第一章 传感器概述

第一章概述1.1传感器简介及分类1.2传感器及检测技术系统基本特征的评价与选用原则1.3传感器的标定与校准1.4传感器与检测技术的发展方向1.1机电一体化系统常用传感器1.1.1传感器的概述传感器技术通信技术信息社会的三大技术：信息的采集信息的传输信息的处理计算机技术人和机器进行体力劳动、脑力劳动过程五官感觉传感器大脑筋肉计算机执行器来自外界的信息机器人传感器→电五官在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器，电冰箱、电饭煲中的温度传感器;空调中的温度和湿度传感器;

煤气灶中的煤气泄漏传感器;

水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器;

照相机中的光传感器;

汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。传感器给我们的生活带来了多少便利和帮助呢？

工业生产

医疗诊断

家用电器液化气烟雾报警器门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统指纹门禁具体再以汽车为例：汽车用传感器技术是促进汽车电子化发展的关键技术之一。目前，一般普通汽车大约装有几十只到近百只传感器，而豪华高级汽车大约使用200～300只传感器。汽车用传感器主要使用在发动机控制系统和汽车状态控制系统中。汽车发动机控制系统用传感器主要有：1、压力传感器：主要检测汽缸负压、大气压、汽缸内压、油压等；2、温度传感器：主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度等；3、气体浓度传感器：主要用于检测车体内气体和废气排放；4、流粘量传挺感器荣：主喜要用袜于发类动机吃控制惧系统遭确定锻燃烧代条件拼、控去制空蓝燃比殊，启梯动、泼点火喇等；5、位要置和厉转速烘传感纪器：辣主要外用于稀检测聋曲轴倍转角季、发登动机咐转速狸、车梢速等种；6、爆坦震传蛋感器幻玉：汽蔽油在深即将部燃烧休而没巧有发伙生明葡显爆拼燃时减，燃戒烧速肿度最康快、卡动力俩性最涝好。狭用检玩测发允动机配机体么振动焦。霍尔古传感绿器安象装位液置及里作用★作用柏：感属应凸禾轮轴炸位置头和转砌速信屯号，社将此呀信号活传给EC剂U以确胸定点骆火时漏刻和扭喷油桑时刻妈。空气敌流量道计安扎装位展置及随作用★作用鲜：热旋膜式圈，检惰测进迟气量首的多蹈少，杠给发丝式动机EC兰U提供世进气再数量点信号擦。EC内U的安麦装位勾置及班作用★作用悠：发这动机久管理容系统谁，接糊收各凉种输效入信教号并启加以戚处理益，输碍出执衬行命浅令水温状传感紫器安蕉装位创置及歼作用★作用献：感忙应冷积却水强温度任，并掠将其氧变成健电信饲号传年给EC琴U爆振含传感取器安漂装位仙置及决作用另一桃爆振倒传感邻器安测装在敲三四菊缸之误间的政相同夜位置。★作用辆：感傲应发良动机霸工作量时的巾爆振郊状况饿。如请产生笑爆振宰，将沉信号籍传给EC篇U，EC洪U将对道点火风时刻减进行施调整筹，以坛消除彼或减脸轻爆津振。1.阁1.芒2传感初器的概扣念和姻组成国标GB７６剂６５欧－８壳７规是定：姥传感烈器(s老en凑so茫r)是能感受规定讽的被伙测量免并能坊按一白定的的规律转换成可缠用输益出信草号的器件跑或装道置。传感届器亦签称为党：变换揭器(t踪蝶ra谱ns帜du拜ce膝r)、转摘换器(c是on发ve丧rt赏er乎)、检豪测器(d坐et加ec贪to蚂r)和变听送器(t源ra雨ns枝mi输tt鸭er协)等通常果由敏剩感元莫件和泻转换笛元件测组成棒。敏感元件转换元件信处理电路电源非电量电量通俗处的说天法１，牢传感论器是怜对物晃理、户化学眠、生诱物等漂非电昂量敏驾感，崖并能裳将其某转换煤成电廊信号偶的器你件（小元件贼）。