试领域，敏感材料和传感器也可以实现对材料性能的精确测试和数据采集，为新材料的研发提供了技术支持。

最后，敏感材料与传感器的发展趋势主要体现在以下几个方面。

一是多功能化和智能化，即敏感材料和传感器不仅能够实现单一参数的监测，还可以实现多参数的综合监测，并且具有自适应和自修复的功能。

二是微型化和集成化，即敏感材料和传感器的体积和功耗将进一步减小，可以实现对微小环境的监测和控制。

三是网络化和互联化，即敏感材料和传感器可以实现远程监测和控制，为智能城市和智能制造提供技术支持。

综上所述，敏感材料与传感器在各个领域中发挥着重要作用，并且具有广阔的发展前景。

敏感材料所谓敏感材料，是指能将各种物理的或化学的非电参量转换成电参量的功能材料。

这类材料的共同特点是电阻率随温度、电压、湿度以及周围气体环境等的变化而变化。

用敏感材料制成的传感器具有信息感受、交换和传递的功能，可分别用于热敏、气敏、湿敏、压敏、声敏以及色敏等不同领域。

敏感材料是当前最活跃的无机功能材料，各种传感器的开发应用具有重要意义，对遥感技术、自动控制技术、化工检测、防爆、防火、防毒、防止缺氧以及家庭生活现代化等都有直接的关系。

热敏材料的分类与应用所谓热敏材料,是材料的某些性能岁温度的变化而变化的功能材料.目前可以分为两大类:热敏电阻材料和热释电材料. 1. 热敏电阻材料热敏电阻材料是指材料的电阻值随温度的变化而变化，又可分为三种情况：（1）材料所具有的电阻值随温度的上升而增大的特性*即具有正温度系数，称为PTC热敏电阻。

典型的PTC热敏甜料系列有BaTiO3、以BaTiO3为基的BaTiO3-SrTiO3-PbTiO3固溶体、以氧化钡和氧化溴为基的多元材料等。

其中以BaTiO3材料最具代表性，它是当前研究得最成熟，实用范围员广的PTC热敏材料。

PTC热敏材料的特殊性能在于通过组成变化，即借助能够改变居里温度的添加剂的多少，可使其居里温度大幅度移动，从而也就扩大了它的使用场合。

如纯BTiO3的常温电阻12 率为10Ω·cm，若在其中加入微量的稀土元素，其常温电阻率可下 -2 4 降到I0一10Ω·cm。

若温度超过材料的居里温度，则电阻率在几十度的温度范围内能增大3—10个数量级，即产生PTC效应。

PTC材料具有以下三种主要特性，利用其不同的持性可以有不同的用途。

① 电阻-温度特性当温度达到举例温度T时，材料电阻岁温度增b加而急剧增加，见图6-1利用这一特性可进行温度控制，过热保护，温度传感，温度补偿和恒温检测以及做马达启动器及高温啊热体等② 电流-时间特性指当PTC元件两端加上额定共走电压时，流过元件的电流I与时间t的关系。

第1节认识传感器第2节常见传感器的工作原理及应用学习目标要求核心素养和关键能力1.知道传感器的概念和工作原理。

2.知道光敏电阻、热敏电阻的特性和应用。

3.了解霍尔元件的原理。

4.会分析传感器在生产生活中的应用。

1.科学思维通过对传感器工作原理的理解，体会将非电学量转化为电学量的方法。

2.关键能力科学探究能力。

一、认识传感器1．传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。

通常是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。

2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。

3．传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成。

4．传感器应用的一般模式【判一判】(1)传感器可以把非电学量转换为电学量。

(√)(2)传感器可以把力学量(如形变量)转变成电学量。

(√)(3)传感器可以把热学量转变成电学量。

(√)(4)传感器可以把光学量转变成电学量。

(√)二、光敏电阻1．特点：光照越强，电阻越小。

2．原理：无光照时，载流子少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

三、金属热电阻和热敏电阻1．热敏电阻：用半导体材料制成。

可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻。

(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大。

(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小。

2．金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻。

【判一判】(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小。

(√)(2)热敏电阻在温度升高时阻值变小。

(×)(3)金属热电阻在温度升高时阻值变小。

(×)(4)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低。