石大机械工程测试技术讲义04传感器基础

PAGEPAGE30传感器基础(讲稿)李江全石河子大学机电学院电气工程教研室目录一、传感器的含义二、传感器的功能三、传感器组成及各部分的作用四、传感器的命名五、传感器的分类六、对传感器的性能要求七、传感器选用的基本原则八、传感器的发展方向九、传感技术的应用补充问题1、作为传感器工作的物理基础有哪些基本定律？2、为什么把传感器比喻为“电五官”？3、工业生产过程中对各种非电量进行检测的元件有哪些？4、传感器的构成法有哪些？5、传感器与变送器的分类方法有哪些？6、如何根据传感器的性能要求来选用传感器？7、如何正确使用传感器？8、传感器的发展经历了哪几个阶段？9、数字式传感器有哪些特点？10、微处理器与传感器、测量仪表相结合从哪几个方面革新了它们的功能？11、从哪几个方面来实现传感器的集成化?12、智能传感器具有哪些功能？13、智能式传感器有哪几种结构形式？一、传感器的含义传感器是一种将各种被测非电量以一定的精度按一定规律转换成与之有确定对应关系的某种可用信号输出的另一种物理量（一般为电量）的测量装置或元件。按照传感器的定义，传感器实际上是一种能量转换器。传感器有时也叫做变换器、变送器、发送器、换能器或探测器、测量头等。这一定义包含了以下几方面的意思：1）传感器是一种测量装置或元件，能完成检测任务；2）它的输入量是某一非电量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量、机械量等；3）它的输出量是某种物理量，可以是气、光、电量等，但一般是电量；4）输出与输入有确定的对应关系，且应有一定的精度，符合一定的规律。应当指出，这里所谓的“可用信号”是指便于传输、处理、显示、记录和控制的信号．当今只有电信号满足上述要求，因此，可把传感器狭义地定义为：能把外界非电信息转换成电信号输出的装置。可以预料，当人类跨入光子时代，光信息成为更便于快速、高效地处理与传输的可用信号时，传感器的概念将随之发展成为：能把外界信息转换成光信号输出的装置。二、传感器的功能从某种意义上讲，传感器也就是能感知外界各种被测信号的功能材料。它应具有两方面的功能：1）能感受非电量，如感受压力、位移、温度、气体浓度等；2）可将感受到的非电量转换为电量，如将机械位移量转换为电阻、电容、电感的变化。在现代科学技术发展过程中，非电量测量技术已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中必不可少的部份，获取这些参数的传感器无疑掌握着这些系统的命脉。传感器技术与电子测量技术相结合，形成了非电量电测技术，称为检测技术的第一次变革。到70年代中期，由于微型计算机的问世并应用于检测领域，从根本上打破了检测的传统概念和结构模式，使检测技术又一次发生了根本变革，进入了智能化的时代。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，如果没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕获和转换，那么一切测量和控制都是不可能实现的。传感器技术是构成现代信息技术系统的主要内容之一．信息系统包括三个主要组成部分：传感器、通信系统和计算机，分别相当于人的“感官”（电五官）、“神经”和“大脑”。三、传感器组成及各部分的作用传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或原理按照一定的制造工艺研制出来的，因此，传感器的组成将随不同情况而有较大差异，但是总的来说，传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加上辅助电源，可用框图来表示：被测非电量被测非电量敏感元件转换元件测量电路辅助电源电量传感器组成框图1）敏感元件它直接感受被测非电量，并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量，其输出量包括电量和非电量。如果所要测量的非电量正好是某传感器能转换的那种非电量，而该传感器转换出来的电量又正好能为后面的显示记录电路所利用(例如热电偶测温度时产生的热电势可以驱动动圈式毫伏计)，那么，就只要由传感器和显示仪表便可构成一个非电量测量系统。这真是再简单不过的了。然而，很多情况下，我们所要测量的非电量并不是我们所持有的传感器所能转换的那种非电量，这就需要在传感器前面增加一个能把被测非电量转换为该传感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)的装置或器件。这种能把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置我们称之为敏感元件。如果把传感器称为变换器，那么敏感器则可称作预变换器。例如用电阻应变片测压力时就要将应变片粘贴到受压力的弹性元件上，弹性元件将压力转换为应变，应变片再将应变转换为电阻变化。这里弹性元件便是敏感元件。通常同时作用在敏感元件上有多种非电信号，例如：压力、温度、湿度等，我们希望选取的敏感元件只对被测量敏感，对其它量均不反映，这些其它量均被视为干扰量。2）转换元件能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。敏感元件的输出就是它的输入，它把输入非电量转换成电量。应该指出的是，并不是所有的传感器必需包括敏感元件、转换元件。如果敏感元件感受被测量时直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件，例如压电晶体、热电偶、热敏电租、光电器件等。因此，敏感元件和转换元件两者合二为一的传感器是很多的。有些传感器的转换元件不只一个，要经过若干次转换。3）测量电路在很多情况下，传感器所转换得到的电量并不是后面的显示记录电路所能直接利用的。例如电阻应变式传感器把应变转换为电阻变化，电阻虽然属电量，但不能像热电偶产生的热电势那样被电压显示仪表所接受，这就需要用某种电路来对传感器转换出来的电量进行变换和处理，使之成为便于显示、记录、传输或处理的可用电信号（电流、电压、频率等）。