1、第一章第一章 传感器的基础知识传感器的基础知识内容提要内容提要定义定义组成组成分类分类基本术语基本术语一、定义1.1.顾名思义顾名思义传送传送 传递传递感受感受 感应感应器件器件2.2.大众化：信息的采集者大众化：信息的采集者3.3.简言之：非电量转换为电量简言之：非电量转换为电量4.4.国标：国标：能感受能感受规定的被测量规定的被测量并按照并按照一定的规一定的规律律转换成转换成可用输出信号可用输出信号的器件或装置。的器件或装置。规定：量程范围，规定：量程范围，一定的被测量一定的被测量一定的规律：被测量与输一定的规律：被测量与输出电量之间的函数关系出电量之间的函数关系（一般要求为线性）（一般要
2、求为线性）可用输出信号：便于后续处理、可用输出信号：便于后续处理、信号随时间变化缓慢信号随时间变化缓慢5.传感器又称传感器又称换能器：换能器：将信号从一种物理形式变换为另一种不同物理形式的相将信号从一种物理形式变换为另一种不同物理形式的相 应信号，包括两种形式，输入换能器和输出换能器。应信号，包括两种形式，输入换能器和输出换能器。输入换能器输入换能器：（物理信号：（物理信号/电信号）电信号）输出换能器：（电信号输出换能器：（电信号/执行、显示）执行、显示）变送器：变送器：输出标准信号的传感器，这样其兼容性和互换性大大提输出标准信号的传感器，这样其兼容性和互换性大大提 高，使仪表的配套极为方便。
3、高，使仪表的配套极为方便。转换器：转换器：输出为非标信号的传感器，靠转换器变为标准信号。输出为非标信号的传感器，靠转换器变为标准信号。常用标准信号：电流：常用标准信号：电流：420mA420mA 电压：电压：05V05V二、组成二、组成可用可用另一种非电量另一种非电量电信号电信号提问：提问：为什么从为什么从“非电物理量非电物理量”到到“电信号电信号”中间中间 会有会有“敏感元件敏感元件”和和“转换元件转换元件”？能不能？能不能 二选一？二选一？某种特殊材料，能敏感检测到被测某种特殊材料，能敏感检测到被测量。又称为预变换器，在完成非电量。又称为预变换器，在完成非电量到电量的变换时，并非所有的非量
4、到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换为电量都能利用现有手段直接变换为电量，往往是将被测非顶啦预先变电量，往往是将被测非顶啦预先变换成另一种易于变成电量的非电量，换成另一种易于变成电量的非电量，然后再变成电量。它是直接感受被然后再变成电量。它是直接感受被测量的部分测量的部分换能元件，将换能元件，将感受的非电量感受的非电量直接转化为电直接转化为电量的器件量的器件完成信号处理的功能，完成信号处理的功能，将转换元件输出的电将转换元件输出的电量变成便于显示、记量变成便于显示、记录、控制和处理的有录、控制和处理的有用电信号的电路用电信号的电路三、分类三、分类分类方法分类方法种类种类说明
5、说明输入量输入量位移、温度、压力等位移、温度、压力等以被测量命名以被测量命名工作原理工作原理应变片式、热电式等应变片式、热电式等以工作原理命名以工作原理命名物理现象物理现象结构型结构型依赖其结构参数变化实现信息转换依赖其结构参数变化实现信息转换物性型物性型依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息的转换依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息的转换复合型复合型兼有两者性质兼有两者性质能量关系能量关系能量转换型（有源型）能量转换型（有源型）传感器直接将被测量的能量转换成输出量的能量传感器直接将被测量的能量转换成输出量的能量能量控制型（无源型）能量控制型（无源型）由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的
6、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防爆等级防爆等级普通型普通型不考虑防爆措施，只能用于非易燃易爆场所不考虑防爆措施，只能用于非易燃易爆场所隔爆型隔爆型在内部电路与周围环境间采取了隔离措施，允许在有一定危险在内部电路与周围环境间采取了隔离措施，允许在有一定危险的场所使用的场所使用本安型本安型有特殊设计的电路，保证正常及故障条件下不引起燃爆事故，有特殊设计的电路，保证正常及故障条件下不引起燃爆事故，可用于十分易燃易爆场所可用于十分易燃易爆场所接触方式接触方式有触点有触点无触点无触点输出信号输出信号模拟式模拟式输出为模拟量输出为模拟量数字式数字式输出为数字量输出为数字量开关式开关式
