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1、第1章绪论传感器的基本概念一、传感器的定义国家标准定义 “能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。”（当今电信号最易 于处理和便于传输） 通常定义“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置” 或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。二、敏感器的定义把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置1、当X=Z即被测非电量X正是传感器所能接受和转换的非电量（即可用非电量）Z时，可直接用传感器将被测非电量X转换成电量Y。2、当X丰Z即被测非电量X不是传感器所能接受和转换的非电量（即 可用非电量）Z时，就需要在传感器前面增加一个敏感器，把被测非电量X 转换为该传感器能够接
2、受和转换的非电量（即可用非电量）Z。1.2.2 传感器的分类和命名法一、传感器的类型化学传感器阻抗型传感器 电压型传感器生物传感器I物理传感器物性型传感器j模拟式传感器结构型传感器数字式传感器二、传感器的分类方法：按照被测的非电量分类，按照输出量的性质1.3检测仪表与系统概述1.2.1 检测仪表与系统的基本组成传感器:把被测的非电量变换成电量测量电路:把传感器的输出电量变成电压或电流信号显示装置:显示测量结果。模拟显示数字显示图像显示1.3.2 常规检测仪表与系统的基本类型、普通数字式检测仪表(a) 模数转换式一一A/D转换器把直流电压转换成数字(b) 脉冲计数式计数器对传感器脉冲进行计数三、
3、微机化检测系统具有普通的模拟式和数字式检测仪表所没有的新特点和新功能(1) 自动调零功能(2) 量程自动切换功能(3) 多点快速测量(4) 数字滤波功能(5) 自动修正误差(6) 数据处理功能(7) 多媒体功能(8) 通信或网络功能(9) 自我诊断功能第2章 检测系统的基本特性2.1.2 检测系统的静态性能指标一、测量范围和量程1、测量范围：( x x )x 检测系统所能测量到的最小被测输入量(下限) xmin检测系统所能测量到的最大被测输入量(上限)。max2、量程：L = |x xmax min二、灵敏度 SS = lim( 0)=AxtO xdx串接系统的总灵敏度为各组成环节灵敏度的连乘
4、积S=SSS123三、分辨力与分辨率1、分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量a 。min2、 分辨率：全量程中最大的Ax即|Ax与满量程L之比的百分数。minmin max四、精度(见第三章)五、线性度 eLe = L max X 1OO% LyF.S.四、迟滞 eHAHe =max X100%HyF.S.回程误差一一检测系统的输入量由小增大(正行程)，继而自大减小(反行 程)的测试过程中，对应于同一输入量，输出量的差值。AHmax输出值在正反行程的最大差值即回程误差最大值。第3章 误差分析与处理基3.1.1测量误差的概念及表达方式一、绝寸误差一一测量值与真值之差Ax = x -
5、x0X检测仪表指示或显示被测参量的数值即仪表读数或示值（测量值）X 0在一定时间、空间条牛下客观存在的被测量的真实数值（真值）， 一般情况下，理论真值是未知的，在工程上，通常用高一级标准仪器的测量值来代替 真值。二、相寸误差（评定测量的精确度）Ax1、 实际相对误差5 =一 x 100%Ax0Ax2、 示值相对误差5 =一 x 100%xx为了减小测量中的示值误差，当选择仪器、仪表量程时，应使被测量的数值接近满度值， 一般使这类仪器、仪表工作在不小于满度值23以上的区域。三、引用误差1、弓用误差示值绝对误差Ax与仪表量程L之比值qq = AX x 100%L2、最大引用误差qmax仪表量程内出
6、现的最大绝寸误差 Ax 与该仪器仪表量程 L 之比值，即maxAxq = fax x 100%仪表在出厂检验寸，其示值勺最大引用误差监乂不能超过其允许误差QAx（以百分数表示）即q = AX* 即该表的基本误差超出1.5级表的允许值。所以该表的精度不合格。但该表最大引用误差小 于2.5级表的允许值，若其它性能合格可降作2.5级表使用。例3-1-2测量一个约80 V勺电压，现有两块电压表：一块量程300 V 0.5级，另一块量 程100 V 1.0级。问选用哪一块为好？解 如使用300 V、0. 5级表、按式(3 - 1 -4) (3 - 1 -9求) 出其示值相对误差为300 x 0.5%80
