傳感器的概述

定義

傳感器是將感受到的外界信息，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成所需要的有用信息的裝置。

外界信息：各種物理量、化學(xué)量、生物量。

轉(zhuǎn)換后的信息：可為各種各樣量，但通常是由檢測的非電量轉(zhuǎn)換成易于處理和傳輸?shù)碾娏俊?/p>

從信息的角度看：傳感器是獲取和轉(zhuǎn)換信息的一種工具。1傳感器的概述

組成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

被測量敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路電量傳感器組成框圖2

從系統(tǒng)角度來看，一種傳感器就是一種系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)理論，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。即可用某種方程式或函數(shù)表征傳感器的輸出－輸入間的關(guān)系特性，從而用這種關(guān)系來指導(dǎo)對傳感器的設(shè)計，制造，使用和校正。傳感器的數(shù)學(xué)模型概述3傳感器的一般特性

傳感器的輸入量動態(tài)輸入量靜態(tài)輸入量靜態(tài)輸入量:不隨時間變化或變化很慢的輸入信號。

動態(tài)輸入量:是指隨時間變化的輸入信號。電地暖4傳感器的一般特性傳感器的動態(tài)特性:指傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。

傳感器的動態(tài)特性是傳感器的輸出值能夠真實地再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。通常要求傳感器在靜態(tài)情況下的輸出-輸入關(guān)系保持線性。傳感器的靜態(tài)特性:在被測量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，輸入量與輸出量之間的關(guān)系。5傳感器的靜態(tài)特性

傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)：

線性度靈敏度精度最小檢測量和分辨率遲滯重復(fù)性零點漂移溫漂6傳感器的靜態(tài)特性線性度：是指傳感器的輸入和輸出成線性關(guān)系的程度。靈敏度：到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時輸出變化量與引起該變化的輸入變化量之比。分辨率：是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。或定義為區(qū)分兩個相鄰量的能力。7傳感器的靜態(tài)特性精度：表示傳感器在規(guī)定條件下允許的最大絕對誤差相對于傳感器滿量程輸出的百分比。遲滯：反映了傳感器正、反行程期間輸入輸出特性曲線不重合的程度。重復(fù)性：是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變動多次所得特性曲線的不一致性。漂移：是傳感器在輸入量不變的情況下，由于外界的干擾（例如溫度、噪聲等），傳感器的輸出量發(fā)生了變化。8傳感器的動態(tài)特性

傳感器的動態(tài)特性可以用基于時域的瞬態(tài)響應(yīng)法和基于頻域的頻率響應(yīng)法來分析。一階傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)按指數(shù)規(guī)律上升，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)值；二階傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)分為欠阻尼、過阻尼和臨界阻尼幾種情況。

9電橋平衡條件10電橋在電橋電路中，主要關(guān)注電橋平衡的條件。靈敏度是測量電橋的一個重要指標(biāo)，靈敏度可以通過電橋測量臂的單位相對變化量引起輸出端的變化來表示。

減小或消除電橋的非線性誤差，可以提高電橋的靈敏度。11電阻應(yīng)變式傳感器

電阻應(yīng)變式傳感器，就是由于某些物理量的變化引起應(yīng)變，應(yīng)變引起電阻變化的一種傳感器。

主要是由彈性敏感元件和電阻應(yīng)變片組成。12電阻應(yīng)變式傳感器

粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

彈性敏感元件的材料是彈性物質(zhì)，其作用是在感受被測量時將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變；13電阻應(yīng)變式傳感器金屬的應(yīng)變效應(yīng)

根據(jù)電阻定律，金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片的工作原理就是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)設(shè)計而成的。14電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變片的特性實驗證明，在金屬絲變形的彈性范圍內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，因而為一常數(shù)。

以增量表示為15電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路平衡電橋16電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路a）半橋差動電路b）全橋差動電路17電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路恒流源電橋18電阻應(yīng)變式傳感器電阻式應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式力傳感器

圓柱式力傳感器梁式力傳感器圓環(huán)式力傳感器應(yīng)變式加速度傳感器壓阻式壓力傳感器19電容式傳感器電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容變化量的一種傳感器。結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉、分辨力高、可非接觸測量，并能在高溫、輻射和強烈震動等惡劣條件下工作。很有發(fā)展前途的傳感器。20電容式傳感器電容式傳感器不但廣泛用于位移、振動、加速度、角度、力、壓力、物料、介質(zhì)特性等多方面量的精密測量，而且還逐步地擴大應(yīng)用于壓差、液面、料面、成分含量等方面的測量。21電容式傳感器保持其中兩個參數(shù)不變，僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。電容式傳感器工作方式可分為變極距式、變面積式和變介質(zhì)式3種類型。 22電容式傳感器幾種不同的電容式傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖23電容式傳感器電容式傳感器工作方式可分為

變極距式（電容量與移動距離不成線性關(guān)系）變面積式（電容量與改變的量成線性關(guān)系）變介質(zhì)式（電容量與改變的量成線性關(guān)系）24電容式傳感器電容式傳感器的等效電路Rp為并聯(lián)損耗電阻，它代表極板間的泄漏電阻和極板間的介質(zhì)損耗。串聯(lián)電阻Rs代表引線電阻及電容器支架和極板的電阻。電感L是由電容器本身的電感和外部引線的電感所組成。25電容式傳感器電容式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路由于電容式傳感器的電容值變化量十分微小，必須借助于信號調(diào)節(jié)電路將這微小電容值的變化量轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓、電流或頻率。

運算放大器式電路諧振電路