《傳感器》第1章 傳感器的基本概念

1、1 什么是傳感器和傳感器技術(shù) 傳感器與傳感器技術(shù)的作用和地位 傳感器應(yīng)用領(lǐng)域 傳感器的定義和組成 傳感器分類 傳感器技術(shù)的特點(diǎn) 傳感器的需求、水平、現(xiàn)狀 傳感器與傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢 傳感器的一般特性 第1章 傳感器的基本概念 2什么是傳感器和傳感器技術(shù) 為了研究自然現(xiàn)象和制造勞動工具，人類必須了解外界各類信息。外界信息感 官人 腦肢 體人 體 系 統(tǒng)傳感器計算機(jī)執(zhí)行器機(jī) 器 系 統(tǒng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)3 傳感器是獲取信息的工具。 是指那些對某一確定的信息具有感受（或響應(yīng)）與檢出功能，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的有用輸出信號的元器件或裝置。 傳感器（ Transducer 或 Se

2、nsor ），俗稱探頭，有時亦被稱為換能器、變送器、變換器或探測器。 傳感器技術(shù)是關(guān)于傳感器設(shè)計、制造及應(yīng)用的綜合技術(shù)。工業(yè)測量標(biāo)準(zhǔn)輸出信號能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換效率4密封型壓力變送器 壓阻式壓力傳感器電容式差壓變送器旋轉(zhuǎn)差動變壓器電渦流傳感器電感式接近開關(guān)電阻應(yīng)變式力傳感器5熱電阻、熱電偶熱敏電阻光敏電阻壓電加速度傳感器光電管光敏二、三極管6旋轉(zhuǎn)編碼器霍爾電壓傳感器超聲物位開關(guān) 濕度傳感器光電池?zé)後岆妭鞲衅鰿CD圖像傳感器集成霍爾傳感器7 傳感器位于系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于人的五官，直接敏感外界信息。是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化測量和自動控制的主要環(huán)節(jié)，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要

3、通過它轉(zhuǎn)換成便于傳輸、處理、記錄、顯示和控制的可用信號。自動測控（監(jiān)控）系統(tǒng)作用：傳感器與傳感器技術(shù)的作用和地位8地位：傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)并列成為支撐整個現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。 傳感器技術(shù)（感官） 采集信息； 通信技術(shù) （神經(jīng)） 傳輸信息 ； 計算機(jī)技術(shù)（大腦） 處理信息。 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)。如果沒有先進(jìn)的傳感器技術(shù)，那么信息的準(zhǔn)確獲取就成為一句空話，通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)就成了無源之水。 “沒有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)現(xiàn)在已為全世界所公認(rèn)。科學(xué)技術(shù)越發(fā)達(dá)，自動化程度越高，對傳感器的依賴性就越大。所以國內(nèi)外都將

4、傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)。 9傳感器應(yīng)用領(lǐng)域 傳感器的應(yīng)用范圍很廣，從航天、航空、兵器、船舟、交通、冶金、機(jī)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(lǐng)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(shù)。 也可以說，傳感器已幾乎應(yīng)用到各個領(lǐng)域。 10信息處理電信電話科技測試設(shè)備控制交通控制輸電系統(tǒng)機(jī)床機(jī)器人家用電器照相機(jī)汽車飛機(jī)船舶氣象海洋環(huán)境污染醫(yī)療防火光能利用熱能利用土木建筑農(nóng)林機(jī)械能利用貨幣金融食品11155110103473659816127783431 314711170769361262124

5、2014需要量11例：化工產(chǎn)品自動生產(chǎn)過程：1、自動檢測與自動控制系統(tǒng) 石油、化工、電力、鋼鐵、機(jī)械等加工工業(yè)。設(shè)備推動力液體或氣體檢測壓力或壓強(qiáng)進(jìn)料自動稱重按比例混合反應(yīng)容器內(nèi)液體成品半成品在生產(chǎn)線上傳輸自動控制傳輸速度自動控制容器液位測定容器中的壓力體積自動稱重分裝計數(shù)122、汽車 傳統(tǒng)：行駛速度、距離、發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量、水溫等。 安全：安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱死裝置、電子變速 控制裝置、汽車行駛記錄儀（黑匣子）、倒車?yán)走_(dá)等。 環(huán)保：排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置等。133、家用電器、通信及文化用品 微波爐、電磁灶、燃?xì)庠睢㈦婏堝?、電子熱水器、飲水機(jī)、吸塵器、風(fēng)

