傳感器的概述

定義

傳感器是將感受到的外界信息，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成所需要的有用信息的裝置。

外界信息：各種物理量、化學(xué)量、生物量。

轉(zhuǎn)換后的信息：可為各種各樣量，但通常是由檢測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成易于處理和傳輸?shù)碾娏俊?/p>

從信息的角度看：傳感器是獲取和轉(zhuǎn)換信息的一種工具。1傳感器的概述

組成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。

被測(cè)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路電量傳感器組成框圖2

從系統(tǒng)角度來(lái)看，一種傳感器就是一種系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)理論，一個(gè)系統(tǒng)總可以用一個(gè)數(shù)學(xué)方程式或函數(shù)來(lái)描述。即可用某種方程式或函數(shù)表征傳感器的輸出－輸入間的關(guān)系特性，從而用這種關(guān)系來(lái)指導(dǎo)對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)，制造，使用和校正。傳感器的數(shù)學(xué)模型概述3傳感器的一般特性

傳感器的輸入量動(dòng)態(tài)輸入量靜態(tài)輸入量靜態(tài)輸入量:不隨時(shí)間變化或變化很慢的輸入信號(hào)。

動(dòng)態(tài)輸入量:是指隨時(shí)間變化的輸入信號(hào)。電地暖4傳感器的一般特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性:指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。

傳感器的動(dòng)態(tài)特性是傳感器的輸出值能夠真實(shí)地再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。通常要求傳感器在靜態(tài)情況下的輸出-輸入關(guān)系保持線(xiàn)性。傳感器的靜態(tài)特性:在被測(cè)量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸入量與輸出量之間的關(guān)系。5傳感器的靜態(tài)特性

傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)：

線(xiàn)性度靈敏度精度最小檢測(cè)量和分辨率遲滯重復(fù)性零點(diǎn)漂移溫漂6傳感器的靜態(tài)特性線(xiàn)性度：是指?jìng)鞲衅鞯妮斎牒洼敵龀删€(xiàn)性關(guān)系的程度。靈敏度：到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起該變化的輸入變化量之比。分辨率：是指?jìng)鞲衅骺筛惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力?；蚨x為區(qū)分兩個(gè)相鄰量的能力。7傳感器的靜態(tài)特性精度：表示傳感器在規(guī)定條件下允許的最大絕對(duì)誤差相對(duì)于傳感器滿(mǎn)量程輸出的百分比。遲滯：反映了傳感器正、反行程期間輸入輸出特性曲線(xiàn)不重合的程度。重復(fù)性：是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變動(dòng)多次所得特性曲線(xiàn)的不一致性。漂移：是傳感器在輸入量不變的情況下，由于外界的干擾（例如溫度、噪聲等），傳感器的輸出量發(fā)生了變化。8傳感器的動(dòng)態(tài)特性

傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以用基于時(shí)域的瞬態(tài)響應(yīng)法和基于頻域的頻率響應(yīng)法來(lái)分析。一階傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)按指數(shù)規(guī)律上升，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)值；二階傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)分為欠阻尼、過(guò)阻尼和臨界阻尼幾種情況。

9電橋平衡條件10電橋在電橋電路中，主要關(guān)注電橋平衡的條件。靈敏度是測(cè)量電橋的一個(gè)重要指標(biāo)，靈敏度可以通過(guò)電橋測(cè)量臂的單位相對(duì)變化量引起輸出端的變化來(lái)表示。

減小或消除電橋的非線(xiàn)性誤差，可以提高電橋的靈敏度。11電阻應(yīng)變式傳感器

電阻應(yīng)變式傳感器，就是由于某些物理量的變化引起應(yīng)變，應(yīng)變引起電阻變化的一種傳感器。

主要是由彈性敏感元件和電阻應(yīng)變片組成。12電阻應(yīng)變式傳感器

粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

彈性敏感元件的材料是彈性物質(zhì)，其作用是在感受被測(cè)量時(shí)將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變；13電阻應(yīng)變式傳感器金屬的應(yīng)變效應(yīng)

根據(jù)電阻定律，金屬絲的電阻隨著它所受的機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片的工作原理就是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)設(shè)計(jì)而成的。14電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變片的特性實(shí)驗(yàn)證明，在金屬絲變形的彈性范圍內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，因而為一常數(shù)。

以增量表示為15電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路平衡電橋16電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路a）半橋差動(dòng)電路b）全橋差動(dòng)電路17電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路恒流源電橋18電阻應(yīng)變式傳感器電阻式應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式力傳感器

圓柱式力傳感器梁式力傳感器圓環(huán)式力傳感器應(yīng)變式加速度傳感器壓阻式壓力傳感器19電容式傳感器電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容變化量的一種傳感器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低廉、分辨力高、可非接觸測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈震動(dòng)等惡劣條件下工作。很有發(fā)展前途的傳感器。20電容式傳感器電容式傳感器不但廣泛用于位移、振動(dòng)、加速度、角度、力、壓力、物料、介質(zhì)特性等多方面量的精密測(cè)量，而且還逐步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用于壓差、液面、料面、成分含量等方面的測(cè)量。21電容式傳感器保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，僅改變其中一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過(guò)測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。電容式傳感器工作方式可分為變極距式、變面積式和變介質(zhì)式3種類(lèi)型。 22電容式傳感器幾種不同的電容式傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖23電容式傳感器電容式傳感器工作方式可分為

變極距式（電容量與移動(dòng)距離不成線(xiàn)性關(guān)系）變面積式（電容量與改變的量成線(xiàn)性關(guān)系）變介質(zhì)式（電容量與改變的量成線(xiàn)性關(guān)系）24電容式傳感器電容式傳感器的等效電路Rp為并聯(lián)損耗電阻，它代表極板間的泄漏電阻和極板間的介質(zhì)損耗。串聯(lián)電阻Rs代表引線(xiàn)電阻及電容器支架和極板的電阻。電感L是由電容器本身的電感和外部引線(xiàn)的電感所組成。25電容式傳感器電容式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路由于電容式傳感器的電容值變化量十分微小，必須借助于信號(hào)調(diào)節(jié)電路將這微小電容值的變化量轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓、電流或頻率。

運(yùn)算放大器式電路諧振電路