传感器原理及应用911

传感器原理及应用主要授课内容（可用学时100学时）1.概论（2学时）2.传感器基本特性（2学时)3.电阻应变式传感器（6学时）4.电容式传感器（4学时）5.电感式传感器（6学时）6.磁电与磁敏式传感器（6学时）7.压电式传感器（4学时）8.光电效应及光电器件（6学时）9.光电式传感器（6学时）10.波与辐射式传感器（4学时）11.射线式传感器（4学时）12.热电式传感器（6学时）13.半导体式化学传感器（4学时）14.生物传感器（4学时）15.集成智能传感器（4学时）16.传感指南与综合练习（32可用学时）传感器原理及应用第1章

概述主要内容：

1.1什么是传感器

1.2传感器的作用和地位

1.3传感器现状和国内外发展趋势

1.4检测系统的组成原理

1.5传感器的定义、组成和分类方法传感器原理及应用第1章传感器概述

传感器原理及应用第1章传感器概述在我们现代生活中，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;抽油烟机中的煤气泄漏传感器;电视机和影碟机中的红外遥控器;手机、照相机中的光敏传感器;汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。1.1什么是传感器传感器不仅给我们的生活带来许多便利和帮助，也为人类的社会文明提供更多更科学的物质条件。传感器原理及应用第1章传感器概述1.1什么是传感器电视机遥控器空调、电冰箱麦克风电子秤视频手机数码相机传感器原理及应用1.1什么是传感器眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）感知外界信息→大脑→肌体第1章传感器概述人体系统和机器系统比较人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理后传递给肢体。传感器原理及应用第1章传感器概述1.1什么是传感器

如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。传感器又是人体感官的延长，有人又称传感器为“电五官”，作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为我们人类客观的、定量的认识世界起到重要作用。传感器外界信息感官大脑肌体计算机执行机构传感器原理及应用第1章传感器概述对于各种各样的被测量，有着各种各样的传感器。下面请看几个传感器应用实例:1.1什么是传感器机械式弹簧压力表智能远程数字压力表传感器原理及应用第1章传感器概述1.1什么是传感器智能数字压力表变送器4-20mA标准信号传感器原理及应用第1章传感器概述传感器原理及应用第1章传感器概述1.1什么是传感器动画按扭传感器原理及应用第1章传感器概述1.1什么是传感器检测车身位置超声波检测零件

超声波传感器超声波测距传感器原理及应用第1章传感器概述动画按扭传感器原理及应用第1章传感器概述动画按扭液位监测传感器原理及应用第1章传感器概述物位监测物位、液位监测控制进料出料传感器原理及应用第1章传感器概述

压电传感器的汽车车速监测动画按扭高分子压电材料测速电涡流汽车闯红灯检测传感器原理及应用第1章传感器概述

压力传感器的车胎压力监测动画按扭传感器原理及应用第1章传感器概述

不同传感器它的原理是不同的？传感器原理及应用第1章传感器概述

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不同传感器它的原理是不同的？传感器原理及应用第1章传感器概述

不同传感器它的原理是不同的？传感器原理及应用第1章传感器概述什么是传感器？传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是能够感受被测量变化，并将其转换为其它物理量的器件。从广义的角度来说，感知信号的检出器件和传输信号处理部分总称为传感器。传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位

世界已经进入信息时代构成现代信息技术的三大支柱是：传感器技术（信息采集）；通信技术（信息传输）；计算机技术（信息处理）；它们在信息系统中分别起到“感官”、“神经”和“大脑”的作用。我们在利用信息的过程中首先要获取准确可靠的信息，

而传感器是获取信息的主要途径和手段。传感器原理及应用1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述传感器对观测和自动化技术所起的作用远比家用电器所起的作用大的多,这几乎是无可争议的事实。今天传感器技术已经在越来越多的领域得到应用，除用于工业、农业、商业外，更广泛用于交通、医疗诊断、军事科研、航空航天、自动化生产、环境监测、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域。目前，传感器技术已经成为构建现代信息系统的重要组成部分。看一看不同应用领域中传感器有哪些作用传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位现代工业生产，尤其是自动化生产过程中，每个生产环节都需要用各种传感器监视和控制生产过程的各个参数，一是保证产品达到最好的质量，二是保证设备工作在最佳状态。传感器是自动控制系统的关键基础器件，直接影响到自动化技术的水平。基础学科研究，传感器更有突出的地位。宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短的瞬间反应、超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极端技术研究都需要借助高性能的传感器。所以传感器的发展，往往是一些极端技术研究和边缘学科开发的先驱。背投电视生产线调试系统空调生产线网络产品生产线液晶产品生产线全国最大的插件机群传感器原理及应用第1章传感器概述现代工业生产TV生产线PC生产线摩托车生产线电冰箱生产线PCB生产线喇叭生产线LCD生产线传感器原理及应用第1章传感器概述现代工业生产传感器原理及应用第1章传感器概述现代工业生产-基本由计算机控制传感器原理及应用第1章传感器概述现代工业生产传感器原理及应用第1章传感器概述

现代工业生产-舟山群岛油管自动管理系统液位！温度！湿度！压力！火警！防雷！防爆！…传感器原理及应用第1章传感器概述湿度测量应用领域

纺织品精确的烟草烘干木材烘干芯片生产要求最高的湿度稳定性纸品湿度传感器

现代工业生产-过程控制传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位机器人机器人是人类智慧的结晶，它把人的行为和思维转移到非生命体上，而机器人感觉系统是指它的外部传感器系统，主要包括：视觉（平面、立体）；非视觉（接近觉、触觉、滑觉、热觉、力觉、…）传感器原理及应用第1章传感器概述沙漠机器人沙漠机器人机器人的研究水平在某种程度上代表了一个国家的智能化技术水平传感器原理及应用第1章传感器概述六脚爬虫

