傳感器與檢測(cè)技術(shù)-圖文pp模塊一課件

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性學(xué)習(xí)單元五傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)模塊一 傳感器技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)單元六改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢(shì)模塊一 傳感器技術(shù)基礎(chǔ) 模塊導(dǎo)讀人類已經(jīng)進(jìn)入科學(xué)技術(shù)空前發(fā)展的信息社會(huì)，計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信、機(jī)器人、自動(dòng)控制技術(shù)及單片機(jī)嵌入系統(tǒng)迅速發(fā)展，尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突起，都迫切需要種類繁多的傳感器。傳感器是系統(tǒng)的“電五官”，負(fù)責(zé)信息的感知和采集，并將這些信息轉(zhuǎn)化為能被系統(tǒng)處理的信號(hào)。 在現(xiàn)代信息科學(xué)的三大支柱技術(shù)中，傳感器技術(shù)居于首位。 本模塊重點(diǎn)介紹傳感器

2、的定義、分類、特性及標(biāo)定和校準(zhǔn)，使讀者對(duì)傳感器技術(shù)有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)和了解。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)世界是由物質(zhì)組成的，表征物質(zhì)特性或其運(yùn)動(dòng)形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為電量和非電量?jī)深?。人類為了認(rèn)識(shí)物質(zhì)，需要對(duì)物質(zhì)特性進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量中大多是針對(duì)非電量的測(cè)量，如力、位移、溫度等。由于非電量不能直接使用一般電工儀表和電子儀器測(cè)量，電信號(hào)則易于直接用電子儀器測(cè)量和傳輸，因此常常將非電量轉(zhuǎn)換成有對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量，如電流和電壓，然后進(jìn)行測(cè)量。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件即為傳感器。自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)處理的大都是電量，需要通過(guò)傳感器對(duì)非電量的原始信息進(jìn)行精確可靠的捕獲并轉(zhuǎn)換為電量。學(xué)習(xí)單元一

3、 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng) 傳感器概述一、傳感器的作用是將被測(cè)非電物理量轉(zhuǎn)換成與其有一定關(guān)系的電信號(hào)，它獲得的信息準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精確度。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)傳感器通用術(shù)語(yǔ)（GB/T 76652005）規(guī)定的傳感器的定義為：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的部分。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)傳感器的組成框圖如圖1-1所示。圖1-1 傳感器的組成框圖學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)傳感器是一

4、種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將其按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟認(rèn)為：傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。根據(jù)傳感器的敏感元件進(jìn)行分類，可將傳感器分為物理類（基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)）、化學(xué)類（基于化學(xué)反應(yīng)的原理）和生物類（基于酶、抗體和激素等分子識(shí)別功能）；根據(jù)傳感器的基本感知功能可將其分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十幾大類。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)人們

5、為了從外界獲取信息，必須借助于感覺(jué)器官；而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律，以及生產(chǎn)活動(dòng)中就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為了適應(yīng)這種情況就需要傳感器。因此，傳感器是人類五官的延伸，又稱之為“電五官”。人們常將傳感器的功能與人類五大感覺(jué)器官相比擬：學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)光敏傳感器視覺(jué)； 聲敏傳感器聽(tīng)覺(jué)； 氣敏傳感器嗅覺(jué)； 化學(xué)傳感器味覺(jué)； 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺(jué)。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)目前，最新的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了意念的感知和傳遞。2014年2月，美國(guó)科學(xué)家完成了“阿凡達(dá)猴子實(shí)驗(yàn)”，實(shí)現(xiàn)了兩只猴子之間的意念傳遞。通過(guò)一只猴子的意念控制另一只猴子的行為，即意念的測(cè)控（感知、傳遞、控

6、制）。 生物電傳感器等意念。 學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)新技術(shù)革命的到來(lái)，使世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的問(wèn)題就是獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有其突出的地位。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器進(jìn)入了許多新領(lǐng)域。例如，在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到飛米

7、（fm，1 fm=10-15m）的粒子世界；縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到飛秒（fs，1 fs=10-15 s，光在真空中1 fs僅走0.3 m）的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)，開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難；而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)傳感器的發(fā)展

8、趨勢(shì)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。總體上看，傳感器技術(shù)是涉及能量轉(zhuǎn)換原理，材料選擇和制造，器件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用等的多項(xiàng)綜合技術(shù)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程甚至文物保護(hù)等極其廣泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空到浩瀚的海洋以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的作用是十分重要與明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)

