第2章传感器基本特性ppt课件.ppt

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1、第2章传感器的基本特性2.1传感器的定义及分类2.2传感器的基本特性本章知识要点传感器的定义、组成及分类。传感器静态特性和动态特性的定义。衡量传感器静态特性的主要指标及各指标的含义。传感器动态特性的分析方法（要求掌握一阶的传感器动态特性）。2.1传感器的定义及分类一、传感器的定义（3）“某种可用信号输出”把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。（4）“按一定规律”四层含义：（1）传感器是一种测量器件或装置；测速发电机、发电机测速传感器（2）“特定的被测量信息”：非电量发电机是不是传感器？物理量化学量生物量二、传感器的物理定律（1）守恒定

2、律（2）统计法则物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变。能量守恒、动量守恒、电荷守恒传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。如：热力学第二定律在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。（3）场的定律描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时间上的变换规律。静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器物理方程传感器工作的数学模型（4）物质定律表示各种物质内在客观性质的定律。虎

3、克定律F=kx、欧姆定律U=RI半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏虎克定律：在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的形变量(伸长或压缩值)成正比。三、传感器的组成敏感元件辅助电源传感元件被测非电量有用中间量有用电量信号调节转换电路电量（1）敏感元件：敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分。敏感元件在接受被测量后常常输出一种易于变为电量的非电量。（2）传感元件：转换元件也叫传感元件，是将敏感元件的输出转换成适于传输或测量的电信号元件。（3）信号调节电路：是将转换元件输出的电信号进行处理，如放大、滤波、线性化和补偿等，以转换成易于处理的电压、电流

4、或频率参量等。例：下图所示为一种气体压力传感器的示意图。膜盒2下半部与壳体1固定连接，上半部通过连杆与磁芯4相连，磁芯4置于两个电感线圈3中，后者接入转换电路5。膜盒外部与大气压力pa相通，内部感受被测压力p。当p变化时，引起膜盒上半部移动，即输出相应的位移量。这里的膜盒就是敏感元件，转换元件为可变电感线圈，将电路参数接入转换电路5，便可转换成电量输出。例大吨位电容式称重传感器被测非电量：敏感元件：有用非电量：传感元件：有用电量：电容量C弹性体外界的力极板间距变化电容传感器弹性体极板支架绝缘材料定极板动极板电容式、电感式、热电式传感器位移、

5、速度、温度传感器分类方法按输入物理量：按工作原理：按能量关系：按输出信号性质：按构成原理：按构成传感器的功能材料：按高新技术：能量转换型能量控制型模拟式、数字式传感器结构型、物性型传感器半导体传感器集成传感器、智能传感器仿生传感器、机器人传感器四、传感器的分类按构成原理分类结构型传感器物性型传感器例举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别。（1）电容式传感器——结构型传感器化简得：结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，与构成传感器物质的性质无关。固定极板活动极板△LbdL（2）压敏传感器——物性型传感器物性型传感器主要由构成传感器的物质的

6、性质决定。电阻率的变化压力大小材料性质压阻效应半导体材料压力P2.2传感器的基本特性传感器的基本特性：传感器的输入–输出关系特性。数学模型基本特性指标被测量（输入量）静态动态静态特性指标动态特性指标静态数学模型动态数学模型描述方法静态静态特性动态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时传感器的输出与输入的关系。一、传感器的静态特性恒定或变化缓慢的量静态特性1.代数方程式中：x——输入量；y——输出量a0——输入量x为零时的输出量；a1，a2，…，an——非线性项系数。与时间有关吗？2.4种典型特性曲线理想线性x奇次项的非线性x偶次项

7、的非线性x奇、偶次项的非线性y=a1xy=a1x+a3x3+…y=a1x+a2x2+a4x4…y=a1x+a2x2+…+anxn1.灵敏度其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度，即它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然，灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。但是灵敏度太高，检测系统的稳定性将降低。二、传感器的静态特性指标灵敏度、线性度、分辨率、迟滞、重复性、漂移线性传感器=常数非线性传感器式中：ΔLmax——最大非线性绝对误差；YFS——满量程输出值。2.线性度（非线性）传感器的实际输

8、入-输出曲线（校准曲线）与拟合直线之间的吻合（偏离）程度。线性是传感器的理性输入－输出特性。因为线性特性有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定等。非线性作图法求线性度演示