传感器原理及其应用 第1章 传感器的

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1、武汉理工大学机电工程学院WuhanUniversityofTechnology传感器原理及应用Principle&ApplicationofSensors“电五官”人体与自动化测控系统的对应关系1.定义：传感器(Transducer/Sensor)是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。（国标GB7665—2005）1.1传感器的基本概念1.1.1传感器的定义与组成（2）传感器的输入量是某一被测量，可以是物理量、化学量……（1）传感器是测量装置，能完成检测任务；传感器定义有下述含义：工业检测中涉及的物理量分类热工量：温度t（℃、K、℉）压力（压强）p（Pa）、压差Δ

2、p、真空度、流量q（t、m3）、流速v（m/s）、物位、液位h（m）机械量：直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、转速n（r/min）、应变ε（m/m）、力矩T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t）几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等物体的性质和成分量：空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色状态量：工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）电工量：电压、电流、频率、电阻、电容、电感……这些量在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的

3、范围。（4）传感器的输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度；（3）传感器的输出量是某种物理量，一般为便于传输、转换、处理、显示的电量（电压、电流、电阻、电感、、、）；2.组成传感器的组成敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数（如电阻R，电感L，电容C）或电流、电压等电量。信号转换电路：将转换元件输出的电路参数接入信号调理电路并将其转换成易于处理的电压、电流或频率量。1-弹簧管;2-电位器;3－电刷；4－齿条、齿轮副压力图示压力传感器的敏感元件、转换元件各是什么？当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通

4、过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。弹簧管实物图弹簧管压力传感器的外形及内部结构分类方法传感器的种类说明按输入量分类位移传感器、温度传感器、压力传感器、、、传感器以被测物理量命名按工作原理分类应变式、电容式、电感式、压电式、热电式、传感器以工作原理命名按物理现象分类结构型传感器传感器依赖其结构参数变化实现信息转换物性型传感器传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换按能量关系分类能量转换型传感器传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量能量控制型传感器由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量按输出信号分类模拟式传感器数字式传感器输出为模拟量输出为数字量1.1.2传感

5、器的分类1.1.3传感器的物理定律（1）守恒定律（能量、动量、电荷量等守恒定律）（2）场的定律（运动场的运动定律，电磁场的感应定律等）（3）物质定律（如虎克定律、欧姆定律等）（4）统计法则1.2传感器的基本特性传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；稳定性(零漂)传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差

6、因素外界影响输出可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。衡量传感器特性的主要技术指标1.2.1传感器的静态特性在输入量（被测量）处于稳定状态（常量，或变化极慢的量）时传感器的输入/输出关系称为静态特性。静态特性的数学描述就是传感器的静态模型。在不考虑迟滞、蠕变和摩擦等外部因素的情况下，传感器的输出与输入静特性可用多项式代数方程来表示：式中，y——输出量；x——输入量；a0——零位输出；a1——传感器的线性灵敏度，常用K或S表示；a2，a3，…，an——非线性项的待定常数。(1)线性度(Linearity)指传感器输出与输入之间的线性程度。具有线性输出—输入关系的优点：可

7、大大简化传感器的理论分析和设计计算；传感器的标定、数据处理很方便；仪表刻度盘可均匀刻度，制作、安装、调试容易；避免了非线性补偿环节。传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。理想的线性特性：y=a1x静态特性曲线可实际测试获得。在获得特性曲线之后，可以说问题已经得到解决。但是为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。一般来说，这些办法