傳感器的基本概念_百度文庫匯總

1、第一章傳感器的基本概念 第一節(jié)傳感器的定義與組成 笫二節(jié)傳感器的分類 第三節(jié)傳感器的技術特點 第四節(jié)傳感器的數學模型概述 第五節(jié)傳感器的基本特性 第一節(jié)傳感器的定義與組成 f 傳感器的定義 將被測非電量信號轉換為與之 有確定對應關系電/輸出的器件或 裝置叫做傳感器，也叫變換器換 能器或探測器。 敏感元件：直接感受被測非電量并按 一定規(guī)律轉換成與被測量有確定關系 的其它量的元件。 轉換元件：又稱變換器。能將敏感元 件感受到的非電量直接轉換成電量的 器件。二-傳感器的組成 一般1-1 壓力傳感器示例 壓力作用 8 信號調節(jié)電賂：能把傳感元件輸出的電 信號轉換為便于顯示、記錄、處理、和 控制的有用電

2、信號的電路。 常用的電路有電橋、放大器、變阻 器、振蕩器等。 輔助電路通常包括電源等。 第二節(jié)傳感器的分類 一、按工作機理分類：根據物理和化學 等學科的原理、規(guī)律和效應進行分類。 二、按被測量分類：根據輸入物理量的 性質進行分類。 | 三、按敏感材料分類：根據制造傳感器 所使用的材料進行分類?？煞譃榘?3 導體傳感器 陶瓷傳感器等。 按被測量分類: 物理量傳感器：利用某些變換元件的物理性質或某 些功能材料的特殊性能制成的傳感器。 化學量傳感器：禾y用電化學反應原理把有機和無機 的化學物質的成分、濃度等轉換成電信號的傳感器。 生物量傳感器：利用生物功能物質作識別器件制成 的傳感器。 基本物理量

3、派生物理量 位移 線位移 長度、厚度、應變、振動、磨損、不平度 角位移 旋轉角、偏轉角、角振動等 速度 線速度 速度、振動、流量、動量等 角速度 轉速、角振動等 加速度 線加速度 振動、沖擊、質量等 角加速度 角振動、扭矩、轉動慣量等 力 壓力 重量、應力、力矩等 時間 頻率 周期、記數、統計分布等 溫度 熱容量、氣體速度、渦流等 光 光通量與密度、光譜分布等 分類，可將傳感器分為有源傳感器 和無源傳感器兩大類。 有源傳感器是將非電能量轉換為電能 量，稱之為能量轉換型傳感器，也稱換能 器。通常配合有電壓測量電路和放大器。 如:壓電式、熱電式、電磁式等。 無源傳感器又稱為能量控制型傳感器O 被測

4、非電量僅對傳感器中的能量起控制 或調節(jié)作用。所以必須具有輔助能源（電 能）。 如:電阻式、電容式和電感式等。 五、其它：按用途、學科、功能和輸出 信號的性質等進行分類。11! 按 第四節(jié)傳感器的數學模型概述 從系統角度看，一種傳感器就是一種系統。 根據系統工程學理論，一個系統總可以用一個 數學方程式或函數來描述。即用某種方程式或 函數表征傳感器的輸出和輸入的關系和特性， 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學模 一、靜態(tài)模型 靜態(tài)模型是指在輸入信號不隨時間 變化的情況下，描述傳感器的輸出與輸 入量的一種函數關系。

5、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: y = a） + ax+a2x2 + + anxn （1 一 1） 二動態(tài)模型 動態(tài)模型是指傳感器在準動態(tài)信 號或動態(tài)信號作用下，描述其輸出和 輸入信號的一種數學關系。 動態(tài)模型通常采用微分方程和傳遞 函數描述。 1 微分方程 大多數傳感器都屬模擬系統之列。 描述模擬系統的一般方法是釆用微分 方程 在實際的模型建立過程中，一般 采用線性常系數微分方程來描述輸出 量J和輸入量M關系。 其通式如下: d y dn xy dy a - H a - H - e - H cir.y fl dtn z dtn- 1 dt 0 lm j

