傳感器與檢測技術(shù)-pp模塊一課件

傳感器與檢測技術(shù)項目教程傳感器與檢測技術(shù)項目教程學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(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、代號和圖形符號學(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)展趨勢學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類學(xué)習(xí)單元模塊一傳感器技術(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，計算機、移動通信、機器人、自動控制技術(shù)及單片機嵌入系統(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。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。本模塊重點介紹傳感器的定義、分類、特性及標(biāo)定和校準(zhǔn)，使讀者對傳感器技術(shù)有一個基本的認(rèn)識和了解。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)空前學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)世界是由物質(zhì)組成的，表征物質(zhì)特性或其運動形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為電量和非電量兩類。人類為了認(rèn)識物質(zhì)，需要對物質(zhì)特性進(jìn)行測量，測量中大多是針對非電量的測量，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量，電信號則易于直接用電子儀器測量和傳輸，因此常常將非電量轉(zhuǎn)換成有對應(yīng)關(guān)系的電量，如電流和電壓，然后進(jìn)行測量。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件即為傳感器。自動檢測和自動控制系統(tǒng)處理的大都是電量，需要通過傳感器對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)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)世界是由物質(zhì)組成的，表征物學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器概述一、傳感器的作用是將被測非電物理量轉(zhuǎn)換成與其有一定關(guān)系的電信號，它獲得的信息準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精確度。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語》（GB/T7665—2005）規(guī)定的傳感器的定義為：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號的部分。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器概述一、傳感器學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(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測控系統(tǒng)傳感器的組成框圖如圖1-1學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將其按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。中國物聯(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、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。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測控系統(tǒng)傳感器是一種檢測裝置，能感學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官；而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律，以及生產(chǎn)活動中就遠(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器官相比擬：學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)光敏傳感器——視覺；聲敏傳感器——聽覺；氣敏傳感器——嗅覺；化學(xué)傳感器——味覺；壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)光敏傳感器——視覺；聲敏學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)目前，最新的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了意念的感知和傳遞。2014年2月，美國科學(xué)家完成了“阿凡達(dá)猴子實驗”，實現(xiàn)了兩只猴子之間的意念傳遞。通過一只猴子的意念控制另一只猴子的行為，即意念的測控（感知、傳遞、控制）。生物電傳感器等—意念。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)目前，最新的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)新技術(shù)革命的到來，使世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的問題就是獲取準(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)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(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測控系統(tǒng)新技術(shù)革命的到來，使世界開學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(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（fm，1fm=10-15m）的粒子世界；縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到飛秒（fs，1fs=10-15s，光在真空中1fs僅走0.3μm）的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識，開拓新能源、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、超強磁場、超弱磁場等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難；而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(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)科開發(fā)的先驅(qū)。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢是微型化、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)增長點?？傮w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、開發(fā)和應(yīng)用等的多項綜合技術(shù)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、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，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)，幾乎每個現(xiàn)代化項目都離不開各種各樣的傳感器。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢是微型化、學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的作用是十分重要與明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信在不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，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測控系統(tǒng)由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)自動測控系統(tǒng)概述二、自動檢測和自動控制技術(shù)是人們對事物的規(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。自動測控系統(tǒng)是完成這一系列技術(shù)措施的裝置之一，它是檢測控制器與研究對象的總和，通常可分為開環(huán)與閉環(huán)兩種，其框圖如圖1－2和圖1－3所示。圖1－2開環(huán)自動測控系統(tǒng)框圖學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)自動測控系統(tǒng)概述二、學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)圖1－3閉環(huán)自動測控系統(tǒng)框圖由圖可以看出，一個完整的自動測控系統(tǒng)一般由傳感器、測量電路、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測控系統(tǒng)圖1－3閉環(huán)自動測控系學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)思考與練習(xí)問題1傳感器的定義是什么？它由哪幾部分組成？它在自動測控系統(tǒng)中起什么作用？思考：問題2為什么稱傳感器為電五官？談?wù)剛鞲衅髟谛畔⑸鐣械牡匚弧Ｋ伎迹簩W(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)思考與練習(xí)問題1傳感器學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類根據(jù)某種原理設(shè)計的傳感器可以同時測量多種非電物理量，而有時一種非電物理量又可以用幾種不同傳感器測量。