第1章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)

1.1傳感器的初步認(rèn)識1.2傳感器的定義、組成及分類1.3傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域1.4傳感器的發(fā)展趨勢

1.5傳感器的命名和代號1.6傳感器的特性1.7傳感器的標(biāo)定

1.1傳感器的初步認(rèn)識

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，需要依靠人的五種感覺器官(視、聽、嗅、味、觸)感受外界信息。在自動控制系統(tǒng)中，也需要獲取外界信息，這些需要依靠傳感器來完成。所以，傳感器相當(dāng)于人的五官部分(“電五官”)。兩者之間的關(guān)系可用圖1-1表示。另外，對于某些外界信息，人的感覺器官是不可以感受的，如有毒的氣體、過熱的物體、紫外線、微波等；人的感覺器官無法定量地感受外界信息……這些都需要依靠傳感器來完成?？梢哉f傳感器是人類五官的延伸。實際上傳感器對我們來說并不陌生，在我們的生活和生產(chǎn)中都可以看到它們的身影，如聲光控節(jié)能開關(guān)中的光敏電阻、駐極體話筒、電視機遙控系統(tǒng)的紅外接收器件等都是傳感器。傳感器實際上是一種功能模塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后再利用后續(xù)裝置或電路對此電信號進行處理。返回1.2傳感器的定義、組成及分類

1.2.1傳感器的定義根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB7665—87)，傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。對此定義需要明確以下幾點：傳感器是一種能夠檢測被測量的器件或裝置；被測量可以是物理量、化學(xué)量或生物量等；輸出信號要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，一般是電參量；輸出信號要正確地反映被測量的數(shù)值、變化規(guī)律等，即兩者之間要有確定的對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)具有一定的精確度。下一頁返回1.2傳感器的定義、組成及分類1.2.2傳感器的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，如圖1-2所示。1.敏感元件敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他物理量的元件。如后續(xù)章節(jié)要介紹的對力敏感的電阻應(yīng)變片、對光敏感的光敏電阻、對溫度敏感的熱敏電阻等。2.轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件也叫傳感元件，是將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電參量(電阻、電容等)的元件。有些傳感器的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件合二為一，它感受被測量并直接輸出電參量，如熱電偶等；有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。上一頁下一頁返回1.2傳感器的定義、組成及分類3.轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換為電壓、電流或電頻率的電路。如果轉(zhuǎn)換元件的輸出已經(jīng)是電壓、電流或電頻率，則不需要轉(zhuǎn)換電路。1.2.3傳感器的分類在實際應(yīng)用中，傳感器種類繁多，同一種被測量可以用不同的傳感器來測量，而同一原理的傳感器又可以測量多種被測量，所以，傳感器的分類標(biāo)準(zhǔn)比較多。目前常用的分類方法有兩種：一種是以被測量來分類，如表1-1所示；另一種是以傳感器原理來分類。本書采用后一種分類方法編排，如表1-2所示。以被測量來分類時，使用的對象比較明確，適于傳感器的選用；以工作原理來分類時，傳感器采用的原理比較清楚，適于系統(tǒng)學(xué)習(xí)。上一頁返回1.3傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

傳感器是獲取自然領(lǐng)域中各種信息的主要途徑和手段，是構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱(傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù))之一。目前傳感器涉及的領(lǐng)域非常廣泛?，F(xiàn)代家用電器中，大多都應(yīng)用了傳感器技術(shù)。電視機、空調(diào)、風(fēng)扇的紅外遙控系統(tǒng)中使用的紅外接收器件、照相機中的自動曝光裝置、電冰箱和電飯煲使用的溫度傳感器、抽油煙機上的氣敏傳感器、全自動洗衣機中的水位和濁度傳感器等。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或是最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。下一頁返回1.3傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域在基礎(chǔ)科學(xué)研究中，傳感器具有突出的地位。例如，對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源新材料等具有重要作用的各種尖端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法獲取的信息，沒有相應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對研究對象的信息獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測儀器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。在航空航天領(lǐng)域，飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、氣壓、磁場、振動都需要測量；“阿波羅10號”飛船需要對3295個參數(shù)進行檢測，其中，溫度傳感器559個，壓力傳感器140個，信號傳感器501個，遙控傳感器142個，專家說：整個宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體。上一頁下一頁返回1.3傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑的重要組成部分。計算機通過中繼器→路由器→網(wǎng)絡(luò)→顯示→網(wǎng)關(guān)控制管理各種設(shè)備(空調(diào)制冷、給水排水、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯、安全防護、自動識別等等)，實現(xiàn)以上功能使用的傳感器有溫度傳感器、濕度傳感器、液位傳感器、流量傳感器、壓差傳感器、空氣壓力傳感器、煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、玻璃破碎傳感器、圖像傳感器等。國防軍事(雷達(dá)探測系統(tǒng)、水聲目標(biāo)定位系統(tǒng)、紅外制導(dǎo)系統(tǒng)等)、環(huán)境保護(空氣質(zhì)量的監(jiān)控)、醫(yī)學(xué)診斷(各種生化指標(biāo)、影像資料的獲取)、刑事偵查(聲音、指紋識別)、交通管理(車流量統(tǒng)計、車速監(jiān)測、車牌識別)等，這些都離不開傳感器。上一頁返回1.4傳感器的發(fā)展趨勢