6、 m j f a x 7 a x f ax f =嘰 - H b - - H - b、 - F bQx m dtfn 心 dtm-x 1 dt 0 (1-2) 5 如1。0和bm1方o為傳感器的結構 參數。除如卻外，一般取虬如為零二 2.傳遞函數 如果W)在$0時，y(t) =0,貝Uy (的拉 氏變換可定義為 Y(S) = y(tysrdt (1-3) 式中O0G 對微分方程兩邊取拉氏變換，則得 Y(S)仏廠+色$+ a ) = X(S)仏屛+gS小+ %)20 定義輸出W)的拉氏變換Y(S)和輸入 比)的拉氏變換X(S)的比為該系統的傳 遞函數則 Y(S)+ 九 X(S) cii + +

7、a。 對口“進行拉氏變換的初始條件是X0時, 刃=0。對于傳感器被激勵之前所有的儲能元件女 質量塊彈性元件電氣元件等均符合上述的初 始條件。 顯然曰S與輸入量無關，只與 系統結構參數有關。因而曰S可以簡 單而恰當地描述傳感器輸出與輸入的 關系 對于多環(huán)節(jié)串、并聯組成的傳感 器，若各環(huán)節(jié)阻抗匹配適當，可忽略 相互間的影響，傳感器的等效傳遞函 數可按代數方式求得。 H(S) = (1-4) 22 對于較為復雜的系統，可以將其看作是 一些賈 則：H(s)= H1(s)xH r(s) _ (1 -5) T(s) s(s) 則：H(S)=H|(S)+HS)+ H/,(S) (1-6) 21 對于較為復雜

8、的系統，可以將其看作是 一些較為簡單系統的串聯與并聯。 若傳感器由葉環(huán)節(jié)串聯而成 貝山 H(S)=F|(S)XH2(S)XXH(S) (1-5) 第五節(jié)傳感器的基本特性 1.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度。又稱非線性誤差。 可用下式表示: Amax輸出量與輸入量實際曲線與擬合直線之間的最大偏差 畑輸岀滿量程值靜態(tài)廠 A max = - (1-10) xlOO 非線性傳感器靈敏度是一個變量，只能 表示2靈敏度：在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入 增量對線態(tài)特性的斜率: Ay 三種形式所呈現的非線性程度 圖13三種特殊形式的特性曲線 傳感器在某一工作點的靈敏度。 輸入量按同一 方向作

9、全程多次測 試時，所得特性曲 線不一致的程度。 土沙100% (1-12) _ 4遲滯（回差滯環(huán)）現象: 表明傳感器在 正向行程和反 向行程期間， 輸出-輸入特性 曲線不重3 重1-5重 合的 程度。 對于同一大小的輸入信號馮 在雄續(xù)增 大的行程中，對應某一輸出量戶；與在雄續(xù) 減小的行程中，對應某一輸出量用藝間的差 值叫滯環(huán)誤差，即所謂的遲滯現象。 在整個測量范圍內產生的最大滯環(huán)誤差用 表示.它與滿量程輸出值的比值稱最大滯 環(huán)率： Am max- xlOO% ，FS 29 5. 分辨率與閾值:傳感器在規(guī)定的 范圍所能檢測輸入量的最小變化量O 閾值是使傳感器的輸出端產生可測變 化量的最小被測輸入

10、量值，即零點附 近的分辨力。 6. 穩(wěn)定性：在室溫條件下，經過相當 長的時間間隔，傳感器的輸出與起始 標定時的輸出之間的差異。1 (1-15) 7. 標移：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。 漂移包括零點漂移和靈敏度漂移o 零點漂移和靈敏度漂移又可分為時間 時間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏 度隨時間的緩慢變化。 敏度漂移。 二、動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應 特性。很多傳感器要在動態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形 式隨時間變化。只耍輸入量是時間的函數，則其輸出量也將是 時間的函數，其間的關系要用動特性來說明。 一個動態(tài)特性好的傳感器，其輸出將再現輸入量的變化規(guī) 律，即漂III 溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點或靈 III III 具有相同的時間函數。實際的傳感器，輸出信號將不會 與輸入信號具有和同的時間函數，這種輸出與輸入間的差異就是 所謂的動態(tài)誤差。動態(tài)測量輸入信號可分類如下: 的常系數。 周期性冊 - 正弦周期輸入 復朶周期輸入 非周期性的 - - 躍輸入 性變化輸