履带坦克车

人行机器人

足球机器人

步行机器人机械手

传感器原理及应用第1章传感器概述电子汽车衡

计量测试

电子秤、温度计、湿度计、速度计、流量计等，各种衡器和计量仪器的检测水平与传感器密切相关。超声波测流量红外测温电子秤传感器原理及应用第1章传感器概述上海卢浦大桥通车应力试验工程测量传感器原理及应用第1章传感器概述

医疗诊断现代医疗设备都是利用最先进的传感技术，如：B超、CT、X光机、核磁共振、心电图脑电图、数字式病理分析、体液分析等等。传感器原理及应用第1章传感器概述液化气烟雾报警器智能洗衣机遥控器

家用电器第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位

今天越来越多的传感器和微控制系统广泛地应用于家用电器中，目前构成家用电器总生产成本的几个因素有：机体结构占总成本的25～50%；

电子器件和电源约占30%；

执行器（电机、压缩机等）约占20%；

传感器占15%～

20%以上。家用电器传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位传感器原理及应用一台洗衣机的基本功能主要有：搅动；进水、出水；温度控制；时间控制；洗涤剂分配；水和泡沫监控；烘干（湿度控制）；编排次序（程序设计）；操作面板、显示技术（PC接口）家用电器第1章传感器概述（1）洗衣机中的传感器：温度——NTC（热敏电阻）湿度——湿敏元件旋转——转速计液位——压力传感器质量——电感传感器位置——簧片管失衡——转速计、压力传感器水的泡沫——

浊度（红外）水的硬度——

电导率洗涤液分配——

条码芯片传感器原理及应用第1章传感器概述

洗衣机的基本功能搅动：目前在可以控制的AC或DC电动机中，使用一个转速传感器来测量速度；水摄入量，水位：水位测量是利用压力测量的原理来实现的，功能只作为单纯的限位器。温度控制：亚洲洗衣机都使用冷水，不安装温度传感器。另一类装有冷水和热水管，美国使用较普遍。通过NTC传感器精确控制温度，保证洗涤效果。洗涤剂分配：洗涤剂通过专用分配器加入洗衣机。德国‘自动配量系统’的复杂解决方案引起高额购买费用，其它（如欧洲）机型的洗涤剂分配解决方案都没有得到市场认可，也是电子设备另一领域的应用。有人提出用条形码或芯片卡分配机器可读指令。传感器原理及应用第1章传感器概述水和泡沫监控：水的硬度与洗涤剂分配有关，水的硬度测量是利用测量电导率的传感器来实现的。由于水中的盐类影响，测量结果还不够精确。泡沫也是可以测量的，近年来使用相对便宜的红外线传感器，通过记录红外光的衰减进行泡沫浑浊度测量。但是，这一领域的最大进步还未到来。浑浊度传感器测量泡沫质量的工作原理LED管子感光晶体管泡沫传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位（2）洗碗机：温度——NTC

流量——旋转式水表、压力传感器咸度——（簧片触点+密度）传感器洗涤剂量——簧片触点喷射臂旋转——磁阻传感器传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位（3）烘干机：温度——NTC

湿度——电导传感器（4）制冷机：温度（5）烤箱：温度——pt100（6）微波炉：温度——NTC

湿度——陶瓷传感器气体传感器原理及应用第1章传感器概述家用电器(7)吹风机：温度——NTC

温度（非接触）——红外线热电偶气流(8)烤面包炉：温度——NTC

温度（非接触）——红外线热电偶(9)熨斗：温度——双金属片开关湿度、位置、移动——倾斜传感器、加速度传感器传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位

汽车传感器

温度、湿度传感器（空调）；转速传感器（速度）；位置（曲轴、凸轮）霍尔传感器；气体传感器（氧）；卫星自动定位系统（GPS，导航传感器）；爆震传感器；里程表传感器；…传感器原理及应用GPS导航第1章传感器概述汽车传感器传感器原理及应用速度、转速加速度温度液位接近传感器里程第1章传感器概述汽车传感器传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位智能建筑计算机管理计算机通过中继器、路由器、网络、网关、显示器对空调制冷系统、给水排水系统、变配电系统、照明系统、保安、电梯等机电设备控制管理。楼宇自动化（BuildingAutomationSystem）通讯自动化（CommunicationsAutomationSystem)办公自动化（OfficeAutomationSystem）为新兴行业，简称为(3A)系统传感器原理及应用第1章传感器概述给排水泵系统锅炉系统环境控制电力监测能量计费消防

保安照明DDC传感器原理及应用

水、电、气通过传感器测量温湿度、空气压力、液体压差、流量、液位等进行检测。第1章传感器概述智能建筑保安监控系统可视电话传感器原理及应用防盗、放火、防燃气泄漏网络数字监控主机连接监视器和显示器第1章传感器概述智能建筑自动识别系统—

门禁(机电一体化设备)

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（CCD、电容式）感应式门禁（IC、读卡器）自动识别系统还有考勤机、栏杆机…传感器原理及应用第1章传感器概述传感器原理及应用

西门子推出的“IDMouse”

鼠标。

鼠标上端安有指尖传感器，一旦指纹被识别，使用者就可以启动PC的操作系统。如果长时间不动鼠标，它将自动启动屏幕保护程序，直到使用者再次触摸ID鼠标为止。

这个鼠标在0.25平方英寸的触摸芯片上有65000个光敏传感器，可捕捉指纹的细节。指纹识别系统已广泛应用于桌面电脑、笔记本电脑、ATM机、蜂窝电话、考勤系统、门禁控制以及Internet电子商务安全系统，遍及银行、保险、边防检查、医疗卫生及网络接入等各个领域。自动识别系统第1章传感器概述智能建筑巡更系统：系统主要由信息钮、巡查棒、通信座、系统管理软件四部份组成工作原理是在每个巡查点设一信息钮，信息钮中贮存了巡查点的地理信息；巡查员手持不锈钢巡查棒，到达巡查点时只须用巡查棒轻轻一碰嵌在墙上的信息钮扣，即把到达该巡查点的时间、地理位置等数据自动记录在巡查棒上。巡查员完成巡查后，把巡查棒插入通信座，系统管理软件立即显示出该巡查员巡查的路线、到达每个巡查点的时间和名称及漏查的巡查点，并按照要求生成巡检报告。传感器原理及应用传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位烟气测量烟气测量NOXNO+NO2dustsootH2SH2OHCC-totalCO2COO2HCNHClHFNH3SO2