傳感器的發(fā)展趨勢包括社會對傳感器需求的新動向和傳感器新技術(shù)的發(fā)展趨勢這兩個方面。1.4.1傳感器需求的新動向社會需求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強大動力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是微電子技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以及“電腦”的普及，傳感器在新的技術(shù)革命中的地位和作用將更為突出，一股競相開發(fā)和應(yīng)用傳感器的熱潮已在世界范圍內(nèi)掀起。這是因為：“電五官”落后于“電腦”的現(xiàn)狀，已成為微型計算機進一步開發(fā)和應(yīng)用的一大障礙；許多有競爭力的新產(chǎn)品開發(fā)和卓有成效的技術(shù)改造，都離不開傳感器；傳感器的應(yīng)用直接帶來了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益；傳感器普及于社會各個領(lǐng)域，將形成良好的銷售前景。下一頁返回1.4傳感器的發(fā)展趨勢1.4.2傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢當(dāng)前，傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動向，一是開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝；二是實現(xiàn)傳感器的集成化與智能化。1.發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)新材料新現(xiàn)象、新原理、新材料是發(fā)展傳感器技術(shù)、研究新型傳感器的重要基礎(chǔ)，每一種新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)都會伴隨著新的傳感器種類誕生。2.集成化，多功能化向敏感功能裝置和集成化發(fā)展，將半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開發(fā)思想應(yīng)用于傳感器制造。如采用微細(xì)加工技術(shù)MEMS制作微型傳感器，采用厚膜和薄膜技術(shù)制作傳感器等。上一頁下一頁返回1.4傳感器的發(fā)展趨勢3.向未開發(fā)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)到目前為止，開發(fā)的傳感器大多為物理傳感器，今后應(yīng)積極開發(fā)研究化學(xué)傳感器和生物傳感器，特別是智能機器人技術(shù)的發(fā)展，需要研制各種模擬人的感覺器官的傳感器，如已有的機器人力覺傳感器、觸覺傳感器、味覺傳感器等。4.智能傳感器，具有判斷能力學(xué)習(xí)能力的智能傳感器事實上是一種帶微處理器的傳感器，它具有檢測、判斷和信息處理功能。

