第6周小课 复习课

传感器的概述

定义

传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需要的有用信息的装置。

外界信息：各种物理量、化学量、生物量。

转换后的信息：可为各种各样量，但通常是由检测的非电量转换成易于处理和传输的电量。

从信息的角度看：传感器是获取和转换信息的一种工具。1传感器的概述

组成传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。

被测量敏感元件转换元件转换电路电量传感器组成框图2

从系统角度来看，一种传感器就是一种系统。根据系统工程学理论，一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。即可用某种方程式或函数表征传感器的输出－输入间的关系特性，从而用这种关系来指导对传感器的设计，制造，使用和校正。传感器的数学模型概述3传感器的一般特性

传感器的输入量动态输入量静态输入量静态输入量:不随时间变化或变化很慢的输入信号。

动态输入量:是指随时间变化的输入信号。电地暖4传感器的一般特性传感器的动态特性:指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的动态特性是传感器的输出值能够真实地再现变化着的输入量的能力。通常要求传感器在静态情况下的输出-输入关系保持线性。传感器的静态特性:在被测量的各个值处于稳定状态时，输入量与输出量之间的关系。5传感器的静态特性

传感器静态特性的主要指标：

线性度灵敏度精度最小检测量和分辨率迟滞重复性零点漂移温漂6传感器的静态特性线性度：是指传感器的输入和输出成线性关系的程度。灵敏度：到达稳定工作状态时输出变化量与引起该变化的输入变化量之比。分辨率：是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。或定义为区分两个相邻量的能力。7传感器的静态特性精度：表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误差相对于传感器满量程输出的百分比。迟滞：反映了传感器正、反行程期间输入输出特性曲线不重合的程度。重复性：是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性。漂移：是传感器在输入量不变的情况下，由于外界的干扰（例如温度、噪声等），传感器的输出量发生了变化。8传感器的动态特性

传感器的动态特性可以用基于时域的瞬态响应法和基于频域的频率响应法来分析。一阶传感器的瞬态响应按指数规律上升，最终达到稳态值；二阶传感器的瞬态响应分为欠阻尼、过阻尼和临界阻尼几种情况。

9电桥平衡条件10电桥在电桥电路中，主要关注电桥平衡的条件。灵敏度是测量电桥的一个重要指标，灵敏度可以通过电桥测量臂的单位相对变化量引起输出端的变化来表示。

减小或消除电桥的非线性误差，可以提高电桥的灵敏度。11电阻应变式传感器

电阻应变式传感器，就是由于某些物理量的变化引起应变，应变引起电阻变化的一种传感器。

主要是由弹性敏感元件和电阻应变片组成。12电阻应变式传感器

粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。

弹性敏感元件的材料是弹性物质，其作用是在感受被测量时将产生变形，其表面产生应变；13电阻应变式传感器金属的应变效应

根据电阻定律，金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。电阻应变片的工作原理就是基于金属的应变效应设计而成的。14电阻应变式传感器应变片的特性实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化与应变成正比，因而为一常数。

以增量表示为15电阻应变式传感器电阻应变式传感器的信号调节电路平衡电桥16电阻应变式传感器电阻应变式传感器的信号调节电路a）半桥差动电路b）全桥差动电路17电阻应变式传感器电阻应变式传感器的信号调节电路恒流源电桥18电阻应变式传感器电阻式应变式传感器电阻应变式力传感器

圆柱式力传感器梁式力传感器圆环式力传感器应变式加速度传感器压阻式压力传感器19电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。结构简单、性能可靠、成本低廉、分辨力高、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作。很有发展前途的传感器。20电容式传感器电容式传感器不但广泛用于位移、振动、加速度、角度、力、压力、物料、介质特性等多方面量的精密测量，而且还逐步地扩大应用于压差、液面、料面、成分含量等方面的测量。21电容式传感器保持其中两个参数不变，仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面积式和变介质式3种类型。 22电容式传感器几种不同的电容式传感器的原理结构图23电容式传感器电容式传感器工作方式可分为

变极距式（电容量与移动距离不成线性关系）变面积式（电容量与改变的量成线性关系）变介质式（电容量与改变的量成线性关系）24电容式传感器电容式传感器的等效电路Rp为并联损耗电阻，它代表极板间的泄漏电阻和极板间的介质损耗。串联电阻Rs代表引线电阻及电容器支架和极板的电阻。电感L是由电容器本身的电感和外部引线的电感所组成。25电容式传感器电容式传感器的信号调节电路由于电容式传感器的电容值变化量十分微小，必须借助于信号调节电路将这微小电容值的变化量转换成与之成正比的电压、电流或频率。

运算放大器式电路谐振电路