9、域的發(fā)展。相信在不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng) 自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)概述二、自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)是人們對(duì)事物的規(guī)律進(jìn)行定性了解和定量掌握所從事的一系列技術(shù)措施。自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)是完成這一系列技術(shù)措施的裝置之一，它是檢測(cè)控制器與研究對(duì)象的總和，通常可分為開(kāi)環(huán)與閉環(huán)兩種，其框圖如圖12和圖13所示。 圖12 開(kāi)環(huán)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)框圖學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)圖13 閉環(huán)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)框圖由圖可以看出，一個(gè)完整的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)一般由傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置或調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置、電源四部分組成。學(xué)習(xí)單元一 傳感器與自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)思考與練習(xí)問(wèn)題1

10、 傳感器的定義是什么？它由哪幾部分組成？它在自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中起什么作用？ 思考： 問(wèn)題2 為什么稱傳感器為電五官？談?wù)剛鞲衅髟谛畔⑸鐣?huì)中的地位。 思考：學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類根據(jù)某種原理設(shè)計(jì)的傳感器可以同時(shí)測(cè)量多種非電物理量，而有時(shí)一種非電物理量又可以用幾種不同傳感器測(cè)量。因此，傳感器有許多分類方法，常見(jiàn)的分類方法有兩種：一種是按被測(cè)物理量來(lái)分，另一種是按傳感器的工作原理來(lái)分。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類 按被測(cè)物理量分類 一、傳感器按被測(cè)物理量的性質(zhì)可分為溫度傳感器、力敏傳感器、磁敏傳感器、光敏傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器、色彩傳感器、紅外傳感器、流量傳感器、液位傳感

11、器等。 這種分類方法把種類繁多的被測(cè)量分為基本被測(cè)量和派生被測(cè)量?jī)深?。例如，力可視為基本被測(cè)量，從力可派生出壓力、重力、應(yīng)力、力矩等派生被測(cè)量。當(dāng)需要測(cè)量這些被測(cè)量時(shí)，只要采用力敏傳感器就可以了。了解基本被測(cè)量和派生被測(cè)量的關(guān)系，對(duì)選用傳感器類型很有幫助。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類常見(jiàn)的非電基本被測(cè)量和派生被測(cè)量見(jiàn)表11。表11 常見(jiàn)的非電基本被測(cè)量和派生被測(cè)量學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類按被測(cè)物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類的優(yōu)點(diǎn)是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用；缺點(diǎn)是沒(méi)有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便于使用者掌握其基本原理及分析方法。 學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類 按傳感

12、器的工作原理分類二、傳感器按工作原理可分為電阻式、電容式、電感式、熱電式、光電式、磁電式、壓電式等。通常同一機(jī)理的傳感器可以測(cè)量多種物理量，而同一被測(cè)物理量又可以采用多種不同類型的傳感器來(lái)測(cè)量。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類表12 傳感器按工作原理的分類學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類電阻應(yīng)變式傳感器1.電阻應(yīng)變式傳感器的基本原理是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。其實(shí)現(xiàn)方法是將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件表面上，當(dāng)力、扭矩、速度、加速度等物理量作用在彈性元件上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致彈性元件和粘貼的電阻應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變效應(yīng)，進(jìn)而引起電阻應(yīng)變片電阻的變化。 電阻應(yīng)變片簡(jiǎn)稱應(yīng)變片，是一種能夠?qū)C(jī)械構(gòu)件

13、上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感件，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變效應(yīng)是指金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類熱電式傳感器2.熱電式傳感器是一種將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置。它利用敏感元件的電參數(shù)隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測(cè)量，是眾多傳感器中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。 熱電式傳感器所基于的物理原理主要包括熱電效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、熱輻射、磁導(dǎo)率隨溫度變化的特性等，因此按照工作原理，可將熱電式傳感器分為熱敏電阻、熱電偶、PN結(jié)型測(cè)溫傳感器、輻射高溫計(jì)等。下面主要介紹熱敏電阻。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類熱敏電

14、阻是最常見(jiàn)的溫度檢測(cè)元件之一，其測(cè)量精度高、種類多、發(fā)展較成熟，它由一種半導(dǎo)體材料制成，特點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。 熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的特性制成的一種熱敏元件。熱敏電阻的導(dǎo)電性能主要由內(nèi)部的載流子（電子和空穴）密度和遷移率所決定，當(dāng)溫度升高時(shí)，外層電子在熱激發(fā)下大量成為載流子，載流子的密度大大增加，活動(dòng)能力加強(qiáng)，從而導(dǎo)致其阻值的急劇下降。 學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類按照電阻的阻值隨溫度變化的情形，可將熱敏電阻分為三類：阻值隨溫度的上升而減小的負(fù)溫度系數(shù)（negative temperature coefficient，NTC）熱敏電阻