因此，傳感器有許多分類方法，常見的分類方法有兩種：一種是按被測物理量來分，另一種是按傳感器的工作原理來分。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類根據(jù)某種原理設(shè)計的傳感器可以同時測學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按被測物理量分類一、傳感器按被測物理量的性質(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、液位傳感器等。這種分類方法把種類繁多的被測量分為基本被測量和派生被測量兩類。例如，力可視為基本被測量，從力可派生出壓力、重力、應(yīng)力、力矩等派生被測量。當(dāng)需要測量這些被測量時，只要采用力敏傳感器就可以了。了解基本被測量和派生被測量的關(guān)系，對選用傳感器類型很有幫助。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按被測物理量分類一、傳感器學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類常見的非電基本被測量和派生被測量見表1－1。表1－1常見的非電基本被測量和派生被測量學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類常見的非電基本被測量和派生被測量見學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按被測物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類的優(yōu)點是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用；缺點是沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機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被測物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類的優(yōu)點是學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按傳感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。通常同一機理的傳感器可以測量多種物理量，而同一被測物理量又可以采用多種不同類型的傳感器來測量。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按傳感器的工作原理分類二、傳學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類表1－2傳感器按工作原理的分類學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類表1－2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的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。其實現(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，會導(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)變片簡稱應(yīng)變片，是一種能夠?qū)C械構(gòu)件上應(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)生機械變形時，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電阻應(yīng)變式傳感器1.電阻應(yīng)變式傳感學(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，對溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測量，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)型測溫傳感器、輻射高溫計等。下面主要介紹熱敏電阻。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱電式傳感器2.熱電式傳感器是一種學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱敏電阻是最常見的溫度檢測元件之一，其測量精度高、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，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，活動能力加強，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熱敏電阻是最常見的溫度檢測元件之一學(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)（negativetemperaturecoefficient，NTC）熱敏電阻，它的主要材料是過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷；阻值隨溫度的上升而增加的正溫度系數(shù)（positivetemperaturecoefficient，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（criticaltemperatureresistor，CTR），它的阻值在特定的溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3~4個數(shù)量級，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關(guān)。在溫度測量中，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按照電阻的阻值隨溫度變化的情形，可學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱敏電阻主要用作檢測元件和電路元件。熱敏電阻在溫度計、溫度補償、濕度計、分子量測定、液位報警、流速計、氣體分析儀、真空計等儀器儀表中用作檢測元件；在偏置線圈的溫度補償、儀表溫度補償、熱電偶溫度補償、晶體管溫度補償、恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路、自動增益控制電路、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熱敏電阻主要用作檢測元件和電路元件學(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轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。光電式傳感器工作時首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成為光量的變化，然后通過光電器件把光量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量的變化，從而實現(xiàn)非電量的測量。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電式傳感器3.光電式傳感器是利用學(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，表面涂有防潮樹脂，具有光電效應(yīng)。光敏電阻對光線十分敏感。在無光照時，電阻值（暗電阻）很大；當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小。例如，光電式傳感器的一個應(yīng)用是煙塵濁度監(jiān)測儀。煙道里的煙塵濁度是通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。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)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。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、無觸點式路燈控制電路等。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)學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁電式傳感器4.磁電式傳感器是對磁場參量敏感的元器件，具有把磁物理量轉(zhuǎn)換成電信號的功能。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)?；魻栃?yīng)是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象，輸出的穩(wěn)定電勢差即霍爾電壓。根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的霍爾器件可用于磁場和功率測量，也可制成開關(guān)元件。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁電式傳感器4.磁電式傳感器是對磁學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁敏電阻是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。將一載流導(dǎo)體置于外磁場中，其電阻會隨著磁場的變化而變化，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探測儀、位移和角速度檢測器、安培計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，在磁場強度的變化下電流也發(fā)生變化，具有輸出信號大、靈敏度高、工作電流小和體積小等特點，因此適合磁場、轉(zhuǎn)速、探傷等方面的檢測和控制。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁敏電阻是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。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測量弱磁場、電流、轉(zhuǎn)速、位移等物理量。磁敏三極管的應(yīng)用領(lǐng)域與磁敏二極管相似，主要應(yīng)用于測量磁場、大電流、磁力探傷、接近開關(guān)、程序控制、位置控制、轉(zhuǎn)速測量和各種工業(yè)工程自動控制等技術(shù)領(lǐng)域。