非电量电量电量元件信号处理信号显示非电量电量元件２，献传感苦器是孩将物装理、封化学敞、生悔物等扛非电锈量转幅换成炼电量览，并防具有乘传输柿、显拖示等骂功能污的装充置。1.稠1.金2传感滴器的段分类压力锋传感羊器、功位移个传感维器、傅温度傅传感贴器、戚角度帐传感织器1.按输摆入量告分类削：传感粮器手就册等匹的编贷排通雁常采芦用这酸种方托法2.按传勤感器宰工作孟原理狭进行腥分类浴：应变骄式传维感器我，电球阻式挎传感植器，电容死式传执感器玻，电览感式俊传感貌器，压电突式传传感器切，磁夸阻式该传感嗓器，霍尔熟式传聪感器踏，专磁光巴式传港感器辫。通常幅的教帖科书符均采吴用这被种分允类方桐法3.按能漠量转遗换关急系分丈类按照巧传感热器的峡能量祥转换循情况拿，可腿分为捷能量颤控制既型和谊能量代转换主型传叛感器婶两大灵类。所谓圆能量朽控制凡型传冶感器杂是指塞其变别换的窗能量聚是由队外部益电源踪蝶供给献的，黑而外定界的伯变化(即传绘感器腹输入接量的袖变化)只起算到控顺制的偏作用桥。如遵电阻所、电诸感、吐电容熟等电呜参数坚传感显器、汗霍耳杏传感哭器等衣都属狸于这凝一类钳传感哨器。能量运转换电型传羡感器源，主糠要由葵能量状变换尼元件泼构成借，它价不需老要外遥电源腐。如早基于争压电愚效应轿、热室电效事应、竭光电罩效应枕等的导传感商器都谈属于流此类心传感迟器。4.按输内出电量的形冒式进我行分傲类：模拟怜式传肤感器侍数字牲式传感央器具体贴参阅循教材p3图1-港21.与2传感击器及爷检测擦技术系系统毁基本敞特征驾的评雄价与子选用灵原则测量笑范围诉：传感拴器在督允许恶的误档差限况内，宅其被肾测量汗值的亮范围围。量程牧：传感村器在厘测量盟范围睁内的难上下荡限之决差。过载能力嚷：允许翠超过手测量捎上限序（下池限）/量程X1慨00屯%静态披特性洁：当输价入量胡为常薪量，立或变火化缓坦慢时本的输令出与肯输年入之字间的谁关系外。动态活特性泳：当输婆入量屯随时消间较涂快变才化时天的输苏出与适输入爆之间执的关胁系。一个沸高精幻玉度的迎传感植器必遗须有宪良好涌的静傻态特饱性和坛动态销特性猴才能洞完成汗信号饰无失恨真的盐转换歪。1.诉2.宇1传感却器的吊静态鸡特性静态乖特性错：当扒输入驾量为误常量宽，或垃变化戴缓慢乞时的没输合出与澡输入题之间桃的关含系。传感学器的执静态圣特性猜一般伞输入炕量与存输出喂量之伙间在丑数值向上具肾有一蒙定的慌对应梳关系静态尖特性园方程(不考建虑迟劣滞、风蠕变政及其抱他不兵稳定仔因素优）y=a0+a1x+a2x2+…诊+anxn式中见：a0—程—输入闷量x为零纠时的鹊输出秤量；a1村——线性捷项系她数，锅也是拍理想皇的灵或敏度宅，a2，…，an——非线幼性项摘系数救。各项蛛系数举决定撞了特雄性曲捷线的元具体僚形式1.灵敏咳度灵敏双度：委传感笑器达弊到稳芬定工揭作状棒态时基输出上量的夹变化提与引慨起此井变化椅的输渔入量票变化笔之比象。输入池、输脱出同无量纲章时，S称为放大垮倍数传感疯器静舟态特阴性性爱能指竖标：线性档度(非线油性误祝差):输入唉输出络特性鼠曲线哪偏离装拟合名直线料的程妙度。通常丧用相联对误许差表屋示。3.迟滞厘（趴回程喷误差震、变俊差）Hma纱x—正反共行程匠间输肠出的缝最大刊差值回程睬误差膛表明厦的是虑在正犯反行师程期偿间输尽出-输入歇特性抄曲线盏不重吓合的仗程度满。迟滞域（或耍称迟棉环）兽特性瓦表明按传感遵器在匀正（酬输入旋量增造大）意反（游输入余量减剑小）爱行程鸭期间甘输出—输入辜特性顷曲线滤不重纽奉合的锹程度培。产生肤回程役误差铺的原辉因：一般桂滞后块现象拔引起网：由贺于磁逼性材护料的乏磁化专和材掉料受判力变练形仪器辱的不炎工作怀区引痛起：予机械叹部分浴存在奏（轴帮承）就间隙虹、摩格擦、液（紧酿固件周）松显动、宜材料厨内摩息擦、颈积尘州等缺涌陷造练成输射入变视化对滚输出淋无影撑响。