传感器技术基础(I)

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1、学习目标掌握传感器的定义组成和作用；了解传感器的分类；了解传感器的动态特性和静态特性；掌握传感器的技术指标。第一节传感器简介一、传感器的定义传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的另一种量的测量装置。二、传感器的组成与作用1.传感器的组成传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。2.传感器的作用传感器的作用包括信息的收集、信息数据的交换和控制信息的采集。第二节传感器的分类一、按传感器工作原理分类可分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、光栅式传感器、热电偶式传感器。二、按被测量（

2、或传感器的用途）分类可分为：位移传感器、力传感器、速度传感器、温度传感器、流量传感器、气体传感器、物位传感器、成份传感器。三、按输出信号的性质分类可分为：开关型传感器模拟传感器数字式传感器第三节传感器的特性及其主要技术指标一、传感的静态特性和动态特性（一）传感器的静态特性传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输出-输入的关系称传感器的静态特性。描述传感器静态特性的技术指标：1.灵敏度传感器在稳态标准条件下，输出变化对输入变化的比值称灵敏度，用K表示：2.线性度实际曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差或线性度，取其中最大值与输出满度值之比作为评

3、价线性度（或非线性误差）的指标：图1-1几种直线拟合方法(a)理论拟合，(b)过零旋转拟合，(c)端点连线拟合，(d)端点平移拟合3.迟滞迟滞是指在相同工作条件下，传感器正行程特性和反行程特性的不一致程度，如图1-2所示，其数值为对应同一大小的输入量，因采用的行程方向不同，传感器的输出量值不相等，这就是迟滞现象。图1-2迟滞特性4.重复性传感器的输入量在同一方向（增加或减少）变化时，在全量程内连续进行重复测量所得到的输出-输入特性曲线不一致的程度，如图1-3所示。图1-3重复性（二）传感器的动态特性1.动态特性的定义动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的

4、响应特性。2.研究动态特性的方法(1)阶跃响应法：当输入信号为阶跃函数时,因为它是时间的函数,故传感器的响应是在时域里发生的，因此称它为阶跃响应法。(2)频率响应法：当输入信号是正弦函数时，因为它是频率的函数，故传感器的响应是在频域内发生的，因此称它为频率响应法。3.传感器的阶跃响应特性阶跃响应特性是指在输入为阶跃函数时，传感器的输出随时间的变化特性。主要参数有时间常数(T)、上升时间（tr）、响应时间（ts）、超调量（δ）等参数作为评定指标,如图1-4所示。图1-4阶跃响应曲线图4.传感器的频率响应特性频率响应特性是指将各种频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感

5、器，其输出正弦的幅值、相位与频率之间的关系。频率响应特性常用的评定指标有：1）通频带WB是指传感器的增益保持在一定之内的频率范围，对应有上、下截止频率。2）时间常数τ是用来表征一阶传感器的动态特性的，τ越小，频带越宽。3）固有频率ω0是用来表征二阶传感器的动态特性的，ω0越大，快速性越好。表1-1传感器技术指标二、传感器的主要技术指标本章小结传感器是检测中首先感受被测量，并将它转换成与被测量有确定对应关系的电量的器件，它是检测和控制系统中最关键的部分。传感器的性能由传感器的静特性和动特性来评价。传感器的静态特性是指传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的

6、输出与输入的关系。传感器静态特性的主要技术指标包括灵敏度、线性度、迟滞和重复性。传感器的动态特性是指传感器测量动态信号时，传感器输出反映被测量的大小和变化波形的能力。研究传感器的动态特性有两种方法：时域的瞬态响应法和频率响应法。