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，其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；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)被測量物因為受力而產(chǎn)生變化時，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壓電式傳感器5.壓電效應(yīng)是指某些介學(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、無線電通信等。壓電式力敏傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力測量時，通常較多采用雙片或多片石英晶片做壓電元件，其特點是剛度大、測量范圍寬、線性好。壓電式力傳感器按照測力狀態(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大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，其中石英學(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。它是利用某些物質(zhì)（如石英晶體）的壓電效應(yīng)，在加速度計受振動力作用時，加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測物的振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計的固有頻率時，力的變化與被測加速度成正比。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)制機構(gòu)和信號處理器等部分組成，其工作原理是：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)境場的影響而發(fā)生變化的光再進(jìn)入光調(diào)制機構(gòu)，由其將傳感元件測量檢測的參數(shù)調(diào)制成幅度、相位、偏振等信息，這一過程稱為光電轉(zhuǎn)換過程，最后利用微處理器如頻譜儀等進(jìn)行信號處理。光纖傳感器具有強抗干擾性，所以應(yīng)用范圍很廣，尤其適用于惡劣環(huán)境，具有很大的市場需求，如石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等需要檢測氧氣、碳?xì)浠衔铩⒁谎趸嫉葰怏w的場所。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現(xiàn)上述檢測。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學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類這種分類方法的優(yōu)點是對傳感器的工作原理比較清楚，類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對傳感器的深入研究分析；缺點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這種分類方法的優(yōu)點是對傳感器的工作學(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。無論是哪一種分類方法，對于傳感器來說，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其他分類方法三、傳感器按輸出學(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，且具有一定的過載能力。（2）靈敏度高，精度適當(dāng)。輸出信號與被測信號呈確定的關(guān)系，通常為線性關(guān)系，并且比值要盡量大；同時，傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動態(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，可靠性好。（4）使用性和適應(yīng)性強。體積小，質(zhì)量輕，動作能量小，對被測對象的狀態(tài)影響??；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)對接。（5）使用經(jīng)濟(jì)。成本低，壽命長，便于使用、維修和校準(zhǔn)。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類（1）足夠的容量。傳感器的工作范圍學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類本書介紹的傳感器主要是按被測物理量分類，針對測量任務(wù)組織章節(jié)編寫的，適當(dāng)加以工作原理的分析，重點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)會應(yīng)用傳感器，并進(jìn)一步開發(fā)利用新型傳感器。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類本書介紹的傳感器主要是按被測物理量學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類思考與練習(xí)問題傳感器的分類方法主要有哪幾種？各有什么優(yōu)點和缺點？思考：學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類思考與練習(xí)問題傳感器的分類方法學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器命名法及代碼》（GB/T7666—2005）規(guī)定了傳感器的命名方法及圖形符號，并將其作為統(tǒng)一傳感器命名及圖形符號的依據(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、代號和圖形符號中華人民共和國國家學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器的命名一、根據(jù)GB/T7666—2005的規(guī)定，傳感器的全稱應(yīng)由“主題詞+四級修飾語”組成，即主題詞——傳感器；一級修飾語——被測量，包括修飾被測量的定語；二級修飾語——轉(zhuǎn)換原理，一般可后綴以“式”字；三級修飾語——特征描述，指必須強調(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；四級修飾語——主要技術(shù)指標(biāo)（如量程、精度、靈敏度等）。學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器的命名學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器的代號二、d——序號。c——轉(zhuǎn)換原理；b——被測量；a——主稱（傳感器）；根據(jù)GB/T7666—2005的規(guī)定，傳感器的代號應(yīng)包括以下四部分：學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器的代號學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器產(chǎn)品代號的編制格式如圖1－4所示。在被測量、轉(zhuǎn)換原理和序號三部分代號之間須用連字符“－”連接。圖1－4傳感器產(chǎn)品代號的編制格式學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器產(chǎn)品代號的編學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號例如：學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號例如：學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器的圖形符號三、圖形符號通常在圖樣或技術(shù)文件中用來表示一個設(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，因此可以越過語言障礙，直接地表達(dá)設(shè)計者的思想和意圖，在實際中應(yīng)用廣泛。傳感器的圖形符號是電氣圖用圖形符號的一個組成部分。學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號傳感器的圖形學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號1994年2月1日國家批準(zhǔn)實施的《傳感器圖用圖形符號》（GB/T14479—1993）是與國際接軌的。按照此規(guī)定，傳感器的圖形符號由符號要素正方形和等邊三角形組成，如圖1－5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1－5傳感器的圖形符號學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號1994年2月1日學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號圖1－6所示是幾種典型傳感器的圖形符號。圖1－6幾種典型傳感器的圖形符號學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號圖1－6所示是幾種學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號GB/T14479—1993給出了43種常用傳感器的圖形符號示例。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于采用新型或特殊轉(zhuǎn)換原理或檢測技術(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)主管部門認(rèn)可。學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號GB/T1447學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號思考與練習(xí)問題傳感器的圖形符號由哪幾部分組成?思考：學(xué)習(xí)單元三傳感器的命名、代號和圖形符號思考與練習(xí)問題學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性傳感器測量靜態(tài)量表現(xiàn)為靜態(tài)特性，測量動態(tài)量表現(xiàn)為動態(tài)特性。為了降低或消除傳感器在測控系統(tǒng)中的誤差，傳感器需要具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，才能準(zhǔn)確地感知和轉(zhuǎn)換信號或能量。