接在传感器后面具有这种功能的电路，我们称之为测量电路或传感器接口电路。例如电阻应变片接人电桥，特电阻变化转换为电压变化，这里电桥便是电阻传感器常用的测量电路。测量电路的类型视转换元件的类型而定，经常采用的有电桥电路及其它特殊电路。如高阻抗输入电路，脉冲调宽电路，振荡回路等。例如电阻应变式压力传感器由弹性元件、电阻应变片、测量电桥组成，弹性元件就是敏感元件，它将压力转换成弹性元件的应变(形变)；应变片的电阻丝就是转换元件，它能够将应变转换成电阻的变化，而测量电桥电路可将电阻的变化转换为电流或电压的变化。需要指出的是，并不是所有的传感器必需包括测量电路，而测量电路后面的后续电路，如信号放大、滤波、处理和显示等电路就不再也不应包括在传感器范围之内了。四、传感器的命名关于传感器的名称，常采用下述方法：“××式××传感器”前面两个的“××”表示转换元件的名称，如电阻式、电感式、压电式等，它指出了传感器所采用的变换原理的种类。后边的“××”用以表示传感器的用途，它指出了传感器所接受的被测量的种类，如压力、温度、液位等。例如：电位器式液位传感器、应变式力传感器、压电式加速度传感器、磁电式振动传感器等。五、传感器的分类由于被测参量种类繁多，其工作原理和使用条件又各不相同，因此传感器的种类和规格十分繁杂，分类方法也很多。现将常采用的分类方法归纳如下：1）按输入量即测量对象的不同分：如输入量分别为：温度、压力、位移、速度、湿度、光线、气体等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、湿度传感器等。这种分类方法明确地说明了传感器的用途，给使用者提供了方便，容易根据测量对象来选择所需要的传感器，缺点是这种分类方法是将原理互不相同的传感器归为一类，很难找出每种传感器在转换机理上有何共性和差异，因此，对掌握传感器的一些基本原理及分析方法是不利的。因为同一种型式的传感器，如压电式传感器，它可以用来测量机械振动中的加速度、速度和振幅等，也可以用来测量冲击和力，但其工作原理是一样的。这种分类方法把种类最多的物理量分为：基本量和派生量两大类．例如力可视为基本物理量，从力可派生出压力、重量，应力、力矩等派生物理量．当我们需要测量上述物理量时，只要采用力传感器就可以了。所以了解基本物理量和派生物理量的关系，对于系统使用何种传感器是很有帮助的。2）按工作（检测）原理分类检测原理指传感器工作时所依据的物理效应、化学效应和生物效应等机理。有电阻式、电容式、电感式、压电式、电磁式、磁阻式、光电式、压阻式、热电式、核辐射式、半导体式传感器等如根据变电阻原理，相应的有电位器式、应变片式、压阻式等传感器；如根据电磁感应原理，相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式、电磁式、磁阻式等传感器；如根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏、磁敏等固态传感器。这种分类方法的优点是便于传感器专业工作者从原理与设计上作归纳性的分析研究，避免了传感器的名目过于繁多，故最常采用。缺点是用户选用传感器时会感到不够方便。有时也常把用途和原理结合起来命名，如电感式位移传感器，压电式力传感器等，以避免传感器名目过于繁多．3）按照传感器的结构参数在信号变换过程中是否发生变化可分为：a、物性型传感器：在实现信号的变换过程中，结构参数基本不变，而是利用某些物质材料（敏感元件）本身的物理或化学性质的变化而实现信号变换的。这种传感器一般没有可动结构部分，易小型化，故也被称作固态传感器，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。如：热电偶、压电石英晶体、热电阻以及各种半导体传感器如力敏、热敏、湿敏、气敏、光敏元件等。b、结构型传感器：依靠传感器机械结构的几何形状或尺寸（即结构参数）的变化而将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，实现信号变换，从而检测出被测信号。如：电容式、电感式、应变片式、电位差计式等。4）根据敏感元件与被测对象之间的能量关系（或按是否需外加能源）来分：a、能量转换型（有源式、自源式、发电式）：在进行信号转换时不需要另外提供能量，直接由被测对象输入能量，把输入信号能量变换为另一种形式的能量输出使其工作。有源传感器类似一台微型发电机，它能将输入的非电能量转换成电能输出，传感器本身勿需外加电源，信号能量直接从被测对象取得。因此只要配上必要的放大器就能推动显示记录仪表。如：压电式、压磁式、电磁式、电动式、热电偶、光电池、霍尔元件、磁致伸缩式、电致伸缩式、静电式等传感器。这类传感器中，有一部分能量的变换是可逆的，也可以将电能转换为机械能或其它非电量。如压电式、压磁式、电动式传感器等。b、能量控制型（无源式、他源式、参量式）：在进行信号转换时，需要先供给能量即从外部供给辅助能源使传感器工作，并且由被测量来控制外部供给能量的变化等。对于无源传感器，被测非电量只是对传感器中的能量起控制或调制作用，得通过测量电路将它变为电压或电流量，然后进行转换、放大，以推动指示或记录仪表。配用测量电路通常是电桥电路或谐振电路。如：电阻式、电容式、电感式、差动变压器式、涡流式、热敏电阻、光电管、光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等。5）按输出信号的性质分：a、模拟式传感器：将被测非电量转换成连续变化的电压或电流，如要求配合数字显示器或数字计算机，需要配备模／数(A/D)转换装置。上面提到的传感器基本上属于模拟传感器。b、数字式传感器：能直接将非电量转换为数字量，可以直接用于数字显示和计算，可直接配合计算机，具有抗干扰能力强，适宜距离传输等优点。目前这类传感器可分为脉冲、频率和数码输出三类。如光栅传感器等。6）按照传感器与被测对象的关联方式（是否接触）可分为：a、接触式：如：电位差计式、应变式、电容式、电感式等；b、非接触式：如：电涡流式、磁电式、光电式、电容式、超声波、同位素等。