傳感器的基本知識

傳感器的基本知識1第一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握傳感器的概念及組成熟悉傳感器的分類方法了解傳感器的命名方法掌握傳感器的一般特性2第二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.1傳感器的作用與地位1.2傳感器的應(yīng)用與發(fā)展1.3傳感器的定義與組成1.4傳感器的分類1.5傳感器的命名及代號1.6傳感器的基本特性主要內(nèi)容返回主目錄3第三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.1傳感器的作用與地位

世界是由物質(zhì)組成的，各種事物都是物質(zhì)的不同形態(tài)。人們?yōu)榱藦耐饨绔@得信息，必須借助于感覺器官。人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮膚分別具有視、聽、嗅、味、觸覺等直接感受周圍事物變化的功能，人的大腦對“五官”感受到的信息進(jìn)行加工、處理，從而調(diào)節(jié)人的行為活動。人們在研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)活動中，有時需要對某一事物的存在與否作定性了解，有時需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)測量以確定對象的量值的確切數(shù)據(jù)，所以單靠人的自身感覺器官的功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要借助于某種儀器設(shè)備來完成，這種儀器設(shè)備就是傳感器。傳感器是人類“五官”的延伸，是信息采集系統(tǒng)的首要部件。4第四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五電量和非電量表征物質(zhì)特性及運(yùn)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。電量——一般是指物理學(xué)中的電學(xué)量，例如電壓、電流、電阻、電容及電感等；非電量——則是指除電量之外的一些參數(shù)，例如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度及酸堿度等等。人類為了認(rèn)識物質(zhì)及事物的本質(zhì)，需要對物質(zhì)特性進(jìn)行測量，其中大多數(shù)是對非電量的測量。5第五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五傳感器的作用非電量不能直接使用一般的電工儀表和電子儀器進(jìn)行測量，因?yàn)橐话愕碾姽x表和電子儀器只能測量電量，要求輸入的信號為電信號。非電量需要轉(zhuǎn)化成與其有一定關(guān)系的電量，再進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件就是傳感器。傳感器是獲取自然或生產(chǎn)中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的信息采集工具。采用傳感器技術(shù)的非電量電測方法，就是目前應(yīng)用最廣泛的測量技術(shù)。6第六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五傳感器的地位隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱產(chǎn)業(yè)，分別充當(dāng)信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”，他們構(gòu)成了一個完整的自動檢測系統(tǒng)。在利用信息的過程中，首先要解決的問題就是獲取可靠、準(zhǔn)確信息，所以傳感器精度的高低直接影響計算機(jī)控制系統(tǒng)的精度，可以說沒有性能優(yōu)良的傳感器，就沒有現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展。返回本章目錄7第七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.2傳感器的應(yīng)用與發(fā)展傳感器幾乎滲透到所有的技術(shù)領(lǐng)域。如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探索、環(huán)境保護(hù)、資源利用、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、文物保護(hù)等等廣泛領(lǐng)域，并逐漸深入到人們的生活中。在機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展中，傳感器采用與否及采用數(shù)量的多少是衡量機(jī)器人是否具有智能的標(biāo)志，現(xiàn)代智能機(jī)器人因?yàn)椴捎昧舜罅康?、性能更好的、功能更?qiáng)的、集成度更高的傳感器，才使得其具有自我診斷、自我補(bǔ)償、自我學(xué)習(xí)等能力，機(jī)器人通過傳感器實(shí)現(xiàn)類似于人的知覺作用。傳感器被稱為機(jī)器人的“電五官”。8第八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五在兵器領(lǐng)域中，使用了諸如機(jī)械式、壓電、電容、電磁、光纖、紅外、激光、生物、微波等等傳感器，以實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境的監(jiān)測與目標(biāo)定位信息的收集，從而更好的解決了安全、可靠的防衛(wèi)能力。9第九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五在民用工業(yè)生產(chǎn)中，傳感器也起著至關(guān)重要的作用。如一座大型煉鋼廠就需要2萬多臺傳感器和檢測儀表煉鐵高爐監(jiān)控與傳動系統(tǒng)

