1、2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 1,傳感器原理及應用,主講老師：李志華 總學時：48學時 實驗：8學時 教材與參考資料 1、教材：梁福平等編著，傳感器原理及檢測技術，華中科技大學出版社，2010。 2、參考資料： （1）黃賢武、鄭筱霞編著，傳感器原理與應用（第二版），電子科技大學出版社，2002 (2）強錫福編著，傳感器，機械工業(yè)出版社，2000,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 2,課程簡介,通過對常用傳感器的基本原理、基本特性等內(nèi)容的系統(tǒng)介紹掌握傳感器的基本理論工作原理、輸入輸出特性、等效電路、誤差分析與補償方法、傳感器

2、測量電路等知識能合理地選擇和應用傳感器，并進一步掌握傳感器的實驗研究方法；,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 3,課程簡介,同時還介紹國內(nèi)外各種新型傳感器及其應用，從而能夠了解國內(nèi)外傳感技術及檢測技術的最新研究概況與發(fā)展動向。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 4,傳感檢測系統(tǒng),2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 5,第一章 概 述,1.1 傳感器的地位和作用 1.2 傳感器的定義與組成、分類 1.3 傳感器的技術特點 1.4 傳感器的發(fā)展動向、趨勢 1.5 傳感器的一般特性,2020年6月23

3、日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 6,1.1傳感器的地位和作用,在當今信息化時代發(fā)展過程中各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件傳感器，已經(jīng)應用到各個領域 一、特別是自動檢測、自動控制系統(tǒng)中不可缺少的重要技術工具。 獲取各種信息的傳感器無疑“掌握”著這些系統(tǒng)的命脈。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 7,例如：在化工產(chǎn)品自動生產(chǎn)過程中 首先，進料時要自動對原料稱重、分析原料成分或濃度,使它們按比例混合； 混合后，在反應容器中自動反應，又必須測定容器中的壓力或體積，如果是液體、還需要自動控制容器液位高度和流量和溫度；然后半成品在生產(chǎn)線(

4、管道)中傳輸，需要自動控制傳輸速度或流量，這里必須使用液動或氣動設備產(chǎn)生推動力因而要檢測壓力或壓強 最后，成品自動分裝還要稱重。所有這些環(huán)節(jié)均需要使用各種傳感器對相應的非電量進行檢測和控制，使設備或系統(tǒng)自動、正常地運行在最佳狀態(tài)，保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 8,化工產(chǎn)品自動生產(chǎn)中的傳感技術,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 9,二、傳感器技術是信息技術的源頭和支柱之一,傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實現(xiàn)現(xiàn)代化測量和自動控制(包括遙感、遙測、遙控)的主要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社

5、會賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術基礎?，F(xiàn)在傳感技術與信息技術、計算機技術并列成為支撐整個現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱、可以設想如果沒有高度保真和性能可靠的傳感器，沒有先進的傳感器技術，那么信息的準確獲取就成為一句空話，信息技術和計算機技術就成了無源之水。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 10,SCADA（supervisorycontrol and data acquisition） 系統(tǒng)中的傳感技術,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 11,三、科學技術的發(fā)展與傳感器技術密切相關,傳感器技術的重要性還體現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛的應用于各個學科領

6、域。例如工業(yè)生產(chǎn)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、軍事武器工程、航天航空技術、機器人技術、汽車技術、資源探測、海洋開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測、安全和醫(yī)療系統(tǒng)、家用電器、電力水電等領域，都與傳感器技術有密切的關系。而且傳感器技術的發(fā)展能為這些科學技術的發(fā)展提供有力的技術支持和研究手段?？梢哉f現(xiàn)代科技的發(fā)展越來越離不開傳感器技術。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 12,1.2 傳感器的定義與組成,在國外，如美國，transducer和sensor是通用的，均稱為傳感器；英國則稱sensor為傳感器、敏感元件，而將transducer稱為變換器、換能器。通常將傳感器（sensor）定義為接

7、收信號或激勵并以電信號進行響應的裝置，而變換器（transducer）是把一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量的轉(zhuǎn)換器。不過，實際上這兩個術語常常交替使用。國際電工委員會（IEC，International Electrotechnical Committee）則將傳感器定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種首要部件（primary element），它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號。 根據(jù)我國2005年7月29日發(fā)布的傳感器通用術語國家標準(GBT76652005)，傳感器（transducersensor）的定義為：能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