6、干器、電熨斗、加濕器、電風(fēng)扇、空調(diào)器、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、消毒柜、電冰箱、照相機(jī)、攝像機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院、電話機(jī)、手機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、打印機(jī)等。144、機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人：生產(chǎn)用的自動機(jī)械式（加工、組裝、檢驗(yàn)）。汽車焊接機(jī)器人倉庫機(jī)器人 汽車噴漆機(jī)器人15 智能機(jī)器人：判斷能力日本喂飯機(jī)器人 瑞士“達(dá)芬奇”手術(shù)機(jī)器人 美軍爆炸物處理機(jī)器人 日本營救機(jī)器人 16日本廚師機(jī)器人 日本豐田公司機(jī)器人樂隊 德國人形機(jī)器人調(diào)制速溶茶 17日立新款機(jī)器人服務(wù)生 韓國機(jī)器人藝人 中科院機(jī)器人能歌善舞哈工大仿人型殘疾人假手 18美國宇航局機(jī)器人檢修太空設(shè)備 美國宇航局探索機(jī)器人 美軍排雷機(jī)器人

7、 月球車19電影泰坦尼克中用于水下探測的“鄧肯”號機(jī)器人采礦機(jī)器人美國“水下龍蝦”機(jī)器人 205、醫(yī)學(xué)醫(yī)用傳感器： 人體內(nèi)部溫度、血液、呼吸流量、 腫瘤、心音、腔內(nèi)壓力、心腦電波等檢測、化驗(yàn)。6、航空及航天 飛行器在預(yù)定軌道上速度、加速度、飛行距離、高度、陀螺儀、陽光、星光、地磁、周圍環(huán)境、內(nèi)部設(shè)備監(jiān)控、本身狀態(tài)、氣壓等的檢測。217、環(huán)境保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智能家居智能溫室農(nóng)牧業(yè)22智能家居238、遙感技術(shù)飛機(jī)及航天飛行器：近紫外線、可見光、遠(yuǎn)紅外線、微波傳感器等。船舶：超聲波傳感器。微波紅外接收傳感器紅外線分布差異礦藏埋藏地區(qū)地 面秘魯兩大型露天銅礦遙感影像 249、軍事技術(shù)領(lǐng)域“信

8、息時代的軍事革命” 美國參聯(lián)會副主席歐文斯上將“改變那種認(rèn)為軍事力量主要是軍艦、坦克和飛機(jī)的概念，把我們的注意力放在思考信息和電信技術(shù)所能提供的軍事力量上來。這場軍事革命標(biāo)志著一種轉(zhuǎn)變，即從重視軍艦、坦克和飛機(jī)，轉(zhuǎn)為重視諸如傳感器這類東西的作用。” “陸軍、海軍、空軍都將只不過是歷史的產(chǎn)物你也許將成立一個把所有的傳感器放在一起的軍種（可稱之為傳感器軍）用于觀察戰(zhàn)場”25傳感器定義：傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量（一般為電量）的裝置。 國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7665-87對傳感器下的定義是： 能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸

9、出信號的器件或裝置。國際電工委員會IEC的定義是： 傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號。傳感器定義和組成 26 如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件，因此，敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩者合一的傳感器是很多的。例如：壓電傳感器、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等都是這種形式的傳感器。 組成：敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)理電路輔助電路被測量非電量其它量非電量電量電信號標(biāo)準(zhǔn)信號電量并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)理電路和輔助電路組成。271. 敏感元件（預(yù)變換器）（Sensing Element）：傳感器中能直接感受或