环境监测大气、水质、材料检测第1章传感器概述

环境监测——

水质检测污水COD检测BOD是最重要的水质有机污染指标之一。除作为一项污染指标外，还可用来探明废水可生化性和生化处理效果。

BOD检测用于石油、化工、造纸、制药、酿造、冶金、制革、印染、食品加工、试剂、助剂、木材加工、焦化、皮毛、化肥、日化等各种行业废水的COD测定

水质指标化学需氧量COD（ChemicalOxygenDemand）

；生化需氧量BOD(BiochemicaOxygenDemand）；

总有机碳TOC（TotalOrganicCarbon）；

总需氧量TOD（TotalOxygenDemand）。

传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位

环境监测——水质监测远程检测传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位环境监测——

建材检测

甲醛、放射性指标等。瓷砖粘结剂、大理石胶粘剂；各种混凝土外加剂、防水剂；防水材料；混凝土；水泥；墙体材料：各种砖、墙板、路面砖、异形砖。

传感器原理及应用传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各样的传感器。传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保护等等极其广泛的领域。

未来世界是个充满传感器的世界，还会有：传感器原理及应用1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述智能房屋（自动识别主人，太阳能提供能源）智能衣服（自动调节温度）智能公路（自动记录公路的压力、温度、车流量）智能汽车（无人驾驶、GPS卫星定位）智能化设备……越来越多。由此可见，传感器技术在发展经济推动社会进步方面的重要作用是十分明显的，世界各国十分重视这一领域的发展。传感器原理及应用第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位智能化水质检验

水库无线水质感应器下游用户用户传感器原理及应用1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述传感器作用（1）测量与数据采集（2）检测与控制（3）诊断与监测（4）辅助观测仪器（5）

资源探测（6）

环境保护（7）

医疗卫生（8）

家用电器

……

下面请看短片

传感器传感器原理及应用第1章传感器概述以互联网+为工具，以大众创业为形式，正在塑造崭新的经济结构!而具备新知识、新理念、新思维的人将正式登上历史舞台!以智能机器为代表的第四次工业革命正在来临，智能收费系统把超市、银行收银员废掉了;机器人把工人废掉了，富士康机器人一上，38人的车间只要5人!南宁埌东机器人餐厅给人危机感！智能汽车驭驶把司机废掉了(国外开始发无人驭驶牌照)；3D打印把生产线，工厂都废掉了。直接一次成型!马云的电子商务全国一日送达，把实体商店废掉了!传感器原理及应用1.3传感器现状和国内外发展趋势第1章传感器概述传感器现状据统计目前全世界约有40个国家从事传感器的研制、生产和开发，研发机构6000余家。其中以美、日、德、俄等国实力较强，他们主要建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，产品20000多种，年生产能力达到几千万支到几亿支。2006年全世界传感器市场销售额为500多亿美元以上，全球2010年已增长到600亿美元，2021年将达3000亿。近年来中国的传感器年度销售增长巨大。中国和亚太地区传感器市场如此快速的增长也预示着巨大的商业发展机遇。可靠性高和低成本的传感器生产技术变得极其重要。传感器原理及应用1.3传感器现状和国内外发展趋势第1章传感器概述我国的传感器产业在科技投入(经费、高级人才资源)、产业环境以及科技实力(专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力)三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。目前控制系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器在智能化方面的落后。传感器原理及应用1.3传感器现状和国内外发展趋势第1章传感器概述

我国芯片工艺只能达到100nm，国外的芯片工艺可达到10nm。因为制造业基本无产业链，我国每年芯片进口2万亿，这一支出是购买石油、钢铁、矿石、粮食的总和。电科集团（2016年）在国外生产一个芯片需要300-500万，每年花费1000多万。我国“十一五”提出的“自主立国”“自主创新”战略导向有着重要的现实意义。引进技术要充分消化，吸收并再创新。

传感器原理及应用1.3传感器现状和国内外发展趋势第1章传感器概述传感器发展趋势

传感器的历史远比近代科学来得古老：

如‘天平’古代埃及就开始使用；

16世纪前后已经实现利用液体热膨胀进行温度测量；瓦特发明的离心调速器就是将旋转速度变为位移的传感器。20世纪70年代以来主要以电量为输出的传感器得到飞速发展，几十年来传感技术的发展分为两个方面：1.寻找新原理、新材料、新工艺。2.为改善传感器性能采用多种技术途径：差动技术；平均技术；补偿修正技术；隔离抗干扰抑制、稳定性处理等等。传感器原理及应用1.3传感器现状和国内外发展趋势第1章传感器概述

目前传感器总的发展趋势是：

（1）发现、利用新的效应（磁光、压阻）；（2）开发新材料（光纤、PVC、稀土）；（3）提高传感器性能和检测范围；（4）微型化与微功耗（微米、微安、毫克）；（5）集成化与多功能化；（6）传感器智能化（自校、自诊断、自补偿、存储、数字输出）；（7）传感器的数字化和网络化。

现场数据就近登陆

通过Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。传感器原理及应用第1章传感器概述模拟传感器放大电路A/D转换线性化处理微处理器标准接口脉冲输出控制门显示InternetRS232、422、485、USB传感器的数字化和网络化结构

传感器的数字化和网络化传感器原理及应用第1章传感器概述

物联网（TheInternetofThings)物联网的概念是在1999年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”。是将各种信息传感器设备：如射频识别装置（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置按约定的协议与互联网结合起来，形成一个巨大的网络,进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控管理的一种网络。（我们的障碍是缺少5G系统的芯片）有两层意思：