接触式的优点是传感器与被测对象视为一体，传感器的标定无须在使用现场进行，缺点是传感器与被测对象接触会对被测对象的状态或特性不可避免地产生或多或少的影响。非接触式则没有这种影响；非接触化测量可以消除传感器介入而使被测量受到的影响，提高测量的准确性，同时，可使传感器的使用寿命增加。但是非接触式传感器的输出会受到被测对象与传感器之间介质或环境的影响。因此传感器标定必须在使用现场进行。7）按传感器构成来分：a、基本型传感器：是一种最基本的单个变换装置。b、组合型传感器：是由不同单个变换装置组合而构成的传感器。c、应用型传感器：是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。例如，热电偶是基本型传感器，把它与红外线辐射转为热量的热吸收体组合成红外线辐射传感器，即一种组合传感器；把这种组合传感器应用于红外线扫描设备中，就是一种应用型传感器。8）按作用形式来分：按作用形式可分为主动型和被动型传感器。主动型传感器又有作用型和反作用型，此种传感器对被测对象能发出一定探测信号，能检测探测信号在被测对象中所产生的变化，或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型，检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例，而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号，如红外辐射温度计、红外摄像装置等。9）按传感器的特殊性来分：上面介绍的分类是传感器的基本类型，按特殊性可分以下类型：按检测功能可分为检测温度、压力、湿度、流量、流速、加速度、磁场、光通量等的传感器；按传感器工作的物理基础可分为机械式、电气式、光学式、液体式等；按转换现象的范围可分为化学传感器、电磁学传感器、力学传感器和光学传感器；按材料可分为金属、陶瓷、有机高分子材料、半导体传感器等；按应用领域分为工业，民用、科研、医疗，农用，军用等传感器；按功能用途分为计测用、监视用、检查用，诊断用、控制用，分析用等传感器。六、对传感器的性能要求传感器是获得信息的手段，是测试系统的一个重要组成部分，因此传感器必须具有良好的性能。对传感器一般有以下性能要求：1）传感器的输出量必须与被测非电量有单值函数关系，输入与输出之间成比例关系，应具有良好的线性、重复性或者有准确的数学表达式。具有较高的灵敏度，误差、滞后、漂移小，输出信号大，内部噪声小。2）良好的稳定性和动态特性，反应速度快。传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求，并长期稳定，工作可靠性好。3）传感器的精度应根据测量系统的精度分配来考虑，应选择适当。不可在要求不高的情况下，过高地追求精度，以免造成浪费和选用上的困难。4）传感器的工作范围或量程既要满足参数的最大范围，又不宜过大；具有一定过载能力，分辨能力高，可测出被测信号的最小增量。5）适用性和适应性强——传感器的介入对被测量产生的影响要尽量小，同时，受被测量之外的量的影响小，具有一定的抗振、抗干扰性能；对测量环境有较强的适应性，如抗腐蚀、耐高温等。6）使用经济一成本低，功耗低、经久耐用，结构简单，体积小、重量轻、密封性好，易于使用、维修和校准，使用安全，具有互换性等。7）随着现代科学技术的发展，还要求传感器小型轻量化、数字化、固体化、检测放大一体化等。当然，能完全满足这些要求的传感器是很少的，我们应根据测量目的，使用环境，被测对象状况，精度要求和信号处理等条件作全面综合考虑，对传感器提出合理的指标要求。七、传感器的选用现代传感器在原理与结构上千差万别，即便对于相同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。1、传感器的性能要求选用传感器时，要考虑传感器的下述性能：直线性、重复性、滞后、灵敏度、零点漂移、精度、稳定性、响应速度、输出信号形式、对被测对象的影响、校准周期、过载保护、量程、频率响应、功耗、抗干扰能力等。2、根据测量条件选择测量条件列举如下：测量目的、测量对象、测量范围、输入信号性质、带宽、要求的精度、测量所需要的时间、输入发生的频繁程度、输出信号性质等。3、根据用途的不同选用合适的类型。随着传感器技术的不断发展，对于同一被测量的测量，可由不同原理及不同方式的传感器来完成。因此，要根据不同用途加以选择。另外，还必须从经济观点考虑。4、传感器的构造参数（如尺寸、重量、形状等）要满足安装使用条件。传感器的结构应力求简单。由于被测对象条件的限制，往往对传感器的结构提出许多特殊的要求（如被测位置对传感器体积、形状的要求），选用时应给予充分注意，否则，即使性能很好，却不能得到应用。5、选用传感器时，必须考虑到工作环境、使用条件的要求。由于被测对象所处环境或状态的不同，传感器必须适应这些条件，否则就不能正常工作。传感器的使用条件有设置的场所、环境(湿度、温度、振动等)、测量的时间、与显示器之间的信号传输距离、与外设的连接方式以及供电电源容量等。6、要考虑到测量方式传感器在实际条件下的工作方式，如接触与非接触测量、在线与非在线测量等也是选用传感器时应考虑的重要因素，工作方式不同对传感器的要求亦不同。以上一些选用原则只是一般情况，在某些特殊情况下还会提出一些特殊的要求，总的原则是：应从实际出发，抓住主要矛盾，进行正确合理的选择。八、传感器的发展方向传感器技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容。我国从20世纪80年代以来也已将传感器技术列入国家高新技术发展的重点。2l世纪是人类全面进入信息电子化的时代，作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术必将有较大的发展。有专家认为，我国今后传感器方面的研究和开发方向应是；微电子机械系统、汽车传感器、环保传感器、工业过程控制传感器、医疗卫生和食品业检测传感器、新型敏感材料等。近年来，由于半导体技术已进入了超大规模集成化阶段，各种制造工艺和材料性能的研究已达到相当高的水平，这为传感器的发展创造了极为有利的条件。如何采用新技术、新工艺、新材料及探索新理论，以达到高质量、高效能是传感器技术总的发展途径。