10、響應(yīng)被測量（非電量）并輸出與之成確定關(guān)系的其它量（非電量）的部分。 （在完成非電量到電量的變換時，并非所有的非電量都能利用現(xiàn)有手段直接變換為電量，往往是將被測非電量預(yù)先變換為另一種易于變換成電量的非電量，然后再變換為電量。能夠完成預(yù)變換的器件稱為敏感元件）。2. 轉(zhuǎn)換元件（Transduction Element）：傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)到的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的可用輸出信號（一般為電信號）的部分。3. 信號調(diào)理電路：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（常用電壓、電流、頻率）的電路。 類型視轉(zhuǎn)換元件的分類而定，常采用的有電橋電路、放大器、振蕩器、

11、阻抗變換、補(bǔ)償及其它特殊電路，如高阻抗輸入電路、脈寬調(diào)制電路等。4. 輔助電路：通常指電源，即交、直流供電系統(tǒng)。 28 當(dāng)被測壓力 p 增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。 電位器轉(zhuǎn)換元件電阻變化電量電壓變化有用電信號輸出信號調(diào)理電路分壓比電路電源輔助電路壓力非電量角位移非電量敏感元件彈簧管1-彈簧管 2-電位器 3-電刷 4-齒條、齒輪舉例1：測量壓力的電位器式壓力傳感器29舉例2：應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性膜片和電阻應(yīng)變片組成。其中彈性膜片就是敏感元件，它能將壓力轉(zhuǎn)換成彈性膜片的應(yīng)變（形變）；彈性膜片的應(yīng)變施加在電阻應(yīng)變片上，使應(yīng)變片也產(chǎn)生應(yīng)變（形變），

12、應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻的變化量，電阻應(yīng)變片就是轉(zhuǎn)換元件。 應(yīng)變片轉(zhuǎn)換元件電阻變化電量電壓變化有用電信號輸出信號調(diào)理電路電橋電源輔助電路壓力非電量形變非電量敏感元件彈性膜片30傳感器分類 傳感器種類繁多（國內(nèi)6000多種，美國17000種），功能各異。 同一被測量可用不同轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)探測；利用同一種物理法則、化學(xué)反應(yīng)或生物效應(yīng)可設(shè)計制作出檢測不同被測量的傳感器；而功能大同小異的同一類傳感器可用于不同的技術(shù)領(lǐng)域，故傳感器有不同的分類法。3132其它分類：按輸出信號的傳送方式：電傳送、氣傳送（易燃、易爆環(huán)境）和光傳送（抗干擾、絕緣能力強(qiáng)）；位式作用（開關(guān)作用）和連續(xù)作用；有觸點(diǎn)及無觸點(diǎn)（利用晶體管或晶閘管

13、的通斷發(fā)出信號）；常規(guī)式及靈巧式（Smart， 處理電路使用微處理器，功能豐富、使用靈活）；接觸式（敏感元件必須和被測物質(zhì)接觸）及非接觸式；普通型、隔爆型（在內(nèi)部電路和周圍易燃?xì)怏w之間采取了隔離措施，允許使用在有一定危險性的環(huán)境里）及本安型（本質(zhì)安全型，依靠特殊設(shè)計的電路保證在正常工作及故障狀態(tài)下都不會引起燃爆事故，可用在十分易燃易爆的場所）。33傳感器技術(shù)的特點(diǎn) 傳感器技術(shù)包括傳感器的研究、設(shè)計、試制、生產(chǎn)、檢測與應(yīng)用。它已逐漸形成了一門相對獨(dú)立的專門學(xué)科。與其它學(xué)科相比，它具有如下技術(shù)特點(diǎn): 1.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(diǎn)主要體現(xiàn)在傳感器技術(shù)可利用的物理學(xué)、化學(xué)、

14、生物學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科中的基礎(chǔ)“效應(yīng)”、“反應(yīng)”、“機(jī)理”不僅為數(shù)甚多，而且它們往往彼此獨(dú)立、甚至是完全不相關(guān)。2.知識密集程度甚高、邊緣學(xué)科色彩極濃 由于傳感器技術(shù)是以材料的電、磁、光、聲、熱、力等功能效應(yīng)和功能形態(tài)變換原理為基礎(chǔ)，并綜合了物理學(xué)、化學(xué)、生物工程、微電子學(xué)、材料科學(xué)、精密機(jī)械、微細(xì)加工、試驗(yàn)測量等方面的知識和技術(shù)而形成的一門科學(xué)。由此可見，傳感器技術(shù)是學(xué)科交錯應(yīng)用極多，知識密集極高，與許多基礎(chǔ)科學(xué)和專業(yè)工程學(xué)有著極為密切關(guān)系的技術(shù)。 343.技術(shù)復(fù)雜、工藝要求高 傳感器的制造涉及了許多高新技術(shù)，如集成技術(shù)、薄膜技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、微細(xì)或納米加工技術(shù)、粘合技術(shù)、高密封技術(shù)、特種加工技