15、，它的主要材料是過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷；阻值隨溫度的上升而增加的正溫度系數(shù)（positive temperature coefficient，PTC）熱敏電阻，其主要材料是摻雜的半導(dǎo)體陶瓷；臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（critical temperature resistor，CTR），它的阻值在特定的溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低34個(gè)數(shù)量級(jí)，主要材料是二氧化釩，并添加了一些金屬氧化物，可組成理想的控制開(kāi)關(guān)。在溫度測(cè)量中，主要采用的是NTC和PTC熱敏電阻，尤其是NTC熱敏電阻。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類熱敏電阻主要用作檢測(cè)元件和電路元件。熱敏電阻在溫度計(jì)、溫度補(bǔ)償、濕度計(jì)、分子量測(cè)定、液位報(bào)警、流速

16、計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)等儀器儀表中用作檢測(cè)元件；在偏置線圈的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償、恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路、自動(dòng)增益控制電路、RC振蕩電路、振幅穩(wěn)定電路等電路中用作電路元件。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類光電式傳感器3.光電式傳感器是利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。光電式傳感器工作時(shí)首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成為光量的變化，然后通過(guò)光電器件把光量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量的變化，從而實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。光電式傳感器的敏感元件是光電器件。 光電式傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后，光能轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生電流的電效應(yīng)。光電效

17、應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。能產(chǎn)生光電效應(yīng)的器件稱為光電效應(yīng)器件，常見(jiàn)的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等，下面主要介紹光敏電阻。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類光敏電阻是利用硫化鎘或硒化鎘等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，表面涂有防潮樹(shù)脂，具有光電效應(yīng)。光敏電阻對(duì)光線十分敏感。在無(wú)光照時(shí)，電阻值（暗電阻）很大；當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小。例如，光電式傳感器的一個(gè)應(yīng)用是煙塵濁度監(jiān)測(cè)儀。煙道里的煙塵濁度是通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測(cè)的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測(cè)器的光減少，因而光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁

18、度的變化。另外，光電式傳感器也應(yīng)用于光電式轉(zhuǎn)速傳感器、光電式液位傳感器、無(wú)觸點(diǎn)式路燈控制電路等。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類磁電式傳感器4.磁電式傳感器是對(duì)磁場(chǎng)參量敏感的元器件，具有把磁物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能。在磁電式傳感器中，主要利用的是霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。磁電式傳感器主要分為三類：霍爾元件、磁敏電阻、磁敏二極管和三極管。其中，霍爾元件及霍爾傳感器的應(yīng)用量最大。 霍爾元件的工作原理基于霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象，輸出的穩(wěn)定電勢(shì)差即霍爾電壓。根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的霍爾器件可用于磁場(chǎng)和功率測(cè)量，也可制成開(kāi)關(guān)元件。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類磁

19、敏電阻是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。將一載流導(dǎo)體置于外磁場(chǎng)中，其電阻會(huì)隨著磁場(chǎng)的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。磁敏電阻的應(yīng)用范圍比較廣，可以利用它制成磁場(chǎng)探測(cè)儀、位移和角速度檢測(cè)器、安培計(jì)及磁敏交流放大器等。 磁敏二極管是PN結(jié)型磁電轉(zhuǎn)換元件，在磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化下電流也發(fā)生變化，具有輸出信號(hào)大、靈敏度高、工作電流小和體積小等特點(diǎn)，因此適合磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)速、探傷等方面的檢測(cè)和控制。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類磁敏三極管與磁敏二極管一樣，是PN結(jié)型磁電轉(zhuǎn)換元件。磁敏三極管在正、反向磁場(chǎng)作用下，其集電極電流出現(xiàn)明顯的變化，這樣就可以利用磁敏三極管來(lái)測(cè)量弱磁場(chǎng)、電流、轉(zhuǎn)速、位移等物理量。磁敏三極管的應(yīng)用領(lǐng)域與磁敏

20、二極管相似，主要應(yīng)用于測(cè)量磁場(chǎng)、大電流、磁力探傷、接近開(kāi)關(guān)、程序控制、位置控制、轉(zhuǎn)速測(cè)量和各種工業(yè)工程自動(dòng)控制等技術(shù)領(lǐng)域。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類壓電式傳感器5.壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向施加力使之變形時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；外力去掉后又恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)制成的，當(dāng)被測(cè)量物因?yàn)槭芰Χa(chǎn)生變化時(shí)，傳感器能夠產(chǎn)生靜電電荷或電壓變化。 學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，其中石英晶體是性能比較好的材料，它被廣泛應(yīng)用于電子信息產(chǎn)業(yè)的各領(lǐng)域，如家電、無(wú)線電通信等。 壓電式力敏傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力電

