传感器与检测技术基础

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1、第一章：传感器与检测技术基础传感器基础知识检测的基本概念检测的分类检测系统传感器基础知识传感器的概念传感器是指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或装置。所以传感器又称为敏感元件、检测器件、转换器件等。如在电子技术中的热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件，在机械测量中的转矩、转速测量装置，在超声波技术中的压电式换能器等都可以统称为传感器。一、传感器的概述传感器基础知识转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适合于传输或测量的电信号部分。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分传感器输出信号一般都很微弱，因此传感器输出的信号一般需要进行信

2、号调理与转换、放大、运算与调制之后才能进行显示和参与控制传感器的组成按其定义一般由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路三部分组成,有时还需外加辅助电源提供转换能量传感器基础知识目前一般采用两种分类方法：一种是按被测参数分类，如对温度、压力、位移、速度等的测量，相应的有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等；另一种是按传感器的工作原理分类，如按应变原理工作式、按电容原理工作式、按压电原理工作式、按磁电原理工作式、按光电效应原理工作式等，相应的有应变式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等。传感器的命名、分类传感器基础知识传感器的性能指标描述传感器性能

3、优劣的参数即为性能指标，传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性。1)反映传感器静态特性的性能指标静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。传感器基础知识(1)线性度（详见第二章）：指传感器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。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值Δmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性误差，用表示为传感器基础知识(2)灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度，

4、即它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏，如图传感器基础知识（3）迟滞：传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞，也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。产生迟滞现象的主要原因是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的，例如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。迟滞误差又称为回差或变差。传感器的迟滞特性传感器基础知识(4)重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多

5、次变化时，所得特性曲线不一致的程度，如图1.4所示。重复性误差属于随机误差，常用标准差计算，也可用正反行程中最大重复差值ΔRmax计算，即xy0⊿Rmax2⊿Rmax1传感器基础知识(5)漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境(如温度、湿度等)。最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出量的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度(一般为20℃)时的输出值的变化量与温度变化量之比()来表示，即式中Δt—

6、—工作环境温度t与偏离标准环境温度t20之差，即Δt=t－t20；yt——传感器在环境温度t时的输出；y20——传感器在环境温度t20时的输出。传感器基础知识（6）稳定性测试时先将传感器输出调至零点或某一特定点，相隔4h、8h或一定的工作次数后，再读出输出值，前后两次输出值之差即为稳定性误差。它可用相对误差表示,也可用绝对误差表示。稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。传感器基础知识(7)静态误差取2σ和3σ值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相对误差来表示，即静态误差的求取方法如下：把全部输出数据与拟合直线上对应值的残差,看成是

7、随机分布,求出其标准偏差,即静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论值的偏离程度。yi—各测试点的残差；n一测试点数。传感器基础知识与精确度有关指标：精密度、准确度和精确度(精度)（8）精确度（详见第二章，在这里只了解精确度属于静态指标）准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。如,某流量传感器的准确度为0.3m3/s，表示该传感器的输出值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精密度