學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性傳感器測量靜態(tài)量表現(xiàn)為靜態(tài)特性，測學(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)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的相互關(guān)系。因為這時的輸入量和輸出量都和時間無關(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)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量（如溫度）作為橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量（如阻值）作為縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。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傳感器的靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性學(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，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是一條曲線而非直線。在實際工作中，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際的特性曲線，線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標(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學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性擬合直線（見圖1-7）的選取有多種方法，如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點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，并考慮使用與計算方便。圖1-7擬合直線學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性擬合直線（見圖1-7）的選取有多種學(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隨工作點而變的變量，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靈敏度2.靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸學(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試時，所得特性曲線不一致性的程度。如圖1-9所示，正行程的最大重復(fù)性偏差為ΔRmax1，反行程的最大重復(fù)性偏差為ΔRmax2。圖1-9重復(fù)性學(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學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性多次重復(fù)測試的曲線越重合，說明重復(fù)性越好，誤差也小。重復(fù)性的好壞是與許多隨機因素有關(guān)的。傳感器輸出特性的不重復(fù)性主要是由傳感器機械部分的磨損、間隙、松動，部件的內(nèi)摩擦、積塵，電路元件老化、工作點漂移等原因?qū)е碌?。學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性多次重復(fù)測試的曲線越重合，說明重復(fù)學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性遲滯4.遲滯是指傳感器在正向行程（輸入量增大）和反向行程（輸入量減小）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ΔHmax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遲滯4.遲滯是指傳感器在正向行程學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是傳感器機械部分存在不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、緊固件松動、材料內(nèi)摩擦、積塵等。遲滯特性一般由實驗方法確定。學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是傳感器機械學(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)定測量范圍內(nèi)所能檢測的輸入量的最小變化量，有時也用該值相對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分辨力5.傳感器的分辨力是在規(guī)定測學(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)定性和長期穩(wěn)定性之分。傳感器常用長期穩(wěn)定性，它是指在室溫條件下，經(jīng)過相當(dāng)長的時間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時的輸出之間的差異。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)定性和長期學(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)。傳感器的漂移有時會導(dǎo)致整個測量或控制系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。漂移包括零點漂移和靈敏度漂移等，零點漂移和靈敏度漂移又可分為時間漂移和溫度漂移。時間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；溫度漂移是環(huán)境溫度變化引起的零點或靈敏度的變化。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學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性傳感器的動態(tài)特性二、傳感器的動態(tài)特性是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應(yīng)特性。由于傳感器存在慣性滯后，當(dāng)被測量隨時間變化時，傳感器的輸出往往來不及達(dá)到平衡狀態(tài)，即處于動態(tài)過渡過程之中，因此傳感器的輸出量表征為時間函數(shù)關(guān)系。在動態(tài)（快速變化）的輸入信號情況下，要求傳感器能迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)和再現(xiàn)被測信號的變化。由于傳感器及系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于傳感器及系統(tǒng)本身及輸入信號的形式，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，對傳感器及系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行分析，據(jù)此確立傳感器及檢測系統(tǒng)動態(tài)特性的指標(biāo)。最常用的是通過幾種特殊的輸入時間函數(shù)，如階躍函數(shù)和正弦函數(shù)來研究其響應(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傳感器的動態(tài)特性二、傳感器的學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性階躍響應(yīng)特性1.給傳感器輸入一個單位階躍函數(shù)信號：學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性階躍響應(yīng)特性1.給傳感器輸入一個單學(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)的幾項常見指標(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其輸出特性稱為階躍響應(yīng)特性，如圖1學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性（1）上升時間tr。傳感器輸出值由穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時間。（2）響應(yīng)時間ts。輸出值達(dá)到允許誤差范圍±Δ%所經(jīng)歷的時間。（3）超調(diào)量α。輸出值第一次超過穩(wěn)態(tài)值的峰高，即α=ymax-yc，常用α/yc×100%表示。上升時間tr、響應(yīng)時間ts表征系統(tǒng)的響應(yīng)速度性能，超調(diào)量α則表征傳感器的穩(wěn)定性能。通過這兩個方面可以比較完整地描述傳感器的動態(tài)特性。學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性（1）上升時間tr。傳感器輸出值由學(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，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輸入傳感器，其輸出正弦信號的幅值、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)時主要用幅頻特性。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，在學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性圖1-12所示為典型的對數(shù)幅頻特性曲線。工程上通常將±3dB所對應(yīng)的頻率范圍稱為頻響范圍，又稱通頻帶。對于傳感器，則常根據(jù)所需測量精度來確定正負(fù)分貝數(shù)所對應(yīng)的頻率范圍，稱為工作頻帶。圖1-12典型的對數(shù)幅頻特性曲線學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性圖1-12所示為典型的對數(shù)幅頻特性學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性思考與練習(xí)問題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：