上一頁返回1.5傳感器的命名和代號

在GB7666—1987中，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了傳感器的命名方法和代號，作為統(tǒng)一傳感器命名和代號的依據(jù)。它適用于傳感器的研究、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、教學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。1.5.1傳感器的命名1.命名的構(gòu)成傳感器的名稱由主題詞加四級修飾語構(gòu)成，包括：主題詞——傳感器；第一級修飾語——被測量，包括修飾被測量的定語；第二級修飾語——轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式”字；第三級修飾語——特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字；第四級修飾語——主要技術(shù)指標(biāo)(量程、精確度、靈敏度等)。傳感器命名構(gòu)成及各級修飾語如表1-3所示。下一頁返回1.5傳感器的命名和代號2.命名法的使用(1)題目中的用法在有關(guān)傳感器的統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索以及計算機漢字處理等特殊場合，應(yīng)采用上述順序，如：傳感器，位移，應(yīng)變計[式]，100mm。(2)正文中的用法在技術(shù)文件、產(chǎn)品樣本、學(xué)術(shù)論文、教材及書刊的陳述句子中，作為產(chǎn)品名稱應(yīng)采用與上述相反的順序，如100mm應(yīng)變計式位移傳感器。1.5.2傳感器的代號1.傳感器代號的構(gòu)成國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，用大寫漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成傳感器完整的代號。包括四個部分：依次為主稱(傳感器)被測量-轉(zhuǎn)換原理-序號。上一頁下一頁返回1.5傳感器的命名和代號主稱——傳感器，代號C。被測量——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。轉(zhuǎn)換原理——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。序號——用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列等。若產(chǎn)品性能參數(shù)不變，僅在局部有改動或變動時，其序號可在原序號后面順序地加注大寫字母A、B、C等(其中I、Q不用)，如應(yīng)變式位移傳感器CWY-YB-20；光纖壓力傳感器CY-GQ-2。常用被測量代碼如表1-4所示，常用轉(zhuǎn)換原理代碼如表1-5所示。上一頁返回1.6傳感器的特性

傳感器所測量的被測量經(jīng)常處在變動過程中。例如測量溫度時，若溫度恒定，傳感器的輸出值可能十分穩(wěn)定；若遇到溫度不恒定甚至出現(xiàn)突變時，傳感器的輸出值可能有緩慢起伏或者周期性脈動變化，甚至出現(xiàn)突變的尖鋒值。傳感器能否將這些被測量的變化不失真地變換成相應(yīng)的電量，就需要考慮傳感器本身的基本特性，即輸出-輸入特性。該基本特性通常用傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述。1.6.1傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性表示傳感器在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)(輸入量為常量，或變化非常緩慢)時的輸出-輸入關(guān)系。通常用線性度、靈敏度、分辨力、重復(fù)性、遲滯等技術(shù)指標(biāo)來描述傳感器的靜態(tài)特性。下一頁返回1.6傳感器的特性1.線性度傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定等級的校準(zhǔn)設(shè)備對傳感器進行往復(fù)循環(huán)測試，得出輸出-輸入特性(列表或曲線)。通常，希望這個特性(曲線)為線性，這給標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來方便。但實際的輸出-輸入特性或多或少地都存在著非線性問題，只能接近線性，對比理論直線有偏差，如圖1-3所示。實際曲線與其兩個端點連線(擬合曲線)之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其最大偏差與理論滿量程之比作為評價線性度(或非線性誤差)的指標(biāo)。

式中max——輸出平均值與擬合直線間的最大偏差；yFS——理論滿度值。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性2.遲滯傳感器在正向行程(輸入量增大)反向行程(輸入量減小)中輸出輸入曲線不重合稱為遲滯，如圖1-4所示。也就是說，對應(yīng)于同一大小的輸入信號，傳感器的輸出信號大小不相等。一般用兩曲線之間輸出量的最大差值與滿量程輸出的百分比來表示遲滯誤差，即式中Hmax——正反行程間輸出的最大差值。yFS——理論滿度值。產(chǎn)生遲滯的原因是：傳感器的機械部分、結(jié)構(gòu)材料方面存在不可避免的弱點，如軸承摩擦、間隙等。3.重復(fù)性重復(fù)性是指傳感器的輸入量按同一方向變化，作全量程連續(xù)多次測量時所得到的曲線不一致的程度。圖1-5所示為校正曲線的重復(fù)特性。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性正行程的最大重復(fù)性偏差為ΔRmax1，反行程的最大重復(fù)性偏差為ΔRmax2。重復(fù)性偏差取這兩個最大偏差中之較大者為ΔRmax，再以ΔRmax與滿量程輸出yFS的百分比表示，即4.靈敏度傳感器輸出的變化量Δy與引起該變化量的輸入量變化Δx之比即為其靜態(tài)靈敏度。表達(dá)式為即傳感器的靈敏度就是校準(zhǔn)曲線的斜率。線性傳感器特性曲線的斜率處處相同，靈敏度K是常數(shù)。以擬合直線作為其特性的傳感器，也可認(rèn)為其靈敏度為一常數(shù)，與輸入量的大小無關(guān)。非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，應(yīng)以dy/dx表示。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性5.分辨力和閾值分辨力是指傳感器能檢測到的最小的輸入增量。分辨力可用絕對值表示，也可用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)一個傳感器的輸入從零開始極緩慢地增加，只有達(dá)到了某一最小值后，才能測出輸出變化，這個最小值就稱為傳感器的閾值。事實上閾值是傳感器在零點附近的分辨力。分辨力說明了傳感器可測出的最小可測出的輸入變量，而閾值則說明了傳感器的可測出的最小輸入量。6.穩(wěn)定性穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性之分。傳感器常用長期穩(wěn)定性描述其穩(wěn)定性，它是指在室溫條件下，經(jīng)過相當(dāng)長的時間間隔，如1天、1個月或1年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時的輸出之間的差異。通常又用其不穩(wěn)定性來表征其輸出的穩(wěn)定程度。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性7.漂移漂移指在一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移包括零點漂移與靈敏度漂移。零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移(時漂)和溫度漂移(溫漂)。時漂是指在規(guī)定條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；溫漂為周圍溫度變化引起的零點或靈敏度漂移。1.6.2傳感器的動態(tài)特性

