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1、传感器原理复习提纲第一章 绪论1. 检测系统的组成。传感器测量电路输出单元把被测非电量转换成为与之有 确定对应关系，且便于应用的某 些物理量（通常为电量）的测量 装置。把传感器输出的变量变换成电压或电流 信号，使之能在输出单元的指示仪上指 示或记录仪上记录；或者能够作为控制 系统的检测或反馈信号。指示仪、记录仪、累加 器、报警器、数据处理 电路等。2. 传感器的定义及组成定义能感受被测量并按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组 成。组成敏感元件转换元件转换电路直接感受被测量，并输出与被测量 成确定关系的物理量。敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量。上述电路参
2、数接入基本转换电路， 便可转换成电量输出。3. 传感器的分类工作机理物理型、化学型、生物型构成原理结构型（物理学中场的定律）、物性型：物质定律能量转换能量控制型、能量转换型物理原理电参量式传感器、磁电传感器、压电式传感器用途位移、压力、振动、温度4. 什么是传感器的静态特性和动态特性。静特性输入量为常量，或变化极慢动特性输入量随时间较快地变化时5. 列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义23ny 二 a0qx a2xa3xanx灵敏度x输入量，y输出量，ao零点输出，a-|理论灵敏度，a2非线性项系数传感器在稳态下，输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。表征传感器对输入量变化的反应
3、能力迟滞线性度线性传感器非线性传感器正（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。AHH = max 100%2Yfs产生迟滞的原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。4种典型特性曲线理懑线性蓋奇次项的非线性蓋偶次项的非线区奇、偶次项的非线性Lmax即为非线性误差。重复性y=ayya样斗口尹亍+. y=a 1x+ZtX2+ct+1x4尸口+ +&芒LM 二Lmax 100%非线性误差Yfs, Lmax 最大非线性绝对误差，Yfs一满量程输出值。
4、直线拟合线性化：出发点t获得最小的非线性误差（最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小。） 例 用最小二乘法求拟合直线。设拟合直线y=kx+b残差 i=yi- （kxi+b ）n分别对k和b求一阶导数，并令其.： i2最小=0,可求出b和k7将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时， 所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准 差Z计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即R 一（23）二 100% 或-Rmax 100%yfsR 或2Yfs零点漂移传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零
5、值，即为零点漂移。蛍勺00%温度漂移温度变化时，传感器输出量的偏移程度。一般以温度变化1度，输出最大偏差与满量程的百分比表示,零漂= Yfs，式中 Y0 最大零点偏差； Yfs 满量程输出。：max00% T 温度变化值； YFS 满量程输出。即温漂=YfS T max 输出最大偏差;6. 一阶特性的指标及相关计算。一阶系统微分方程型+ y = kxJ时间常数，k=1静态灵敏度dt拉氏变换(範+1)Y(s) =X (s)传递函数Y(s)1频率响应函数Hg)=Yj)=1X(jo)1+j 血误差部分7. 测量误差的相关概念及分类相关概念（1）等精度测量（2）非等精度测量（3）真值（4）实际值（5）
6、标称值（6）示值（7）测量误差分类系统误差随机误差粗大误差绝对误差-修正值（1）正态分布其标准差为Z，如果其中某一项相对误差一一最大允许误差 （看例题）（2）随机误差的评价指标（3）测量的极限误差残差d 3，则该项为坏值8. 绝对误差，相对误差的概念及计算绝对误差1.绝对误差是示值与被测量真值之间的差值，是一个有大小、有正负、有单位的量。1.头际绝对误差 x=x-A o2在实际中用精度高一级的示值代替真值Ao，即实际值A代替真值A。3修正值C= x相对误差相对误差是绝对误差与被测量的约定值之比。ix1实际相对误差-AX 100%A2. 示值相对误差-x - “00%x3. 满度（引用）相对误差
7、4 00%Xn4. 最大允许误差；缶一 x x 100% a% ，仪表最大满度误差不许超过准确度等级的百分数Xnx5. 示值相对误差丫 x与准确度等级a的关系兰a%-卫，被测量的值应大于其测量上限的2/3。x9. 随机误差的评价指标和极限误差评价指标正态分布曲线的算术平均值和均方根误差算术平均值标准差nZ 62i=1x1十x2十+ xnn xi启2 +崔2 +单次测量厉12-v -1n pinxn厶nni=1 n残差代替随机误差：1 n2f v 2I 2 .2 . 2J L v i贝塞尔公式花_/ V1v 2+ Vn-J 7Vn -er1 n - 1算术平均值测量6x=Fx节n计算单次测量1C