問題2什么是傳感器的動態(tài)特性？其分析方法有哪幾種？思考：學(xué)習(xí)單元四傳感器的特性思考與練習(xí)問題1什么是傳感器的學(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)計指標(biāo)進(jìn)行全面嚴(yán)格的性能鑒定。使用一段時間后（中國計量法規(guī)定一般為一年）或經(jīng)過修理，也必須對主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗，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)任何一種傳感器在裝配完成后都學(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的標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進(jìn)行定度的過程，從而確定傳感器輸出量和輸入量之間的對應(yīng)關(guān)系，同時也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。傳感器校準(zhǔn)是指傳感器須定期檢測其基本性能參數(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，確保傳感器測量精確度的過程。校準(zhǔn)與標(biāo)定的內(nèi)容是基本相同的，下面對標(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)標(biāo)定與校準(zhǔn)的方法一、傳學(xué)習(xí)單元五傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)工程測試中傳感器的標(biāo)定，應(yīng)在與其使用條件相似的環(huán)境狀態(tài)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)一般由被測物理量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，被測物理量的標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)，待標(biāo)定傳感器所配接的信號調(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)工程測試中傳感器的標(biāo)定，應(yīng)在學(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（如測力砝碼、拉壓式測力計）、壓力標(biāo)定設(shè)備（如活塞式壓力計、水銀壓力計、麥?zhǔn)险婵沼嫞?、位移?biāo)定設(shè)備（如量塊、直尺等）、溫度標(biāo)定設(shè)備（如鉑電阻溫度計、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)靜態(tài)標(biāo)定二、輸入已知標(biāo)學(xué)習(xí)單元五傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)對標(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)高一個精度等級，并且符合國家計量量值傳遞的規(guī)定，或經(jīng)計量部門檢定合格；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)對標(biāo)定設(shè)備的要求是：具有足夠?qū)W習(xí)單元五傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)例如，應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備系統(tǒng)框圖如圖1－13所示。測力機用來產(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1－13應(yīng)變式測力傳感器靜態(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)例如，應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)標(biāo)學(xué)習(xí)單元五傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)動態(tài)標(biāo)定三、動態(tài)標(biāo)定用于確定傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)，它是指通過確定其線性工作范圍（用同一頻率不同幅值的正弦信號輸入傳感器，測量其輸出）、頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性曲線、階躍響應(yīng)曲線來確定傳感器的頻率響應(yīng)范圍、幅值誤差和相位誤差、時間常數(shù)、阻尼比、固有頻率等。傳感器種類繁多，動態(tài)標(biāo)定方法各異。標(biāo)定中常用的動態(tài)激勵設(shè)備有激振器（如電磁振動臺、低頻回轉(zhuǎn)臺、機械振動臺等）、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、壓力傳感器的動態(tài)標(biāo)定。學(xué)習(xí)單元五傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)動態(tài)標(biāo)定三、動態(tài)標(biāo)定用學(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)單元五傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)思考與練習(xí)問題傳感器的標(biāo)學(xué)習(xí)單元六改善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指標(biāo)都優(yōu)良，不僅設(shè)計制造困難，而且在實用上也沒有必要。因此,應(yīng)根據(jù)實際要求與可能，在保證主要性能指標(biāo)的前提下，放寬對次要性能指標(biāo)的要求，從而提高性能價格比。在設(shè)計、使用傳感器時采用以下一些技術(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)途徑傳感器的性能指標(biāo)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.傳感器可看成一個復(fù)雜的輸入系統(tǒng)，輸入信號除有被測量外，還有外界干擾因素。為減小測量誤差，應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界干擾因素對傳感器的影響，方法有以下兩種:（1）減少影響傳感器靈敏度的因素，如采用補償、差動全橋等措施。（2）降低干擾因素對傳感器的實際作用的功率，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)途徑抗干擾技術(shù)2.傳學(xué)習(xí)單元六改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑補償校正技術(shù)3.當(dāng)傳感器或檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律過于復(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)過于復(fù)雜而無現(xiàn)實意義時，可找出誤差的方向和數(shù)值，采用修正曲線方法加以補償或校正。學(xué)習(xí)單元六改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑補償校正技術(shù)3.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，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)途徑合理選擇傳感器材學(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)問題改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑有哪些？思考：學(xué)習(xí)單元六改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑思考與練習(xí)問題學(xué)習(xí)單元六改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑課堂體驗基本內(nèi)容找出日常生活中的傳感器，并說說它們的類別和作用。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)知識對傳感器采集的信息進(jìn)行分析，并對傳感器進(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)單元六改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑課堂體驗基本內(nèi)容學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器作為人類認(rèn)識和感知世界的一種工具，其發(fā)展歷史相當(dāng)久遠(yuǎn)，可以說它是伴隨著人類文明的進(jìn)程而發(fā)展起來的。傳感器技術(shù)的發(fā)展程度，影響、決定著人類認(rèn)識世界的程度與能力。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器作為人類認(rèn)識和感知世界的學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，傳感器技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ钪姓加性絹碓街匾牡匚?。人們對傳感器的種類、性能等方面的要求越來越高，這也進(jìn)一步促進(jìn)了傳感器技術(shù)的快速發(fā)展。許多國家都把傳感器技術(shù)列為重點發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國曾把20世紀(jì)80年代看成傳感器技術(shù)時代，并將其列為20世紀(jì)90年代22項關(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年代中后期開始，我國也把傳感器技術(shù)列為國家優(yōu)先發(fā)展的重要技術(shù)之一。