在實際測量中，不僅要求傳感器具有良好的靜態(tài)特性，而且應(yīng)具有良好的動態(tài)特性。動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，輸出輸入之間的關(guān)系。在動態(tài)測量時，由于被測量要隨時間變化，此時傳感器如果不能快速響應(yīng)并正確地提取信號，測量工作就無法進行。例如，在做人體的心電圖檢查時，如果不能準(zhǔn)確地將人體心臟隨時間跳動的狀況及時檢測出來，并迅速打印，那么就不能為醫(yī)生進行診斷提供依據(jù)。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性動態(tài)特性好的傳感器，其輸出隨時間的變化規(guī)律將高精度地反映輸入量隨時間的變化規(guī)律，即它們具有同一個時間函數(shù)。但是，除了理想情況外，實際傳感器的輸出信號與輸入信號不會具有相同的時間函數(shù)，由此將引起動態(tài)誤差。動態(tài)特性常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來描述。1.6.3改善傳感器性能的技術(shù)途徑1.傳感器噪聲及其減小措施傳感器噪聲是指除了被測信號之外在傳感器中出現(xiàn)的一切不需要的信號，它可由傳感器內(nèi)部產(chǎn)生，也可從外部隨信號混入。一般而言，噪聲呈不規(guī)則的變化。傳感器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路元件等產(chǎn)生的噪聲以及電源產(chǎn)生的噪聲。例如，光電真空管放射不規(guī)則電子，半導(dǎo)體載流子擴散等產(chǎn)生的噪聲。降低元件的溫度可減小熱噪聲，對電源變壓器采用靜電屏蔽可減小交流脈動噪聲等。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性從外部混入傳感器的噪聲，按其產(chǎn)生原因可分為機械噪聲(如振動，沖擊)、音響噪聲、熱噪聲(如熱輻射使元件相對位移或性能變化)、電磁噪聲和化學(xué)噪聲等。對振動等機械噪聲可采用防振臺或?qū)鞲衅鞴潭ㄔ谫|(zhì)量很大的基礎(chǔ)臺上加以抑制；而消除音響噪聲的有效辦法是把傳感器用隔音器材圍上或放在真空容器里；消除電磁噪聲的有效辦法是屏蔽和接地或使傳感器遠(yuǎn)離電源線、使輸出線屏蔽、輸出線絞擰在一起等。2.改善傳感器性能的技術(shù)途徑我們總是希望傳感器的輸出與輸入成唯一的對應(yīng)關(guān)系，最好是線性關(guān)系，但是一般情況下，輸出與輸入不會符合所要求的線性關(guān)系，同時由于存在著遲滯、蠕變、摩擦等因素的影響，使輸出輸入對應(yīng)關(guān)系的唯一性也不能實現(xiàn)，因此外界的影響不可忽視。影響程度取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑制，有時也可以對外界條件加以限制。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性(1)結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇根據(jù)實際的需要和可能，合理選擇材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計傳感器，確保主要指標(biāo)，放棄對次要指標(biāo)的要求，以求得到較高的性價比，同時滿足使用要求，即使對于主要的參數(shù)也不能盲目追求高指標(biāo)。(2)差動技術(shù)差動技術(shù)是非常有效的一種方法，如電阻應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器中都應(yīng)用了差動技術(shù)，不僅減小了非線性誤差，而且靈敏度提高了一倍，抵消了共模誤差。(3)平均技術(shù)常用的平均技術(shù)有誤差平均和數(shù)據(jù)平均。常用多點測量方案與多次采樣平均。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性(4)穩(wěn)定性處理造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因是：隨著時間的推移或環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。為了提高傳感器性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該對材料、元器件或傳感器整體進行必要的穩(wěn)定性處理。使用傳感器時，如果測量要求較高，必要時也應(yīng)對附加的調(diào)整元件、后接電路的關(guān)鍵元器件進行防老化處理。(5)屏蔽、隔離與干擾抑制屏蔽、隔離與干擾抑制可以有效削弱或消除外界影響因素對傳感器的作用。如對于電磁干擾，可以采取屏蔽、隔離措施，也可以用濾波等方法抑制。上一頁下一頁返回1.6傳感器的特性(6)零位法、微差法與閉環(huán)技術(shù)這些技術(shù)可供設(shè)計或應(yīng)用傳感器時，用以消除或削弱系統(tǒng)誤差。(7)補償與校正補償與校正可以利用電子技術(shù)通過線路(硬件)來解決，也可以采用微型計算機通過軟件來實現(xiàn)。(8)集成化、智能化與信息融合集成化、智能化與信息融合將大大擴大傳感器的功能，改善傳感器的性能，提高性價比。

