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第1章_传感器的基本知识

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第一章 传感器的基本知识

第一章 传感器的基本知识

第一章传感器的基本知识复习思考题1. 简述传感器的概念、作用及组成。

2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？3. 传感器是如何命名的？其代号包括哪几部分？在各种文件中如何应用？4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述？采用什么样的激励信号？其含义是什么？1.1 传感器的作用与地位◆世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。

人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。

◆人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能，人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。

◆人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。

传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。

电量和非电量◆表征物质特性及运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。

◆电量——一般是指物理学中的电学量，例如电压、电流、电阻、电容及电感等；◆非电量——则是指除电量之外的一些参数，例如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度及酸碱度等等。

◆人类为了认识物质及事物的本质，需要对物质特性进行测量，其中大多数是对非电量的测量。

传感器的作用◆非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量，要求输入的信号为电信号。

◆非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。

◆传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。

采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。

传感器的地位◆随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。

第1章传感器概述

第1章传感器概述

第1章传感器概述传感器原理及应用第1章传感器概述主要内容：1.1什么是传感器1.2传感器的作用和地位1.3传感器现状和国内外发展趋势1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.1什么是传感器在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器电冰箱、电饭煲中的温度传感器;空调中的温度和湿度传感器;抽油烟机中的煤气泄漏传感器;电视机和影碟机中的红外遥控器;照相机中的光传感器;汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。

1.1什么是传感器1.1什么是传感器眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）1.1什么是传感器如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。

传感器又是人体感官的延长，有人又称传感器为“电五官”，它作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为人类客观定量认识世界起到重要作用。

1.1什么是传感器1.1什么是传感器1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势使现场数据就近登陆，通过Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。

传感器的数字化和网络化1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.6本课程的特点和研究内容1.6本课程的特点和研究内容传感器原理及应用第1章传感器概述传感器发展趋势传感器的历史远比近代科学来得古老，如‘天平’古埃及开始使用、利用液体热膨胀进行温度测量，在16世纪前后实现的。

(完整版)传感器期末复习重点知识点总结必过.doc

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狭义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
国家标准对传感器定义是：
能够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和装置
以上定义表明传感器有以下含义：
1、它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置；
2、能按一定规律将被测量转换成电信号输出；
3、传感器的输出与输入之间存在确定的关系；
按使用的场合不同又称为:变换器、换能器、探测器
1.1.2传感器的组成
传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：
图示 ：被测量---敏感原件-----转换原件----基本电路-------电量输出
电容式压力传感器-------------------压电式加速度传感器----------------------电位器式压力传感器
1.1.3传感器的分类
第一章传感器概述
人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号， 将这些信号传送给大脑， 大脑把这些信号分析处理传递给肌体。
如果用机器完成这一过程， 计算机相当人的大脑， 执行机构相当人的肌体， 传感器相当于人的五官和皮肤。
1.1.1传感器的定义
广义： 传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号的输出器件和装置。
1） 按传感器检测的范畴分类：生物量传感器、化学量传感器、物理量传感器、
2）按输入量分类：速度、位移、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度
3）按传感器的输出信号分类：模拟传感器数字传感器
4）按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器
5）按传感器的功能分类：智能传感器、多功能传感器、单功能传感器
差！
入信号按正弦 化 ，分析 特性的相位、振幅、
率， 称 率响 ；

