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1.1传感器的组成与分类

1.2传感器的基本特性

思考题与习题;1.1传感器的组成及分类;图1.1传感器的一般组成; 1.敏感元件

在具体实现非电量到电量间的变换时，并非所有的非电量都能利用现有的技术手段直接变换为电量，有些必须进行预变换，即先将待测的非电量变为易于转换成电量的另一种非电量。这种能完成预变换的器件称之为敏感元件。

2.变换器

能将感受到的非电量变换为电量的器件称为变换器。例如，可以将位移量直接变换为电容、电阻变换器及电感的电容变换器。电阻及电感变换器；能直接把温度变换为电势的热电偶变换器。显然，变换器是传感器不可缺少的重要组成部分。; 在实际情况中,由于有一些敏感元件直接就可以输出变换后的电信号,而一些传感器又不包括敏感元件在内,故常常无法将敏感元件与变换器严格加以区别。

如果把传感器看作一个二端口网络,则其输入信号主要是被测的物理量（如长度、力）等时,必然还会有一些难以避免的干扰信号（如温度、电磁信号）等混入。严格地说,传感器的输出信号可能为上述各种输入信号的复杂函数。就传感器设计来说,希望尽可能做到输出信号仅仅是（或分别是）某一被测信号的确定性单值函数,且最好呈线性关系。对使用者来说,则要选择合适的传感器及相应的电路,保证整个测量设备的输出信号能惟一、正确地反映某一被测量的大小,而对其它干扰信号能加以抑制或对不良影响能设法加以修正。; 传感器可以做得很简单,也可以做得很复杂；可以是无源的网络,也可以是有源的系统；可以是带反馈的闭环系统,也可以是不带反馈的开环系统；一般情况下只具有变换的功能,但也可能包含变换后信号的处理及传输电路甚至包括微处理器CPU。因此,传感器的组成将随不同情况而异。;1.1.2传感器的分类

传感器的分类方法很多,国内外尚无统一的分类方法。一般按如下几种方法进行分类。

1.按输入被测量分类

这种方法是根据输入物理量的性质进行分类。表1.1给出了传感器输入的基本被测量和由此派生的其它量。;表1.1传感器输入被测量; 2.按工作原理分类

这种分类方法以传感器的工作原理作为分类依据,见表1.2。

;表1.2传感器按工作原理的分类; 3.按输出信号形式分类

这种分类方法是根据传感器输出信号的不同来进行分类的见图1.2。;图1.2传感器按输出信号形式的分类; 1.2.1静态特性

1.线性度

人们为了标定和数据处理的方便,总是希望传感器的输出与输入关系呈线性,并能准确无误地反映被测量的真值,但实际上这往往是不可能的。

假设传感器没有迟滞和蠕变效应,其静态特性可用下列多项式来描述：; 式中：x——输入量；

y——输出量；

a0——零位输出；

a1——传感器的灵敏度,常用k表示；

a2,a3,…,an——非线性项的待定常数。

式(1.1)即为传感器静态特性的数学模型。该多项式可能有四种情况,如图1.2所示。

;图1.3传感器静态特性曲线; 设ai≥0,a0≥0。

1)理想线性

这种情况见图1.3(a)。此时

 a0=a2=a3=…=an=0

于是

 y=a1x(1.2)

直线上任何点的斜率都相等,所以传感器的灵敏度为

a1==k=常数（1.3）; 2)输出-输入特性曲线关于原点对称

这种情况见图1.3（b）。此时,在原点附近相当范围内曲线基本成线性,式（1.1）只存在奇次项：

 y=a1x+a3x3+a5x5+…(1.4)

3)输出-输入特性曲线不对称

这时,式（1.1）中非线性项只是偶次项,即

 y=a1x+a2x2+a4x4+…(1.5)

对应曲线如图1.3（c）所示。; 4）普遍情况

普遍情况下的表达式就是式（1.1）,对应的曲线如图1.3(d)所示。

当传感器特性出现如图1.3中(b)、（c）、（d）所示的非线性情况时,就必须采取线性化补偿措施。

实际运用时,传感器数学模型的建立究竟应取几阶多项式,是一个数据处理问题。建立数学模型的古典方法是分析法。该法太复杂,有时甚至难以进行。利用校准数据来建立数学模型,是目前普遍采用的一种方法,它很受人们重视,并得到了发展。

; 传感器的静态