第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；

第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

传感器的数字化和网络化传感器原理及应用第1章传感器概述RS232、422、485、USB

传感器的数字化和网络化传感器原理及应用第1章传感器概述这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：1、要有相应信息的接收器——传感器；2、要有数据发送；3、要有数据传输通路——有线、无线；4、要有CPU；5、要有操作系统；6、要有一定的存储功能；7、要有专门的应用程序；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。1.3传感器现状和国内外发展趋势传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理实际上被测对象涉及各个领域。人类最初的测量对象是长度、体积、质量和时间。18世纪以来随科学技术飞速发展，被测对象迅速扩大。现在的被测对象更加广泛复杂：工业领域的光泽度、光滑度等品质测量；机器人的视觉、触觉、滑觉、接近觉等各种信息测量；卫星上监视地球的红外线测量，GPS定位系统；有人体心电、脑电波等体表电位测量，生物断面测量；…

传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理检测对象的信号形式决定了选用传感器的类型，大致可以归类以下的不同领域中的不同信号：机械自动化：位移、速度、加速度、扭矩、力、振动；电磁学：电流、电压、电阻、电容、磁场；生物化学：浓度、成分、pH值等；工业过程控制：流量、压力、温度、湿度、黏度等；辐射测量：无线电磁波、微波、宇宙射线，α、γ、X射线。传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理就被测对象而言，需要检测的量有电量和非电量两大类。非电量信息早期多用非电量的方法测量。较传统的传感器可以完成从非电量到非电量的转换，但无法实现现代智能仪器仪表的自动测量，无法完成过程控制的自动检测与控制。随着科学技术的发展，对测量的精确度、速度提出新的要求，尤其对动态变化的物理过程和物理量远距离测量，用非电方法无法实现，必须采用电测法。今后我们讨论的都是以电量为输出的传感器。传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理各种传感器其输出信号的形式因传感器而异。如热电偶、pH电极等以直流电压形式输出；热敏电阻、应变计、半导体气体传感器输出为电阻，……无论传感器的输出形式如何，测量的输出信号必须转化为电压、电流或数字量中的一种。信号检测系统就是将传感器接收信号通过信号转换、放大、解调、A/D转换得到所希望的输出信号。这是基本检测系统中使用的共同技术。普通电测仪表基本组成（数字万用表）传感器非电量电量转换、放大解调电路A/D变换数字显示传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理带微型计算机的检测系统，如单片微机系统可对采集的数据进行处理，并提供显示和记录同时，也对整个测试过程进行控制。典型微机测试系统微机显示器A/D转换测量电路传感器控制器计算机非电量传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理自动控制系统为闭环系统，不仅完成检测仪器的输出，还用以送控制器调节控制，或送至计算机作进一步处理。所以现代传感技术是自动检测和自动控制系统以及机电一体化的第一基础。自动控制系统示意框图传感器被测对象控制器被测量可用信号信号处理显示记录空调为典型的闭环控制系统传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理工控微机测试系统接口传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理温度传感器原理及应用第1章传感器概述1.4检测系统的组成原理动画按扭自动检测系统实例传感器原理及应用1.5传感器的定义、组成和分类方法第1章传感器概述广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/Transducer）定义是：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置。（1）传感器定义传感器原理及应用第1章传感器概述

定义表明传感器有以下含义：它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系；按使用的场合不同传感器又称为:

变换器、变送器、换能器、探测器（1）传感器定义检测装置传感器输入输出电信号被测量传感器原理及应用第1章传感器概述传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：

敏感元件感受被测量;

转换元件将响应的被测量转换成电参量（电阻、电容、电感）;

基本电路把电参量接入电路转换成电量;

核心部分是转换元件,决定传感器的工作原理。敏感元件转换元件基本电路电量输出被测量（2）传感器的组成传感器原理及应用第1章传感器概述

测量仪器一般由信号检出器件和信号处理两部分组成。输入匹配放大变换被测信号输出广义传感器

检出器信号处理部分1.5传感器的定义、组成和分类方法（2）传感器的组成传感器原理及应用1.5传感器的定义、组成和分类方法第1章传感器概述

国标GB/T14479-93规定传感器图用图形符号表示方法：正方形表示转换元件；

三角形表示敏感元件；

X（xi）

被测量符号；

*表示转换原理。*X（3）传感器的图形符号几个典型传感器图用图形符号Ｐa电容式压力传感器压电式加速度传感器电位器式压力传感器P传感器原理及应用1.5传感器的定义、组成和分类方法第1章传感器概述传感器分类方法较多,大体有以下几种：２）按传感器的输出信号分类模拟传感器数字传感器（4）传感器的分类1）

按传感器检测的范畴分类物理量传感器化学量传感器生物量传感器传感器原理及应用1.5传感器的定义、组成和分类方法第1章传感器概述４）按传感器的功能分类单功能传感器多功能传感器智能传感器３）按传感器的结构分类结构型传感器物性型传感器复合型传感器（4）传感器的分类传感器原理及应用1.5传感器的定义、组成和分类方法第1章传感器概述6）按传感器的能源分类有源传感器无源传感器５）按传感器的转换原理分类机—电传感器光—电传感器热—电电传感器磁—电传感器电化学传感器（4）传感器的分类传感器原理及应用1.5传感器的定义、组成和分类方法第1章传感器概述国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传感器三大门类；含12个小类：力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。各小类按两个层次又分若干品种（4）传感器的分类传感器原理及应用第1章传感器概述