《传感器与自动检测技术》第3版 课后习题解答

《传感器与自动检测技术》第3版 课后习题解答
2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？ 答：传感器常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，另一种是按传感器的工作原理来分。 按被测输入量来分：这种分类方法的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途
选用。其缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便于使用者掌握其基本原理及分析 方法。
较大的载荷，便于加工，实心圆柱形可测量大于 10kN 的力，空心圆柱形可测量 1～10kN 的力，应力变化 均匀。
（2） 圆环式弹性敏感元件比圆柱式输出的位移量大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。 但它的工艺性较差，加工时不易得到较高的精度。
2
传感器的分辩力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量 ∆min 。有时也用该值相对满量程
输入值的百分数表示，称为分辨率。阈值通常又称为死区、失灵区、灵敏限、灵敏阈、钝感区，是输入量 由零变化到使输出量开始发生可观变化的输入量的值。
稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。传感器常用长期稳定性表示，它是指在室温条件下,经过相 当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。通常又用其不稳 定度来表征其输出的稳定度。
1
例 4： ±20g 压电式加速度传感器。 在侧重传感器科学研究的文献、报告及有关教材中，为方便对传感器进行原理及其分类 的研究，允许只采用第 2 级修饰语，省略其他各级修饰语。 传感器代号的标记方法：一般规定用大写汉字拼音字母和阿拉伯数字构成传感器完整代号。传感器完 整代号应包括以下 4 个部分：（1）主称（传感器）；（2）被测量；（3）转换原理；（4）序号。4 部分 代号格式为：
（4）序号 （3）转换原理 （2）被测量 （1）主称
在被测量、转换原理、序号 3 部分代号之间有连字符“-”连接。 例 5：应变式位移传感器，代号为：CWY-YB-10； 例 6：光纤压力传感器，代号为：CY-GQ-1； 例 7：温度传感器，代号为：CW-01A； 例 8：电容式加速度传感器，代号为：CA-DR-2。 有少数代号用其英文的第一个字母表示，如加速度用“A”表示。 4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？ 答：传感器的静态特性主要由线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨力和阈值、稳定性、漂移及量程 范围等几种性能指标来描述。 含义：线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离理论拟合直线的程度，又称非线性误 差。通常用相对误差表示其大小； 灵敏度是指传感器在稳态下，输出增量与输入增量的比值。对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态 特性曲线的斜率，对于非线性传感器，其灵敏度是一个随工作点而变的变量，它是特性曲线上某一点切线 的斜率。 重复性是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。 迟滞是传感器在正向行程(输入量增大)和反向行程(输入量减小)期间，输出—输入特性曲线不一致的 程度。

第一章传感器技术基础知识

第一章传感器技术基础知识
频带：传感器增益保持在一定值内的频率范围为传感器频带 或通频带，对应有上、下截止频率。
时间常数：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小， 频带越宽。
固有频率：二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
传感器的选用原则
与测量条件有关的因素 (1)测量的目的 (2)被测试量的选择 (3)测量范围 (4)输入信号的幅值，频带宽度 (5)精度要求 (6)测量所需要的时间
相应的响应曲线 ：
传感器存在惯性，它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开 始，按指数规律上升，最终达到稳态值。 理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值，但实际上 当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。 τ越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线， 因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。
测量
测量是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或 设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，
并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测
量的定量信息。
xnu或
x——被测量值；
n x u
u——标准量，即测量单位；
n——比值，含有测量误差。
测量过程
传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起 测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得 被测量量值的过程。
线性传感器
S y x
灵敏度是它的静态特性的斜率，即S为常数。
非线性传感器
它的灵敏度S为一变量，用下式表示。
S dy dx
传感器的灵敏度如图1-3所示。
Y
Y
S y - y0
Yo
x
X O
a）线形传感器
Байду номын сангаас
Y dy
dx S dy dx X

传感器培训资料

传感器培训资料

传感器培训资料第一部分：传感器的基本概念传感器是一种能够感知环境中的各种物理量并将其转化为电信号的装置。

通过测量物理量，传感器可以帮助我们获得环境中各种数据，从而实现自动化控制和监测。

传感器的种类繁多，常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。

在不同的应用场景中，需要选择不同类型的传感器来完成具体的任务。

第二部分：传感器的工作原理传感器的工作原理通常通过物理效应来实现。

例如，温度传感器通常利用热敏电阻或热电偶来测量温度；压力传感器则利用压阻效应或压电效应来转换压力为电信号。

在传感器的内部，通常还会带有信号放大电路、模数转换器等元件，用来将感知到的物理量转化为标准的电信号输出。

第三部分：传感器的应用场景传感器广泛应用于工业控制、汽车领域、医疗设备等各个领域。

例如，温度传感器可以用于控制空调温度、汽车发动机的温度监测等；压力传感器可以用于测量液体或气体的压力、监测管道的泄漏等。

第四部分：传感器的选择和安装在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应时间等指标，以及适用的工作环境，如温度、湿度等。