10第十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五大型的石油化工廠需要6千臺傳感器和檢測儀表11第十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五一部現(xiàn)代化汽車需要90多只傳感器一臺復(fù)印機(jī)需要20多只傳感器12第十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五日常生活中的電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、音像設(shè)備、電動自行車、空調(diào)器、照相機(jī)、電熱水器、報警器等家用電器都安裝了傳感器；13第十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五在醫(yī)學(xué)上，人體的體溫、血壓、心腦電波及腫瘤等的準(zhǔn)確診斷與監(jiān)控都需要借助各種傳感器來完成。14第十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)今信息時代，隨著電子計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動檢測、自動控制技術(shù)顯露出非凡的能力，傳感器是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信息進(jìn)行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代化的自動檢測和自動控制系統(tǒng)；沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。自1980年以來，世界傳感器的產(chǎn)值年增長率達(dá)15%～30%，1985年世界傳感器市場的年產(chǎn)值為50億，1990年為155億。傳感器的發(fā)展是如泉涌，不可阻擋，它是衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。15第十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.3傳感器的定義與組成1.3.1傳感器的定義“能感受（或響應(yīng)）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”。這一定義包含了幾個方面的含義：①傳感器是測量裝置，能完成測量任務(wù)；②它的輸入量是某一被測量，可能是物理量、也可能是化學(xué)量、生物量等；③它的輸出量是某一物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示等，這就是所謂的“可用信號”的含義；④輸出與輸入有一定的對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系要有一定的規(guī)律。根據(jù)字義可以理解傳感器為一感二傳，即感受信息并傳遞出去。16第十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五被測非電量電量敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路它是直接感受被測量，并輸出與被測量構(gòu)成有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的某一物理量的元件。

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把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號變換為便于處理、顯示、記錄、控制和傳輸?shù)目捎秒娦盘柮舾性D(zhuǎn)換元件電源1.3.2傳感器的組成并不是所有的傳感器必須包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件如果轉(zhuǎn)換元件能直接感受被測量而輸出與之成一定關(guān)系的電量，它就同時兼為敏感元件。例如壓電晶體、熱電偶、熱敏感電阻及光電器件等。敏感元件與轉(zhuǎn)換元件兩者合二為一的傳感器是很多的。返回本章目錄17第十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.4傳感器的分類常用的分類方法有兩種：一種是按被測輸入量來分.另一種是按傳感器的工作原理來分.18第十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.4.1按被測物理量分類這一種方法是根據(jù)被測量的性質(zhì)進(jìn)行分類，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器及轉(zhuǎn)距傳感器等。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。例如力可視為基本被測量，從力可派生出壓力、重量、應(yīng)力和力矩等派生被測量。當(dāng)需要測量這些被測量時，只要采用力傳感器就可以了。這種分類的優(yōu)點(diǎn)：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)：沒有區(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。19第十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五表1-1基本被測量和派生被測量基本被測量派生被測量基本被測量派生被測量位移線位移長度、厚度、應(yīng)變、振動、磨損、平面度力壓力重量、應(yīng)力、力矩角位移旋轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角、角振動時間頻率周期、記數(shù)、統(tǒng)計分布速度線速度速度、振動、流量、動量溫度熱容、氣體速度、渦流角速度轉(zhuǎn)速、角振動、角動量光光通量與密度、光譜分布加速度線加速度振動、沖擊、質(zhì)量濕度水分、水氣、露點(diǎn)角加速度角振動、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量20第二十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.4.2按傳感器工作原理分類這一種分類方法是以工作原理劃分，將物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)作為分類的依據(jù)。這種分類的優(yōu)點(diǎn)是對傳感器的工作原理表達(dá)的比較清楚，而且類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對傳感器進(jìn)行深入的研究分析。缺點(diǎn)是不便于使用者根據(jù)用途選用。21第二十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.

電學(xué)式傳感器電學(xué)式傳感器常用的有:

電阻式傳感器——利用變阻器將被測非電量轉(zhuǎn)換成電阻信號的原理制成。電容式傳感器——利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量，從而使電容量發(fā)生變化的原理制成的。電感式傳感器——利用改變磁路幾何尺寸、磁體位置來改變電感或互感的電感量或壓磁效應(yīng)原理制成的。磁電式傳感器——利用電磁感應(yīng)原理，把被測非電量轉(zhuǎn)換成電量而制成。電渦流式傳感器——利用金屬在磁場中運(yùn)動切割磁力線，在金屬內(nèi)形成渦流的原理而制成。22第二十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五2.

磁學(xué)式傳感器磁學(xué)式傳感器的是利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應(yīng)而制成的。磁學(xué)式傳感器的主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測量。23第二十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五3.

光電式傳感器光電式傳感器在非電量電測及自動控制技術(shù)中占有重要的地位。它是利用光電器件的光電效應(yīng)和光學(xué)原理制成。光電式傳感器主要用于光強(qiáng)、光通量、位移、濃度等參數(shù)的測量。24第二十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五4.電勢型傳感器電勢型傳感器是利用熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)及霍耳效應(yīng)等原理而制成。電勢型傳感器主要用于溫度、磁通量、電流、速度、光通量及熱輻射等參數(shù)的測量。25第二十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五5.