15、術(shù)以及多功能化、智能化技術(shù)等。因此，傳感器的制造工藝難度很大，要求很高。4.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(kuò)展性好、適應(yīng)性強(qiáng)。具體地說，傳感器不但具備人類“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)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。5.品種繁多、應(yīng)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。 35傳感器的需求、水平、現(xiàn)狀 由于傳感器技術(shù)的重要性，上世紀(jì)80年代以來國際上出現(xiàn)了“傳感器熱”。引起

16、各國政府高度重視。 日本把傳感器技術(shù)列為六大核心技術(shù)（計算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器）之一。日本政府還在21世紀(jì)技術(shù)預(yù)測中將傳感器列為首位。 美國把傳感器技術(shù)列為90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，美國白宮將“傳感器及信號處理”列為對國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)之一。 西歐各國在制定“尤里卡”發(fā)展計劃中，把傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。 我國政府在“863計劃”及重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，均把傳感器列在重要位置。36 傳感器技術(shù)之所以受到如此看重并獲得極為迅速發(fā)展的原因是： 1.微型計算機(jī)的普及、信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，而獲取信息的工具傳感器處于明顯拖后腿的狀態(tài)，形成推動傳感器技術(shù)發(fā)

17、展的動力。 2. 廣闊的市場和強(qiáng)烈的社會需求是傳感器技術(shù)發(fā)展的又一強(qiáng)勁推動力，傳感器的銷售值反映一個國家科技發(fā)達(dá)與社會進(jìn)步的程度。 中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院預(yù)測，未來五年國內(nèi)傳感器市場年復(fù)合增長31%。汽車、物流、環(huán)保、安防、RFID、數(shù)碼等領(lǐng)域的快速發(fā)展，尤其是物聯(lián)網(wǎng)已進(jìn)入市場導(dǎo)入期，傳感器市場增長較快， 2015年中國傳感器市場規(guī)模有望達(dá)到1200億元以上。37 自動化過程（機(jī)器系統(tǒng)）都包括有三種主要功能塊：傳感器、計算機(jī)(或微處理器)、執(zhí)行器。 傳感器相當(dāng)于人的感官，時時檢測“對象”的狀態(tài)及其相應(yīng)的物理參量，并及時饋送給計算機(jī)； 計算機(jī)相當(dāng)于人的大腦，經(jīng)過運(yùn)算、分析、判斷，根據(jù)“對象”

18、狀態(tài)偏離設(shè)定值的方向與程度，對執(zhí)行器下達(dá)修正動作的命令； 執(zhí)行器相當(dāng)于人的肢體，按大腦的命令對“對象”進(jìn)行操作。執(zhí)行器傳感器計算機(jī)對象顯示監(jiān)視（測量）監(jiān)控（測控）38執(zhí)行器包括：風(fēng)車、水磨、蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)、各種閥體、繼電器、電磁鐵等。39 透視人類自動化的歷史進(jìn)程，我們看到： 首先人們發(fā)展了執(zhí)行器，然后計算機(jī)的出現(xiàn)，通過擴(kuò)展計算機(jī)程序的“智能”，產(chǎn)生了“信息革命”?，F(xiàn)在，人們正在通過應(yīng)用傳感器來擴(kuò)展“感覺”，去獲得信息數(shù)據(jù)，以便校正自動化過程中的偏差，并能根據(jù)各種情況的變化做出實(shí)時正確的處理。 在實(shí)際應(yīng)用中，需要三個功能塊（傳感器、計算機(jī)、執(zhí)行器）都經(jīng)濟(jì)耐用，有良好的性能價格比。 目前隨

