传感器与检测技术第二讲1

传感器与检测技术第二讲1第一页，共29页。传感器的组成：

敏感元件、转换元件、基本转换电路敏感元件转换元件基本转换电路被测量输出量敏感元件：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。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入抟换成电路参量。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。第二页，共29页。1——壳体2——膜盒（敏感元件）3——电感线圈（转换元件）4——磁芯5——转换电路

传感器只完成被测参数至电量的基本转换，然后输入到测控电路，进行放大、运算、处理等进一步转换，以获得被测值或进行过程控制。第三页，共29页。二、传感器的分类按传感器的工作机理，可分为物理型、化学型、生物型等。

本课程主要讲授物理型传感器。在物理型传感器中，作为传感器工作物理基础的基本定律有场的定律、物质定律、守恒定律和统计定律等。

按传感器的构成原理，可分为结构型与物性型两大类。

传感器是知识密集、技术密集的行业，它与许多学科有关，它的种类十分繁多。为了很好地掌握它、应用它，需要有一个科学的分类方法。第四页，共29页。结构型传感器、物性型传感器结构型传感器结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。对于传感器来说，这些方程式也就是许多传感器在工作时的数学模型。物性型传感器是利用某些材料本身的物理性质随被测量变化的特性而实现参数的直接转换。这种类型的传感器具有灵敏度高、响应速度快、结构简单、便于集成等特点，是传感器的发展方向之一。第五页，共29页。根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。按照物理原理分类，可分为：电参量式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热电式传感器、波式传感器、射线式传感器、半导体式传感器、有些传感器的工作原理具有两种以上原理的复合形式，如不少半导体式传感器，也可看成电参量式传感器。第六页，共29页。按照传感器的用途来分类，例如位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器等。根据传感器输出是模拟信号还是数字信号，可分为模拟传感器和数字传感器。根据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单向传感器等。第七页，共29页。三、传感器的一般要求:①可靠性；⑥通用性；②静态精度；⑦轮廓尺寸；③动态性能；⑧成本；④量程；⑨能耗；⑤抗干扰能力；⑩对被测对象的影响

传感器的工作可靠性、静态精度和动态性能是最基本的要求第八页，共29页。四、传感器的基本特性静态特性：被测量不随时间变化或变化很慢时，检测系统的输入和输出量都与时间无关。动态特性：输入量和输出量都随时间变化较快，是一个含有时间变量的微分方程式。检测系统对快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。第九页，共29页。

传感器的输出输入作用图传感器外界影响冲振电磁场输入线性滞后灵敏度误差因素分辨力稳定性(零漂)温漂各种干扰稳定性输出供电温度重复性第十页，共29页。静态特性灵敏度分辨率线性度重复性迟滞稳定性漂移第十一页，共29页。1、线性度线性度是用实测系统输入-输出特性曲线与其拟合直线之间的最大偏差。又称为非线性误差。通常用相对误差来表示，即：

第十二页，共29页。a.理论拟合b.过零拟合c.端点连线拟合d.端点连线平移拟合常用拟合方法：第十三页，共29页。2、灵敏度灵敏度：是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化Δy和引起此变化的输入的变化量Δx的比值。第十四页，共29页。由多个环节组成的检测系统其灵敏度等于各环节的灵敏度之积。第十五页，共29页。3、重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。或：第十六页，共29页。4、分辨率分辨率：传感器的分辨率是指在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量。有时也用该值相对满量程输入值的百分数表示：

第十七页，共29页。5、稳定性：传感器的稳定性一般是指长期稳定性

指在室温条件下，经过相当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。

抗干扰稳定性包括：温度稳定性第十八页，共29页。6、漂移：传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的变化，包括零点漂移和灵敏度漂移等。零点漂移灵敏度漂移时间漂移、温度漂移第十九页，共29页。7、迟滞（回差滞环）现象传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程期间,输入-输出特性曲线的不一致的程度。其大小是以满量程输出YFS的百分数表示，即：是正、反行程输出值间的最大差值。

第二十页，共29页。动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的动态特性取决于：传感器本身被测量的变化形式第二十一页，共29页。在动态的输入信号情况下，输出信号一般来说不会与输入信号具有完全相同的时间函数，这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。通常采用阶跃响应法和频率响应法分析传感器的动态误差：阶跃响应法从时域方面来分析传感器的瞬态响应特性，如：超调量、上升时间、响应时间、延滞时间等。第二十二页，共29页。阶跃响应特性

第二十三页，共29页。频率响应法频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。传感器对正弦输入信号的响应特性，称为频率响应特性。

频率响应法从频域方面采用正弦输入信号来分析传感器的频率响应特性。通常是先建立传感器的数学模型，通过拉氏变换找出传递函数表达式，再根据输入条件得到相应的频率特性。

第二十四页，共29页。（1）频带：传感器增益保持在一定值内的频率范围称为传感器的频带或通频带，对应有上、下截止频率。（2）时间常数

：用时间常数

来表征一阶传感器的动态特性。

越小，频带越宽。（3）固有频率n

：二阶传感器的固有频率n表征了其动态特性。传感器频率响应特性指标:第二十五页，共29页。传感器的技术指