傳感器技術(shù)是一項與現(xiàn)代技術(shù)密切相關(guān)的尖端技術(shù)，近年來發(fā)展很快，其主要特點及發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面：學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，傳學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢發(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)量子干涉器件簡單，可用于磁成像技術(shù)，具有廣泛的推廣價值。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢發(fā)現(xiàn)利用新現(xiàn)象、新效應(yīng)1.利用學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢開發(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)實際需要控制傳感器材料的某些成分或含量，從而設(shè)計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，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)展趨勢開發(fā)新材料2.傳感器材料是傳感學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢采用高新技術(shù)3.隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、精密機械技術(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)和強大推動力。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)展趨勢采用高新技術(shù)3.隨著微電子技術(shù)學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢拓展應(yīng)用領(lǐng)域4.目前，檢測技術(shù)正在向宏觀世界和微觀世界的縱深發(fā)展。空間技術(shù)、海洋開發(fā)、環(huán)境保護(hù)及地震預(yù)測等都要求檢測技術(shù)滿足開發(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)等又希望檢測技術(shù)跟上研究微觀世界的步伐。因此，科學(xué)的發(fā)展對當(dāng)前傳感器技術(shù)的研究、開發(fā)提出了許多新的要求，其中重要的一點就是要拓寬應(yīng)用領(lǐng)域和檢測范圍，不斷突破參數(shù)測量的極限。通過這些應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)和研究，不但可以提高傳感器的應(yīng)用性能，而且可以促進(jìn)其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，甚至?xí)Q生一些新學(xué)科。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢拓展應(yīng)用領(lǐng)域4.目前，檢測技術(shù)學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢提高傳感器的性能5.檢測技術(shù)的發(fā)展，必然要求傳感器的性能不斷提高。例如，對于火箭發(fā)動機燃燒室的壓力測量，希望測量精度高于0.1%；對于超精密機械加工的在線測量，要求誤差小于0.1μm等。因此需要人們研制出更多性能優(yōu)異的各類傳感器。對傳感器而言，其主要性能指標(biāo)包括檢測精度、線性度、靈敏度和穩(wěn)定性等。其中，檢測精度是最重要的性能指標(biāo)。在20世紀(jì)30年代至40年代，其檢測精度一般為百分之幾到千分之幾。近年來，隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，其檢測精度提高很快，有些被測量的檢測精度可達(dá)萬分之幾，甚至百萬分之幾。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢提高傳感器的性能5.檢測技術(shù)的學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的微型化與低功耗6.目前，各種測控儀器設(shè)備的功能越來越強大，同時各個部件的體積卻越來越小，這就要求傳感器自身的體積也要小型化、微型化，現(xiàn)在一些微型傳感器的敏感元件采用光刻、腐蝕、沉積等微機械加工工藝制作而成，尺寸可以達(dá)到微米級。此外，由于傳感器工作時大多離不開電源，在野外或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池或太陽能等供電，因此，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器就具有重要的實際意義，這樣不僅可以節(jié)省能源，也可以提高系統(tǒng)的工作壽命。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的微型化與低功耗6.目前學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的集成化與多功能化7.所謂傳感器的集成化，是指將信息提取、放大、變換、傳輸及信息處理和存儲等功能都制作在同一基片上，實現(xiàn)一體化。與一般傳感器相比，它具有體積小、反應(yīng)快、抗干擾、穩(wěn)定性好及成本低等優(yōu)點。傳感器的多功能化是與集成化相對應(yīng)的一個概念，是指傳感器能感知與轉(zhuǎn)換兩種以上不同的物理量。例如，使用特殊的陶瓷材料把溫度和濕度敏感元件集成在一起，制成溫濕度傳感器；將檢測幾種不同氣體的敏感元件用厚膜制造工藝制作在同一基片上，制成檢測氧、氨、乙醇、乙烯等氣體的多功能傳感器等。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的集成化與多功能化7.所學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的智能化與數(shù)字化8.利用計算機及微處理技術(shù)使傳感器智能化是20世紀(jì)80年代以來傳感器技術(shù)的一大飛躍。智能傳感器是一種帶有微處理器的傳感器，與一般傳感器相比它不僅具有信息提取、轉(zhuǎn)換等功能，而且具有數(shù)據(jù)處理、雙向通信、信息記憶存儲、自動補償及數(shù)字輸出等功能。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的智能化與數(shù)字化8.利用學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能和信息處理技術(shù)（如多傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等）的進(jìn)一步發(fā)展，智能傳感器將具有更高級的分析、決策及自學(xué)功能，可完成更復(fù)雜的檢測任務(wù)。此外，目前傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的界限，其輸出不再是單一的模擬信號，而是經(jīng)過微處理器處理過的數(shù)字信號，有的甚至帶有控制功能，這就是所謂的數(shù)字傳感器。數(shù)字傳感器的特點：一是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，提高了傳感器的抗干擾能力，特別適用于電磁干擾強、信號傳輸距離遠(yuǎn)的工作現(xiàn)場；二是可通過軟件對傳感器進(jìn)行線性修正及性能補償，減少了系統(tǒng)誤差；三是一致性與互換性好?？梢灶A(yù)見，隨著計算機和微處理技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化、數(shù)字化傳感器一定會迎來更為廣闊的發(fā)展前景。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能和信學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的網(wǎng)絡(luò)化9.傳感器的網(wǎng)絡(luò)化是傳感器領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項新興技術(shù)，它利用TCP/IP協(xié)議，使現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)就近通過網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)上有通信能力的節(jié)點直接進(jìn)行通信，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時發(fā)布和共享。由于傳感器自動化、智能化水平的提高，多臺傳感器聯(lián)網(wǎng)已推廣應(yīng)用，虛擬儀器、三維多媒體等新技術(shù)已開始實用化。傳感器網(wǎng)絡(luò)化的目標(biāo)就是采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時采用模塊化結(jié)構(gòu)將傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)信息交流和技術(shù)維護(hù)。學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的網(wǎng)絡(luò)化9.傳感器的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢思考與練習(xí)問題傳感器的發(fā)展趨勢是什么？思考：學(xué)習(xí)單元七傳感器的發(fā)展趨勢思考與練習(xí)問題傳感器的發(fā)展Thankyou!Thankyou!傳感器與檢測技術(shù)項目教程傳感器與檢測技術(shù)項目教程學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(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、代號和圖形符號學(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)展趨勢學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類學(xué)習(xí)單元模塊一傳感器技術(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，計算機、移動通信、機器人、自動控制技術(shù)及單片機嵌入系統(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。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。本模塊重點介紹傳感器的定義、分類、特性及標(biāo)定和校準(zhǔn)，使讀者對傳感器技術(shù)有一個基本的認(rèn)識和了解。