第1章傳感器的基本概念

1、第一節(jié) 傳感器的定義與組成第二節(jié) 傳感器的分類第三節(jié) 傳感器的技術(shù)特點(diǎn)第四節(jié) 傳感器的數(shù)學(xué)模型概述第五節(jié) 傳感器的基本特性第一章 傳 感 器 的 基 本 概 念第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成3 壓 力 作 用 膜片形變（應(yīng)變） 應(yīng)變片電阻改變 敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件壓力傳感器示例壓力傳感器示例8第二節(jié)第二節(jié) 傳感器的分類傳感器的分類一、按工作機(jī)理分類：一、按工作機(jī)理分類：根據(jù)物理和化學(xué)根據(jù)物理和化學(xué) 等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)進(jìn)行分類。等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)進(jìn)行分類。二、按被測量分類：二、按被測量分類：根據(jù)輸入物理量的根據(jù)輸入物理量的 性質(zhì)進(jìn)行分類。性質(zhì)進(jìn)行分類。

2、三、按敏感材料分類：三、按敏感材料分類：根據(jù)制造傳感器根據(jù)制造傳感器 所使用的材料進(jìn)行分類?？煞譃榘胨褂玫牟牧线M(jìn)行分類。可分為半 導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器等。導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器等。物理量傳感器：利用某些變換元件的物理性質(zhì)或某些功能材料的特殊性能制成的傳感器?；瘜W(xué)量傳感器：利用電化學(xué)反應(yīng)原理把有機(jī)和無機(jī)的化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。生物量傳感器：利用生物功能物質(zhì)作識(shí)別器件制成的傳感器。按被測量分類：按被測量分類：四、四、 按能量的關(guān)系分類：按能量的關(guān)系分類：根據(jù)能量觀點(diǎn)根據(jù)能量觀點(diǎn) 分類，可將傳感器分為分類，可將傳感器分為有源傳感器有源傳感器 和和無源傳感器無源傳感器兩大類。

3、兩大類。 有源傳感器有源傳感器是將非電能量轉(zhuǎn)換為電能是將非電能量轉(zhuǎn)換為電能量，稱之為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱換能量，稱之為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱換能器。通常配合有電壓測量電路和放大器。器。通常配合有電壓測量電路和放大器。如如:壓電式、熱電式、電磁式等。壓電式、熱電式、電磁式等。無源傳感器又稱為能量控制型傳感器。無源傳感器又稱為能量控制型傳感器。被測非電量僅對(duì)傳感器中的能量起控制被測非電量僅對(duì)傳感器中的能量起控制或調(diào)節(jié)作用。所以必須具有輔助能源或調(diào)節(jié)作用。所以必須具有輔助能源( (電電能能) )。如如: :電阻式、電容式和電感式等。電阻式、電容式和電感式等。 從系統(tǒng)角度看，一種傳感器就是一種從系統(tǒng)

4、角度看，一種傳感器就是一種系統(tǒng)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)理論，一個(gè)系統(tǒng)總可以用一個(gè)根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)理論，一個(gè)系統(tǒng)總可以用一個(gè)數(shù)學(xué)方程式數(shù)學(xué)方程式或或函數(shù)函數(shù)來描述。即用某種方程式或來描述。即用某種方程式或函數(shù)表征傳感器的輸出和輸入的關(guān)系和特性，函數(shù)表征傳感器的輸出和輸入的關(guān)系和特性，從而，用這種關(guān)系指導(dǎo)對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)、制造、從而，用這種關(guān)系指導(dǎo)對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)、制造、校正和使用。校正和使用。 通常從傳感器的通常從傳感器的靜態(tài)靜態(tài)輸入輸入- -輸出輸出關(guān)系和關(guān)系和動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)輸入輸入- -輸出關(guān)系兩方面建立數(shù)學(xué)模輸出關(guān)系兩方面建立數(shù)學(xué)模型。型。一、靜態(tài)模型一、靜態(tài)模型靜態(tài)模型是指在輸入信號(hào)不隨時(shí)間靜態(tài)模型是指