yx0Rmax2Rmax14.重复蚁性重复腊性表双示传信感器桨在输微入量劝按同钥一方甩向作皇全量努程多取次测安试时访所得稻特性攻曲线钱不一挎致性缎程度银。多缝次重亡复测驼试的散曲线尽重复丽性好鬼，误猛差也兼小。古重复耐特性京的好圾坏是饼与许浓多因迹素有瓶关的绳，与矛产生尼迟滞附现象扬具有色相同霞的原帽因。6.精确腥度（嫩精度蔬）说明喜精确撕度的纸指标你有三雁个：而精密嘱度、筋正确袜度和晕精确听度。１胡精密潮度：复说明猪测量陶结果督的分垃散性伏。对决应随凤机误阵差。２.正确督度：捡测量反结果腔偏离起真值夹的程优度。农对应捧系统细误差肃。３.精确篮度：灾它含砍有精掘密度没与正诞确度觉之和泰的意调思，跨即测陆量的殖综合丘优良岛程度宰。简涉单情盘况为乒上述旱两者睛之和伍。通红常精竿度是油以测板量误传差的键相对驳值来璃表示泽。为加逢深对详精密亏度、变准确肉度和位精确怀度的姐理解犬，下唱面用渴打靶呜的例诉子来雕说明阻。子远弹落呢在靶缓心周火围有饶三种商情况终：图(a吨)的弹麦着点阔很分非散，葬表明合它的姨精密叮度很并低；图(b槽)的弹被着点沫集中漠但偏禁向一距方，鲁表明劈燕精密隶度高新但准固确度朗低；图(c服)的弹赴着点敌集中悲靶心岸，则娘表明个既精结密又圈准确蝇，即出精确痕度高笑。式中A－传秒感器货精度薪；ΔA－测辰量范桶围内父允许坟的最排大绝麻对误致差；YF.S－满舟量程知输出语。工程肚应用弦中，照引入强一个精度欧等级指概念，用A表示男，A的数雷值表按示传毙感器六在规赶定条伟件下骗，其从允许俯的最芽大绝蛇对误槐差相置对于列其测戒量范蓄围的肃百分国数。扬表示呆为一、调动态短参数阁测试笨的特际殊问考题在实恰际测倍试工灾作中封，大温量的械被测役信号尸是动零态信煤号，柜传感吹器对创动态跪信号疲的测府量任惠务不吐仅需凳要精固确地昆测量纪信号幅值桨的大偿小，而秃且需漆要测揭量和协记录编动态肤信号借变换协过程烛的波形，这杯就要掀求传酬感器妻能迅百速准叙确地牺测出新信号幅值的大接小和截无失巾真的村再现他被测拥信号倒随时终间变最化的波形。传感氏器的堡动态救特性傻是指发传感毛器对激励（输屋入）颈的响应（输秩出）类特性供。一遮个动岛态特初性好蜂的传洞感器算，其输出随时汇间变化强的规污律，将榆能同侨时再口现输入随时奖间变化穷的规铁律（变汉化曲丧线）佳，即这具有绳相同氧的时间设函数。1.释2.损2传感淡器的动态特氏性这种锄影响便动态沟特性阁的“哀固有吉因素剩”任则何传梳感器崖都有咱，只师不过轮它们乱的表价现形很式和数作用蚀程度防不同械而已勤。研层究传潮感器涌的动坐态特庄性主疤要是丧从测硬量误举差角护度分摸析产棋生动帐态误旅差的兆原因棋以及仁改善竟措施掀。一个荡测量届水温历的实繁验过夺程T0T从T0逐渐毛上升麦到T，热古电偶鲜指示丝式出来德温度阁从T0上升以到T，历副经了子时间详从t0到t的过双渡过仁程，止如图船所示技。没孟有这愉样一驱个过龙程就绑不会胡得到析正确彼的测焰量结胸果。狐而从t0→t过渡朱过程复中，涌测试革曲线惠始终壶与温服度从T0跳变丛到T的阶压跃波撕形存村在差凤值，铜这个史差值体就称枕为动尼态误爸差，嚷从记铁录波疏形看蹈，测幻玉试具盲有一讲定失叼真。测试曲线动态误差TtTT0tt0二、程研究货传感崖器动如态特霞性的园方法如及其赞指标在采膜用正羡弦输暴入研芹究传苹感器教频域如动态榴特性测时，援常用幅频笛特性和相频颠特性来描迅述传司感器卵的动伞态特鸡性，传其重乡丰要指伍标是频带教宽度，简遇称带小宽。竹带宽共是指优增益村变化贿不超昼过某挑一规净定分蔬贝值赏的频拍率范烛围。研究贴动态呼特性板可以弦从时域和频域两个外方面腊采用瞬态倡响应抖法和频率窃响应匀法来分皂析。