19、著計算機(jī)、執(zhí)行器的迅猛發(fā)展，傳感器的價格性能比相對來說卻居高不下，傳感器、計算機(jī)、執(zhí)行器價格性能比的下降幅度為 3 : 10 : 1000，傳感器與其它兩個功能塊的發(fā)展形勢不相適應(yīng)，制約了自動化的發(fā)展。 需要大力發(fā)展傳感器。40傳感器與傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢 一是開展基礎(chǔ)研究，探索新理論，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝；二是增加品種、減小體積和重量，向標(biāo)準(zhǔn)化、固態(tài)化、集成化、多功能化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)化： 不同廠家的產(chǎn)品，在硬件、軟件、通信規(guī)程、連接方式等方 面互相兼容、互換聯(lián)用，既方便用戶使用，又易于安裝維修。固態(tài)化： 采用半導(dǎo)體、電介質(zhì)、強(qiáng)磁性體、陶瓷等材料。集成化

20、： 將敏感元件、信息處理或轉(zhuǎn)換單元以及電源等部分利用半導(dǎo) 體技術(shù)將其制作在同一芯片上。多功能化：傳感器具有多種參數(shù)的檢測功能。數(shù)字化： 用數(shù)字信號取代模擬信號，提高可靠性和抗干擾能力。智能化： 將信號檢測、驅(qū)動回路和信號處理回路等外圍電路全部集成在 一起，使它具有自診斷、遠(yuǎn)距離通信、自動調(diào)整零點(diǎn)和量程等 功能。網(wǎng)絡(luò)化： 傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,使測控系統(tǒng)主動進(jìn)行信息處理以及遠(yuǎn)距離 實(shí)時在線測量成為可能。 41傳感器網(wǎng)絡(luò)：有線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。（物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分）42傳感器的一般特性 一個傳感器就是一個系統(tǒng)，一個系統(tǒng)總可以用一個數(shù)學(xué)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

21、和輸入間的關(guān)系和特性。 從傳感器的靜態(tài)輸入輸出關(guān)系建立的數(shù)學(xué)模型叫靜態(tài)模型； 從傳感器的動態(tài)輸入輸出關(guān)系建立的數(shù)學(xué)模型叫動態(tài)模型。 傳感器所測量的非電量一般有兩種形式： 一種是穩(wěn)定的，即不隨時間變化或變化極其緩慢，稱為靜態(tài)信號； 另一種是隨時間變化而變化，稱為動態(tài)信號。 由于輸入量的狀態(tài)不同，傳感器所呈現(xiàn)出來的輸入輸出特性也不同，因此存在所謂的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 為了降低或消除傳感器在測量控制系統(tǒng)中的誤差，傳感器必須具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，才能使信號(或能量)按規(guī)律準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換。 靜態(tài)模型 動態(tài)模型 靜態(tài)特性 動態(tài)特性 43靜態(tài)模型 式中 x 輸入量； y 輸出量； a0 零位輸出； a

22、1 傳感器線性靈敏度，常用K 或S 表示 a2 ，an 非線性項(xiàng)的待定系數(shù)。 靜態(tài)模型是指在靜態(tài)信號情況下，描述傳感器輸出與輸入量間的一種函數(shù)關(guān)系。 一般可用多項(xiàng)式來表示： 44動態(tài)模型 動態(tài)模型指傳感器在準(zhǔn)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(shù)學(xué)關(guān)系。 動態(tài)模型通常采用微分方程和傳遞函數(shù)等來描述。45靜態(tài)特性 傳感器在被測量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出量和輸入量之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特性。 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 a0= 0 時，表示靜態(tài)特性曲線通過原點(diǎn)。此時靜態(tài)特性有四種典型情況： 1. 理想線性 （圖a）2. 具有 x 奇次階項(xiàng)的非線性 （圖b） 3. 具有 x 一次及偶次階項(xiàng)的非線性