上一頁返回1.7傳感器的標(biāo)定

任何一種傳感器在裝配完后都必須按設(shè)計指標(biāo)進行全面嚴(yán)格的性能鑒定。使用一段時間后(中國計量法規(guī)定一般為一年)或經(jīng)過修理，也必須對主要技術(shù)指標(biāo)進行校準(zhǔn)試驗，以確保傳感器的各項性能指標(biāo)達(dá)到要求。傳感器標(biāo)定就是利用精度高一級的標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進行定度的過程，從而確立傳感器輸出量和輸入量之間的對應(yīng)關(guān)系，同時也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。為了保證各種被測量量值的一致性和準(zhǔn)確性，很多國家都建立了一系列計量器具(包括傳感器)檢定的組織、規(guī)程和管理辦法。我國由原國家計量局、中國計量科學(xué)研究院和部、省、市計量部門以及一些企業(yè)的計量站進行制定和實施。國家計量局(1989年后改為國家技術(shù)監(jiān)督局)制定和發(fā)布了力值、長度、壓力、溫度等一系列計量器具規(guī)程，并于1985年9月公布了《中華人民共和國計量法》。下一頁返回1.7傳感器的標(biāo)定工程測量中傳感器的標(biāo)定，應(yīng)在與其使用條件相似的環(huán)境下進行。為獲得較高的標(biāo)定精度，應(yīng)將傳感器及其配用的電纜(尤其是電容式、壓電式傳感器等)、放大器等測試系統(tǒng)一起標(biāo)定。根據(jù)系統(tǒng)的用途，輸入可以是靜態(tài)的也可以是動態(tài)的，因此傳感器的標(biāo)定有靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定兩種。1.7.1傳感器的靜態(tài)標(biāo)定傳感器的靜態(tài)標(biāo)定主要用于檢驗測試傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。根據(jù)傳感器的功能，靜態(tài)標(biāo)定首先需要建立靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)，其次要選擇與被標(biāo)定傳感器的精度相適應(yīng)的一定等級的標(biāo)定用儀器設(shè)備。如圖1-6所示為應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備系統(tǒng)框圖。上一頁下一頁返回1.7傳感器的標(biāo)定測力機用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力，高精度穩(wěn)壓電源經(jīng)精密電阻箱衰減后向傳感器提供穩(wěn)定的電源電壓，電源電壓值，傳感器的輸出由高精度數(shù)字電子表讀出。由上述系統(tǒng)可知，傳感器的靜態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：被測物理量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，如測力機；被測物理量標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)，如標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、壓力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)長度—量規(guī)等；被標(biāo)定傳感器所配接的信號調(diào)節(jié)器和顯示、記錄器等，所配接的儀器精度應(yīng)是已知的，也作為標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備。各種傳感器的標(biāo)定方法不同，常用力、壓力、位移傳感器標(biāo)定。