8、,1、定義,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 13,在該標準中，同時附有3條注釋： 注敏感元件（sensing element）是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分； 注轉(zhuǎn)換元件(transducing element)是指傳感器中能將敏感元件的感受或響應的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。 注當輸出為規(guī)定的標準信號時，則稱為變送器（transmitter）。所謂的“規(guī)定的標準信號”，即是指新的國家標準規(guī)定的若以電流形式輸出，標準信號應為420mA；若以電壓形式輸出，標準信號應為05V。 現(xiàn)有的以及正在發(fā)展中的檢測系統(tǒng)來說，如果說電子計算機相當于人的

9、大腦（即電腦），而相應于人的感官部分接受外界信息的裝置就是傳感器。傳感器是人類感官的擴展和延伸，傳感器的功能可與人類五大感覺器官相比擬：光敏傳感器-視覺；聲敏傳感器-聽覺；氣敏傳感器-嗅覺；化學傳感器、微生物傳感器-味覺；力敏、溫敏、流體傳感器-觸覺。因此，傳感器又可稱為“電五官”。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 14,傳感器的組成,傳感一般是利用物理、化學和生物等學科的某些效應或機理按照一定的工藝和結(jié)構(gòu)研制出來的。因此，傳感器的組成的細節(jié)有較大差異但是，總的來說，傳感器應由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助元件組成 ，如下圖所示(),2020年6月23日7時9

10、分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 15,信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路是能把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。主要包括信號放大、電橋、振蕩器、電荷放大器等，他們分別與相應的傳感器相配合。 輔助電路通常主要是電源，即交、直流供電系統(tǒng)。 僅就目前而言，傳感器技術應涉及傳感器的機理、材料、制造工藝和應用等項綜合技術。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 16,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 17,信號調(diào)節(jié)電路是能把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。主要包括信號放

11、大、電橋、振蕩器、電荷放大器等，他們分別與相應的傳感器相配合。 輔助電路通常主要是電源，即交、直流供電系統(tǒng)。 僅就目前而言，傳感器技術應涉及傳感器的機理、材料、制造工藝和應用等項綜合技術。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 18,傳感器的分類,傳感器的品種很多，原理各異，檢測對象門類繁多因此其分類方法甚繁，至今尚無統(tǒng)一規(guī)定。人們通常是站在不同角度，突出某一方面來分類的。歸納起來有如下幾種大家認可的分類法。 一 按工作機理分類： 這種分類方法是以其工作原理劃分，將物理、化學和生物等學科的原理、規(guī)律、效應作為分類的依據(jù)。按傳感器的工作機理的不同，可分為結(jié)構(gòu)型、物性

12、型和復合型三大類。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 19,結(jié)構(gòu)型傳感器 是利用物理學的定律等構(gòu)成的其性能與構(gòu)成材料關系不大。這是一類其結(jié)構(gòu)的幾何尺寸(如厚度、角度、位置等)在被測量作用下會發(fā)生變化，并可獲得比例于被測非電量的電信號的敏感元器件或裝置。例如用于測量壓力、位移、流量、溫度、力平衡式、電容式、電感式等的傳感器均屬該類。這類傳感器開發(fā)得最早，至今仍然廣泛應用于工業(yè)流程檢測設備中。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 20,物性型傳感器 是利用物質(zhì)的某種和某些客觀屬性構(gòu)成的，其性能與構(gòu)成材料的不同會有明顯區(qū)別。這是一類由

13、其構(gòu)成材料的物理特性、化學特性或生物特性直接敏感于被測非電量、并可將被測非電量轉(zhuǎn)換成電信號的敏感元器件或裝置。由于它的“敏感體”本來就是材料本身.( ),2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 21,復合型傳感器是指將中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)與物性型敏感元件復合而成的傳感器。之所以要采用中間環(huán)節(jié)，是因為在大量被測非電量中，只有少數(shù)(如應變、光、磁、熱、水分和某些氣體)可直接利用某些敏感材料的物質(zhì)特性轉(zhuǎn)換成電信號。所以，為了增加非電量的測量種類，就必須將不能直接轉(zhuǎn)換成電信號的非電量變換成上述少數(shù)量中的一種，然后再利用相應的物性型敏感元件將其轉(zhuǎn)換成電信號。(),2020年6月23日

