第一章 緒論傳感器的一般特性１傳感器的定義及其特性傳感器與測(cè)試技術(shù)概述()、面積、時(shí)間和重量進(jìn)行測(cè)量。(FMS)，進(jìn)的測(cè)試技術(shù)已成為生產(chǎn)系統(tǒng)不可缺少的一個(gè)組成部分。隨著集成電路與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)而這一切的關(guān)鍵問題，就在于信息的獲取、傳輸、存貯、分析、處理和利用。圖1-1是一測(cè)試系統(tǒng)最基本的組成結(jié)構(gòu)方框圖。傳感器的定義、組成及分類傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的另一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成，組成框圖見圖1-3分類：按工作機(jī)理：結(jié)構(gòu)型與物性型。（需要提供電源（不需電源也能工作。按物理原理：①電路參量式傳感器：包括電阻式、電感式、電容式等三個(gè)基本型式，以及由此而派生出來的差動(dòng)變壓器式、渦流式、壓磁式、感應(yīng)同步器式、容柵式等；②壓電式傳感器；③磁電式傳感器：包括磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等；④光電式傳感器：包括一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導(dǎo)纖維式等；⑤波式傳感器：包括超聲波式、微波式等；⑥熱電式傳感器；⑦射線式傳感器；⑧半導(dǎo)體式傳感器；⑨其它原理的傳感器等。按傳感器的輸入量：幾何量：長度、角度、位移、厚度、幾何位置、幾何形狀、表面波度和粗糙度力學(xué)：力、力矩、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、加速度、質(zhì)量、流量、硬度、真空等溫度：溫度、熱量、比容、熱分布磁性：磁通、磁場(chǎng)聲學(xué)：聲壓、噪聲射線：射線劑量、劑量率化學(xué)：濃度、成分、pH值、濁度生理：心音、血壓、脈博、血氧飽和量、心電、腦電按傳感器輸出信號(hào)：模擬傳感器和數(shù)字傳感器。對(duì)傳感器的一般要求：靈敏度高，線性度好；（信號(hào)便于處理(2)輸出信號(hào)信噪比高；（抗干擾好）滯后、漂移小；(5)動(dòng)態(tài)性能好；(6)對(duì)測(cè)量對(duì)象的影響小，即“負(fù)載效應(yīng)”較低。２傳感器的一般特性傳感器的靜特性傳感器的靜特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康母鱾€(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入關(guān)系入量是常量或變化極慢時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系。等。測(cè)量范圍和量程：傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量(即輸入量)的數(shù)值稱為測(cè)量上限，最小的被測(cè)量則稱為測(cè)量下限。線性度：其靜態(tài)特性可用下列多項(xiàng)式代數(shù)方程來表示：（2-1）在采用直線擬合線性化時(shí)，輸出輸入的校正曲線與其擬合直線之間的最大偏差，就稱為非線性誤差或線性度，通常用相對(duì)誤差來表示，即由此可見，非線性誤差的大小是以一定的擬合直線為基準(zhǔn)直線而得出來的。擬合直線不另外，還應(yīng)考慮使用是否方便，計(jì)算是否簡便。傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出量隨時(shí)間變化的曲線與被測(cè)量隨時(shí)間變化的曲線一致或者相近。動(dòng)態(tài)特性的一般模型微分方程式的建立傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是指?jìng)鞲衅髟谑艿诫S時(shí)間變化的輸入量作用時(shí)，輸出-輸入之間的關(guān)系，通常稱為響應(yīng)特性。（2-18）所謂線性系統(tǒng)就是在此方程式中不包含變量及其各階微分的非一次冪項(xiàng)(包括交叉相乘項(xiàng))；如果線性系統(tǒng)方程中各系數(shù)、在工作過程中不隨時(shí)間和輸入量的變化而變化，那么該系統(tǒng)就稱為線性定常系統(tǒng)。n個(gè)激勵(lì)同時(shí)作用時(shí)，那么它的響應(yīng)就等于這n個(gè)激勵(lì)單獨(dú)作用的響應(yīng)之和，即也就是各個(gè)輸入量引起的輸出是相互不影響的。這樣，在()分解當(dāng)線性系統(tǒng)的輸入為某一頻率時(shí)，則系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)響應(yīng)也為同一頻率的信號(hào)。這兩個(gè)這些函數(shù)有傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)等。傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)行標(biāo)度。后進(jìn)行的性能復(fù)測(cè)，稱為校準(zhǔn)。標(biāo)定與校準(zhǔn)的本質(zhì)相同。()，作傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)一般可由以下幾部分組成：①被測(cè)非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，如活塞式壓力計(jì)、測(cè)力機(jī)、恒溫源等。②被測(cè)非電量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)，如標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)等。③待標(biāo)定傳感器所配接的信號(hào)調(diào)節(jié)器、顯示器和記錄器等，其精度是已知的。非線性校正溫度補(bǔ)償閉環(huán)技術(shù)采用屏蔽、隔離與抑制干擾措施第二章電阻式傳感器應(yīng)變式電阻傳感器金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就是電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)。設(shè)有一段長為，截面為 ，電阻率為 的金屬絲，則它的電阻為（3-1）當(dāng)它受到軸向力F而被拉(或壓時(shí)，其、 、 均發(fā)生變化，如圖3-1所示，如取金屬絲是半徑為 的圓形截面 ，那么故電阻的相對(duì)變化為(3-2)若金屬絲沿長度方向受力而伸長的數(shù)值在

，通常將 稱為縱向應(yīng)變，標(biāo)為 。因?yàn)樗ǔ５臏y(cè)量中甚小故常用作為單位來表示稱為微應(yīng)變標(biāo)以 例如ε=0.001就可以表示為二者之間的關(guān)系為所以

，稱為具有1000微應(yīng)變。金屬絲沿其軸向拉長使其徑向縮小，令 （3-4）化。由(3-4)可知因應(yīng)變導(dǎo)致金屬電阻值的變化，由兩項(xiàng)組成：第一項(xiàng) 表示由于幾何尺寸改變引起的電阻變化；另一項(xiàng)化。對(duì)于大多數(shù)金屬電阻絲材料說

表示單位軸向應(yīng)變引起電阻率的變則有上式表明：加載后金屬絲電阻相對(duì)變化量與軸向應(yīng)變成正比應(yīng)變片結(jié)構(gòu)與類型應(yīng)變片結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，它主要是由金屬絲柵(敏感柵)、絕緣基片及覆蓋片三部分組成應(yīng)變片阻值尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，常用的有60Ω、120Ω、200Ω、320Ω、350Ω、500Ω、1000Ω，其中12