8、T J 2 从be J算术平均值被测量的算术平均值与真值之差d_ =x- A0随机误差在S至+S范围内概率为：x1 戶e26 念当多个测量列算术平均值误差为正态分布时，得到测量n / -4-X5 6 =J % 56P ( 2) 二二上式变列算术平均值的极限误差表达式为5 lim经变换t为式中的t为置信系数，坊-为算术平均值的标准差。P严) 2t上f e 2dt = 2(t)L0 /Sm X 二=3七10. 系统误差的发现，系统误差的减弱和消除方法。发现1） 理论分析及计算：因测量原理或使用方法不当引入系统误差时，可以通过理论分析和计算的方法加 以修正。2） 实验对比法：实验对比法是改变产生系统
9、误差的条件进行不同条件的测量，以发现系统误差，这种 方法适用于发现恒定系统误差。3） 残余误差观察法：根据测量列的各个残余误差的大小和符号变化规律，直接由误差数据或误差曲线 图形来判断有无系统误差，这种方法主要适用于发现有规律变化的系统误差。4）残余误差校核法 用于发现累进性系统误差一一马利科夫准则 用于发现周期性系统误差一一阿卑 -赫梅特准则5）计算数据比较法：对冋一量进行多组测量，得到很多数据，通过多组计算数据比较，若不存在系统削弱/消除误差，其比较结果应满足随机误差条件，否则可认为存在系统误差。任意两组结果之间不存在系统误差的标志是Xj - Xj22I j1）从产生误差源上消除系统误差：
10、从生产误差源上消除误差是最根本的方法，它要求在产品设计阶段 从硬件和软件方面采取必要的补偿措施和修正措施，或者采取合适的使用方法将误差从产生根源上加以消除。2）引入修正值法知道修正值后，将测量结果的指示值加上修正值，就可得到被测量的实际值。智能传感器更容易采用 该方法。3）零位式测量法5）补偿法6）对照法H* Lr 叫I洁叭 n rigtsp i1FJA I611.粗大误差的判定及处理。判别粗大误差最常用的统计判别法：如果对被测量进行多次重复等精度测量的测量数据为xnx1，x2，,， xd” ,其标准差为Z，如果其中某一项残差vd大于三倍标准差，即V 3则认为vd为粗大误差，与其对应的测量数据
11、xd是坏值，应从测量列测量数据中删除。第二章电阻式传感器原理与应用1.电阻式传感器的基本原理。电阻式传感器是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经过测量电路实现测量结果的输出。 被测电阻电阻变化2. 金属的应变效应：金属丝（导体）在外界力作用下产生机械变形（伸长或缩短）时，其电阻值相应发生变化3. 应变片的横向效应。敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成 直线段：沿轴向拉应变 x，电阻f圆弧段：沿轴向压应度& y，电阻J却K J （箔式应变片）4）这种方法是标准量与被测量相比较的测量方法，其优点是测量误差主要取决于参加比较的标准器 具的误差，而标准器具的误差可以做的很小。这种方法要求检测系统有
12、足够的灵敏度，如自动平衡显 示仪表。4. 应变片的温度误差产生的原因及其补偿方法。产生原因（1） 敏感栅电阻值ARp =（2） 线膨胀系数不匹配ARrp=R0Ko（Pg -氏）豪由于温度变化而引起的总电阻变化为也Rt =Rtg + ARt0= R）必T +尺心（駡-EsHT（邑）相应的虚假应变输出为莓R 季 +（目_R）ZtK。Ko补偿方法自补偿法单丝自补偿法（选择式自补偿）组合式自补偿法（双金属敏感栅自补偿）实现温度补偿的条件为 ；t =:仝t （ -：g _ -：s）.lt =0Ko当被测试件的线膨胀系数 3 g已知时，通过选择敏 感栅材料，使，-Ko成立。优点：容易加工，成本低，缺点：只
13、适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。敏感栅丝由两种不同温度系数的金属 丝串接组成选用两者具有不同符号的 电阻温度系数，调整R1和R2的比例， 使温度变化时产生的电阻变化满足（:R| ） t = - ： R2 ） thrR尺 _R2t/R2 _ ： 2 K2C g - 2）R2lR1t / R: 1 Ki（ - -i）通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度 自补偿，可达土 0.45卩m/C的高精度线路补偿法电桥补偿法Uo = A(RR4 _RbR3)FUo =A(RR1JR4 -(RbK I热敏电阻Uo = A（R：Rit ARJR4 （Rb：RBt）R3 =0 Ri =RK ；优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于 温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。R uRl IU = Ui-URf tXLKt5.应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 原因 措施因为电桥的输出无论是输出电压还是电流，实际上都与 Ri/