21、轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力測(cè)量時(shí)，通常較多采用雙片或多片石英晶片做壓電元件，其特點(diǎn)是剛度大、測(cè)量范圍寬、線性好。壓電式力傳感器按照測(cè)力狀態(tài)可分為單向、雙向和三向傳感器，它們的結(jié)構(gòu)基本一致，都是通過(guò)彈性膜、盒等收集壓力并轉(zhuǎn)換成力，再傳遞給壓電元件。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類壓電式加速度傳感器又稱為壓電加速度計(jì)。它是利用某些物質(zhì)（如石英晶體）的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振動(dòng)力作用時(shí)，加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)物的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，力的變化與被測(cè)加速度成正比。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類光纖傳感器6.光纖傳感器一般由光源、光導(dǎo)纖維、光傳感器元件、光調(diào)制機(jī)構(gòu)和信號(hào)處理器等部分組成，其

22、工作原理是：光源發(fā)出的光經(jīng)光導(dǎo)纖維進(jìn)入光傳感元件，而在光傳感元件中受到周圍環(huán)境場(chǎng)的影響而發(fā)生變化的光再進(jìn)入光調(diào)制機(jī)構(gòu)，由其將傳感元件測(cè)量檢測(cè)的參數(shù)調(diào)制成幅度、相位、偏振等信息，這一過(guò)程稱為光電轉(zhuǎn)換過(guò)程，最后利用微處理器如頻譜儀等進(jìn)行信號(hào)處理。光纖傳感器具有強(qiáng)抗干擾性，所以應(yīng)用范圍很廣，尤其適用于惡劣環(huán)境，具有很大的市場(chǎng)需求，如石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等需要檢測(cè)氧氣、碳?xì)浠衔?、一氧化碳等氣體的場(chǎng)所。采用傳統(tǒng)的傳感器不但達(dá)不到要求的精度，而且易引起安全事故，光纖氣敏傳感器則可以安全有效地實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)傳感器的工作原理比較清楚，類別少，有利于傳感器

23、專業(yè)工作者對(duì)傳感器的深入研究分析；缺點(diǎn)是不便于使用者根據(jù)用途選用。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類 其他分類方法三、傳感器按輸出量分類有模擬式、數(shù)字式傳感器；按工作效應(yīng)分類有物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器等；按能量關(guān)系分類有能量轉(zhuǎn)化型、能量控制型傳感器等。 無(wú)論是哪一種分類方法，對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，都有一些基本要求，具體表現(xiàn)為：學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類（1）足夠的容量。傳感器的工作范圍或量程需要足夠大，且具有一定的過(guò)載能力。 （2）靈敏度高，精度適當(dāng)。輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)呈確定的關(guān)系，通常為線性關(guān)系，并且比值要盡量大；同時(shí)，傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求。 （3）響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定，可靠

24、性好。 （4）使用性和適應(yīng)性強(qiáng)。體積小，質(zhì)量輕，動(dòng)作能量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)影響小；內(nèi)部噪聲小且不易受外界干擾的影響；其輸出力求采用通用或標(biāo)準(zhǔn)形式，以便與系統(tǒng)對(duì)接。 （5）使用經(jīng)濟(jì)。成本低，壽命長(zhǎng)，便于使用、維修和校準(zhǔn)。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類本書(shū)介紹的傳感器主要是按被測(cè)物理量分類，針對(duì)測(cè)量任務(wù)組織章節(jié)編寫(xiě)的，適當(dāng)加以工作原理的分析，重點(diǎn)講述各種傳感器的用途，側(cè)重培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)能力，使讀者學(xué)會(huì)應(yīng)用傳感器，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用新型傳感器。學(xué)習(xí)單元二 傳感器的分類思考與練習(xí)問(wèn)題 傳感器的分類方法主要有哪幾種？各有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 思考：學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)傳感器

25、命名法及代碼（GB/T 76662005）規(guī)定了傳感器的命名方法及圖形符號(hào)，并將其作為統(tǒng)一傳感器命名及圖形符號(hào)的依據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)適用于傳感器的生產(chǎn)、科學(xué)研究、教學(xué)及其他相關(guān)領(lǐng)域。學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào) 傳感器的命名一、根據(jù)GB/T 76662005的規(guī)定，傳感器的全稱應(yīng)由“主題詞+四級(jí)修飾語(yǔ)”組成，即 主題詞傳感器； 一級(jí)修飾語(yǔ)被測(cè)量，包括修飾被測(cè)量的定語(yǔ)； 二級(jí)修飾語(yǔ)轉(zhuǎn)換原理，一般可后綴以“式”字； 三級(jí)修飾語(yǔ)特征描述，指必須強(qiáng)調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后綴以“型”字； 四級(jí)修飾語(yǔ)主要技術(shù)指標(biāo)（如量程、精度、靈敏度等）。學(xué)習(xí)單元三 傳感

