传感器的一些基本概念与常识

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1、传感器的一些基本概念与常识目录：1、什么是传感器2、传感器的定义和组成3、传感器分类4、传感器的一般特性5、传感器的基体材料6、传感器的表面粗糙度7、传感器的表面处理1、什么是传感器传感器是获取信息的工具。传感器（Transducer或Sensor），俗称探头，有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器。传感器定义：传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件

2、或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。2、传感器定义和组成表面应变计渗压计磁通量传感器钢筋计锚索计土压力盒热电偶热敏电阻光敏电阻光敏三极管压电加速度传感器传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电路组成。并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件，因此，敏感元件和转换元件两者合一的传感器是很多的。例如：压电晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等都是这种形式的传感器。组成：敏感元件转换元件信号调理电路辅助电路被测量非电量其他量非电量电量电信号标准信号电量1.敏感元件（预变换器

3、）：是指传感器中能直接感受或响应被测量（非电量）并输出与之成确定关系的其他量（非电量）的部分。（在完成非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换为电量，往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，然后再变换为电量。能够完成预变换的器件称为敏感元件）。2.转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号（一般为电信号）的部分。3.信号调理电路：是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。类型视转换元件的分类而定，经常采用的有电桥电

4、路、放大器、振荡器、阻抗变换、补偿及其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲调宽电路等。4.辅助电路：通常指电源，即交、直流供电系统。3、传感器分类一种传感器就是一种系统，一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入间的关系和特性。从传感器的静态输入－输出关系建立的数学模型叫静态模型；从传感器的动态输入－输出关系建立的数学模型叫动态模型。传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器

5、所呈现出来的输入－输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。为了降低或消除传感器在测量控制系统中的误差，传感器必须具有良好的静态特性和动态特性，才能使信号(或能量)按规律准确地转换。●静态模型●动态模型●静态特性●动态特性4、传感器的一般特性1.线性度（非线性误差）2.灵敏度3.重复性4.迟滞（回差滞环）现象5.精确度（精度）6.分辨率7.稳定性8.漂移传感器的静态特性主要由下列几种性能指标来描述:线性度（非线性误差）所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。又称为非线性误差。非线性误差可用下

6、式表示：式中ΔYmax——输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差；YFS——输出满量程值。L1L2L0L1L2L0传感器的灵敏度是其在稳态下输出增量Δy与输入增量Δx比值，常用Sn来表示。即对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，如图(a)所示。即非线性传感器的灵敏度是一个变量，如图(b)所示，即用dy/dx表示传感器在某一工作点的灵敏度。灵敏度L1L2L0L1L2L0灵敏度的解释由图可知灵敏度k是特性曲线上某点的切线斜率。如果特性曲线是直线，则k为常数；如果特性曲线是非线性的，则k是变化的。重复性表示传感器在输入量按

7、同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。多次按相同输入条件测试的输出特性曲线越重合，其重复性越好，误差也越小。不重复性一般采用下式的极限误差式表示：式中Δmax——输出最大不重复误差；YFS——满量程输出值。不重复性误差一般属于随机误差性质，按极限误差公式计算不太合理。不重复性误差可以通过校准测得。根据随机误差的性质，校准数据的离散程度随校准次数不同而不同，其最大偏差值也不一样。因此，重复性误差Ez可按下式计算：式中为标准偏差，可用贝赛尔公式求得。重复性迟滞(回差滞环)现象迟滞特性能表明传感器在正向(输入量增大)行程和

8、反向(输入量减小)行程期间，辅出-输入特性曲线不重合的程度。对于同一大小的输入信号x，在x连续增大的行程中，对应某一输出量为yi，在x连续减小过程中，对应于输出量为yd之间的差值叫做滞环误差，这就是所谓的迟滞现象。该误差