传感器的基本知识

第二章传感器的基本知识

传感器的基本概念测量误差传感器的静态特性和动态特性传感器的发展一、传感器的基本概念

传感器的概念作用结构类型分类

1.传感器的概念

广义：传感器就是能感受外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置。狭义：传感器就是能将外界信息转换成电信号的装置。

2．传感器的作用

l）信息的收集

2）信息数据的转换

3）控制信息的采集

任务：①将被测量——转换——为特定的非电量（如应变、位移等）；②将非电量——转换——为电参数（电阻、电感、电容、电势等）；③将电参数——变换——为电量（电压或电流）。构成：①敏感元件——完成任务①；②转换元件——完成任务②；③测量电路——完成任务③。3.传感器的结构类型传感器的结构类型有4种

①A型结构的传感器

敏感元件这种传感器的敏感元件、转换元件和测量电路是合一的，把感应到的外界非电量的变化直接转换成电量（电荷、电势）输出。

如：热电偶、磁电式传感器、光电池和压电式传感器，其转换元件多是有源元件，被称为电量传感器。

被测量电量②B型结构的传感器

敏感元件+测量电路这些传感器的敏感元件和转换元件是同一元件。如：热敏电阻式传感器、电容式传感器、感应同步器、角度编码器等。被测量电量③C型结构的传感器

敏感元件+转换元件+测量电路这种传感器有电阻应变式传感器、电位器传感器、电感式传感器、压磁式传感器。

B型和C型也被称为电参数传感器。电量被测量④D型结构的传感器

正向传感器负向传感器将两个传感器构造成一个测量正增益变化（+△X），一个测量负增益变化（-△X），它们的输出（+△y和-△y）经差动电路处理后再输出,这就是D型结构的传感器，也称为差动结构型传感器。差动电路被测量电量+△X-△X+△y-△y线圈浙1、紫线圈佩2构唱成两臭个B边型传偿感器商，当门衔铁六移动冬时一邮个线课圈的圆电感狡增大摸，另毙一个灭线圈册的电猜感减继小,鬼变压坐器电反桥将丈两差主动变蚂化的扇感抗冬变换湿成电温压输黑出。线圈：直牲接感匀应衔跨铁的纵移动历并将璃其转销换成拾电参归数（某感抗超）输宰出—编—它怜是敏怨感元看件与晴转换漆元件览合一融的敏遗感元岔件。变压奋器电要桥：将弱电参蓄数转观换成码电量朽——铸它是貌转换更元件废。3.传感蚀器的身分类两（三沫种方帐法-偏-1挡）①按你被测药物理枣量性腿质（迁输入镰量）汽分类如位献移传昂感器筋、速旱度传拾感器吊、负钻荷传殃感器绑、压森力传跃感器餐、流聪量传璃感器痛、温没度传比感器治……——验适合者于根摸据被固测量盾选择肢相对歼应的烦传感爷器。3.传感窗器的觉分类狭（三牲种方礼法-禁-2宿）②按逗工作库原理坛（转幕换原辨理）棕分类如电款阻式确传感暖器、争电感味式传趟感器滑、电卵容式员传感米器、畅磁电艰式传跪感器跌、压视电传屋感器幻玉……——亡能够缸从基智本原姨理上建归纳袜传感材器的东共性晌和特位性。3.传感涝器的影分类切（三樱种方萝法-丑-3船）③按适能量狠的传继递方四式分游类将非正电量养转换脆成电扶量的化转换彻元件弦均可浩分为刃两类——杂有源伟元件绵和无伏源元酬件。二、宾测量邪误差1利误抵差:陆绝对应误差赵；相救对误哄差1）膝绝蜻对误拳差:x—实徒际值谅，测僚量得乘到的蛙结果短；A0—真辉值，版被测筒量本肤身所疲具有晕的真瓦正值垒。示值陶误差废:A—猜标准山测量副装置求所测靠得值么或无砍限次支测量垫结果损的算术艰平均府值。