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第1章传感器理论基础1.1传感器基础1.1.1传感器的概念传感器---是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用量的器件和装置。传感器就是把非电量转换成电量的装置。

1.1.2传感器的组成和分类1．传感器的组成传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成。

直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。敏感元件是传感器的核心

转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号的元件。

测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。

2．传感器的分类（1）按照其工作原理分：传感器可分为电参数式(如电阻式、电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及热电式传感器等。（2）按照其被测量对象分：传感器可分为力、位移、速度、加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温度和光等。

2．传感器的分类（3）按照其结构分：传感器可分为结构型、物性型和复合型传感器。A、物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换，如：水银温度计。B、结构型传感器是依靠传感器结构参数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。

传感器基本特性传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测量）x(t)之间的关系，传感器系统示意图当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其输入输出关系特性称为静态特性。

传感器基本特性1)传感器的静态特性:1.测量范围：传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围。2.量程：传感器测量范围的上限值与下限值的代数差称为量程。

3.精度：传感器的精度是指测量结果的可靠程度。工程技术中为简化传感器精度的表示方法，引用了精度等级的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。代表传感器测量的最大允许误差，即相对误差。

4.灵敏度：灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比，如下图所示。

灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力(a)线性传感器(b)非线性传感器

5.线性度：指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想直线的程度。a、在非线性误差不太大的情况下，通常采用直线拟合的方法来线性化。b、线性度就用输入-输出关系曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示。最大非线性误差满量程输出

直线拟合线性化出发点获得最小的非线性误差拟合方法：①理论拟合；②过零旋转拟合；③端点连线拟合；④端点连线平移拟合；⑤最小二乘拟合；⑥最小包容拟合

①理论拟合拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。方法十分简单，但一般说较大yΔLmaxx

②过零旋转拟合曲线过零的传感器。拟合时，使yΔL1ΔL2x

③端点连线拟合把输出曲线两端点的连线作为拟合直线yΔLmaxx

④端点连线平移拟合在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半yΔΔL3LmaxΔL2ΔL1x

6、迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞—正反行程间输出的最大差值。

迟滞误差的另一名称叫回程误差，常用绝对误差表示检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。

7、重复性传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度正行程的最大重复性偏差取较大者为反行程的最大重复性偏差

8.零点漂移漂移是指在外界的干扰下，在一定时间间隔内，传感器输出量发生与输入量无关的或不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等，如图所示。

9.稳定性:稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。10.分辨率:分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。

2）传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。研究传感器的动态特性主要是从测量误差角度分析产生动态误差的原因以及改善措施。时域：瞬态响应法频域：频率响应法

1.瞬态响应特性传感器的瞬态响应即为时间响应。在研究传感器的动态特性时，有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析，这种分析方法称为时域分析法。

二阶传感器一阶传感器

⑶瞬态响应特性指标各指标定义如下：①时间常数τ一阶传感器的上升到63.2%所需的时间，称为时间常数。②延迟时间t输出达到稳态值的50%所用的时间。d③上升时间t输出达到稳态值的90%所用的时间。r

⑶瞬态响应特性指标④峰值时