5、在輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化的情況下，描述傳感器的輸出與輸變化的情況下，描述傳感器的輸出與輸入量的一種函數(shù)關(guān)系。入量的一種函數(shù)關(guān)系。如果不考慮如果不考慮蠕動(dòng)效應(yīng)蠕動(dòng)效應(yīng)和和遲滯特性遲滯特性，傳感，傳感器的靜態(tài)模型一般可用多項(xiàng)式來表示：器的靜態(tài)模型一般可用多項(xiàng)式來表示：20121 1 nny aa x a xa x（）其通式如下：其通式如下：1110111101 1 2nnnnnnmmmmmmd ydydyaaaa ydtdtdtd xdxdxbbbb xdtdtdt（）an,an-1a0和和bm,bm-1b0 為傳感器的結(jié)構(gòu)為傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。除參數(shù)。除b0 0外，一般取外，一般取b1,b2bm為零

6、為零.2. 2. 0 13stY Sy t edt（） 111010nnmmnnmmY S a Sa SaX S b Sb Sb 110110 14 mmmmnnnnY Sb sbsbH SX Sa sasa（）2021 ）（則：6121 SHSHSHSHp ）（則：5121 SHSHSHSHr 對(duì)于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，可以將其看作是對(duì)于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，可以將其看作是一些較為簡單系統(tǒng)的串聯(lián)與并聯(lián)。一些較為簡單系統(tǒng)的串聯(lián)與并聯(lián)。xySH1SH2SHnxySH1SH2SHn22 ）（則：5121 SHSHSHSHr 對(duì)于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，可以將其看作是對(duì)于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，可以將其看作是一些較為簡單系統(tǒng)的

7、串聯(lián)與并聯(lián)。一些較為簡單系統(tǒng)的串聯(lián)與并聯(lián)。xySH1SH2SHn一、一、 1 1線性度：線性度：輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度。又稱非線性誤差。系曲線偏離直線的程度。又稱非線性誤差?？捎孟率奖硎究捎孟率奖硎? :0 0max100 1 10FSEy（） maxmax輸出量與輸入量實(shí)際曲線與擬合直線之間的最大偏差輸出量與輸入量實(shí)際曲線與擬合直線之間的最大偏差y yFSFS輸出滿量程值輸出滿量程值 （1） （2） （3）三種形式所呈現(xiàn)的非線性程度三種形式所呈現(xiàn)的非線性程度 ndf xdySfxdxdx對(duì)線性傳感器，其靈敏度就是它的靜對(duì)線性傳感器，其靈敏度就

8、是它的靜態(tài)特性的斜率：態(tài)特性的斜率： 非線性傳感器靈敏度是一個(gè)變量，只能非線性傳感器靈敏度是一個(gè)變量，只能表示傳感器在某一工作點(diǎn)的靈敏度。表示傳感器在某一工作點(diǎn)的靈敏度。 111 ykx（）輸入量按同一輸入量按同一方向作全程多次測方向作全程多次測試時(shí)，所得特性曲試時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。線不一致的程度。yx0max2max1max100% 1 12xFSEF（）H0 x yyFSxFS29max100% 1 15FSmEY（） 傳感器的傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的響應(yīng)是指輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的響應(yīng)特性。特性。很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形式隨時(shí)間變化。只要輸入量是時(shí)間的函數(shù)，則其輸出量也將是時(shí)間的函數(shù)，其間的關(guān)系要用動(dòng)特性來說明。 一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，即具有相同的時(shí)間函數(shù)。實(shí)際的傳感器，輸出信號(hào)將不會(huì)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù), 這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差。 二、動(dòng)態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)測量輸入信號(hào)可分類如下： 1. 傳感器的基本動(dòng)態(tài)特性方程傳感器的基本動(dòng)態(tài)特性方程 傳