7、x 100% 沁 1.88%女M使用100V 1.0级表，其示值相对误差为5100 x 1.0%80x 100% 沁 1.25%可见由于仪表量程勺原因，选用1.0级表测量勺精度可能比选用0.5级表为高。故选用100V 1.0 级表为好。一、随机误差随机误差5是测量吉果x与在重复条牛下对同一被测量进亍无限多次测量所得结果的平均ii值A之差。即5二x A、Ai i n inTw i=1 随机误差是测量值与数学期望之差，它表明了测量结果勺分散性，经常用来表征测量精密 度勺高低。随差越小，精密度越高。二、系统误差在相同测量条牛下,对同一被测量进行无限多次重复测1量所得吉果的平均值A与被测量的真值州之差
8、。即 = A A。 系统误差表明了测量结果偏离真值或实际值勺程度。系统误差越小，测量就越准确。所以， 系统误差经常用来表征测量准确度勺高低。三、粗大误差 在相同勺条牛下，多次重复测量同一量时，明显地歪曲了测量结果勺误差，称粗大误差，3.3系统误差勺处理3.3.3系统误差勺消除方法一、消除产生误差勺根源二、对测量结果进亍修正三、采用特殊测量法1、恒定系差消除法(1) 零值法(2) 替代法(3) 交换法(4) 补偿法(5) 微差法(虚零法2、变值系差消除法3.4粗大误差的处理粗大误差的判别2拉3.4.3 格拉布斯准则第四章 阻抗型传感器4.1电阻式传感器 4.1.1电位器式传感器把位移瓦转换为电阻
9、氏 工作原理L把位移直转换肯电压5三、结构形式线性电位器 图4-l-2(a)线绕电位器1.接触式L非线性电位器图4-l-2(h)1非线绕电位器 图4-1-12.非接触式光电电位器0 412 (c)4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器 一、电阻式应变传感器(一) 电阻应变效应应变使电阻变化(二) 电阻应变片丝式应变片金属应变片箔式应为片2 分类L薄膜应变片L半导体应变片3、安装粘贴在试件表面(应使应变片轴向与所测应变方向一致)4、应变片灵敏系数一一应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比K二沁=k & + k & = k （1 + aH ）s 二 kR x x y y x x x 试
10、件表面纵向线应变 试件表面横向线应变xyk 纵向灵敏系数，横向灵敏系数 xy应变片灵敏系数小于应变电阻材料灵敏系数k = k （1 +aH） k kx x 05、温度误差的产生及危害1）温度误差产生原因 应变电阻随温度变化 试件材料与应变法的线膨胀系数不一致2）温度误差的危害一一产生应变测量误差即“虚假视应变”温度变化产生的应变片电阻的相对变化可折算成的“虚假视应变”为 二、固态压阻式传感器（一）半导体压阻效应应力使半导体电阻率变化（二）固态电阻式传感器 特点：在半导体硅材料基底上制成扩散电阻，作为测量传感元件， 优点：无须粘贴，便于传感器的集成化缺点：易受温度影响。4.1.3 热电阻和热敏电
11、阻、热电阻金属电阻1. 电阻温度特性t Tt r T （正温度特性）2对热电阻材料的要求 温度特性的线性度好 温度系数大且稳定 电阻率 物理化学性能稳定二、热敏电阻半导体电阻PTC Positive temperature coefficientCTC critical temperature coefficientNTC negative temperature coefficientNT 常用于温度测量和温度补偿PTC、CT 常用作开关元件3. NTC热敏电阻 电阻温度特性结论：1温度系数比热电阻大几十倍2非线性比热电阻严重 伏安特性图-1-10应根据允许功能确定电流4.1.4 气敏电阻一
12、、工作原理半导体陶瓷与气体接触时电阻发生变化接触氧化性气体，电阻2接触还原性气 体，电阻3浓度越大，电阻变化越大。用途：气体识别，浓度检测1 材料一nO2应用最广2. 组成 气敏电阻体加热器4.1.6电阻传感器接口电路一、 电桥电路米u J直流电桥這流电源供电的电桥, u类型交流电桥咬变电源供电的电桥,只能接入电阻）可接入电阻、电感、电容）2、电桥开路输出电压：恒压源供电时U二E1一（Z + Z 12Z )4Z + Z丿34ZZ -Z Z二 E 132(Z + Z )(Z + Z )1234恒流源供电时U=IZZ -Z Z1_32(Z + Z + Z + Z )1234表4-1-1 传感器电桥
13、几种工作情况的对比传感器电桥的工作情况图 4l15(a)Z = R + AR + AR1T恒压源供电u 二 E AR + ARt41 +AR + ARt2 R恒流源供电1 +AR + ARt4 R1 ARe =-4 RZ = Z = R + AR + AR11 +AR + ARt2 R1 +AR + ARt2 R1 ARe =-2 R图4-1-15 (b)1 ARe =-2 R1 ARe =-2 R图 4l15(c)Z = R + AR + AR1Tu二E竺亠2 R AR1 +TR1 1 U 二一AR 2 AR2 RZ = R-AR + AR2 TZ = Z = R3 4e = 0e = 0图4-1-15 (d)Z 二 Z 二 R + AR + AR