下面将传感器的发展概括为以下几个方面：1、继续发展结构型传感器结构型传感器大都是通过传感器机构部分的位移或力的作用使传感器产生电阻、电容、电感等值的变化，从而检测出被测量的变化。它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。这是目前应用最多的传感器。结构型传感器主要向高稳定性、高可靠性和高精度方向发展。目前，在国防工业和工业控制领域还大量使用结构型传感器，但是结构型传感器在原理、材料和结构形式等方面都不断发生变化，并且向有源化方向发展，即将敏感元件和电路组装在一起，减小装置体积，提高信噪比和精度。结构传感器由于采用新结构、新材料和新工艺，可大幅度提高传感器的性能。2、大力开发物性型传感器。物性型传感器它是利用在被测量的作用下，构成传感器的某些材料本身的物理特性发生变化，从而将被测量转换为电信号或者其他信号输出一种传感器。如：光敏电阻、光敏晶体管、气敏、湿敏、热敏、压电等元件。这类传感器无可动部件，灵敏度高，动态响应好，体积小，便于集成，另外可减少对被测对象的影响，可解决结构型传感器不能解决的某些参数及非接触测量的问题，扩大了传感器应用领域。结构型传感器发展得较早，目前日趋成熟。结构型传感器的检测原理明确，受环境影晌小，一般来说它的构造复杂，体积偏大，价格偏高。物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点。近年来发展最快的物性型传感器是半导体、电介质和强磁性体三类。其中半导体传感器响应速度快，形小量轻，发展最引人注目，它不仅灵敏度高，而且便于实现传感器的集成化和多功能化。世界各国都在物性型传感器方面投入了大量人力物力，加强研究，从而使它成为值得注意的发展动向之一。3、开发新传感功能材料传感器材料是传感器技术的重要基础．因此，对新材料的开发，是传感器技术的重要研究课题。目前以半导体材料为主的传感器如气敏、热敏、光敏等传感器是很成成熟的，用有机材料制造的力敏、气敏、湿敏、光敏等传感器也较为成热．因此，今后开发传感器最有希望的材料还是陶瓷材料、有机材料等。如陶瓷材料中的压电陶瓷、半导体陶瓷，高分子材料中的导电性高分子、半导体高分子、感光性树脂等。4、采用新原理鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能，低成本和小型化传感器的重要途径。新原理的采用往往给传感器的发展带来质的飞跃，约瑟夫逊效应传感器可以作为采用新原理的代表，一种基于约瑟夫逊效应的红外探测器，响应速度极快，对光通信的贡献很大。利用约瑟夫逊效应的热噪声温度传感器，可测量10-6K的超低温；利用量子力学诸效应研制的高灵敏阈传感器，用来检测极微弱信号，是传感器技术发展的新趋势之一，例如：利用核磁共振吸收效应的磁敏传感器，可将检测限扩展到地磁强度的10-7；此外，目前刚刚起步，利用化学效应和生物效应开发的，可供实用的化学传感器和生物传感器，更是有待开拓的新领域。老原理的新应用，对促进传感器的发展也有极大的作用，如光导纤维，其原理可以说是老早就有的，但用于传感器是一种创新，产生的效果是很大的。5、追求拓展检测上下限提高物理量的测量精度，延伸它的测量极限，一直是科学界的共同奋斗目标。我们清楚地看到，测量极限和精度的每次数量级的进步，常带来新学科的诞生和社会生产力的大的飞跃。迈克尔逊干涉仪的出现，使光速测量精度有大的飞跃，这导致了以太理论的死亡，为相对论的出现建立了最重要的实验根据。而电子隧道显微镜的发明使人类能直接观察到原子世界的结构，使固体物理学、原子学、生物学、化学、医学等学科获得了连锁性的巨大进步。6、光、机、电、算多种技术的结合光、机、电、算等多种技术的结合，使传感器更新换代的步伐越来越快，传感器的发展也因此获得强劲发展的基础。传感器与计算机结合构成了智能化产品，使传感器能自己作出判断、反应甚至学习、理解、思考和创造，这是传感器与计算机发展的共同需要，目前已成为人所共知的趋向。7、填补传感器的空白有些被测量，到现在为止还没有合适的传感器予以检测，，或者功能还差得很远。例如相当于人的味觉传感器，完全没有解决，甚至连头绪也没有找到。相当于入的嗅觉的气体传感器，是利用固体电路可随吸附在该固体表面及包围在固体周围的物质种类和数量变化这一原理工作的，但其制作尚处于探索阶段．不少仿生传感器都有待于研究。8、研究生物感官，开发仿生传感器，大自然是生物传感器的优秀设计师。它通过漫长的岁月，不仅造就了集多种感官于一身的人类本身，而且还设计了许许多多功能奇特，性能高超的生物传感器。例如狗的嗅觉(灵敏阈为人的106倍)，鸟的视觉(视力为人的8∽50倍)，蝙蝠、飞蛾、海豚的听觉(主动型生物雷达——超声波传感器)，蛇的接近觉(分辨力达0.001℃的红外测温传感器)等等。这些动物的感官性能，是当今传感器技术所望尘莫及的。研究它们的机理，开发仿生传感器，也是引入注目的方向。9、向化学和生物型传感器方向发展目前的所有传感器都有体积大，缺乏专一性的缺点。例如市售的煤气传感器，除了对煤气敏感外，还对酒精、乙醚等多种气体敏感，这常常引起误报。生物传感器可以做到只对某种特定的量敏感。例如某种酶传感器就只对葡萄糖敏感。它响应快，分辨率高，对医疗化验特别有用。从传感器的尺寸来看，这种发展也是自然的：普通传感器的几何尺寸量级是cm级，集成传感器是10～100μm，化学传感器是分子集团(一千埃)，生物传感器是分子大小(几十一几百埃)。10、小型化为了适应各种特殊场合的需要(例如宇航和航空技术以及医疗器件)，传感器的小型化和微型化已成为越来越迫切的要求。如：生物医学工程中颅压的测量、监测血管内血液的流速、血液的含氧量，风洞中压力场分布的测量等，传感器必须向小型化方向发展，以便减小体积和重量。压阻传感器的出现使压力传感器小型化得到重大进展，当前应用最普遍的是扩散硅压力传感器，它可以在一个厚15μm，直径为1mm的硅薄膜中扩散全桥电阻并有温度补偿功能，提高了测量精度。11、集成化就是把传感器的敏感元件、信息处理或转换单元以及电源等部分利用半导体技术将其制作在同一芯片上，成为完成一定功能的整体。集成化它分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。