26、器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào) 傳感器的代號(hào)二、d序號(hào)。c轉(zhuǎn)換原理；b被測(cè)量；a主稱（傳感器）；根據(jù)GB/T 76662005的規(guī)定，傳感器的代號(hào)應(yīng)包括以下四部分：學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)傳感器產(chǎn)品代號(hào)的編制格式如圖14所示。在被測(cè)量、轉(zhuǎn)換原理和序號(hào)三部分代號(hào)之間須用連字符“”連接。 圖14 傳感器產(chǎn)品代號(hào)的編制格式學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)例如：學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào) 傳感器的圖形符號(hào)三、圖形符號(hào)通常在圖樣或技術(shù)文件中用來(lái)表示一個(gè)設(shè)備或概念的圖形、標(biāo)記或字符。由于它能象征性或形象化地標(biāo)記信息，因此可以越過(guò)語(yǔ)言障礙，直接地表達(dá)設(shè)計(jì)者的思想和意圖，在實(shí)際

27、中應(yīng)用廣泛。傳感器的圖形符號(hào)是電氣圖用圖形符號(hào)的一個(gè)組成部分。學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)1994年2月1日國(guó)家批準(zhǔn)實(shí)施的傳感器圖用圖形符號(hào)（GB/T 144791993）是與國(guó)際接軌的。按照此規(guī)定，傳感器的圖形符號(hào)由符號(hào)要素正方形和等邊三角形組成，如圖15所示。其中，正方形表示轉(zhuǎn)換元件，等邊三角形表示敏感元件。 圖15 傳感器的圖形符號(hào)學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)圖16所示是幾種典型傳感器的圖形符號(hào)。圖16 幾種典型傳感器的圖形符號(hào) 學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)GB/T 144791993給出了43種常用傳感器的圖形符號(hào)示例。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于采用新型或特殊轉(zhuǎn)

28、換原理或檢測(cè)技術(shù)的傳感器，亦可參照標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定自行繪制，但必須經(jīng)主管部門(mén)認(rèn)可。學(xué)習(xí)單元三 傳感器的命名、代號(hào)和圖形符號(hào)思考與練習(xí)問(wèn)題 傳感器的圖形符號(hào)由哪幾部分組成? 思考： 學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性傳感器測(cè)量靜態(tài)量表現(xiàn)為靜態(tài)特性，測(cè)量動(dòng)態(tài)量表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)特性。為了降低或消除傳感器在測(cè)控系統(tǒng)中的誤差，傳感器需要具有良好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，才能準(zhǔn)確地感知和轉(zhuǎn)換信號(hào)或能量。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性 傳感器的靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)的輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，如熱電阻的阻值隨溫度變化特性，它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一

29、個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量（如溫度）作為橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量（如阻值）作為縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。 表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有線性度、靈敏度、重復(fù)性、遲滯和分辨力等。下面具體介紹幾種傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性線性度1.線性度是傳感器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。 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是一條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線，線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性擬合直線（見(jiàn)圖1-7）的選取有多種方法，

30、如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，稱為最小二乘法擬合直線。顯然，選取的擬合直線不同，所得的線性度值也不同。選擇擬合直線應(yīng)保證獲得盡量小的非線性誤差，并考慮使用與計(jì)算方便。圖1-7 擬合直線 學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性靈敏度2.靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量的比值。對(duì)于線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率；非線性傳感器的靈敏度是一個(gè)隨工作點(diǎn)而變的變量，用S表示靈敏度，如圖1-8所示。圖1-8 靈敏度學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性重復(fù)性3.重復(fù)性是傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致性

31、的程度。如圖1-9所示，正行程的最大重復(fù)性偏差為Rmax1，反行程的最大重復(fù)性偏差為Rmax2。圖1-9 重復(fù)性學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性多次重復(fù)測(cè)試的曲線越重合，說(shuō)明重復(fù)性越好，誤差也小。重復(fù)性的好壞是與許多隨機(jī)因素有關(guān)的。傳感器輸出特性的不重復(fù)性主要是由傳感器機(jī)械部分的磨損、間隙、松動(dòng)，部件的內(nèi)摩擦、積塵，電路元件老化、工作點(diǎn)漂移等原因?qū)е碌摹W(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性遲滯 4.遲滯是指?jìng)鞲衅髟谡蛐谐蹋ㄝ斎肓吭龃螅┖头聪蛐谐蹋ㄝ斎肓繙p小）期間，輸出-輸入特性曲線不一致的程度，如圖1-10所示，圖中用Hmax表示最大遲滯偏差。圖1-10 遲滯特性學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是

32、傳感器機(jī)械部分存在不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、緊固件松動(dòng)、材料內(nèi)摩擦、積塵等。遲滯特性一般由實(shí)驗(yàn)方法確定。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性分辨力5.傳感器的分辨力是在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)的輸入量的最小變化量，有時(shí)也用該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性穩(wěn)定性6.穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性之分。傳感器常用長(zhǎng)期穩(wěn)定性，它是指在室溫條件下，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異。 學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性漂移7.傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。漂移量的大小也是衡量傳感器穩(wěn)定性的重要性能指標(biāo)。

