传感器原理与应用复习..doc

传感器概述 构成现代信息技术的三大支柱是传感器、通信、计算机，它们分别起到信息的采集、传输、处理作用 传感器的定义： 能感受被测量（或响应）规定的并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件基本转换电路组成。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分 组成 传感器由敏感元件，转换元件，和测量电路组成。 敏感元件是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量； 转换元件是将非电量直接转换为电量的器件； 测量电路是将输出的电量变成便于显示，记录，控制和处理的有用电信号的电路。 传感器接口电路的作用是将传感器产生的信号转换成为可供分析、计算、显示及后处理的各种电信号。 （1）绝对误差 绝对误差=测量值-真值 （2）实际相对误差 （3）标称相对误差 （4）引用误差 仪表精度等级是根据最大引用误差来确定的，等级精度越小，仪表的精确度就越高。 特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。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。 分辨力反映检测系统最小的可测输入变化量。 分辨率是指以满量程输出的百分数形式表示分辨力 阈值是指能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。 灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比 线性度 线性度是指传感器输入量与输出量之间的静态特性曲线偏离直线的程度，其又称为非线性误差。 迟滞： 迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度。迟滞误差是由于系统内部的弹性元件、磁性元件以及机械部分的摩擦、间隙等原因而产生，它属于系统误差；重复性误差属于随机误差 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，所得输入—输出特性曲线不一致的程度 二、电阻式 电阻式变式传感器是以电阻应变片为转换元件的传感器。电阻应变片简称应变片，它是一种将应变转换为电阻变化的器件。 金属电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应。导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为电阻应变效应 -电阻率 A-截面积 l-长度 灵敏系数K受两个因素影响：一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2u；另一个是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即 金属电阻应变片常见的由丝式和箔式电阻应变片。敏感栅是应变片的核心部分。箔式优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种所需的形状。 康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内保持为常数，进入塑形变形范围内也基本上能保持为常数；电阻温度系数较小且稳定，加工性能好，易于焊接。 多数气敏传感器中附有加热器原因是将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏度和响应速度。常用加热方式：一般有直热式和旁热式两种。 直流电桥 设： 则：全桥 双臂 单臂  三、电容式传感器 是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它结构简单、体积小、分辨率高，可非接触式测量。 电容式传感器可分为：变极距型、变面积型和变介电常数型 变极距型（非线性） 变面积型（线性）传感器电容量C与角位移呈线性关系 变介质型 可用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。 接近开关工作原理 测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，接近开关的检测物体并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或者粉状物体。 四、电感式传感器 根据法拉第电磁感应原理, 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将产生呈旋涡状的感应电流, 此电流叫电涡流, 以上现象称为电涡流效应。 电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。自感式传感器利用被测物理量变化引起传感器线圈自感量变换进行测量。把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。电涡流式传感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。 五、压电式传感器 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应，是一种典型的有源传感器。压电式传感器是将被测量变化转换成材料受机械力产生静电电荷或电压变化的传感器，是一种典型的、有源的、双向机电能量转换型传感器或自发电型传感器。压电元件是机电转换元件，它可以测量最终能变换为力的非电物理量，例如力、压力、加速度等。 某些电介质, 当沿着一定方向对其施力而使它