现已有集成磁敏、集成力敏、集成温敏、集成光敏和集成场效应离子敏传感器等。集成化传感器由低级发展到高级，把各种调节和补偿电路与传感器集成在一起，降低了对环境的要求，提高了信噪比和精度。目前集成化传感器主要使用硅材料，它既可以制作电路，又可制作磁敏、力敏、湿敏、光敏和离子敏器件。由很多个光电二极管组成的电荷耦合器件(CCD)是传感器集成化的一个代表。目前，为高清晰度电视用的新一代面型CCD就集成了大约上百万个光电器件。集成化的另一个特点是传感器和信号的处理系统安装在同一块芯片上，实现就地响应，就地修正，这一趋向，目前非常强劲。随着传感器阵列的集成度越来越高，同时，为了增大空间分辨率、减少体积，反过来对传感器的微型化提出了更高的要求。12、图像化目前，传感器的应用不仅限于对某一点物理量的测量，而开始研究从一维、二维间到三维空间的测量问题。将同一类传感器集成在同一芯片上构成线阵一维、二维和三维传感器。如：现在已研制成功的电荷耦合摄像器件（CCD）就是一种用大规模集成电路工艺制作的新型半导体光电元件，它可用来检测工件的直径、钢板的宽度（一维），检查钢材的表面质量，识别图形和文字（二维），测得对象在空间的几何图形（三维等）。13、固态化用半导体材料作敏感元件与集成电路做在同一基片上，使敏感元件变成电路钓一个组成部分。还可以将电子补偿电路、计算电路、温度补偿电路做在一个基片上，这种原理适用于压阻、压电；压磁、光敏、热敏等元件，但不适合于所有传感器。固态化可以使传感器具有结构紧凑，灵敏度高、性能稳定、反应快、体积小和工作可靠等优点。14、多功能化指一器多能，即一个传感器可以检测两个或两个以上的参数。如：半导体温、湿敏传感器，多功能气体传感器等。又如利用CCD器件的把一维或二维光学图像转换成时序电信号的传感器，因为阵列化的光电探测器的光电转换功能与扫描功能综合在一起，也可算成多功能化传感器。15、数字化数字式传感器是将待测量(位移、温度、压力、应力等等)直接转换成数字量或准数字量输出。它的信号原则上不受放大器和信号处理系统的温度漂移的影响，具有极高的抗干扰能力，特别适用于远距离传输；同时数字式传感器又有很高的精度与稳定性，功耗小、成本低，最后它又能与数字设备(计算机，计数器，数字显示系统等)直接相联，用微控制器(常称单片机)或计算机进行信号的处理、滤波、压缩．随着数字技术和计算机技术的发展，数字信号的许多优点也更为明显：测量准确度不受模拟信号分辨率的限制，可以提高信号在传输过程中的抗干扰能力，提高测量精确度和分辨率，信号易于存储和重现，有高的稳定性，便于与计算机接口相连接以扩大测量系统的功能和提高数据处理的能力等。因此，传感器输出量的直接数字化越来越引起人们的重视。目前数字化传感器仅有感应同步器，光栅，码盘、谐振型传感器等少量几种．16、智能化。将传统的传感器和微处理器及相关电路组成一体化的结构就是智能传感器。它是一种兼有信息采集、转换、信息的记忆、辨别，存储，处理功能的传感器，它通常将信号检测、驱动回路和信息处理回路等外围电路全部集成在一块芯片上，使它具有自诊断、自校准、自适应、自动调零、信息处理、量程变换、误差修正、反馈控制、远距离通讯等有关“智能”功能。智能传感器可以分为三种类型，即具有判断能力的传感器、具有学习能力的传感器和具有创造能力的传感器。至于传感器的加工技术微精细化、指标高精度化、性能高稳定及高可靠化、低成本化、非接触化等也是传感器技术发展的关注方向。九、传感技术的应用测量是人类认识事物本质不可缺少的活动．人类在科学试验和生产活动中离不开测量，通过测量能使人们对事物获得定量的概念以及发现事物的规律性，在近代自动化技术的应用中更需要测量。在自动化系统中，人们为了有目的地进行控制，首先需要通过检测获取生产流程中的各种有关信息，然后对它们进行分析，判断，以便进行自动控制。所以，自动化就是用各种技术工具替代人们的检测，分析，判断和控制的工作，实现这些功能的技术工具称为自动化装置。在众多自动化装置构成的系统中，自动检测是必不可少的．在机械工业的自动检测中有机械加工过程中的自动检测和机械运行过程中的自动检测(监测)。自动检测装置中最初感受被测量并将它转换成可用信号输出的器件叫传感器，又叫探测器，换能器等。实质上它就是代替人们的五种感觉(视，听，嗅，味，触)器官的装置。由于实际的被测量中多数是非电量，随着科学技术的发展，特别是自动化的发展，对测量的精度和速度，尤其对被测量动态变化过程的测量和远距离的测量提出了更高的要求，因而绝大多数是将非电量转换成电量再进行测量，所以，这里的传感器一词多指那些将非电量变成电量，输出电信号的传感器。作为一个完整的非电量电测系统，它由传感器，测量电路、指示仪器或记录仪器，有时还有数据处理仪器组成，传感器在非电量电测系系统中占有重要位置，它获得的信息正确与否，关系到整个测量系统的精度．把传感器和电子线路结合起来，就可以实现用机械方法不能实现的一些检测，例如高速检测，微小量的检测，不扰乱事物状态的检测、无损检测、遥测等等．此外，还能进行显示，记录、存储、运算等各种信息处理及准确地自动控制等等．在机械制造过程中，需要检测的地方很多．加工以前，最好对毛坯件和所用的加工设备进行各种自动检查，以保证加工过程能够正常地开始，如自动判断和调整坯件的夹持方位，确定上床后装夹的变形情况和夹紧力的大小，加工完毕后对工件进行测量，以便确定产品合格与否，如对工件的尺寸、粗糙度，形状和位置公差(圆度，锥度，平面度，同轴度等)的测量。对诸如齿轮和螺纹等工件，还要检测其齿距，螺距、节距半径，导程等。这些检测最好能自动地进行，并将检测结果输入下道工序，作为选用的条件；加工过程中为了保证精密产品的合格率，对加工条件也有严格的要求，因而加工过程中对诸如切削速度，切削力，切削扭矩，进给速度、温度；压力和振动等参数进行自动检测和自动调整，以期达到加工条件处于最佳状态。大型、高速、大功率的旋转机械在化工，电力，机械等各部门的应用越来越广泛，为了保证这些设备的正常运行，提高设备运行的可靠性和安全率，在设备运行的过程中进行自动检测具有重要的意义，通常是安装故障监测系统，进行长期的状态监测，例如测量主轴的振动，以避免旋转部分与固定部分的碰撞，有时还测量固定部分的振动，防止因固定的松动产生事故，做到及时发现异常情况，对故障进行早期诊断。