14、7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 22,二、按被測量(按輸入量)分類： 這種分類方法是按被測量的性質(zhì)不同而劃分。目前把不同的被測量的傳感器分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器三大類。各類傳感器又分為若干族，每一族又分為若干組。按此種方法分類的傳感器體系見表11,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 23,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 24,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 25,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 26,三、按敏感材科分類

15、這種分類方法是根據(jù)制造傳感器的材料分類。這也可分出很多種類；如半導體傳感器、陶瓷傳感器、光導纖維傳感器、高分子材料傳感器、金屬傳感器等等。這種分類方法是第一類分類方法的子集。,四、按能量的關系分類： 根據(jù)能量關系分類，分為有源傳感器和無源傳感器兩大類。前者一般是將非電能量轉(zhuǎn)換為電能量.稱之為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱為換能器。( ) 無源傳感器又稱為能量控制型傳感器。它本身不是一個換能裝置，被測非電量僅對傳感器中的能量起控制或調(diào)節(jié)作用。(),2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 27,1.3 傳感器的技術特點,傳感器技術包括傳感器的研究、設計、試制、生產(chǎn)、檢測與應用。

16、它已逐步形成相對獨立的專門學科。與其他學科相比，它具有如下技術特點： 一、內(nèi)容范圍廣且離散 傳感器可涉及到的內(nèi)容廣而離散的特點主要體現(xiàn)在傳感器技術可利用的物理學、化學、生物學、電子學等中的基礎“效應”、“反應”、“機理”不僅為數(shù)甚多，而且它們往往彼此獨立、甚至是完全不相關。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 28,二、知識密集程度甚高、邊緣學科色彩極濃,由于傳感器技術是以材料的電、磁、光、聲、熱、力等功能效應和功能形態(tài)變換原理為基礎，并綜合了物理學、化學、生物工程、微電子學、材科科學、精密機械、微細加工、試驗測量等方面的知識和技術而形成的一門科學。由此可見傳感

17、器技術是學科交錯應用極多，知識密集極高。與許多基礎科學和專業(yè)工程學有著極為密切的關系的技術。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 29,三、技術復雜、工藝要求高,傳感器的制造涉及了許多高新技術，如集成技術、薄膜技術、超導技術、微細或納米加工技術、粘合技術、高密封技術、特種加工技術以及多功能化、智能化技術等。因此傳感器的制造工藝難度很大，要求很高。 四、功能優(yōu)、性能好 傳感器功能優(yōu)良主要體現(xiàn)在其功能的擴展性好、適應性強。具體地說傳感器不但具有具備人類“五官”所具有的視、聽、觸、嗅、味覺功能，而且還能檢測五官不能感覺到的信息同時還能在人類無法忍受的高溫、高壓等惡劣環(huán)

18、境下工作。性能好體現(xiàn)在傳感器的量程寬、精度高、可靠性好等方面。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 30,五、品種繁多、應用廣泛,由于現(xiàn)代信息系統(tǒng)中待測的信息(待測量)很多，而且一種待測量往往可用幾種傳感器來測量因此，傳感器產(chǎn)品品種極為龐雜、繁多。 傳感器的應用范圍很廣，從航天、航空、兵器、船舟、交通、冶金、機械、電子、化工、輕工、能源、環(huán)保、煤炭、石油、醫(yī)療衛(wèi)生、生物工程、宇宙開發(fā)等領域至農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)甚至人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方方面面，幾乎無處不使用傳感器，無處不需要傳感器技術。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 31,我