在安装传感器时，需要注意避免干扰源，保证传感器测量的准确性。

第五部分：传感器的维护和保养传感器作为自动化系统中的重要部件，需要进行定期的维护和保养。

对于一些易受环境影响的传感器，如湿度传感器、光电传感器等，需要保持其表面清洁，防止积灰或水汽影响测量精度。

第六部分：传感器的未来发展随着科技的不断进步，传感器的应用范围将会更加广泛，同时传感器本身的性能也将进一步提升。

例如，新型传感器可能会采用纳米技术制备，具有更高的灵敏度和更小的体积；同时，通过无线传输技术，传感器也有望实现无线监测和控制，大大提高其应用灵活性。

通过本次传感器培训，希望大家能够对传感器有更深入的了解，从而能够更好地应用传感器解决实际问题，提高工作效率和产品质量。

同时也希望大家能够关注传感器领域的最新发展，不断更新自己的知识，为行业的发展做出更大的贡献。

第1章传感器概述

水的硬度与洗涤剂分配有关，水的硬度测量是利用测量 电导率的传感器来实现的。由于水中的盐类影响，测量 结果还不够精确。
泡沫也是可以测量的，近年来使用相对便宜的红外线传 感器，通过记录红外光的衰减进行泡沫浑浊度测量。但 是，这一领域的最大进步还未到来。
LED 泡沫 管子
感光晶体管
浑浊度传感器测量泡沫质量的工作原理
外
感官
大脑
肌体
界
信
息
传感器
计算机
执行机构
第1章 传感器概述
1.1 什么是传感器
传感与检测技术
对于各种各样的被测量，有着各种各样的传感器。 下面请看几个传感器应用实例:
智 能 远 程 数 字 压 力 表 机械式弹簧压力表
第1章 传感器概述
1.1 什么是传感器
传感与检测技术
智 能 数 字 压 力 表
传感与检测技术
（3）烘干机： 温度 —— NTC 湿度 —— 电导传感器
（4）制冷机： 温度
（5）烤箱： 温度 —— pt100
（6）微波炉： 温度 —— NTC 湿度 —— 陶瓷传感器 气体
第1章 传感器概述 传感与检测技术
1.2 传感器技术的作用和地位
家用电器
( 7 ) 吹风机： 温度 —— NTC 温度（非接触）—— 红外线热电偶 气流
现代工业生产，尤其是自动化生产过程中，每个生产环 节都需要用各种传感器监视和控制生产过程的各个参数， 一是保证产品达到最好的质量，二是保证设备工作在最 佳状态。传感器是自动控制系统的关键基础器件，直接 影响到自动化技术的水平。
背投电视生产线
调试系统
空调生产线
网络产品生产线
液晶产品生产线
全国最大的插件机群

传感器基础知识


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。
敏感元件是传感器的核心
2024/9/29
3
转换元件： 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。
2024/9/29
4
测量电路： 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。
y
ΔLmax
x
②过零旋转拟合
曲线过零的传感器。拟合时，使
y
ΔL1 = ΔL2 = ΔLMax
ΔL1 ΔL2
x
③端点连线拟合
把输出曲线两端点的连线作为拟合直线
y
ΔLmax x
④端点连线平移拟合
在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为
原先的一半 y
ΔL2 = ΔL1 = ΔL3 = ΔLMax
ΔL3
6
2．传感器的分类
（3）按照其结构分：
传感器可分为结构型、物性型和复合型传 感器。
A、物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性 质的变化来实现信号变换，如：水银温度计。
B、结构型传感器是依靠传感器结构参数的变化实 现信号变换，如：电容式传感器。
2024/9/29
7
1.1.3 传感器基本特性
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，
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41
1.2 检测技术理论基础
1.2.1 检测技术
检测技术主要研究被测量的测量原理、测量方
法、检测系统和数据处理等方面的内容。
不同性质的被测量要采用不同的原理去测量， 测量同一性质的被测量也可采用不同测量原 理。

传感器与检测技术基础知识


X Ax A0
测量值：由测量器具读数装置 所指示出来的被测量的数值。
【例1】
约定真值：被测 量用基准器测量
出来的值。 （真值的替身）
某采购员分别在A 、B 、C 三家商店购买 100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，发现均 缺少约0.5kg，但该采购员对C家卖牛肉干的商店
意见最大，是何原因？
（2）相对误差 —— 反映测量值的精度
①实际相对误差
A
X A0
100%
②示值相对误差
x
X Ax
100%
③满度相对误差
m
X Am
100%
仪器 满度值
当ΔX取为ΔXm时，最大满度相对误差就被用来 确定仪表的精度等级S：—— 反映仪表综合误差的 大小
S X m 100 Am
或
S X m 100 Amax Amin
1.传感器的静态特性 —— 被测量的值处于稳定
（1）线性度
状态时的输出-输入关系。
指传感器的输出与输入之间数量关系的线性 程度。
传感器的输出与输入关系：
y a0 a1x1 a2x2 anxn
如果传感器非线性的方次不高，输入量变化 范围较小，则可用一条直线（切线或割线）近似 地代表实际曲线的一段，使传感器的输出-输入特 性线性化，所采用的直线称为拟合直线。
（仪表下限刻 度值不为零时）
S X m 100 Am
若已知仪表的精度等级和量程，则最大绝对误 差为？
Xm S% Am
我国电工仪表等级分为七级，即： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级
【思考题】有一数字温度计，它的测量范围为 - 50℃ ～ + 150℃，精度为0.5级。求当示值分别为 - 20℃和 + 100℃时的绝对误差和示值相对误差。