33、傳感器的漂移有時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量或控制系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等，零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移。時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化；溫度漂移是環(huán)境溫度變化引起的零點(diǎn)或靈敏度的變化。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性 傳感器的動(dòng)態(tài)特性二、傳感器的動(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)特性。由于傳感器存在慣性滯后，當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間變化時(shí)，傳感器的輸出往往來(lái)不及達(dá)到平衡狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程之中，因此傳感器的輸出量表征為時(shí)間函數(shù)關(guān)系。在動(dòng)態(tài)（快速變化）的輸入信號(hào)情況下，要求傳感器能迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)和再現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的變化。由于傳感器及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決

34、于傳感器及系統(tǒng)本身及輸入信號(hào)的形式，因此工程上常用單位階躍函數(shù)和正弦函數(shù)等作為“標(biāo)準(zhǔn)”輸入信號(hào)，對(duì)傳感器及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，據(jù)此確立傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)。最常用的是通過(guò)幾種特殊的輸入時(shí)間函數(shù)，如階躍函數(shù)和正弦函數(shù)來(lái)研究其響應(yīng)特性，稱為階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性階躍響應(yīng)特性1.給傳感器輸入一個(gè)單位階躍函數(shù)信號(hào)：學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性其輸出特性稱為階躍響應(yīng)特性，如圖1-11所示。由圖可衡量階躍響應(yīng)的幾項(xiàng)常見(jiàn)指標(biāo)。圖1-11 傳感器的階躍響應(yīng)特性學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性（1）上升時(shí)間tr。傳感器輸出值由穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)間。 （2）響應(yīng)時(shí)間ts

35、。輸出值達(dá)到允許誤差范圍%所經(jīng)歷的時(shí)間。 （3）超調(diào)量。輸出值第一次超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的峰高，即=ymax-yc，常用/yc100%表示。 上升時(shí)間tr、響應(yīng)時(shí)間ts表征系統(tǒng)的響應(yīng)速度性能，超調(diào)量則表征傳感器的穩(wěn)定性能。通過(guò)這兩個(gè)方面可以比較完整地描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性頻率響應(yīng)特性2.由控制理論可知，在初始條件為零時(shí)，傳感器及系統(tǒng)輸出的傅里葉變換和輸入的傅里葉變換之比，即為傳感器及系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。 將各種頻率不同而幅值相等的正弦信號(hào)輸入傳感器，其輸出正弦信號(hào)的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系，稱為頻率響應(yīng)特性。幅頻特性即輸出與輸入的幅值比，相頻特性即輸出與輸入的相角差。由于相頻特

36、性與幅頻特性之間有一定的內(nèi)在關(guān)系，因此在表示傳感器的頻響特性及頻域性能指標(biāo)時(shí)主要用幅頻特性。學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性圖1-12所示為典型的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。工程上通常將3 dB所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為頻響范圍，又稱通頻帶。對(duì)于傳感器，則常根據(jù)所需測(cè)量精度來(lái)確定正負(fù)分貝數(shù)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍，稱為工作頻帶。圖1-12 典型的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線學(xué)習(xí)單元四 傳感器的特性思考與練習(xí)問(wèn)題1 什么是傳感器的靜態(tài)特性？它由哪些技術(shù)指標(biāo)描述? 思考： 問(wèn)題2 什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？其分析方法有哪幾種？ 思考：學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)任何一種傳感器在裝配完成后都必須按設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行全面嚴(yán)格的性能鑒定。使用一段時(shí)間后

37、（中國(guó)計(jì)量法規(guī)定一般為一年）或經(jīng)過(guò)修理，也必須對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)，以確保傳感器的主要性能指標(biāo)達(dá)到要求。學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) 標(biāo)定與校準(zhǔn)的方法一、傳感器標(biāo)定就是利用精度高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器進(jìn)行定度的過(guò)程，從而確定傳感器輸出量和輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。 傳感器校準(zhǔn)是指?jìng)鞲衅黜毝ㄆ跈z測(cè)其基本性能參數(shù)，判定是否可繼續(xù)使用，若能繼續(xù)使用，則應(yīng)對(duì)其有變化的主要指標(biāo)（如靈敏度）進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，確保傳感器測(cè)量精確度的過(guò)程。校準(zhǔn)與標(biāo)定的內(nèi)容是基本相同的，下面對(duì)標(biāo)定進(jìn)行介紹。 學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)工程測(cè)試中傳感器的標(biāo)定，應(yīng)在與其使用條件相似的環(huán)境狀態(tài)