19、國傳感技術的發(fā)展起始于20世紀50年代初期，當時以仿制前蘇聯(lián)的機械式或機電式傳感器為主；60年代先后研制出應變元件、霍爾元件、離子電極；70年代初研制生產(chǎn)出一批新型敏感元件及傳感器。1978年，研制成了擴散硅力敏傳感器，之后，砷化鎵霍爾元件、碳化硅熱敏電阻等相繼研制成功。80年代“敏感元件與傳感器”列入國家攻關計劃。 1991年中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展十年規(guī)劃和“八五”計劃建議中明確要求“大力加強傳感器的開發(fā)和在國民經(jīng)濟中普遍應用”?！熬盼濉逼陂g，通過科技攻關，我國傳感器領域水平得到較大提高。,1.4 傳感器的發(fā)展動向、趨勢,傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,2020年6月23日7時9分,傳

20、感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 32,“十一五”以來，傳感器技術得到了國家更大的重視，特別在國家“863”計劃的十大領域中（如資源環(huán)境技術領域、海洋技術領域）安排了許多傳感器技術方面的項目。在光纖、CMOS圖像、納米磁、壓力、聲表面波、電容型微加工超聲、耐高溫等傳感器及傳感器網(wǎng)絡研究等方面取得較大的進展。目前國內(nèi)從事敏感元件和傳感器生產(chǎn)的廠家大約為455家，整個產(chǎn)業(yè)鏈上涉及的企業(yè)多達1400余家，傳感器年產(chǎn)量突破24億只。目前，國內(nèi)能批量生產(chǎn)的敏感元件和傳感器有力敏、熱敏、氣敏、濕敏、電壓敏、磁敏、光敏7大類，約4000多個品種，而全球傳感器品種約有20000余種，其余依靠進口來滿足國內(nèi)需

21、求。 在國家中長期科學技術發(fā)展規(guī)劃綱要2006-2020年明確了“傳感器”在我國中長期發(fā)展中的重要作用和關鍵地位，溫家寶總理在無錫考察時提出要盡快建設中國的“傳感信息中心”和“感知中國中心” 。,傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及動向,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 33,當前，傳感器技術的主要發(fā)展動向，一是開展基礎研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝；二是實現(xiàn)傳感器的集成化與智能化。 1發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象: 利用物理現(xiàn)象、化學反應和生物效應是各種傳感器工作的基本原理，所以發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象與新效應是發(fā)展傳感技術的重要的工作，是研制新型傳感器的重要基礎，其意義極為深遠。,1.4.

22、1 傳感器的發(fā)展趨勢,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 34,2開發(fā)新材料 傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，由于材料科學的進步，人們在制造時可任意控制它們的成分，從而可以設計制造出用于各種傳感器的功能材料， 例如半導體氧化物可以制造各種氣體傳感器，而陶瓷傳感器工作溫度遠高于半導體，光導纖維的應用是傳感器材科的重大突破，用它研制的傳感器與傳統(tǒng)的相比有突出的特點。有機材料做為傳感器材料的研究，也引起國內(nèi)外學者極大興趣。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 35,3采用微細加工技術,半導體技術中的加工方法如氧化、光刻、擴散、沉積、平

23、面電子工藝、各向異性腐蝕以及蒸鍍、濺射薄膜工藝都可引進用于傳感器制造，因而制造出各式各樣新型傳感器。例如，利用半導體技術制造出壓阻式傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，日本橫河公司利用各向異性腐蝕技術進行高精三維加工，在硅片上構(gòu)成孔、溝、棱、錐、半球等各種形狀，制作出全硅諧振式壓力傳感器。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 36,4 研究多功能集成傳感器,日本豐田研究所開發(fā)出同時檢測Na+、K+和H+等多離子傳感器。這種傳感器的芯片尺寸為25mmo5mm，僅用一滴液體，如一淌血液即可同時快速檢測出其中Na+、K+和H+的濃度，對醫(yī)院監(jiān)床非常適

24、用與方便。 我國某傳感器研究所研制的硅壓阻式復合傳感器可以同時測量壓力與溫度。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 37,智能傳感器是一種帶微處理器的傳感器，它兼有檢測、判斷和信息處理功能。其典型產(chǎn)品如美國圖尼爾公司的ST一3000型智能傳感器，其芯片尺寸為342mm3，采用半導體工藝，在同一芯片上制作CPU、EPROM和靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。,5 智能化傳感器,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 38,6新一代航天傳感器研究,眾所周知，在航天器的各大系統(tǒng)中，傳感器對各種信息參數(shù)的檢測，保證了航天器按預定程序正常工作，起