電荷型傳感器電荷型傳感器是利用壓電效應(yīng)原理而制成。主要用于力及加速度的測量。（動態(tài)力測量）26第二十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五6.

半導(dǎo)體型傳感器半導(dǎo)體型傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、電磁效應(yīng)及半導(dǎo)體與氣體接觸產(chǎn)生物質(zhì)變化等原理而制成。半導(dǎo)體型傳感器主要用于溫度、濕度、壓力、加速度、磁場和有害氣體的測量。27第二十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五7.

諧振式傳感器諧振式傳感器是利用改變電或機(jī)械固有參數(shù)來改變諧振頻率的原理而制成。主要用來測量壓力。28第二十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五8.

電化學(xué)式傳感器電化學(xué)式傳感器是以離子導(dǎo)電原理為基礎(chǔ)而制成。根據(jù)其電特性的形成不同，電化學(xué)傳感器可分為電位式傳感器、電導(dǎo)式傳感器、電量式傳感器、極譜（極化）式傳感器和電解式傳感器等。電化學(xué)式傳感器主要用于分析氣體成分、液體成分、溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導(dǎo)率及氧化還原電位參數(shù)的測量。29第二十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五其他分類方法按能量分類——有源傳感器和無源傳感器；按輸出信號的性質(zhì)分類——模擬式和數(shù)字式傳感器。數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量，便于與計算機(jī)聯(lián)用，且抗干擾性較強(qiáng)，例如盤式角度數(shù)字傳感器，光柵傳感器等。本書主要是按被測量分類編寫的，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，使讀者學(xué)會使用傳感器，進(jìn)一步去開發(fā)新型傳感器。返回本章目錄30第三十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.5傳感器的命名及代號1.5.1傳感器命名法的構(gòu)成傳感器產(chǎn)品的名稱，應(yīng)由主題詞及四級修飾語構(gòu)成。（1）主題詞——傳感器。（2）第一級修飾語——被測量，包括修飾被測量的定語。（3）第二級修飾語——轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式”字。（4）第三級修飾語——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、敏感元件及其他必須的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字。（5）第四級修飾語——主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、靈敏度等）。31第三十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五本命名法在有關(guān)傳感器的統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索以及計算機(jī)漢字處理等特殊場合使用。例1傳感器，絕對壓力，應(yīng)變式，放大型，1～3500kPa；例2傳感器，加速度，壓電式，±20g。在技術(shù)文件、產(chǎn)品樣書、學(xué)術(shù)論文、教材及書刊的陳述句子中，作為產(chǎn)品名稱應(yīng)采用與上述相反的順序。例11～3500kPa放大型應(yīng)變式絕對壓力傳感器；例2±20g壓電式加速度傳感器。32第三十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.5.2傳感器代號的標(biāo)記方法一般規(guī)定用大寫漢字拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成傳感器完整代號。傳感器完整代號應(yīng)包括以下四個部分，格式如下：：（1）主稱（傳感器）；（2）被測量；（3）轉(zhuǎn)換原理；（4）序號。返回本章目錄有少數(shù)代號用其英文的第一個字母表示，如加速度用“A”表示。33第三十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五在被測量、轉(zhuǎn)換原理、序號三部分代號之間有連字符“-”連接。例1：應(yīng)變式位移傳感器，代號為：CWY-YB-10；例2：光纖壓力傳感器，代號為：CY-GQ-1；例3：溫度傳感器，代號為：CW-01A；例4：電容式加速度傳感器，代號為：CA-DR-2。34第三十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.6傳感器的基本特性傳感器的基本特性，即輸入——輸出特性

動態(tài)特性----被測量隨時間快速變化時傳感器輸入與輸出間的關(guān)系。靜態(tài)特性----被測量不隨時間變化或隨時間變化緩慢時輸入與輸出間的關(guān)系。傳感器的基本特性35第三十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五靜態(tài)測量36第三十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五緩慢變化的測量-靜態(tài)測量37第三十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五動態(tài)測量38第三十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1）絕對誤差：

δ=Ax（測量值）－X0（被測量真值）

某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？1.絕對誤差和相對誤差39第三十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五2）相對誤差L:儀表量程40第四十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五2）基本誤差儀表的準(zhǔn)確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的最大引用誤差為2.5%。41第四十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五2.粗大誤差、系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差

1)粗大誤差

明顯歪曲測量結(jié)果（明顯偏離真值）的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應(yīng)予以剔除。