38、下進(jìn)行，并將傳感器所配用的濾波器、放大器及電纜等和傳感器連接后一起標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)應(yīng)按照傳感器規(guī)定的安裝條件進(jìn)行安裝。傳感器標(biāo)定系統(tǒng)一般由被測(cè)物理量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，被測(cè)物理量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)，待標(biāo)定傳感器所配接的信號(hào)調(diào)節(jié)器和顯示、記錄器等組成。學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) 靜態(tài)標(biāo)定二、輸入已知標(biāo)準(zhǔn)非電量，測(cè)出傳感器的輸出，給出標(biāo)定曲線、標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)，計(jì)算靈敏度、線性度、滯差、重復(fù)性等傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)的過(guò)程稱為靜態(tài)標(biāo)定。傳感器的靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備有力標(biāo)定設(shè)備（如測(cè)力砝碼、拉壓式測(cè)力計(jì)）、壓力標(biāo)定設(shè)備（如活塞式壓力計(jì)、水銀壓力計(jì)、麥?zhǔn)险婵沼?jì)）、位移標(biāo)定設(shè)備（如量塊、直尺等）、溫度標(biāo)定設(shè)備（如鉑電阻溫

39、度計(jì)、鉑銠鉑熱電偶、基準(zhǔn)光電高溫比較儀）等。 學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)對(duì)標(biāo)定設(shè)備的要求是：具有足夠的精度，至少應(yīng)比被標(biāo)定的傳感器及其系統(tǒng)高一個(gè)精度等級(jí)，并且符合國(guó)家計(jì)量量值傳遞的規(guī)定，或經(jīng)計(jì)量部門(mén)檢定合格；量程范圍應(yīng)與被標(biāo)定的傳感器量程相適應(yīng)；性能穩(wěn)定可靠；使用方便，能適用多種環(huán)境。學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)例如，應(yīng)變式測(cè)力傳感器靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備系統(tǒng)框圖如圖113所示。測(cè)力機(jī)用來(lái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力，高精度穩(wěn)壓電源經(jīng)精密電阻箱衰減后向傳感器提供穩(wěn)定的電源電壓，其值由數(shù)字電壓表讀取，傳感器的輸出由高精度數(shù)字電壓表讀出。圖113 應(yīng)變式測(cè)力傳感器靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備系統(tǒng)框圖學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) 動(dòng)態(tài)

40、標(biāo)定三、動(dòng)態(tài)標(biāo)定用于確定傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，它是指通過(guò)確定其線性工作范圍（用同一頻率不同幅值的正弦信號(hào)輸入傳感器，測(cè)量其輸出）、頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性曲線、階躍響應(yīng)曲線來(lái)確定傳感器的頻率響應(yīng)范圍、幅值誤差和相位誤差、時(shí)間常數(shù)、阻尼比、固有頻率等。 傳感器種類繁多，動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法各異。標(biāo)定中常用的動(dòng)態(tài)激勵(lì)設(shè)備有激振器（如電磁振動(dòng)臺(tái)、低頻回轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)械振動(dòng)臺(tái)等）、激波管、周期與非周期函數(shù)壓力發(fā)生器等。其中，激振器可用于加速度、速度、位移、力、壓力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定。學(xué)習(xí)單元五 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)思考與練習(xí)問(wèn)題 傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)是如何定義的？為什么要進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)？ 思考： 學(xué)習(xí)單元六 改善

41、傳感器性能的主要技術(shù)途徑傳感器的性能指標(biāo)包括很多方面，要使某一傳感器的各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)良，不僅設(shè)計(jì)制造困難，而且在實(shí)用上也沒(méi)有必要。因此,應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求與可能，在保證主要性能指標(biāo)的前提下，放寬對(duì)次要性能指標(biāo)的要求，從而提高性能價(jià)格比。在設(shè)計(jì)、使用傳感器時(shí)采用以下一些技術(shù)措施可改善傳感器性能：學(xué)習(xí)單元六 改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑穩(wěn)定性技術(shù)1.學(xué)習(xí)單元六 改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑抗干擾技術(shù)2.傳感器可看成一個(gè)復(fù)雜的輸入系統(tǒng)，輸入信號(hào)除有被測(cè)量外，還有外界干擾因素。為減小測(cè)量誤差，應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界干擾因素對(duì)傳感器的影響，方法有以下兩種: （1）減少影響傳感器靈敏度的因素，如采用補(bǔ)償、差動(dòng)全橋

42、等措施。 （2）降低干擾因素對(duì)傳感器的實(shí)際作用的功率，如采用屏蔽、隔離措施等。學(xué)習(xí)單元六 改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑補(bǔ)償校正技術(shù)3.當(dāng)傳感器或檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律過(guò)于復(fù)雜，采取一定的技術(shù)措施后仍難滿足要求，或者可滿足要求，但經(jīng)濟(jì)上不合算或技術(shù)過(guò)于復(fù)雜而無(wú)現(xiàn)實(shí)意義時(shí)，可找出誤差的方向和數(shù)值，采用修正曲線方法加以補(bǔ)償或校正。學(xué)習(xí)單元六 改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑合理選擇傳感器材料、結(jié)構(gòu)與參數(shù)4.選用傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)要求，合理選擇傳感器的基本參數(shù)、環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)使用條件選擇合適的種類及結(jié)構(gòu)和材質(zhì)等。學(xué)習(xí)單元六 改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑思考與練習(xí)問(wèn)題 改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑有哪