“传感器”课程主要讲授把各种几何量、机械量以及其他有关转换成电量的各种传感器，包括基本转换电路和电测方法。传感器是与现代科学技术紧密相连的一门新兴学科，其种类很多，涉及的工作原理十分丰富。传感器与生产实际和科学研究的关系十分密切，这些决定了“传感器”课程是一门综合性、理论性和实践性都很强的课程。1.6本课程的特点和研究内容传感器原理及应用第1章传感器概述1.6本课程的特点和研究内容本课程的主要任务：掌握各类传感器的基本理论,掌握各种传感器的工作原理、主要性能及其特点；了解传感器的使用方法和实际应用；使同学掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；同学们能合理地选择和使用传感器;了解传感器的发展动向以及获取信息的新方法。在掌握基本概念的同时，配合必要的实验、实习环节，注意理论联系实际。学习“传感器”课程，涉及到机、光、电等多方面知识，学习之前应有所准备。传感器原理及应用第1章传感器概述本章要点：

1.传感器的作用；2.传感器的发展趋势；

3.传感器定义和组成；4.传感器分类方法。思考题：

1)什么是传感器？按照国标定义，包含了哪些含义？

2)传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。

3)简述传感器主要的发展趋势，并说明现代检测系统的特征。

4)传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？

5)传感器的图形符号如何表示？它们各代表什么含义？

6)画出检测系统组成原理框图；

7)请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种状况。课堂练习现代信息技术的三大支柱是什么，它们分别起到什么作用？2)准确描述传感器定义，说明它包含了哪些含义？3)画出检测系统组成原理框图；

4)空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？传感器原理及应用绪论第2章传感器基本特性传感器原理及应用传感器原理及应用第2章传感器基本特性主要内容

2.1传感器静态特性

2.2传感器动态特性传感器原理及应用概述：

检测系统中传感器位于最前端,是决定系统性能的重要部件如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每项指标都

直接影响测量结果的好坏以及控制过程的准确性。第2章传感器基本特性传感器被测对象控制器被测量可用信号信号处理显示记录

检测控制系统原理框图传感器原理及应用不同传感器对同一种信号的输出结果是不同的，

而通常高性能的传感器是以高的价格为代价的。第2章传感器基本特性核探测器差别较大，如:

X荧光仪、能谱

仪、…是对不同能量的γ光子信号进

行检测。不同探测器闪烁探测器：一次完成1个元素的测量;正比计数器：一次完成2～4个元素的测量;半导体探测器：可完成所有能量的测量；

理想的仪器谱为线谱。EnEnEnEn核测量仪器谱线示意图传感器原理及应用不同传感器性能差别很大第2章传感器基本特性不同性能的传感器可根据具体要求，用于不同场合。表面热电偶，额定温度300℃在工程设计中要获得最好的性/价比，需要根据具体要求合理选择使用传感器，所以对传感器的各种特性、性能应该有所了解。抗干扰热电偶设有接地金属片特殊热电偶，极高温度2300℃柔性热电偶精密测量1200℃传感器原理及应用

可将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络第2章传感器基本特性

慢变信号——

输入为静态或变化极缓慢的信号时（环境温度），

我们讨论研究传感器静态特性，即不随时间变化的特性;

快变信号——

输入量随时间（t）较快变化时（如振动），

我们考虑输出传感器动态特性，即随时间变化的特性；同一个传感器对不同的输入信号输出特性也是不同；由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）影响，对快变信号与慢变信号反应大不相同。输入(X)

输出(Y)传感器系统

根据快变与慢变信号，分别讨论传感器的静态特性、动态特性。传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.1传感器静态特性

当输入量（X）为静态或变化缓慢的信号时，讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性。

静态特性主要包括：

线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性…

静态特性可以用函数式表示为:(与时间无关)

输入(X)

输出(Y)传感器系统

传感器的各种特性是根据“输入—输出”关系来描述的。传感器原理及应用第2章传感器基本特性一个理想的传感器我们希望它具有线性的输入输出关系,但实际上大多数传感器是非线性的.（1）线性度式中：

x

—

输入量；y

—

输出量；

a0—

x=0时的输出值；a1—

理想灵敏度；

a2,a3…..an为非线性项系数，各项系数不同时决定特性曲线的形式

传感器的输入输出关系可用多项式表示xy静态特性曲线可以用实验的方法获得。实际应用中为标定方便常常做近似处理,在某一小范围内用切线或割线近似代表实际曲线，使输入输出线性化。或者采用简化计算、电路补偿、软件补偿处理。传感器原理及应用第2章传感器基本特性——最大非线性绝对误差

——满量程输出

——线性度由于实际传感器总有（高次项）非线性存在，输入输出关系总是非线性关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感器的非线性误差。

线性度是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数yxyixi△Lmaxy=kx+b（1）线性度通常用相对误差表示线性度传感器原理及应用第2章传感器基本特性传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准的,基准不同时得出的线性度不同,所以不能笼统地提出线性度,必须说明所依据的基准直线.

最小二乘法线性度拟合的直线精度最高,也是最常用的方法。几种直线拟合方法a、理论线性度(理论拟合)

以0%起点,满量程100%作终点;c、端基线性度(端点连线拟合)

实际曲线的起点与终点的直线;d、独立线性度(端点平移)

以端基线平行作直线恰好包围所有标定点,

与两条直线等距作拟合线。（1）线性度传感器原理及应用第2章传感器基本特性

最小二乘法线性度求偏导为零，解出k、b,代入式（1）作拟合直线，实际曲线与拟合直线的最大残差△i为非线性误差.以此求出的线性度为最小二乘法线性度。

最小二乘法原理是求所有测点的残差平方和为最小值对实测曲线取n个测点,第i

个测点的残差为

设拟合直线方程为

（1）（2）yxyixi

△iy=kx+b拟合直线实测曲线（1）线性度传感器原理及应用第2章传感器基本特性（2）迟滞传感器在正、反行程期间输出特性曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入值输出不等。例：电子秤砝码重量（x)10g——50g——100g——200g加砝码时输出(y)0.5mV2mV4mV10mV减砝码时输出(y)1mV3mV6mV10mV速度越快这种现象越明显。传感器原理及应用第2章传感器基本特性