传感器技术及其应用复习基础知识

第1章 传感器基础知识1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。

我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。

从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

我国国家标准对传感器的定义是：“能够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和装置”。

定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。

按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。

2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。

答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；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关系，作用——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。

第二章:传感器特性 何谓传感器的静态特性，传感器的主要静态特性有哪些? 静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。

主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

(1) 线性度指传感器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。

(2) 灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。

其定义为输出量的增量Δy 与引起该增量的相应输入量增量Δx 之比。

它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S 值越大，表示传感器越灵敏.(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。

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电压、电流、频率、电阻、电容、电感…… 这些量在电工、 电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。
7
（3）传感器的输出量是某种物理量，一般为便于传输、 转换、处理、显示的电量（电压、电流、电阻、电 感…）； （4）传感器的输出输入有对应关系，且应有一定的精确 程度；
2.传感器的组成
8
敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被 测量有确定关系、更易于转换的非电量。
23
(2)迟滞(Hysteresis)
传感器在正(输入量增大)反（输入
y yFS
⊿Hmax
量减小）行程中输出输入曲线不重
合称为迟滞。迟滞特性如图所示，
它一般是由实验方法测得。迟滞误
差一般以满量程输出的百分数表示, 0
x
即
迟滞特性
eH
=
∆H max yF iS
×100%
式中△Hmax—正反行程间输出的最大差值。 迟滞误差的另一名称叫回程误差。回程误差常用绝对误差表 示。检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号， 传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。
数据层 数据处理及数据库管理系统
综合数据库 管理软件
信息层 信息处理及应用系统
应用层
安全营运及预警报告系统软件 维护决策支持系统软件 健康状况评估专家系统软件
信息 统计 远程 状态 养护 费用 预警 灾害 查询 分析 管理 评估 决策 分析 预报 处理
4
1.1 传感器的基本概念
1.1.1 传感器的定义与组成
输出为模拟量
输出为数字量
13
1.1.3 传感器的物理定律 （1）守恒定律（能量、动量、电荷量等守恒定律） （2）场的定律（运动场的运动定律，电磁场的感应 定律等） （3）物质定律（如虎克定律、欧姆定律等） （4）统计法则
14
1.2 传感器的基本特性
传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静 态特性；
0
xI
x
最小二乘拟合法
Δi=yi-(kxi+b)
最小二乘法拟合直线的原理就是使∑ ∆2i为最小值，即
n
n
2
∑
∆
2 i
=
∑
[y i
−
(kx i
+
b )]
= min
i =1
i =1
∑ ∆2i 对k和b一阶偏导数等于零，求出a和k的表达式 22
∂ ∂k
∑ ∆2i
=
2∑ (yi
−
kxi
−
b)(−
xi
)
=
0
28
研究传感器动态特性的方法及其指标
¾时域：瞬态响应法（Transient inputs） 输入信号：阶跃函数(step signal)、斜坡函数 (ramp signal)、脉冲函数(impulse signal) 指标：时间常数、上升时间、响应时间、超调量…
¾频域：频率响应法(Periodic inputs) 输入信号：正弦周期信号(sinusoidal signal)
1.定义：传感器(Transducer/Sensor)是能够感受规 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。（国标GB7665—2005）
传感器定义有下述含义： （1）传感器是测量装置，能完成检测任务； （2）传感器的输入量是某一被测量; （3）传感器的输出信号是可用的;
5
工业检测中涉及的物理量分类
25
（4）灵敏度(Sensitivity)
传感器输出的变化量 y与引起该变化量的输入变化量 x之比即 为其静态灵敏度，其表达式为
K=Δy/Δx
可见，传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。对线性特性的传 感器，其特性曲线的斜率处处相同，灵敏度k是一常数，与输 入量大小无关。
由于某种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵敏度 误差用相对误差表示，即
