《传感器原理及应用》程德福版,资料

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1、第一章概述第一节传感器的基本概念传感器的定义：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。它是一种以一定的精确度把被测量（包含被测对象信息）转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置或器件。传感器的组成：传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。1、敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。2、转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。3、基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。第二节传感器的分类传感器的分类：主要按工作原理和被测量来

2、分类。一、按工作原理分类：传感器按其敏感的工作原理，一般可分为物理型、化学型、生物型三大类。1、物理型传感器：物理型传感器是利用某些敏感元件的物理性质或某些功能材料的特殊物理性能制成的传感器。应变式传感器；压阻式传感器；电容式传感器；简单电感式、差动变压器式传感器；压电式传感器。物理型传感器又可以分为结构型传感器和物性型传感器。a、结构型传感器：是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用某些物理规律来感受（敏感）被测量，并将其转换为电信号实现测量的。b、物性型传感器：就是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应感受（敏感）被测量，并转换成可用电信号的传感器。2、化学传感器：化学

3、传感器一般是利用电化学反应原理，把无机或有机化学的物质成分、含量等转换为电信号的传感器。3、生物传感器：生物传感器是利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质的传感器。由两大部分组成，其一是功能识别物质（酶、抗原、抗体、微生物及细胞等），其二是电、光信号转换装置。二、按被测量分类：可分为力学量、温度、磁学量、光学量、流量、湿度、气体成分等传感器。三、其他分类：按传感器的输出信号分类，可分为模拟传感器和数字传感器；依据可变电参量进行分类；按传感器的能量来源分类，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。第三节传感器的特性与主要性能指标（P6）传感器的特性主要是指输入x（被测

4、量）与输出y之间的关系。当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性；当输入量随时间较快地变化时，这一关系就称为动态特性。常用的拟合方法：1、理论了拟合；2、过零旋转拟合；3、端点连线拟合；4、端点连线平移拟合；5、最小二乘拟合；6、最小包容拟合精密度：他说明传感器输出值的分散性，是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。准确度：他说明传感器输出值与真值的偏离程度，是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。精确度：它是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。第二章力传感器第一节应变式传感器金属应变式传感器：核心元件是金属应变片，它可

5、将试件上的应变转换成电阻变化。金属丝式应变片：他的工作基础是应变效应。应变效应：指金属丝的电阻值随其变形而发生改变的一种物理现象。在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。应变片的组成：敏感栅、基底和盖片、粘接剂、引线特点：a、精度高，测量范围广；b、频率响应特性较好；c、应变片结构简单、尺寸小、重量轻；d、可在高低温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作；e、易于实现小型化、整体化；f、价格低廉，品种多样，便于选择第二节电感式传感器电感式传感器：是利用线圈自感或互感的变化实现非电量测量的一种装置，用于测量位移、振动、压力、应变、流量

6、、密度等物理量。特点：a、结构简单、可靠、测量力小；b、分辨力高；c、传感器的输出信号强；d、重复性好；缺点是存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。差动变压器式传感器：应用非常广泛，凡是与位移有关的物理量均可经过它转换成电量输出，常用于测量振动、厚度、应变、压力、加速度等各种物理量。用于测定振动物体的频率和振幅时，其激磁频率必须是振动频率的十倍以上。将差动变压式传感器和弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合，可以组成各种形式的压力传感器。第三节电容式传感器（P70）电容式传感器：将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置，实质就是一个具有可变参数的电容器。具有结构简单、动态

7、响应快、易实现非接触测量等优点，广泛应用于压力、位移、加速度、液位机械量测量，也可用于测量成分含量、湿度、温度等参数。基本类型（三种）：变极距（变间隙）（d）型、变面积（S）型和变介电常数（ε）型。又可按位移的形式分为线位移和角位移两种，每一种又依据传感器极板形状分成平板或圆板行和圆柱（圆筒）形，其中差动式优于单组（单边）式的传感器。特点：a、受温度影响极小；b、机构简单，适用于多种场合，具有平均效应；c、响应速度快。缺点是负载能力差；寄生电容影响大；输出特性非线性。第四节压电式传感器压电式传感器：是一