上一頁下一頁返回1.7傳感器的標(biāo)定具體標(biāo)定步驟如下：①將傳感器測量范圍分成若干等間距點；②根據(jù)傳感器量程分點情況，輸入量由小到大逐漸變化，并記錄各輸入輸出值；③再將輸入值由大到小逐漸變化，同時記錄各輸入輸出值；④重復(fù)上述②③兩步，對傳感器進行正反行程多次重復(fù)測量，將得到的測量數(shù)據(jù)用表格列出或繪制曲線；⑤進行測量數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理結(jié)果確定傳感器的線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。上一頁下一頁返回1.7傳感器的標(biāo)定1.7.2傳感器的動態(tài)標(biāo)定一些傳感器除了靜態(tài)特性必須滿足要求外，其動態(tài)特性也需要滿足要求。因此，在進行靜態(tài)校準(zhǔn)和標(biāo)定后還需要進行動態(tài)標(biāo)定，以便確定它們的動態(tài)靈敏度、固有頻率和頻響范圍等。傳感器進行動態(tài)標(biāo)定時，需有一標(biāo)準(zhǔn)信號對它激勵，常用的標(biāo)準(zhǔn)信號有兩類：一類是周期函數(shù)，如正弦波等；另一類是瞬變函數(shù)，如階躍波等。用標(biāo)準(zhǔn)信號激勵后得到傳感器的輸出信號，經(jīng)分析計算、數(shù)據(jù)處理，便可確定其頻率特性，即幅頻特性、阻尼和動態(tài)靈敏度等。返回上一頁圖1-1人體與自控系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系

返回圖1-2傳感器的組成框圖

返回表1-1按被測量來分類

被測量類別被測量熱工量溫度、熱量、比熱、壓力、壓差、真空度、流量、流速、風(fēng)速機械量位移(線位移、角位移)、尺寸、形狀、力、力矩、應(yīng)力、重量、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、線速度、振動幅度、頻率、加速度、噪聲物性和成分量氣體化學(xué)成分、液體化學(xué)成分、酸堿度(pH)、鹽度、濃度、粘度、密度、比重狀態(tài)量顏色、透明度、磨損量、材料內(nèi)部裂縫或缺陷、氣體泄漏、表面質(zhì)量返回表1-2按傳感器的原理來分類

序號工作原理序號工作原理1電阻式8光電式(紅外式、光導(dǎo)纖維式)2電感式9諧振式3電容式10霍爾式4阻抗式11超聲波式5磁電式12同位素式6熱電式13電化學(xué)式7壓電式14微波式返回表1-3傳感器命名構(gòu)成及各級修飾語舉例一覽表

主題詞第一級修飾語被測量第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理第三級修飾語特征描述第四級修飾語技術(shù)指標(biāo)范圍、量程、精確度、靈敏度單位傳感器速度加速度加加速度沖擊振動力重量(稱重)壓力電位器[式]電阻[式]電流[式]電感[式]電容[式]電渦流[式]電熱[式]電磁[式]直流輸出交流輸出頻率輸出數(shù)字輸出雙輸出放大離散增量積分聲壓力矩姿態(tài)位移液位流量溫度熱流電化學(xué)[式]電離[式]壓電[式]壓阻[式]應(yīng)變計[式]諧振[式]伺服[式]磁阻[式]開關(guān)陀螺渦輪齒輪轉(zhuǎn)子振動元件波紋管波登管膜盒下一頁表1-3傳感器命名構(gòu)成及各級修飾語舉例一覽表主題詞第一級修飾語被測量第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理第三級修飾語特征描述第四級修飾語技術(shù)指標(biāo)范圍、量程、精確度、靈敏度單位熱通量可見光照度濕度粘度濁度離子活[濃]度電流磁場馬赫數(shù)射線光電[式]光化學(xué)[式]光纖[式]激光[式]超聲[式](核)輻射[式]熱電熱釋電膜片離子敏感FET熱絲半導(dǎo)體陶瓷聚合物固體電解質(zhì)自源粘貼非粘貼焊接返回上一頁表1-4常用被測量代碼表

測量代號被測量代號被測量代號被測量代號加速度A角速度JS