42第四十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五粗大誤差舉例2、粗大誤差、系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差43第四十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五2)系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。

44第四十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五3）隨機(jī)誤差

在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負(fù)以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機(jī)誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機(jī)誤差是測量過程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機(jī)誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。45第四十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五長度相對測量值隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律46第四十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動態(tài)誤差

當(dāng)被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間上不能與被測量的變化精確吻合，這種誤差稱為動態(tài)誤差。

3.靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差47第四十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.6.1傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型----靜態(tài)的數(shù)學(xué)模型是指在靜態(tài)信號作用下，傳感器輸出與輸入量之間的一種函數(shù)關(guān)系。如果不考慮遲滯特性和蠕動效應(yīng)，傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型一般可用ｎ次多項(xiàng)式來表示為

(1-1)輸入量，即被測量傳感器的理論輸出量零輸入時的輸出,也叫零位輸出傳感器線性項(xiàng)系數(shù)也稱線性靈敏度，常用K或S表示非線性項(xiàng)系數(shù)，其數(shù)值由具體傳感器非線性特性決定48第四十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五傳感器靜態(tài)數(shù)學(xué)模型4種特殊形式理想的線性特性----能準(zhǔn)確無誤地反映被測的真值線性傳感器的特性----不過原點(diǎn)的直線僅有偶次非線性項(xiàng)----線性范圍較窄，線性度較差，靈敏度為相應(yīng)曲線的斜率僅有奇次非線性項(xiàng)----線性范圍較寬，且特性曲線相對坐標(biāo)原點(diǎn)對稱，具有這種特性的傳感器使用時應(yīng)采取線性補(bǔ)償措施

圖1-2傳感器典型靜態(tài)特性曲線

n=0,1,2,……

49第四十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五2.傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)

性能指標(biāo)來描述傳感器的靜態(tài)特性主要由量程范圍線性度靈敏度重復(fù)性遲滯分辨力和閾值穩(wěn)定性漂移50第五十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五線性度線性度----傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離理論擬合直線的程度，又稱非線性誤差。線性度可用下式表示為

………(1-6)實(shí)際曲線與擬合直線之間的最大偏差滿量程輸出平均值最大輸出平均值最小輸出平均值51第五十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五線性度是以擬合直線作為基準(zhǔn)來確定的，

擬合方法不同，線性度的大小也不同常用的擬合方法有理論直線法、端點(diǎn)連線法、割線法、最小二乘法等。端點(diǎn)連線法簡單直觀，應(yīng)用比較廣泛，但沒有考慮所有測量數(shù)據(jù)的分布，擬合精度較低。最小二乘法擬合精度最高，但計算繁瑣，需要借助計算機(jī)來完成。52第五十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五2.靈敏度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。線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖1-4a所示.圖1-4傳感器的靈敏度非線性傳感器的靈敏度是一個隨工作點(diǎn)而變的變量，如圖1-4b所示.53第五十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五作圖法求靈敏度切點(diǎn)傳感器特性曲線54第五十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五3.重復(fù)性重復(fù)性----傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時，所得特性曲線不一致性的程度，如圖1-5所示。不重復(fù)性主要由傳感器的機(jī)械部分的磨損、間隙、松動、部件的內(nèi)摩擦、積塵、電路老化、工作點(diǎn)漂移等原因產(chǎn)生。多次測試的不重復(fù)誤差，多次測試的曲線越重合，其重復(fù)性越好。輸出最大不重復(fù)誤差滿量程輸出平均值圖1-5重復(fù)性55第五十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五標(biāo)準(zhǔn)偏差重復(fù)性誤差反映的是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的離散程度，屬隨機(jī)誤差，按上述方法計算就不太合理。由于測量次數(shù)不同，其最大偏差也不一樣。因此一般按標(biāo)準(zhǔn)偏差來計算重復(fù)性誤差，其表達(dá)式為:

標(biāo)準(zhǔn)偏差常用貝塞爾公式計算全部校準(zhǔn)點(diǎn)正、反行程輸出值的標(biāo)準(zhǔn)偏差中最大值某校準(zhǔn)點(diǎn)的輸出值在第個校準(zhǔn)點(diǎn)上輸出量的平均值測量次數(shù)56第五十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五4.遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象----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—6所示。（1-12）遲滯反映了傳感器機(jī)械部分不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、螺釘松動、元件腐蝕或碎裂、材料內(nèi)摩擦、積塵等。最大滯環(huán)誤差

圖1-6遲滯特性57第五十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-7分辨力和閾值5.分辨力和閾值