迟滞误差由满量程输出的百分数表示：为正、反

行程输出值之间的最大差值

产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理性质缺陷造成的。如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体在加磁场、电场作用下也有这种现象。迟滞误差的存在使输入输出不能一一对应。（2）迟滞传感器原理及应用第2章传感器基本特性（3）重复性

传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。

用最大重复偏差表示：σmax

最大标准差，在测量次数趋于无穷时的正态总体的平均值；（2～3）置信度（概率95.4%，99.7%）

产生不重复的原因与迟滞产生的原因基本相似，也存在不稳定问题。

重复性误差属于随机误差可用标准偏差表示：

传感器原理及应用第2章传感器基本特性（4）灵敏度2.1传感器静态特性

在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值

线性传感器灵敏度是直线的斜率，为常数

S=Δy/Δx

非线性传感器灵敏度，为一变量

S=dy/dx

灵敏度单位，mV/mm(位移)；mV/℃(温度)；传感器所加电压不同时输出不同，实际灵敏度要除总的电压值。传感器灵敏度的定义是每伏电压的灵敏度：mV/mm·V；mV/℃·V。

灵敏度反映单位输入变量能引起的输出变化量传感器原理及应用第2章传感器基本特性（5）分辨率和阈值2.1传感器静态特性分辨率——

传感器能够检测到的最小输入增量；阈值——

输入小到某种程度输出不再变化的值，这时的输入值增量△x称为门槛灵敏度，指输入零点附近的分辨能力。存在“门槛”的原因有两个：一是输入的变化被传感器内部吸收了反映不到输出端；二是传感器输出存在噪声，所以要求输入信号必须大于噪声电平，否则无法将信号与噪声分开，或尽量减小噪声提高分辨能力。传感器原理及应用第2章传感器基本特性（6）漂移漂移是指传感器的输入量不变，而输出量却发生了改变。漂移包括零点漂移与灵敏度漂移零点漂移与灵敏度漂移又可分为：时间漂移（时漂）和温度漂移（温漂）时漂——指在规定条件下，零点或灵敏度随时间缓慢变化；温漂——则是指环境温度变化引起的零点漂移或与灵敏度漂移。X射线荧光仪的闪烁探测器，8小时长期稳定性测量散点图图为闪烁探测器对同一标准样品的长时间稳定性检查，八小时内测量数据表示了射线探测器的状态。传感器原理及应用第2章传感器基本特性（7）稳定性

表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力

理想情况传感器性能参数不随时间变化，但多数传感器的特性随使用时间的延长发生变化，如果长期放置不用或使用时间过长，应定期进行校正。仪器操作人员应该对使用仪器的每日、每月、每年变化情况有标准数据的记载，有证明仪器数据可靠性的记录。一般在室温条件下，经过规定时间后，传感器实际输出与标定时输出的差异程度来表示其稳定性。稳定性可用相对误差或绝对误差来表示，如：XX月（或XX小时）不超过XX%满量程输出。

其它特性：准确性、噪声、…传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.2传感器动态特性

如:加速度、振动，被测量是时间的函数或是频率的函数

用频域法表示：

用时域法表示：

动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性

当输入量随时间（频率）变化时讨论传感器的动态特性传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.2传感器动态特性多数传感器输入信号是随时间变化的，只是变化的快慢不同而已。缓慢变化的信号容易跟踪，变化较快的信号跟踪性能会下降。一个动态性能好的传感器输入与输出应具有相同的时间函数，但除理想状态外，输出信号一定不会与输入信号有相同时间函数。这种输入输出之间的差异就是动态误差。传感器系统输入（x）

输出（y)tt传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.2传感器动态特性传感器突然插入被测介质中设环境温度为T0，水槽中水的温度为T,而且T＞T0；用热电偶测温；传感器在t0时刻突然插入被测介质中；理想情况测试曲线是阶跃变化的；实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程，这一过程与阶跃特性的误差就是动态误差。水温T/℃热电偶环境温度T0/℃且T＞T0动态测温的几种情况：被测温度随时间快速变化；传感器突然插入被测介质中；传感器以扫描的方式测量温度场分布。传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.2传感器动态特性水温T/℃热电偶环境温度

T0/℃且T＞T0动态测温特征说明热电偶的输入输出之间存在动态误差，产生动态误差的主要原因：是温度传感器的热惯性和传热热阻所造成的。并且带套管的温度传感器比裸露的热惯性还要大；（红外非接触式温度测量可以减小这种因热惯性引起的动态误差）

热惯性是温度传感器所固有的，这种影响动态特性的

“固有因素”任何传感器都有，只是表现形式不同。传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.2传感器动态特性影响传感器动态特性除固有因素外，还与输入信号的形式有关,在对传感器进行动态分析时一般采用标准的正弦信号和阶跃信号。输入信号按正弦变化时，分析动态特性的相位、振幅、频率，称频率响应；输入信号为阶跃变化时，对传感器随时间变化过程进行分析，称阶跃响应（瞬态响应）.正弦信号单位阶跃信号传感器原理及应用第2章传感器基本特性（1）

传递函数输入激励

x（t)输出响应

y（t)传感器系统

为了分析动态特性，首先要写出传感器的数学模型求出传递函数。已知外界有一激励施加于系统时，系统对外界有一响应；传感器是个信号转换元件，假设是测力传感器，系统存在阻尼，弹性和惯性元件；当输入量随时间变化时，在力作用下，输出不仅与位移x有关，还与速度dx/dt、加速度d2x/dt2有关。F=100×103N传递函数表示系统本身的传输、转换特性。传感器原理及应用第2章传感器基本特性（1）

传递函数因此要准确的写出数学模型很困难，为使数学模型的建立和求解方便，往往略去影响小的因素。假设传感器输入、输出在线性范围变化，当输入量随时间变化时，它们的关系可用高阶常系数线性微分方程表示式中：y—