y = a0 + a1x + a2 x2 + a3 x3 + + an xn
式中，y——输出量；x——输入量； a0——零位输出；a1——传感器的线性灵敏度，常用K或S表示； a2，a3，…，an——非线性项的待定常数。
17
(1)线性度(Linearity)
指传感器输出与输入之间的线性程度。 具有线性输出—输入关系的优点：
可大大简化传感器的理论分析和设计计算； 传感器的标定、数据处理很方便； 仪表刻度盘可均匀刻度，制作、安装、调试
容易；
避免了非线性补偿环节。
18
传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。
理想的线性特性： y= a1x
静态特性曲线可实际测试获得。在获得特性曲线之后，可以 说问题已经得到解决。但是为了标定和数据处理的方便，希 望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或 软件补偿，进行线性化处理。
10
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮
转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。 弹簧管实物图
11
弹簧管压力传感器的外形及内部结构
12
1.1.2 传感器的分类
分类方法
传感器的种类
按输入量分类 按工作原理分类
按物理现象分类
位移传感器、温度传感 器、压力传感器、、、 应变式、电容式、电感 式、压电式、热电式、 结构型传感器
主讲：谭保华 Tel：136 0712 7131 Mail：tan_bh@
1
第1章 传感器的基本知识
2
人体与自动化测控系统的对应关系
“电五官”
3
长江二桥现场 物理层 传感器及数据采集传输系统
环境载荷检测 车辆载荷检测 结构响应检测
数据采集及 通信软件
温度、风速风向、雨量等 车速、交通量、视频、称重等 张力、应变、线型、位移等
(6)漂移(Drift)
漂移指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量 无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移与灵敏度漂移。
零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移(时漂)和温度漂移(温 漂)。时漂是指在规定条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变 化；温漂为周围温度变化引起的零点或灵敏度漂移。
27
1.2.2传感器的动态特性(Dynamic Characteristics)
通常用相对误差eL表示：
eL
=
±
∆ max yFS
×100%
Δmax一最大非线性误差； yFS—满量程输出。
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非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。 拟合直线不同，非线性误差也不同。所以，选择拟合直线的主要 出发点，应是获得最小的非线性误差。另外，还应考虑使用是否 方便，计算是否简便。
对随时间变化的动态信号测量时，要求传感器能迅速准确地测 出信号幅值的大小和无失真地再现被测信号随时间变化的波形。 传感器的动态特性指传感器对随时间变化的输入信号的响应特性。 【例】将处于环境温度中（0℃） 的水银温度计快速地置于恒定30℃ 的水中时，观测水银柱的变化可 知，水银柱不是立即达到输入信号 的量值，而是经过了一定的时间延 迟t0。
外界影响 传感器 误差因素
温度 供电
输出
各种干扰稳定性 温漂 稳定性(零漂) 分辨力
16
1.2.1传感器的静态特性
在输入量（被测量）处于稳定状态（常量，或变化极慢的量） 时传感器的输入/输出关系称为静态特性。静态特性的数学描述 就是传感器的静态模型。 在不考虑迟滞、蠕变和摩擦等外部因素的情况下，传感器的输 出与输入静特性可用多项式代数方程来表示：
∂ ∂b
∑
∆2i
=
2∑
(yi
−
kxi
−
b)(−1)
=
0
即得到k和b的表达式:
( ) ∑ ∑ ∑ n
k=
xi yi −
∑ ∑ n
x
2 i
−
xi yi xi 2
∑ ∑∑ ∑(∑ ∑) b =
xi2 yi − xi xi yi
n
x
2 i
−
xi 2
将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后
求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。
指标： 频带宽度
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1.传感器的动态数学模型：常系数线性微分方程
an
dn y(t) dt n
+
an−1
dn−1 y(t) dt n−1
+
+
a1
dy(t) dt
+a0y(t) Nhomakorabea=
bm
dm x(t) dt m
+
bm−1
d m −1 x(t ) dt m−1
+
+
b1
dx(t) dt
+
b0
x(t)
y——输出量； x——输入量； t——时间。
物性型传感器
按能量关系分类
能量转换型传感器 能量控制型传感器
按输出信号分类 模拟式传感器 数字式传感器
说明 传感器以被测物理量命名
传感器以工作原理命名
传感器依赖其结构参数变化 实现信息转换
传感器依赖其敏感元件物理 特性的变化实现信息转换
传感器直接将被测量的能量 转换为输出量的能量
由外部供给传感器能量，而 由被测量来控制输出的能量
es=(Δk/k)×100%
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(5)分辨力(Resolution)与阈值(threshold)
分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。有些传感器,当 输入量连续变化时,输出量只作阶梯变化,则分辨力就是输出量的 每个“阶梯”所代表的输入量的大小。
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。 在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。