7、输出为开关量输出为开关量四、基本术语四、基本术语1.1.静态静态随时间呈缓慢变化随时间呈缓慢变化2.2.测量范围测量范围它是该仪表按规定的精度进行测量它是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围的被测变量的范围3.3.量程量程测量范围的上限值与下限值的代数差测量范围的上限值与下限值的代数差4.4.零点输出零点输出当被测量为零时的输出值当被测量为零时的输出值5.5.零位输出零位输出测量范围内，输出的绝对值为最小测量范围内，输出的绝对值为最小6.6.满量程输出满量程输出YFS=Ymax-Ymin7.7.拟合直线拟合直线用一条直线近似地表示实际曲线用一条直线近似地表示实际曲线的一段，是传感器的输出
8、特性近的一段，是传感器的输出特性近似线性化似线性化8.8.灵敏度灵敏度输出增量与输入增量之比输出增量与输入增量之比提问：提问：1.1.实际工作曲线的灵敏度是多少？实际工作曲线的灵敏度是多少？是切线的斜率吗？是切线的斜率吗？2.2.可以吗？可以吗？3.K3.K是越大越好吗？是越大越好吗？9.9.线性度线性度线性度是传感器输出量与输入量之间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直线的程度，又的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差称非线性误差10.10.迟滞性迟滞性迟滞现象是传感器在正向行程（输入迟滞现象是传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）量增大）和反向行程（输
9、入量减小）期间输出期间输出输入曲线不重合的程度输入曲线不重合的程度与迟滞相关的一些概念与迟滞相关的一些概念（1 1）滞环：）滞环：由于传感器内部的某些元件具有储由于传感器内部的某些元件具有储能效应，其作用使得检验所得的实际上升曲线和能效应，其作用使得检验所得的实际上升曲线和实际下降曲线出现不重合的情况，从而使得传感实际下降曲线出现不重合的情况，从而使得传感器的特性曲线形成环状器的特性曲线形成环状。（2 2）死区：）死区：传感器输入在小到一定范围后不足传感器输入在小到一定范围后不足以引起输出的任何变化，这一范围称为死区，也以引起输出的任何变化，这一范围称为死区，也称称不灵敏区不灵敏区。（3 3）
10、回差：）回差：正、反行程曲线间存在的最大差值，正、反行程曲线间存在的最大差值，也称也称变差变差或或来回变差来回变差。11.11.重复性重复性同一工作条件同一工作条件同一方向同一方向同一输入值同一输入值N次曲线的不重合程度曲线的不重合程度mmax取 m1、m2中最大的计算12.12.精确度精确度传感器的输出指示值与被测量约定真传感器的输出指示值与被测量约定真值的一致程度，反映了传感器测量结值的一致程度，反映了传感器测量结果的可靠程度。果的可靠程度。工业上，常用的档次为工业上，常用的档次为0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、4.04.0、5.05.0
11、。数字越小，数字越小，精度越高。精度越高。例如，例如，0.50.5级的级的仪表表示其允许的最大使用仪表表示其允许的最大使用误差为误差为0.5%0.5%。13.13.分辨力分辨力在规定测量范围内所能检测的输入在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量的能力。量的最小变化量的能力。提问：灵敏度和分辨力的关系？提问：灵敏度和分辨力的关系？传感器的稳定性是指在室温条件下传感器的稳定性是指在室温条件下经过一定的时间间隔，传感器的输经过一定的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。出与起始标定时的输出之间的差异。14.14.稳定性稳定性15.15.可靠性可靠性16.16.动态特性动态特性传感器在测量快速变化的输入传感器在测量快速变化的输入信号情况下，输出对输入的响信号情况下，输出对输入的响应特性。应特性。传感器测量动态信号的能力用传感器测量动态信号的能力用动态特性来表示。动态特性来表示。压力（压力（KpaKpa）020406080100输出（输出（mAmA）(正正1)1)47.110.8141820（正（正2 2）46.811.213.817.820（反（反1 1）47.51113.817.820例：某压力传感器测量数据如下例：某压力传感器测量数据如下求：求：灵敏度、灵敏度、线性度、线性度、迟滞性、迟滞性、重复性重复性