目前几乎所有的大中型旋转机械设备均配备监视的检测自动化系统。实际上这些设备在研制样机过程中就进行过主轴、转子和叶片的应变、振动形式及结构参数等非电量的测量，为设计中的强度提供实用数据．在研究机床加工(切削)情况下的动态稳定性、自激现象和加工精度等问题时，就需要用压电式加速度计、力传感器等仪器测量刀架、床身等有关部位的振动，机械阻抗等参数，检验机床的动态特性，找出提高精度的薄弱环节。通过对切削力的测量，可以研究金属的切削原理，为机床和夹具的设计和制定切削用量提供必要的切削力数据，也是评价刀架结构和材料的重要依据。目前我国多采用应变式和压电式三向切削力传感器进行测量。在研制装载机、挖掘机等工程机械中，需要进行大量的试验工作，如测量装载机摇臂工作时的应力分布和最大主应力的位置、大小和方向等．测量挖掘机油缸、回转台或整机的位移，速度，转速，加速度，起动和制动时间等参数，为设计提供实用数据。在电力，化工工业生产中，为了保证生产过程的正常进行，对工艺参数(如温度、压力，流量等)要进行监测和控制，例如化工厂合成塔中的压力和温度是化学反应的主要因素，它们将影响化学反应速度，必须对它们加以控制，这就要不断地检测出它们的数值．以上涉及的非电量电测技术中的关键器件是传感器，它是现代测控系统中不可缺少的器件，是连接被测对象和检测系统的接口。它提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息，是一些现代技术的起点，在很大程度上决定了系统的功能。随着电子计算机、生产过程自动化、生物医学，环保，能源，海洋开发，遥感，遥测、宇航等科学技术的发展、传感器的品种和数量与日俱增，从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到日常生活的衣食住行，都离不开各种传感器，传感技术对国民经济的发展日益起着巨大的作用。补充问题1、作为传感器工作的物理基础有哪些基本定律？传感器之所以具有能量信息转换的机能，在于它的工作机理是基于各种物理的、化学的和生物的效应并受相应的定律和法则所支配，了解这些定律和法则有助于我们对传感器本质的理解和对新效应传感器的开发。作为传感器工作物理基础的基本定律大致有以下四种类型：1）守恒定律：包括能量，动量、电荷量等守恒定律。这些定律，是我们探索，研制新型传感器时或在分析、综合现有传感器时，都必须严格遵守的基本法则。2）场的定律：包括动力场的运动定律、电磁场的感应定律等，其作用与物体在空间的位置及分布状态有关。一般可由物理方程给出，这些方程可作为许多传感器工作的数学模型。例如：利用静电场定律研制的电容式传感器，利用电磁感应定律研制的电感(自感或互感)式传感器，利用运动定律与电磁感应定律研制的电动式传惑器等等。利用场的定律构成的传感器，可统称为“结构型传感器”。3）物质定律：它是表示各种物质本身内在性质的定律(如虎克定律、欧姆定律等)，通常以这种物质所固有的物理常数加以描述。因此，这些常数的大小决定着传感器的主要性能。如：利用半导体物质法则的压阻、热阻、光阻，湿阻等效应，可分别做成压敏，热敏，光敏，湿敏等器件，利用压电晶体物质法则—压电效应，可制成压电传感器等等。这种基于物质定律的传感器，可统称为“物性型传感器”。这是当代传感器技术领域中具有广阔发展前景的传感器。4）统计法则：它是把微观系统与宏观系统联系起来的物理法则。这些法则，常常与传感器的工作状态有关，它是分析某些传感器的理论基础。这方面的研究尚待进一步深入。2、为什么把传感器比喻为“电五官”？传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术等，计算机相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。人的感觉器官“五官”——眼，耳、鼻，舌、皮肤等，分别具有视、听、嗅，味，触觉，可以将自然界中之物的特征及其变化现象如：颜色、声音、气味、温度等变为相应的信号传输给大脑，然后经过大脑的分析、判断发出指令，使有关器官产生相应的行动，即人们的大脑通过五官能感知外界的信息。传感器的作用与人的感觉器官相类似，它能够把自然界的各种物理量和化学量等变换为电信号，再经电子电路或计算机进行处理，从而对这些量进行监测或控制。举例来说，相当于人眼(视觉)的是光敏传感器，如CCD传感器、光敏晶体管、光电倍增管等；相当于人耳(听觉)的是力敏传感器，如电容式话筒、陶瓷传感器、电动式话筒等；相当于人皮肤(触觉)的是力敏传感器和温敏传感器，力敏传感器有应变片、压电晶片等，温敏传感器有热敏电阻、热电偶等；相当于人鼻子(嗅觉)的是气敏传感器，如半导体气敏传感器等：相当于人舌头(味觉)的是味觉传感器，如离子传感器等。此外，还有检测位移量的差动变压器，检测转速的编码器，磁敏传感器等等。故传感器能够代替人的五感器官，所以有时把它称为“电五官”。传感器也可以认为是人类感官的延伸，因为借助传感器可以去探索那些人们无法用感官直接测量的事物，例如，用热电偶可以测得炽热物体的温度；用超声波探测器可以测量海水深度；用红外遥感器可从高空探测地面上的植被和污染情况，等等。因此，可以说传感器是人们认识自然界的有力工具，是测量仪器与被测事物之间的接口。3、工业生产过程中对各种非电量进行检测的元件有哪些？在科学实验和工业生产过程中，为了对各种变量进行检测或控制，首先要把这些变量转换成容易比较且便于传送的信息，这就要用到敏感元件、传感器、变送器和转换器。1）．敏感元件顾名思义，敏感元件是能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件。例如铂电阻能感受温度的升降而改变其阻值，阻值的变化就是对温度升降的响应，所以铂电阻就是一种温度敏感元件。又如弹性膜盒能感受压力的高低而引起形变，形变程度就是对压力高低的响应，因此，弹性膜盒是一种压力敏感元件。为了获得被测变量的精确数值，不仅要求敏感元件对所测变量的响应足够灵敏，还希望它不受或少受环境因素的影响。也就是说，敏感元件的输出响应最好单值地取决于输入被测变量。