傳感器的分辯力----實(shí)際測量時，傳感器的輸入輸出關(guān)系不可能保持絕對連續(xù)。有時輸入量開始變化，但輸出量并不立刻隨之變化，而是輸入量變化到某一程度時輸出才突然產(chǎn)生一小的階躍變化。實(shí)際上傳感器的特性曲線并不是十分平滑，而是呈階梯形變化的，如圖1-7所示。在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測的輸入量的最小變化量△Xmin（有量綱）。有時也用該值相對滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示（分辨率-無量綱）。閾值通常又稱為死區(qū)、失靈區(qū)、靈敏限、靈敏閾、鈍感區(qū)，是輸入量由零變化到使輸出量開始發(fā)生可觀變化的輸入量的值，圖中的值。58第五十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五對于數(shù)字儀表而言，指示數(shù)字的最后一位數(shù)字所代表的值就是它的分辨力。當(dāng)被測量的變化小于分辨力時，儀表的最后一位數(shù)字保持不變。分辨力是一個可反映傳感器能否精密測量的性能指標(biāo)，即可用輸入量來表示，也可用輸出量來表示。造成傳感器具有有限分辨力的因素很多，如機(jī)械運(yùn)動造成的干摩擦和卡塞等。59第五十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五6.穩(wěn)定性穩(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)定性表示，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。通常又用其不穩(wěn)定度來表征其輸出的穩(wěn)定度。60第六十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五7.漂移傳感器的漂移----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。零點(diǎn)漂移靈敏度漂移漂移時間漂移----指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時間的緩慢變化溫度漂移----環(huán)境溫度變而引起的零點(diǎn)或靈敏度的變化溫度漂移時間漂移61第六十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五8.測量范圍和量程傳感器所能測量的最大被測量（輸入量）的數(shù)值稱為測量上限，最小被測量稱為測量下限，上限與下限之間的區(qū)間，則稱為測量范圍。量程---測量上限與下限的代數(shù)差。例如：測量范圍為0～+10N，量程為10N；測量范圍為-20～+20℃，量程為40℃；測量范圍為100～1000Pa，量程為900Pa；通過測量范圍，可以知道傳感器的測量上限與下限，以便正確使用傳感器；通過量程，可以知道傳感器的滿量程輸入值，而其對應(yīng)的滿量程輸出值，乃是決定傳感器性能的一個重要數(shù)據(jù)。62第六十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.6.2傳感器的動態(tài)特性在動態(tài)(快速變化)的輸入信號情況下，要求傳感器不僅能精確地測量信號的幅值大小，而且能測量出信號變化的過程。這就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。也就是說，傳感器要有良好的動態(tài)特性。具體研究傳感器的動態(tài)特性時，通常從時域和頻域兩方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。最常用的是通過幾種特殊的輸入時間函數(shù)，例如用階躍函數(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。63第六十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五1.傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型

傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型----指在隨時間變化的動態(tài)信號作用下，傳感器輸出與輸入量間的函數(shù)關(guān)系，它通常稱為響應(yīng)特性。動態(tài)數(shù)學(xué)模型一般采用微分方程和傳遞函數(shù)描述。64第六十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五微分方程表達(dá)式

式中：——與傳感器的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

t——時間；y——輸出量y(t)；x——輸入量x(t)。（1-13）數(shù)學(xué)上常采用拉普拉斯變換將實(shí)數(shù)域的微分方程變成復(fù)數(shù)域（S域）的代數(shù)方程，求解代數(shù)方程就容易多了。65第六十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五傳遞函數(shù)動態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線性定常系統(tǒng)中是初始條件為0時，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。由數(shù)學(xué)理論知，如果當(dāng)t≤0時,y(t)=0,則y(t)的拉普拉斯變換可定義為

式中s=σ+jω，σ>0。對式（1—13）現(xiàn)兩邊取拉普拉斯變換，則得(1-14)66第六十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為（1—13）67第六十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期五傳遞函數(shù)H（S）表達(dá)式含義

……(1-15)（1-15）第二個等號右邊是一個與輸入無關(guān)的表達(dá)式，只與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，可見傳遞函數(shù)H（S）是描述傳感器本身信息的特性，條件是t≤0，y(t)=0，即傳感器被激勵之前所有儲能元件如質(zhì)量塊、彈性元件、電氣元件均沒有積存能量。這樣不必了解復(fù)雜系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)內(nèi)容，只要給出一個激勵x(t)，得到系統(tǒng)對x(t)的響應(yīng)y(t)，由它們的拉普拉斯變換就可以確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)。對于多