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)空前學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)世界是由物質(zhì)組成的，表征物質(zhì)特性或其運動形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為電量和非電量兩類。人類為了認(rèn)識物質(zhì)，需要對物質(zhì)特性進(jìn)行測量，測量中大多是針對非電量的測量，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量，電信號則易于直接用電子儀器測量和傳輸，因此常常將非電量轉(zhuǎn)換成有對應(yīng)關(guān)系的電量，如電流和電壓，然后進(jìn)行測量。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件即為傳感器。自動檢測和自動控制系統(tǒng)處理的大都是電量，需要通過傳感器對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)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)世界是由物質(zhì)組成的，表征物學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器概述一、傳感器的作用是將被測非電物理量轉(zhuǎn)換成與其有一定關(guān)系的電信號，它獲得的信息準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精確度。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語》（GB/T7665—2005）規(guī)定的傳感器的定義為：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號的部分。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器概述一、傳感器學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(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測控系統(tǒng)傳感器的組成框圖如圖1-1學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將其按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。中國物聯(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、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。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測控系統(tǒng)傳感器是一種檢測裝置，能感學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官；而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律，以及生產(chǎn)活動中就遠(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器官相比擬：學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)光敏傳感器——視覺；聲敏傳感器——聽覺；氣敏傳感器——嗅覺；化學(xué)傳感器——味覺；壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)光敏傳感器——視覺；聲敏學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)目前，最新的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了意念的感知和傳遞。2014年2月，美國科學(xué)家完成了“阿凡達(dá)猴子實驗”，實現(xiàn)了兩只猴子之間的意念傳遞。通過一只猴子的意念控制另一只猴子的行為，即意念的測控（感知、傳遞、控制）。生物電傳感器等—意念。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)目前，最新的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)新技術(shù)革命的到來，使世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的問題就是獲取準(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)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(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測控系統(tǒng)新技術(shù)革命的到來，使世界開學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(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（fm，1fm=10-15m）的粒子世界；縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到飛秒（fs，1fs=10-15s，光在真空中1fs僅走0.3μm）的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識，開拓新能源、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、超強磁場、超弱磁場等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難；而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(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)科開發(fā)的先驅(qū)。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢是微型化、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)增長點。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、開發(fā)和應(yīng)用等的多項綜合技術(shù)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、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。可以毫不夸張地說，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)，幾乎每個現(xiàn)代化項目都離不開各種各樣的傳感器。學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢是微型化、學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的作用是十分重要與明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信在不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，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測控系統(tǒng)由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)自動測控系統(tǒng)概述二、自動檢測和自動控制技術(shù)是人們對事物的規(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。自動測控系統(tǒng)是完成這一系列技術(shù)措施的裝置之一，它是檢測控制器與研究對象的總和，通?？煞譃殚_環(huán)與閉環(huán)兩種，其框圖如圖1－2和圖1－3所示。圖1－2開環(huán)自動測控系統(tǒng)框圖學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)自動測控系統(tǒng)概述二、學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)圖1－3閉環(huán)自動測控系統(tǒng)框圖由圖可以看出，一個完整的自動測控系統(tǒng)一般由傳感器、測量電路、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測控系統(tǒng)圖1－3閉環(huán)自動測控系學(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)思考與練習(xí)問題1傳感器的定義是什么？它由哪幾部分組成？它在自動測控系統(tǒng)中起什么作用？思考：問題2為什么稱傳感器為電五官？談?wù)剛鞲衅髟谛畔⑸鐣械牡匚弧Ｋ伎迹簩W(xué)習(xí)單元一傳感器與自動測控系統(tǒng)思考與練習(xí)問題1傳感器學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類根據(jù)某種原理設(shè)計的傳感器可以同時測量多種非電物理量，而有時一種非電物理量又可以用幾種不同傳感器測量。因此，傳感器有許多分類方法，常見的分類方法有兩種：一種是按被測物理量來分，另一種是按傳感器的工作原理來分。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類根據(jù)某種原理設(shè)計的傳感器可以同時測學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按被測物理量分類一、傳感器按被測物理量的性質(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、液位傳感器等。這種分類方法把種類繁多的被測量分為基本被測量和派生被測量兩類。例如，力可視為基本被測量，從力可派生出壓力、重力、應(yīng)力、力矩等派生被測量。當(dāng)需要測量這些被測量時，只要采用力敏傳感器就可以了。了解基本被測量和派生被測量的關(guān)系，對選用傳感器類型很有幫助。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按被測物理量分類一、傳感器學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類常見的非電基本被測量和派生被測量見表1－1。