43、些？ 思考：學(xué)習(xí)單元六 改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑課堂體驗(yàn)基本內(nèi)容 找出日常生活中的傳感器，并說(shuō)說(shuō)它們的類別和作用。 本環(huán)節(jié)由教師組織學(xué)生進(jìn)行，教師和學(xué)生一起討論日常生活中用到的傳感器，學(xué)生根據(jù)前面所學(xué)知識(shí)對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行分析，并對(duì)傳感器進(jìn)行分類，如電阻式、電容式、電感式、光電式、熱電式、壓電式、磁電式等。學(xué)習(xí)單元七 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)傳感器作為人類認(rèn)識(shí)和感知世界的一種工具，其發(fā)展歷史相當(dāng)久遠(yuǎn)，可以說(shuō)它是伴隨著人類文明的進(jìn)程而發(fā)展起來(lái)的。傳感器技術(shù)的發(fā)展程度，影響、決定著人類認(rèn)識(shí)世界的程度與能力。 學(xué)習(xí)單元七 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，傳感器技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ?/p>

44、中占有越來(lái)越重要的地位。人們對(duì)傳感器的種類、性能等方面的要求越來(lái)越高，這也進(jìn)一步促進(jìn)了傳感器技術(shù)的快速發(fā)展。許多國(guó)家都把傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)曾把20世紀(jì)80年代看成傳感器技術(shù)時(shí)代，并將其列為20世紀(jì)90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一；日本把傳感器技術(shù)列為20世紀(jì)80 年代十大技術(shù)之首。從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，我國(guó)也把傳感器技術(shù)列為國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的重要技術(shù)之一。 傳感器技術(shù)是一項(xiàng)與現(xiàn)代技術(shù)密切相關(guān)的尖端技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展很快，其主要特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：學(xué)習(xí)單元七 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)利用新現(xiàn)象、新效應(yīng)1.利用物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)是各種傳感器工作的基本原理，所

45、以發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象與新效應(yīng)是發(fā)展傳感器技術(shù)的重要工作，是研制新型傳感器的理論基礎(chǔ)，其意義極為深遠(yuǎn)。例如，日本夏普公司利用超導(dǎo)技術(shù)研制成功高溫超導(dǎo)磁性傳感器，是傳感器技術(shù)的重大突破，其靈敏度之高，僅次于超導(dǎo)量子干涉器件。但它的制造工藝遠(yuǎn)比超導(dǎo)量子干涉器件簡(jiǎn)單，可用于磁成像技術(shù)，具有廣泛的推廣價(jià)值。學(xué)習(xí)單元七 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)發(fā)新材料2.傳感器材料是傳感器技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，人們可根據(jù)實(shí)際需要控制傳感器材料的某些成分或含量，從而設(shè)計(jì)制造出用于各種傳感器的新的功能材料。例如，用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器，用光導(dǎo)纖維制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器，用陶瓷制成壓力傳感器，

46、用半導(dǎo)體氧化物制成各種氣體傳感器等。這些新材料的應(yīng)用，極大地提高了各類傳感器的性能，促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。學(xué)習(xí)單元七 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)采用高新技術(shù)3.隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、高密封技術(shù)、特種加工技術(shù)、集成技術(shù)、薄膜技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、納米技術(shù)、激光技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、生物技術(shù)等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳感器技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)更為廣闊的發(fā)展空間。高新技術(shù)成果的采用，成為傳感器技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)和強(qiáng)大推動(dòng)力。因此，傳感器的高科技化，不但是傳感器技術(shù)的主要特征，而且是新世紀(jì)傳感器及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。學(xué)習(xí)單元七 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)拓展應(yīng)用領(lǐng)域4.目前，檢測(cè)技術(shù)正在向宏觀世界和微觀世界的縱深發(fā)展。空間技術(shù)、海洋開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)及地震預(yù)測(cè)等都要求檢測(cè)技術(shù)滿足開(kāi)發(fā)、研究宏觀世界的要求，而細(xì)胞生物學(xué)、遺傳工程、光合作用、醫(yī)學(xué)及微加工技術(shù)等又希望檢測(cè)技術(shù)跟上研究微觀世界的步伐。因此，科學(xué)的發(fā)展對(duì)當(dāng)前傳感器技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)提出了許多新的要求，其中重要的一點(diǎn)就是要拓寬應(yīng)用領(lǐng)域和檢測(cè)范圍，不斷突