25、著極為重要的作用。隨著航天技術的發(fā)展，航天器上需要的傳感器越來越多，例如，航天飛機上安裝3500支左右傳感器，對其指標性能都有嚴格要求，如小型化、低功耗、高精度、高可靠性等都有具體指標。為了滿足這些要求，必須采用新原理、新技術研制出新型的航天傳感器。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 39,7仿生傳感器研究,值得注意的一個發(fā)展動向是仿生傳感器的研究，應該給予高度重視，特別是在機器人技術向智能化高級機器人發(fā)展的今天。仿生傳感器就是模仿人的感覺器官的傳感器，即視覺傳感器、聽覺傳感器、嗅覺傳感器、味覺傳感器、觸覺傳感器等。目前只有視覺與觸覺傳感器解決的比較好，其它幾

26、種遠不能滿足機器人發(fā)展的需要。也可以說，至今真正能代替人的感覺器官功能的傳感器極少，需要加速研究，否則將會影響機器人技術的發(fā)展。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 40,1.5 傳感器的數(shù)學模型及一般特性,從系統(tǒng)角度來看一種傳感器就是一種系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)工程學理論，一個系統(tǒng)總可以用一個數(shù)學方程式或函數(shù)來描述。即用某種方程式或函數(shù)表征傳感器的輸出和輸入間的關系和特性，從而、用這種關系指導對傳感器的設計、制造、校正和使用。通常從傳感器的靜態(tài)輸入-輸出關系和動態(tài)輸入輸出關系兩方面建立數(shù)學模型，但是準確地建立一個系統(tǒng)的數(shù)學模型是困難的。在工程上，總是采用一些近似方法建立

27、起系統(tǒng)的初步模型，然后經(jīng)過反復模擬試驗確立系統(tǒng)的最終數(shù)學模型，這種方法同樣適用傳感器數(shù)學模型的建立。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 41,一、傳感器的靜態(tài)數(shù)學模型:,靜態(tài)模型是指在靜態(tài)信號(輸入信號不隨時間變化的量)情況下，描述傳感器輸出與輸入量間的一種函數(shù)關系。如果不考慮蠕動效應和遲滯特性，傳感器的靜態(tài)模型一般可用多項式來表示：,其中：x 輸入量； y輸出量； 為零位輸出； 為傳感器線性靈敏度，常用K或S表示; 為非線性項的待定系數(shù)。,（1-1）,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 42,傳感器的靜態(tài)模型有三種有用的特殊形

28、式：,（1-2）,（1-3）,（1-4）,式(11)表示傳感器的輸出和輸入量呈嚴格的線性關系，式(13)和(14)均為非線性關系。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 43,一、 傳感器的一般特性,1、靜態(tài)特性與動態(tài)特性定義,從輸入信號不隨時間變化或變化極其緩慢的角度考慮的傳感器特性稱為傳感器靜態(tài)特性。,信號,時間,靜態(tài)信號,動態(tài)信號,從輸入信號隨時間變化較大的角度考慮的傳感器特性稱為傳感器動態(tài)特性。,0,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 44,2、傳感器靜態(tài)特性,（1）傳感器線性度,輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程

29、度稱為線性度。一般用非線性誤差表示可用下式表示,輸出量Y,輸入量X,0,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 45,輸出量Y,曲線a存在零點誤差，但并不存在非線性誤差。這是傳感器經(jīng)常遇到的問題，比如我們在以后章節(jié)要學習的霍爾傳感器就存在零點誤差，我們可以在調(diào)理電路中把零點誤差處理掉。,曲線b既存在零點誤差，又存在輸入量與輸出成反比，但并不存在非線性誤差。這也是傳感器經(jīng)常遇到的問題之一，比如我們在以后章節(jié)要學習的超聲波傳感器是這樣，我們可以在調(diào)理電路中和數(shù)據(jù)處理中可以解決。,曲線a,曲線b,0,X,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page