伞由于荣输入那信号胶的时撞间函被数形别式是长多种区多样扶的，售在时师域内帖研究县传感衰器的粒响应锣特性谦时，历只能纠研究聋几种进特定碑的输城入时耀间函假数如阶跃恋函数、脉冲说函数和斜属坡函期数等轿的响日应特待性。忙在频楚域内躺研究佩动态翼特性尊一般服是采偏用正弦忙函数得到使频率拨响应救特性欣。动态主特性词好的惯传感痰器频麻率响宪应范概围很祸宽。1.伟2.猴3传感贱器的黎图形乌符号传感器图形符号的说明(1)x—被测量符号；﹡—转换原理传感器图形符号的说明(2)对角线—内在的能量转换功能；(A)、(B)—输入、输出信号传感段器的凡电气托引线阵，应针根据阴接线祸图设畜计需砍要，齐从正骡方形尝的三每条边沃线垂伟直引渐出；如果菊引线才需要梯接地猜或接拔壳体哥、接吓线板胸，应详按照GB渔4矩72借8.本2中的闯规定咸绘制度，1.孙3传感层器的帐标定流与校蔬准标定寸就像孩给一详杆秤惜画刻近度写好比匀说一阳根光北杆，辛怎么愚把它沟变成除尺子样呢？划就是假拿个猾标准揭尺子切来对裕照着材画上坊刻度傅，就欲可以次量长睡度了..菠.传感班器标顾定就情是利告用精路度高后一级菌的标筛准器庸具对稠传感来器进贵行定心度的净过程田，从校而确灯立传预感器冠输出程量和崖输入槐量之剂间的蜜对应鞭关系.传感窃器标定禾的基婆本方净法是格将已华知的妈被测溪量（鸽亦即标标准毒量）仁输入惕给待筑标定支的传丢感器肆，同毛时得多到传晚感器符的输稼出量吹，对扎所获乖得的厅传感凑器输缝入量赏和输晋出量旷进行树处理阶和比乱较，古从而朽得到醉一系蛙列表壳征两立者对惕应关艺系的胳标定酿曲线浪，进套而得晋到传弟感器雅性能兔指标衣的实晨测结哲果。标定买系统胖组成易：传感慰器标冶定时迁，所券用测便量设联备的屡精度倍通常掘要比支待标岩定传叠感器报的精抄度高饮一个涝数量贪级（洒至少莫要高1/克3以上略）。标定钳系统累框图为了保证触各种约被测沉量量辉值的倡一致丧性和得准确言性，刃很多遣国家侍都建智立了荐一系柄列计圾量器史具(包括班传感块器)检定座的组完织和淋规程臣、管苦理办花法。医我国聚由国荡家计倾量局痛、中祝国计亲量科劳学研贿究院环和部忌、省葵、市鸡计量降部门望以及奋一些毕大企传业的咐计量叛站进航行制菠定和玩实施济。国减家计彻量局(1建98呆9年后们由国裁家技络术监避督局)制定氏和发填布了易力值鬼、长坟度、雁压力剥、温者度等束一系呜列计嚼量器悠具规耍程，骑并于19椅85年9月公懒布了《中华端人民显共和闪国计科量法》，其古中规凳定：骑计量蚊检定董必须震按照凡国家饮计量势检定婚系统惰表进都行。晶计量街检定家系统烧表是桶建立过计量顾标准大、制他定检盗定规广程、邮开展术检定布工作惊、组云织量句值传剑递的孕重要唉依据龙。力值岭传递春系统工程吵测试旧中传需感器关的标章定，林应在求与其肺使用喂条件螺相似凳的环修境下唇进行宣。为拢获得锻较高症的标洋定精皆度，抹应将辟传感韵器及恩其配医用的侍电缆(尤其金象电些容式震压电戏式传盯感器鉴等)、放岁大器狂等测纳试系垃统一波起标路定。根据系统窜的用赢途输也入可担以是槽静态牵的也吗可以余是动观态的掉。因腾此传模感器研的标谣定有阅静态惊和动酒态标擦定两策种。艰但应级注意吓：由夺于一赠个已增知的汉动态氏源不既能独男立存伙在，船因此析，动顾态响京应通见常建抢立在欢静态葬标定难的基仆础上丝式。静态标定泥的目就的是息确定疯传感伍器静谈态特越性指碧标，颜如线兰性度羞、灵锅敏度盏、滞歪后和乱重复肢性等辫。传棕感器皂的静按态特活性是略在静境态标腊准条沙件下微标定拒的。1.熔3.称1传感暮器的促静态铺标定将传岁感器续全量绵程(测量热范围)分成杨若干扶等间距点请。2)根据盼传感泰器量肤程分镜点情腊况,由小药到大洒、逐烧点递俘增输宪入标族准量假值,并记孩录下删与各把点输谱入值阵相对从应的秤输出臭值。3)将输疮入量复值由市大到贷小逐犁点递疏减,同时颂记录任下与蝴各点昆输入简值相另对应拳的输液出值棕。静态标定方法呢：4)按2)、3)所述恶过程,对传