测速量醋值xAB测量盖值x真若值即A误差ΔxA与B两个工测量刑结果句哪个煌更准确妥？误差Δx实际踢相对晕误差晕：示值固相对她误差现：满度戒（引拼用）拍相对京误差密：xm—测量贸装置完的满徒量程镇。用相芳对误及差来烦说明紫测量砖的质畅量—带—谁测量映的更准确。2）撑相叮对误涉差:（a顶）有精密惭度，无前准确壶度。（b朋）有准确晋度，无制精密险度。（c罗）有赶准确扫度，逆也有匪精密呈度—饿—有精确糕度。2.丸说尾明测驰量质喷量的浆三个撤术语何：精密偿度、准确瓦度、精确无度。3．爷误腐差的锯性质根据背测量计数据尸中的拘误差汪所呈浮现的厨规律催,队将误粘差分套为三给种,合即弃系统塔误差妨、随无机误触差和共粗大朱误差陕。这检种分关类方凝法便样于测朝量数羊据处环理。耽（1奏）奸系统消误差肺对同威一被玻测量尼进行可多次堡重复醋测量浮时,璃如别果误侨差按左照一股定的押规律敲出现捕,句则把剑这种森误差纺称为里系统筹误差鲁。例醉如,客标钻准量词值的泳不准青确及开仪表厌刻度融的不截准确岛而引歇起的直误差音。卧（2想）迫随机梯误差长对同裁一被抽测量牺进行饭多次照重复求测量图时,象绝园对值器和符垦号不跌可预党知地阶随机赠变化霸,享但就肤误差竟的总补体而悄言,陕具嫩有一抓定的洋统计陶规律舒性的职误差甲称为有随机吧误差去。慎引起坡随机唉误差樱的原李因是屠很多俘难以插掌握驾或暂侵时未胸能掌桨握的巨微小益因素骂,趣一般刑无法迟控制按。对惠于随傍机误冻差不现能用骂简单浪的修筹正值贩来修柱正,旷只能细用概叫率和筝数理循统计赞的方瘦法去性计算晒它出栏现的挑可能腥性的租大小震。为（3侮）盐粗大姓误差认明显镜偏离吃测量趁结果卸的误晒差称航为粗滴大误织差,伙又绞称疏班忽误甜差。稻这类白误差恩是由坑于测土量者枣疏忽况大意盐或环烫境条虎件的边突然猎变化浪而引稻起的被。对睬于粗贷大误隆差,心首啊先应项设法杀判断骡是否存在醒,伞然后易将其士剔除姥。三、脑传感姻器的油静态嚷特性行和动旅态特比性1.静态考特性（1传）灵敏轰度与S／N（信波噪比距）灵敏顶度：信噪时比：截传感盐器输灶出信暖号中勿的信杀号分亦量与噪声垮分量鸟的平绑方平必均值悉之比吓。（2）线督性度线性灿关系喇：输晶入与党输出型量之吵间为根线性对比例认关系锯。当传退感器后的灵尿敏度汪为常击数时御，输孩出—繁输入男关系波为：式中k—寒—为灵旋敏度当传沫感器认的输付出为盈非线妈性时牲，输艳出—麻输入邮关系蛋为：a0、k确定撑了传格感器制的所有脾输出小—输歪入关锐系。非线惊性传棵感器教的输岭出—跟输入顿关系呢如何赶确定？方法：用直线（称联为拟抢合直狐线）代替实际曲线。问题：①通这种敌代替里将会渠产生肥多大将误差唉？②直级线的杂拟合陶方法左是否亡会产姥生误绑差？描述贷拟合盾误差拨的大荷小用线性甜度来表薄示：线性厕度式中垫—灾—最训大非绒线性贼误差积；——鸽传感辱器的宗满量惧程输恰出值浓平均照值。但是题不同余的拟鉴合方托法得贪到的娱线性凑度不伍同。1）任理论蜓线性研度（达绝对男线性租度）应：拟合薄直线赵：2）狂端基无线性爹度：拟合脖直线刘：a0——铲被测宵量为烂零时沙的传烧感器化输出亏值。3）宽平均钳选点粘线性植度：拟合校直线定：4）欲独立巩线性酬度：此时腹线性刚度计申算公辱式应赛改写娱为：独立搬线性洁度：5）加分段馒线性喘化折线返逼近厦法，通常汗用精反密折荣点电鸡路实符现，也可榴在具怜有C析PU赚的测垫量装孙置中威用软缓件实业现。6）撒最小粗二乘怀法实际斤值与迫拟合位值差呆值的掩平方则和最瓜小原蓝则。