输出；x

—

输入；ai

、bi

为常数可见要求解这样一个方程仍然是很困难的，

为简化运算对上式两边取拉氏变换。传感器原理及应用第2章传感器基本特性

对微分方程两边取拉氏变换

输入与输出的拉氏变换分别为时当初始状态满足

将实函数变换到复变函数，从时域变换到频域。（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性

传感器的传递函数由输出和输入的拉氏变换表示为

传感器的输出拉氏变换

复数S

为拉氏变换自变量式中：σ—

为收敛因子（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性

传感器传递函数的在数学上的定义是：初始条件为零(t≤0，y=0

)

输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。

传感器的转换特性可以用传递函数H(s)表示。H（S）输入激励

x(s)输出响应

y(s)由输入拉氏变换X(s)

和传递函数H(s)求出输出拉氏变换Y(s)

再求逆变换得出Y(t)，将频域变换为时域求解。（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性根据大多数传感器的情况进行化简

传递函数可化简为其中分母多项式中的方程式有n个根，总可以分解为一次和二次的实系数因子：一般有传递函数（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性

求解后传递函数可表示为式中每个因子式可以看成一个子系统的传递函数其中：A

零阶系统传递函数为常数一阶系统传递函数二阶系统传递函数（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性

(n=0)零阶系统

无时间滞后，为一特例；电位器是典型的零阶系统

(n=1)一阶系统，传递函数为

为惯性系统，如RC回路为典型一阶系统时间常数式中：静态灵敏度；传递函数为常数，（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性

(n=2)二阶系统

静态灵敏度，设理想情况时k=1阻尼系数为传感器无阻尼固有频率式中：

为振动系统，如RCL回路为典型二阶系统传递函数为（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性用分母的阶次n代表传感器的特征，数学模型是n阶就称n阶传感器。一个高阶系统可以看成若干个零阶、一阶、二阶系统串联。传感器种类很多，一般可简化为一阶或二阶系统，高阶传感器较少，也可分解成若干低阶环节。（1）

传递函数传感器原理及应用第2章传感器基本特性（2）一阶系统（惯性系统）2.2传感器动态特性

一阶系统传递函数静态灵敏度时间常数设理想情况k=1，传递函数可简化为

传感器原理及应用第2章传感器基本特性一阶传感器的阶跃响应

单位阶跃信号一阶系统一个初始状态为零的传感器，输入一单位阶跃信号，输出称阶跃响应,指输出达到新的稳定状态前的响应特性。

一阶系统输出拉氏变换为

拉氏反变换得到单位阶跃的响应

拉氏变换为（2）一阶系统传感器原理及应用第2章传感器基本特性

暂态响应是一指数函数，输出曲线成指数变化逐渐达到稳定

一阶传感器阶跃响应讨论：当t=1τ时即达到稳定值的63.2%；工程上运用t=4τ时认为已达到稳定。时间常数τ是一阶传感器的重要参数；由曲线看出它与动态测温相似，所以动态测温是典型的一阶系统。

理论上t→∞时才能达到稳定，由于惯性存在输出不能立刻达到稳定。

τ越小响应曲线越接近阶跃信号，可见时间常数τ越小越好；传感器原理及应用第2章传感器基本特性一阶传感器的频率响应

输入一周期变化的正弦信号

一阶传感器输出拉氏变换

正弦信号拉氏变换为可化简为一阶系统（2）一阶系统传感器原理及应用第2章传感器基本特性

拉氏逆变换得到输出的振幅和频率变化特性输出由两部分组成：瞬态响应成分和稳态响应成分，瞬态响应随时间逐渐消失。忽略瞬态响应，稳态响应整理后为幅—频特性相—频特性一阶传感器的频率响应传感器原理及应用第2章传感器基本特性当ωτ=1

时，传感器灵敏度下降了3dB，如果灵敏度下降到3dB时的频率为工作频率上限，则：上限频率为ωH=1/τ

所以时间常数τ越小，ωH越高工作频率越宽，响应越好。

一阶传感器频率响应讨论一阶传感器频率响应特性a)幅频特性；b)相频特性

传感器原理及应用第2章传感器基本特性

可见一阶系统的动态响应主要取决于时间常数τ，减少τ可改善传感器的频率特性，加快响应过程。

一阶系统在时间常数τ<<1才近似零阶系统特性：这时的输出y(t)

可较好的反映输入x(t)

变化;A（ω）≈1φ（ω）≈0（2）一阶系统传感器原理及应用第2章传感器基本特性（3）二阶系统（振动系统）2.2传感器动态特性

二阶系统传递函数无阻尼固有频率静态灵敏度阻尼比传感器原理及应用第2章传感器基本特性二阶传感器的阶跃响应

阶跃信号拉氏变换为

输出拉氏变换二价系统

反变换求出输出的时间函数为式中：为传感器固有频率（3）二阶系统传感器原理及应用第2章传感器基本特性用y(t)作图，不同阻尼比ξ值曲线形式不同二价系统二阶传感器的阶跃响应传感器原理及应用第2章传感器基本特性根据阻尼比ξ大小可分四种情况：

ξ=0零阻尼，等幅振荡，产生自激永远达不到稳定；ξ<1欠阻尼，衰减振荡，达到稳定时间随ξ下降加长；ξ=1临界阻尼，响应时间最短；ξ>1过阻尼，稳定时间较长。

二阶传感器阶跃响应讨论：实际取值稍有一点欠阻尼调整，ξ取0.6～0.8过冲量不太大，稳定时间不太长。传感器原理及应用第2章传感器基本特性一阶(惯性)、二阶(振荡)两条典型的阶跃响应曲线