例如铂电阻的阻值除受温度影响外，也受应力的影响，这就要求用适当的工艺消除应力。弹性膜盒的形变除取决于压力外，也和环境温度有关，必要时应采取温度补偿敏感元件的输出响应与输入变量之间如果是线性的正比或反比关系，当然最便于应用。即使是非线性关系，只要这种关系不随时间而变化，也可以满足使用的基本要求。2）．传感器从字面上不难看出，传感器不但应该对被测变量敏感，而且具有把它对被测变量的响应传送出去的功能。也就是说，传感器不只是一般的敏感元件，它的输出响应还必须是易于传送的物理量。例如上述弹性膜盒的输出响应是形变，是微小的几何量(位移)，不便于向远方传送。如果把膜盒中心的位移转变为电容极板的间隙变化，就成为输出响应是电容量的压力传感器。倘若再通过适当的电路使电容量的大小变为振荡频率的高低，就演变成输出响应是频率值的压力传感器。电容量和频率值都可以用导线传送到别处测量，尤其是频率更适合远距传送。某些敏感元件的输出响应本来就能够传送到别处测量，例如铂电阻的阻值、应变电阻的阻值、热电偶的电动势等，把这类敏感元件称做传感器也未尝不可。由于电信号最便于远传，所以绝大多数传感器的输出是电量的形式，如电压、电流、电阻、电感、电容、频率等。也有利用压缩空气的压力大小传送信息的，这种方法在抗电磁干扰和防爆安全方面比电传送要优越，但气源和管路上的投资较大，而且传送速度较低。近来利用光导纤维传送信息的传感器正在发展，其抗干扰、防爆、快速性都有突出优点。总之，传感器的输出物理量不拘一格，其数值范围也没有限制，只要便于传送，而且其它仪表易于接收所传送的信息，都可以满足科研或生产的应用。3）．变送器变送器是从传感器发展而来的，凡能输出标准信号的传感器就称为变送器。标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如直流电流4～20mA、空气压力20～100kPa都是当前通用的标准信号。我国还有不少变送器以直流电流0～10mA为输出信号。无论被测变量是哪种物理或化学参数，也不论测量范围如何，经过变送器之后的信息都必须包含在标准信号之中。有了统一的信号形式和数值范围，就便于把各种变送器和其它仪表组成检测系统或调节系统。无论什么仪表或装置，只要有同样标准的输入电路或接口，就可以从各种变送器获得被测变量的信息。这样，兼容性和互换性大为提高，仪表的配套也极为方便。4）．转换器输出为非标准信号的传感器，必须和特定的仪表或装置配套，才能实现检测或调节功能。为了加强通用性和灵活性，某些传感器的输出可以靠转换器把非标准信号转换成标准信号，使之与带有标准信号的输入电路或接口的仪表配套。例如频率转换器就能把交流频率或脉冲频率转换成直流电流4～20mA或0～10mA。不同的标准信号也可以借助于转换器互相转换。例如利用气／电转换器，能把20～100kPa的空气压力转换成o～10mA的直流电流。反之，电／气转换器则可反方向转换．直流电流标准信号中的4～20mA与o～10mA也可以利用转换器相互转换。4、传感器的构成法有哪些？传感器的构成方法，视被测对象，转换原理、使用环境及性能要求等具体情况的不同而有很大差异。a)自源型：仅含有转换元件的最简单，最基本的传感器构成型式。此型式的特点是，不需外能源，其转换元件具有从被测对象直接吸取能量，并转换成电量的电效应，但输出能量较弱，如热电偶、压电器件等。b)带激励源型：它是转换元件外加辅助能源构成的型式。这里的辅助能源起激励作用，它可以是电源，也可以是磁源。如某些磁电式和霍尔等电磁感应式传感器即属此型。特点是，不需要变换(测量)电路即可有较大的电量输出。c)外源型：由利用被测量实现阻抗变换的转换元件构成，它必须通过带外电源的变换(测量)电路，才能获得电量输出。所谓“变换(测量)电路”，是指能把转换元件输出的电信号，调理成便于显示、记录、处理和控制的可用信号的电路，故又称“信号调理与转换电路”．常用的如电桥，放大器、振荡器，阻抗变换器和脉冲调宽电路等。d)相同传感器的补偿型：采用两个原理和特性完全相同的转换元件，并置于同—环境中，其中一个接受输入信号和环境影响，另一个只接受环境影响，通过线路，使后者消除前者的环境干扰影响。这种构成法在应变式、固态压阻式等传感器中常被采用。e)差动结构补偿型：它也采用了两个原理和特性完全相同的转换元件同时接收被测输入量，并置于同一环境中。巧妙的是，两个转换元件对被测输入量作反向转换，对环境干扰量作同向转换，通过变换(测量)电路，使有用输出量增加，干扰量相消。f)不同传感器的补偿型：采用两个原理和性质不相同的转换元件，且不一定置于同一环境处。其中一个接受输入信号，并巳知其受环境影响的特性，另一个接受环境影响，并通过电路向前者提供等效的抵消环境影响的补偿信号。如采用热敏元件的温度补偿，采用压电补偿片的温度和加速度干扰补偿等，即为此例。此外，还可根据需要，把上述各种基本型式的传感器作选择组合，构成各种各样复合型传感器。5、传感器与变送器的分类方法有哪些？按照不同的技术特点，传感器与变送器共有七种分类方法：1）．电传送、气传送及光传送输出信号为电量的传感器或变送器使用方便，很多输出响应为非电量的敏感元件往往借助各种物理效应转变为电量而构成传感器。气传送方式多用于有压缩空气源而且周围环境有易燃易爆气体或粉尘的场所．光传送常常和电路配合，充分利用光的抗干扰和绝缘隔离能力，以及电信号易于放大和处理的特点．二者结合，可精确快速地实现传感和变送目的。2）．位式作用和连续作用位式作用也称开关作用，即传感器在输入变量整个变化范围内其输出响应只有两种状态，这两种状态可以是电路的“通”和“断”，可以是电压的“高”和“低”，也可以是空气压力的“高”和“低”。位式作用的传感器多用于被测变量的越限报警、连锁保护、顺序控制及位式调节领域。冰箱压缩机的间歇启动和电饭锅的自动保温都是靠位式作用的温度传感器实现的。自行车电打气的压气机则是用位式作用的压力传感器控制的。用光传送位式信号时，只有“亮”和“不亮”(简称为“明”和“暗”)这两种差别极大的光通量，对发光器件和光敏器件的特性要求不高，容易满足。需要连续检测或调节某些变量时，就必须用连续作用的传感器和变送器，其各项技术指标往往有较高的要求。3）．有触点及无触点位式作用传感器可分为有触点的及无触点的两类．