30、46,（2）傳感器的靈敏度,定義,傳感器的靈敏度是其在穩(wěn)態(tài)下輸出增量 與輸入增量 的比值常用 來表示： 對于線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖（a）所示，即：,Y,X,M點,0,N點,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 47,非線性傳感器的靈敏度是一個變量，如圖(b)所示，即用 表示傳感器在其某一工作點的靈敏度。,Y,X,M點,0,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 48,（3）傳感器的重復性,重復性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時，所得特性曲線不一致性的程度(見圖)。多次按相同輸入條件測試的輸出特性曲

31、線越重合，其重復性越好，其重復性誤差也越小。,Y,X,滿量程輸出值,0,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 49,傳感器為何會產(chǎn)生重復性誤差？,傳感器機械部分的磨損、間隙、松動,敏感元件內(nèi)摩擦、積塵,輔助電路老化和漂移,不重復性誤差一般屬于隨機誤差性質(zhì),反映的是測量結(jié)果偶然誤差大小，而不表示與真值之間的差別，有時重復性很好但可能偏離真值。不重復性誤差可以通過校準測得。,注意,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 50,（4）遲滯,遲滯特性能表明傳感器在正向(輸入量增大)行程和反向(輸入量減小)行程期間，輸出輸入特性曲線不重合的程度。

32、對于同一輸入正向和反向行程的差值用E表示為：,Y,X,這種現(xiàn)象稱為“遲滯”，E稱為遲滯誤差。,0,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 51,在整個測量范圍內(nèi)產(chǎn)生的最大滯環(huán)誤差用 表示，它與滿量程輸出值 的比值稱為最大遲滯率,（5）最小檢測量和分辨率,最小檢測量是指傳感器能確切反映被測的最低極限量。最小檢測量越小表示傳感器檢測微量的能力越高。 由于傳感器的最小檢測量易受噪聲的影響，所以一般用相當于噪聲電平的若干倍的被測量為最小檢測量，用公式表示為：,M 為最小檢測量,C為系數(shù)（與傳感器結(jié)構(gòu)類型有關）N為噪聲電平 K 傳感器的靈敏度,2020年6月23日7時9分,傳

33、感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 52,舉例,某電容式氣體壓力傳感器的噪聲電平為0.2mV，靈敏度K為0.5mV/Pa，對于電容傳感器一般取系數(shù)為2，則由公式可得其最小檢測量：,傳感器的分辨率指在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測輸入量的最小變化量,也可以用該值相對滿量程輸入值的百分數(shù) 來表示。 數(shù)字傳感器的分辨率可用輸出數(shù)字指示值最后一位所代表的輸入量。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 53,（6）漂移,傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關的、不需要的變化。,傳感器的漂移,零點漂移,靈敏度漂移,時間漂移,溫度漂移,零點漂移定義,Y,X,0,2020

34、年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 54,溫度漂移定義,Y,T,0,例如如上圖所示某壓力傳感器，其滿量程值為1V，溫度變化范圍為-40度到60度。其輸出受溫度影響最大偏差為0.2V，則其溫漂為：,產(chǎn)生漂移的原因是多方面的，主要是由于測量系統(tǒng)的靈敏元件受外界（溫度、濕度、電磁干擾）干擾和傳感器調(diào)理電路的元器件受外界條件干擾引起的。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 55,二、動態(tài)特性簡介,傳感器的動態(tài)特性和誤差概念：傳感器的動態(tài)特性是傳感器在測量中非常重要的問題，它是傳感器對輸入激勵的輸出響應特性。一個動態(tài)特性好的傳感器，隨時間變化的輸出曲線能同時再現(xiàn)輸入隨時間變化的曲線，即輸出-輸入具有相同類型的時間函數(shù)。在動態(tài)的輸入信號情況下，輸出信號一般來說不會與輸入信號具有完全相同的時間函數(shù)，這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動態(tài)誤差。不難看出，有良好的靜態(tài)特性的傳感器，未必有良好的動態(tài)特性。,2020年6月23日7時9分,傳感器講義（中國地質(zhì)大學）,page 56,影響動態(tài)特性的“固有因素”任何傳感器都有，只不過表現(xiàn)形式和作用程度不同而已。研究傳感器的動態(tài)特性主要是為了從測量誤差角度分析產(chǎn)生動態(tài)誤差的原因以及提出改善措施。具體研究時、通常從時域或頻域兩方面采