二阶传感器阶跃响应讨论：传感器原理及应用第2章传感器基本特性

传感器时域响应特性指标叙述如下：①时间常数τ：一阶传感器输出上升到稳态值的63.2%所需的时间；②延迟时间td：传感器输出达到稳态值的50%所需的时间；③上升时间tr：传感器输出达到稳态值的90%所需的时间；④峰值时间tp：二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间；⑤超调量(过冲量)σ：二阶传感器输出超过稳态值的最大值；⑥衰减比d：衰减振荡的输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。

二阶传感器阶跃响应讨论：传感器原理及应用第2章传感器基本特性一个起始静止的二阶系统,输入正弦信号式中：ωn传感器的固有频率，ω信号频率二阶系统

二阶传感器的频率响应

信号频率为ω时输出拉氏变换为：（3）二阶系统传感器原理及应用第2章传感器基本特性去掉瞬态响应,整理后得到稳定后的稳态响应：

拉氏反变换为：幅—频特性相—频特性

二阶传感器的频率响应

传感器原理及应用第2章传感器基本特性幅—频特性相—频特性要使二阶系统稳定工作需要恰当选择信号频率和阻尼系数。

二阶传感器的频率响应

传感器原理及应用第2章传感器基本特性当ωn>>ω时（左），幅值A(ω)≈1，φ（ω）≈0；当ξ<1,且ωn=ω(ω/ωn=1)时，在ω/ωn=1附近有个峰值，系统会产生共振；这时相差900～1800；为保证增益避免共振应满足

ωn≥(3～5)ω，传感器固有频率ωn至少大于被测信号频率ω的3～5倍。二阶传感器动态特性主要决定传感器固有频率ωn和阻尼系数ξ。

二阶传感器频率响应讨论：传感器原理及应用第2章传感器基本特性

传感器频域响应特性指标叙述如下：

①通频带ω0.707：传感器在对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所对应的频率范围。②工作频带ω0.95（或ω0.90）：当传感器的幅值误差为±5%（或

±10%）时其增益保持在一定值内的频率范围。

③时间常数τ：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。

τ越小，频带越宽。

传感器的频域动态性能指标④固有频率ωn：二阶传感器的固有频率ωn表征其动态特性。

⑤相位误差：在工作频带范围内，传感器的实际输出与所希望的无失真输出间的相位差值，为相位误差。⑥跟随角Φ0.707:当ω=ω0.707时，对应于相频特性上的相角，为跟随角。

传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.2传感器动态特性影响传感器动态特性的主要参数：时间常数τ，τ

越小响应越快，频带越宽；传感器固有频率ωn

，选择在（3～5）ω（信号）；阻尼比ξ，选择在0.6～0.8，原则是过冲不太大，稳定时间不太长。

传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度表征了什么含义？为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。2.3传感器的动态特性主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？2.4传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数的定义是什么？它们之间有何联系与区别？2.5某力传感器属二阶传感器，固有频率为l000Hz，阻尼比为0.7，试求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时的振幅相对误差和相位误差。思考题传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.6有一温度传感器，当被测介质温度为t1，测温传感器显示温度为t2时，可用下列方程表示：当被测介质温度从25℃突然变化到300℃时，测温传感器的时间常数τ0=120s，试求经过350s后该传感器的动态误差。2.7已知某二阶传感器系统的固有频率为20kHz，阻尼比为0.1，若要求传感器的输出幅值误差不大于3%，试确定该传感器的工作频率范围。2.8设有两只力传感器均可作为二阶系统处理，固有频率分别为800Hz和2.2kHz,阻尼比均为0.4，欲测量频率为400Hz正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算所产生的振幅相对误差和相位误差。思考题传感器原理及应用第2章传感器基本特性本章要点：传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移、稳定性等等;传感器检测系统的转换、传输特性可由传递函数表示；传感器的动态特性讨论：传递函数；一阶传感器、二阶传感器的瞬态响应特性，随时间变化关系；频率响应特性（幅频特性、相频特性）;系统方程式状态变量是一次的系统，尤其系统都是常数的系统叫线性常系数系统，我们课程以后讨论的都是以线性常系数系统为对象;一阶系统状态变量是一个，二阶系统状态变量是两个，一般情况下，有n个状态变量的系统叫n阶系统。课堂练习1.传感器的线性度指标是表征什么内容的参数？

2.两个电子秤的传感器分别标有1mV/g.V、0.5mV/g.V，

问哪个传感器灵敏度高？

3.两个电子秤可感受的最小感量分别为：0.1g、0.05g，

问哪个分辨率高？

4.一阶传感器系统的动态响应主要取决于哪个参数，减小

这个参数可以改善传感器的什么特性？

5.传感器传递函数的定义是什么？传递函数可以反应传感

器的哪些特征？第3章电阻式传感器传感器原理与应用传感器原理及应用第3章应变式传感器主要内容

3.1金属丝电阻应变片

3.2电阻应变片测量电路

3.3电阻应变式传感器的应用

3.4半导体压阻式传感器的应用传感器原理及应用第3章应变式传感器电阻应变式传感器是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经转换电路变换成电量(电流、电压)输出。电阻应变式传感器也是应用最广泛的传感器，可用于应变力、压力、转矩、位移、加速度。据统计日本力传感器中应变片占70%，美国占90%。测力范围：小到肌肉纤维（5×10-5N)，大到登月火箭(5×107N)；精确度：在0.01～0.1%，有10年以上的校准稳定性。应变式传感器主要特征有不同材料类型，金属应变片、半导体应变片;优点，结构简单、精度高、范围大体积小；缺点，电阻、半导体会随温度变化。

RF概述传感器原理及应用第3章应变式传感器

电阻应变式传感器广泛应用于各种衡器和应变测量1）用于各种电子秤电子天平传感器原理及应用第3章应变式传感器吊秤遥动遥控吊秤液压叉车秤传感器原理及应用第3章应变式传感器电子皮带秤行李秤钢包电子秤行车电子秤防爆汽车衡给料秤传感器原理及应用第3章应变式传感器机械秤包装机动态电子秤自动称重给料机给料斗秤称