表1－1常見的非電基本被測量和派生被測量學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類常見的非電基本被測量和派生被測量見學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按被測物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類的優(yōu)點是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用；缺點是沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機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被測物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類的優(yōu)點是學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按傳感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。通常同一機理的傳感器可以測量多種物理量，而同一被測物理量又可以采用多種不同類型的傳感器來測量。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按傳感器的工作原理分類二、傳學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類表1－2傳感器按工作原理的分類學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類表1－2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的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。其實現(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，會導(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)變片簡稱應(yīng)變片，是一種能夠?qū)C械構(gòu)件上應(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)生機械變形時，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電阻應(yīng)變式傳感器1.電阻應(yīng)變式傳感學(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，對溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測量，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)型測溫傳感器、輻射高溫計等。下面主要介紹熱敏電阻。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱電式傳感器2.熱電式傳感器是一種學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱敏電阻是最常見的溫度檢測元件之一，其測量精度高、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，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，活動能力加強，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熱敏電阻是最常見的溫度檢測元件之一學(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)（negativetemperaturecoefficient，NTC）熱敏電阻，它的主要材料是過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷；阻值隨溫度的上升而增加的正溫度系數(shù)（positivetemperaturecoefficient，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（criticaltemperatureresistor，CTR），它的阻值在特定的溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3~4個數(shù)量級，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關(guān)。在溫度測量中，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按照電阻的阻值隨溫度變化的情形，可學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱敏電阻主要用作檢測元件和電路元件。熱敏電阻在溫度計、溫度補償、濕度計、分子量測定、液位報警、流速計、氣體分析儀、真空計等儀器儀表中用作檢測元件；在偏置線圈的溫度補償、儀表溫度補償、熱電偶溫度補償、晶體管溫度補償、恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路、自動增益控制電路、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熱敏電阻主要用作檢測元件和電路元件學(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轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。光電式傳感器工作時首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成為光量的變化，然后通過光電器件把光量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量的變化，從而實現(xiàn)非電量的測量。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電式傳感器3.光電式傳感器是利用學(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，表面涂有防潮樹脂，具有光電效應(yīng)。光敏電阻對光線十分敏感。在無光照時，電阻值（暗電阻）很大；當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小。例如，光電式傳感器的一個應(yīng)用是煙塵濁度監(jiān)測儀。煙道里的煙塵濁度是通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。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)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。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、無觸點式路燈控制電路等。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)學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁電式傳感器4.磁電式傳感器是對磁場參量敏感的元器件，具有把磁物理量轉(zhuǎn)換成電信號的功能。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?；魻栐墓ぷ髟砘诨魻栃?yīng)?；魻栃?yīng)是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象，輸出的穩(wěn)定電勢差即霍爾電壓。根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的霍爾器件可用于磁場和功率測量，也可制成開關(guān)元件。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁電式傳感器4.磁電式傳感器是對磁學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁敏電阻是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。將一載流導(dǎo)體置于外磁場中，其電阻會隨著磁場的變化而變化，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探測儀、位移和角速度檢測器、安培計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，在磁場強度的變化下電流也發(fā)生變化，具有輸出信號大、靈敏度高、工作電流小和體積小等特點，因此適合磁場、轉(zhuǎn)速、探傷等方面的檢測和控制。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁敏電阻是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。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測量弱磁場、電流、轉(zhuǎn)速、位移等物理量。磁敏三極管的應(yīng)用領(lǐng)域與磁敏二極管相似，主要應(yīng)用于測量磁場、大電流、磁力探傷、接近開關(guān)、程序控制、位置控制、轉(zhuǎn)速測量和各種工業(yè)工程自動控制等技術(shù)領(lǐng)域。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，其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；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)被測量物因為受力而產(chǎn)生變化時，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壓電式傳感器5.壓電效應(yīng)是指某些介學(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、無線電通信等。壓電式力敏傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力測量時，通常較多采用雙片或多片石英晶片做壓電元件，其特點是剛度大、測量范圍寬、線性好。壓電式力傳感器按照測力狀態(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大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，其中石英學(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