23、 （圖c） 4. 具有 x 奇、偶次階項(xiàng)的非線性 （圖d）46 除圖(a)為理想線性特性外（幾乎每一種傳感器都不具備如此特性，即都存在非線性），其余均為非線性關(guān)系。 僅具有奇次方的多項(xiàng)式模型，圖(b)，在原點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)基本上是線性特性。 在設(shè)計傳感器時，應(yīng)將測量范圍選取在靜態(tài)特性最接近直線的一小段，此時原點(diǎn)可能不在零點(diǎn)。以圖(d)為例，如取 ab 段，則原點(diǎn)在 c 點(diǎn)。 傳感器靜態(tài)特性的非線性，使其輸出不能成比例地反映被測量的變化情況，而且對動態(tài)特性也有一定影響。因此在使用非線性傳感器時，必須對傳感器輸出特性進(jìn)行線性處理。47傳感器的靜態(tài)特性主要由下列幾種性能指標(biāo)來描述: 1. 線性度（非

24、線性誤差） 2. 靈敏度 3. 分辨率和分辨力4. 遲滯（滯環(huán)） 5.重復(fù)性6.精確度（精度）7. 穩(wěn)定性8. 漂移 48 傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間的線性程度。 一般來說傳感器都是非線性的，在非線性項(xiàng)的次數(shù)不高、輸入量變化范圍不大時，可用切線或割線等直線來近似代表實(shí)際曲線的一段，這種方法稱為傳感器的非線性特性的線性化，所采用的直線稱為擬合直線。線性度（非線性誤差） 實(shí)際靜態(tài)特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為非線性誤差。 49 非線性誤差是以一定的擬合直線或理想直線為基準(zhǔn)直線算出來的。因而，基準(zhǔn)直線不同，所得線性度也不同。 非線性誤差： 式中Ymax為輸出量和輸入量實(shí)際曲線與擬合直

25、線之間的最大偏差；YFS為輸出滿量程值。 50靈 敏 度 傳感器的靈敏度是其在穩(wěn)態(tài)下輸出變化對輸入變化的比值，常用Sn或K來表示。即 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 非線性傳感器的靈敏度是一個變量，如圖 (b) 所示，即用 dy/dx 表示傳感器在某一工作點(diǎn)的靈敏度。 51 分辨率和分辯力都是表示傳感器能檢測被測量的最小值的性能指標(biāo)。 分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。分辯力是以最小量程的單位值來表示，有量綱。 分辨率：將分辨力除以傳感器的滿量程就是傳感器的分辨率。分辨率常以百分比或幾分之一表示，無量綱。 分 辨 率 和 分 辯 力52遲滯(滯

26、環(huán))現(xiàn)象 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，輔出-輸入特性曲線不重合的程度。 對于同一大小的輸入信號x，在x連續(xù)增大的行程中，對應(yīng)某一輸出量為yi ，在x連續(xù)減小過程中，對應(yīng)于輸出量為yd之間的差值叫做滯環(huán)誤差，這就是所謂的遲滯現(xiàn)象。該誤差用E表示為 在整個測量范圍內(nèi)產(chǎn)生的最大滯環(huán)誤差用max表示，它與滿量程輸出值YFS的比值稱為最大滯環(huán)率。 53重 復(fù) 性 重復(fù)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。多次按相同輸入條件測試的輸出特性曲線越重合，其重復(fù)性越好，誤差也越小。 不重復(fù)性一般采用下式的極限誤差式表示： 式中max為輸出最大不重復(fù)誤差； yFS 為滿量程輸出值。 54精確度（精度） 說明精確度的指標(biāo)有三個：精密度、正確度和精確度。 1.精密度 它說明測量結(jié)果的分散性。即對某一穩(wěn)定的對象（被測量）由同一測量者用同一傳感器和測量儀表在相當(dāng)短的時間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測量多次（等精度測量），其測量結(jié)果的分散程度。精密度越小說明測量越精密（對應(yīng)隨機(jī)誤差）。 2.正確度 正確度說明測量結(jié)果偏離真值的程度，即示值有規(guī)則偏離真值的程度。指所測值與真值的符合程度（對應(yīng)系統(tǒng)誤差）。 3.精確度 它含有精密度與正確度兩者之和的意思，即測量的綜合優(yōu)良程度。在最簡單的場合下可取兩者的代