（3叫）迟坑滞（远滞环膊）迟滞竭：被测掀量增园大被测徒量减免小（4乱）重春复性：按同经一方我向进谈行多代次全谈量程呼实验跳时输之出特佳性曲窃线的竖不一炭致程怜度。式中饶：yF●S——山实验救次数异；——当第i狼次实世验值怨；——兰实验迹值的蜡算术胳平均雕值。（5组）分砍辨率腊与分兆辨力传感址器能持够测设量到医的最莲小输槐入变回化值赤,称互为分辨汪力——代表支了传逢感器馒的最侵小量液程分辨倡率用来卵表示公分辨早质量详：平均倒分辨悉率为餐：（满阵量程亩）最大越分辨华率为醒：（满填量程嚷）2.旷动洁态特枣性传感呼器输例出信团号跟糖踪输替入信叉号变沾化的休特性正就是距响应陆特性，即为旷动态笼特性。动态注特性拣问题股较为辣复杂毙，为外简化晴问题焦，通傍过阶腹跃响沿应来穿研究丽动态恋特性所。阶跃贤响应给传鼻感器附输入镰一个惧单位奋阶跃程函数陡信号时，大其输歉出特繁性称仅为阶受跃响偿应特本性。1)劝零阶轮传感吼器这种邮传感顺器其胃输出掌量普与杆输入醋量黑之勇间的哗关系工为：传感著器的绩阶跃牺响应庭特性其输较出特丙性曲鲁线如逆图所在示。YTK0零阶卖传感厕器的廊单位刮阶跃底响应2)批一阶者传感蔽器这种怪传感纯器其架输出伸量米与把输入饭量罩之间绸的关否系为乱：解方沸程式涨,根书据初馅始条晋件T鼠=0攻、冒=0拔，可圈得到辛输出尺响应叫为：式中踩K溉--梦--踪蝶灵敏教度，尺T-掏--峡-时道间常得数,金设秤的稳脉定值观为K它,则屈达到裤稳定溉值的锅63斗.2粱%(瓶即0铸.6鞠32斗K)怒时所晒用的对时间电为T竭。时间竞常数恨T值企越小池，则弟动态炭响应罪越快鸦，则删一阶俱传感划器的馅动态灯性能蒸越好含。3)匹二阶纸传感属器这种陈传感批器其图输出郊量诸与投输入峡量你之米间的云关系己为二拣阶微且分方赖程：（1顶）上泡升时柱间尖：海输医出从协稳定召值的江10畅%（突即0辛.1狗K)宫到第姐一次寻到达散稳定辉值的舰90米%(桃即0挥,9缎K)骗所用另的时龄间。（2秧）峰描值时净间厉：缺输出角出现渣第一旋个峰爪值所咏用的春时间心。（3服）建仗立时漫间氏：栗从输听入信昂号阶光跃变暖化开涨始,鞭到输滋出值等与稳递定值泳之间满的偏睡差不秆再超积出规晌定的简允许稳误差喷(5晕%)错所浸用的厦最小迁时间尘。（4遭）瞬塔时过碍冲追：夸输出醋量的座峰值饶与稳红定值计之间倾的偏挖差。此方并程为遮典型胖的振流荡方脾程,躺有欠跳阻尼窜、临屠界阻海尼、纺过阻桑尼三丧种情把况不理同的篇解，摘我们汤以欠百阻尼处情况恶来看钱动态乳特性父的参慕数：欠阻宫尼时惨的单唯位阶堡跃响丈应0.挪1K0.眼9Kyt0新材才料的励开发块和应狠用新工虑艺、弃新技舱术的愉应用新的泊效应咸的应打用传感膊器的彼集成疼化传感车器的毫多维击化传感府器的断多功处能化传感椒器的渠智能坦化四、奖传感断器的盲发展1、宝新材远料的涂开发怎和应猎用如半宋导体示材料稍的开调发和核应用堵、功真能金喂属、资功能提陶瓷功、非足晶态窜材料威、功穿能有堆机聚巨合物参等的仇开发避和应棕用，住为研瓣制新助型的至传感岁器提中供许熊多新依的材捡料。2、开新工刚艺、命新技听术的饭应用如精府密加恰工技虫术、位蒸镀扰技术巧、扩侧散技阵术、磨光刻撑技术拖、静刊电封拌接技掀术、拐全固佣态封糖接技形术等隐的应搂用，柄可研亿制出敬超小辉型化翼、高田性能车指标猾的新弟型传矮感器霞。3、泉新的钱效应思的应慌用如激饮光的系应用桌、仿湾生学拍的应增用、馋生物饥分子斤学的驱应用事等，明可研肺制出腥许多辅新型恢传感乡丰器。4、功传感唉器的惠集成旬化利用惹集成外加工跨技术势，将济敏感香元件柔、传忧感元腐