凡是由敏感元件直接带动电路的触点或是靠继电器上的触点(也称电接点)发出通断信号的传感器，都是有触点的传感器。若是利用晶体管或晶闸管的导通和截止发出通断信号，则为无触点的传感器。有触点的传感器不仅工作寿命较短，不适于动作频繁的场合，而且触点上的电火花容易形成电磁干扰，还可能引爆易燃气体。无触点的传感器就没有这些缺点。4）．模拟式及数字式连续作用的传感器又可分为模拟式及数字式。目前绝大多数传感器及变送器是模拟式的，用计算机与其配合而采集数据时，必须经过模／数(A／D)转换器件。也有一些传感器的输出是数字量，例如角度传感器中的码盘就有数字化功能，它可以把角度的大小变为对应的循环码，以并行方式输出。光电式转速传感器则可把被测转速变为脉冲频率，以串行方式输出。其它如光栅，磁栅等也是以数字量形式输出的。随着计算机技术的应用日益普遍，数字式传感器也将逐渐增多。数字式变送器目前为数极少，主要原因是有关数字传送的标准制定得太晚，国外不同的厂家通常有不同的标准，也不统一。我国制定的数据总线标准正在推行之中，今后按此标准设计的数字式变送器将日渐增多，对计算机在科研生产中的应用无疑会有极大的推动作用。5）．常规式及灵巧式传感器或变送器可以靠模拟电路或普通数字电路实现，也可以由微处理器为核心的单片机系统实现，即国外所称的灵巧式．后者由于其功能丰富、使用灵活，故有灵巧之称，但其输出仍为模拟量直流电流4～20mA，不过内部电路是数字式的。其主要特点是可以利用外部编程器(现场通信器)通过输出信号线对测量范围及线性化规律等进行改变，从而使其应用更加灵活方便。6）．接触式及非接触式按照敏感元件的工作机理，传感器或变送器可分为接触式及非接触式。前者的敏感元件必须和被测介质或物体接触才能感受被测变量．例如用热电偶测温便是接触式，而红外辐射测温则为非接触式．用浮子测液位是接触式，而用超声波测液位则可以不接触。视具体条件来决定使用方式和结构。一般来说，非接触式传感器或变送器不会破坏被测量的空间分布状况，又有利于密封和防腐蚀，比接触式更受欢迎。7）．普通型、隔爆型及本安型根据传感器或变送器的安装场所有无易燃易爆气体及危险程度，应选用符合防爆要求的仪表和电器，传感器或变送器当然也不例外，其具体要求在国家标准中有明确规定。防爆等级较多，但大体上有三种类型，即普通型、隔爆型及本安型。普通型不考虑防爆措施，只能用在非易燃易爆场所，隔爆型在内部电路和周围易燃气体之间采取了隔离措施，允许使用在有一定危险性的环境里；本安型是本质安全型的简称，依靠特殊设计的电路保证在正常工作及故障(意外短路或断路)状态下都不会引起燃爆事故，可用在十分易燃易爆的场所。传感器和变送器通常都安装在生产设备附近，对于防爆安全不容忽视，有关各种危险场所对仪表防爆等级的要求在国家标准中已有规定，此处作为一种分类方法提出，目的是提醒选用时注意。6、如何根据传感器的性能要求来选用传感器？要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；信号的引出方法，传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。1)精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度指标常与经济性联系在一起，精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。2)灵敏度灵敏度的选择应根据需要合理确定。灵敏度低会对下一级装置提出过高的要求，甚至满足不了测量的需要。通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度越高，与被测量无关的外界噪声干扰也越容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。另外测量范围也会变得越窄。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。3)频率响应传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过大的误差。4)线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围应尽量宽，越宽，工作量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。不超过许可范围的线性误差是允许的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。5)稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。长期使用的传感器特别是工作在恶劣环境下的传感器，稳定性和可靠性指标变得十分重要。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。7、如何正确使用传感器？答：传感器的种类繁多，应用的场合也各式各样，用户在使用传感器之前应特别注意阅读说明书。现把传感器一些常见的使用注意事项总结如下：1）精度较高的传感器都需要定期校准，一般来说，须3—6个月校准一次；2）传感器通过插头与供桥电源和二次仪表连接时，应注意引线号不能接错；3）各种传感器都有一定的过载能力，但使用时尽量不要超过量程；4）在搬运和使用中不应碰传感器的探头处；5）传感器不使用时，应存放在温度为10～35℃、相对湿度不大于85％RH，无酸、无碱和无腐蚀性气体的室内。8、传感器的发展经历了哪几个阶段？答：传感器技术的发展过程经历了三个阶段：1）结构型传感器大都是通过传感器机构部分的位移或力的作用使传感器产生电阻、电容、电感等值的变化，从而检测出被测量的变化。它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。这是目前应用最多的传感器。2）物性型传感器它是利用在被测量的作用下，构成传感器的某些材料本身的物理特性发生变化，从而将被测量转换为电信号或者其他信号输出一种传感器。如：光敏电阻、光敏晶体管、气敏、湿敏、热敏、压电等元件。这类传感器无可动部件，灵敏度高，