传感器技术及其应用 第4版 课件 1 传感器技术基础

Technology&ApplicationofSensor机械工业出版社传感器技术及其应用1传感器基础认知2温度检测3力和位移检测4光量检测5

磁性量检测6数字式位置检测7环境量检测8无线传感器网络目录任务1.1传感器的认知任务1.2传感器的性能指标

任务1.3传感器的测量误差任务*项目1

传感器基础认知*

传感器的认知传感器的定义传感器的分类123目录任务1.1传感器的认知4传感器的发展趋势神舟十九号载人飞船2024年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。神舟十九号载人飞船是中国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段以来的第4艘载人飞船，也是以往型号中装载的货物数量最多、重量最大的一次。载人飞船在控制系统、动力系统、逃逸系统、着陆系统、舱内空间等关键部位，配备了多种传感器，有环境监测传感器、姿态与导航传感器、推进系统传感器、生命支持系统传感器、结构与机械传感器、通信系统传感器、宇航员健康监测传感器等，共同构成了载人飞船的监测网络。传感器技术

传感器技术广泛应用于工业生产、家电行业、智能产品、交通领域、航天技术、海洋探测、国防军事、环境监测、资源调查、医学诊断、生物工程甚至文物保护等领域。传感器技术与通信技术和计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”，是现代信息产业的三大支柱之一。传感器技术主要研究传感器的原理、传感器的材料、传感器的设计、传感器的制作、传感器的应用等内容。传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。任务1.1传感器的认知参考资料美火星探测器机器人“机遇”号机遇号拍摄的火星照片火星探测车颜色传感器TCS230-DB人类仿生电子皮肤乐高机器人安装有多模态视触觉传感器的灵巧手参考资料（自行取舍）机器人足球赛辅助驾驶传感器新能源汽车电机传感器：旋变传感器参考资料双足机器人

双足机器人在爬楼梯救援机器人参考资料触觉传感器实物图新型局部放电特高频传感器

新型气凝胶助力多功能高选择性柔性触觉传感器激光测距传感器

参考资料机器人大力士

可爱机器狗餐厅服务员

酒店服务员韩国人制造的长相和科学家爱因斯坦一模一样的机器人凭借30多个让脸部“肌肉”运动的马达，可以做出许多种诸如眨眼、微笑甚至皱眉等复杂表情在2005年举行的APEC领导人非正式会议上，“爱因斯坦”分别和布什、普京等领导人握手，栩栩如生的它让领导人们有时光倒流的感觉。参考资料爱因斯坦机器人让伟人“起死回生

面部识别技术采用计算机技术，使检测技术智能化

安检中国“月球探测车”研制进入沙漠试验阶段参考资料2003年10月16日6时23分，我国第一艘载人宇宙飞船神舟5号的返回舱在内蒙古预定地点安全着陆参考资料2005年10月12日早上9：00，我国“神舟”六号在酒泉卫星发射中心发射成功，10月17日4时32分：“神舟六号”飞船返回舱成功着陆，5时18分至5时40分：航天员费俊龙、聂海胜自主出舱。参考资料2008年9月25日21时10分，“神舟”七号从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用长征二号F火箭发射升空。飞船于2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场。神舟七号飞船共计飞行2天20小时27分钟。神七上载有三名宇航员分别为翟志刚、刘伯明和景海鹏。翟志刚出舱作业，刘伯明在轨道舱内协助，实现了中国历史上第一次的太空漫步

2020年11月24日凌晨，我国现有最大推力运载火箭长征五号，在中国文昌航天发射场点火升空，在破晓中划出一道弧线，经过2200多秒的飞行，成功将嫦娥五号探测器送入地月转移轨道。这是长征五号系列运载火箭的第六次发射，也是2020年第三次执行发射任务。此前，2020年5月5日，长征五号B遥一火箭成功首飞；7月23日，长征五号遥四运载火箭成功发射“天问一号”火星探测器。史蒂夫·乔布斯剧院智能建筑蓬皮杜中心国家体育场（鸟巢）参考资料SCAN-2000电缆过热故障在线监测系统网络结构图*

传感器的认知传感器的定义传感器的分类123目录任务1.1传感器的认知4传感器的发展趋势2传感器的定义

Transducer换能器Sensor传感器具体包含以下几层意思：传感器是测量器件或装置，能完成一定的检测任务；它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量等，一般情况下是电量；输出输入有对应关系，且应有一定的精确度。传感器的定义举例:电位器式压力传感器测量电路传感器电源指示仪记录仪伺服控制开环自动测控系统框图

被测量

一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。调节元件给定元件信息处理检测电路执行元件传感器对象输出显示记录－＋－闭环自动测控系统框图传感器的作用

人的大脑通过五种感觉（人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉），对外界的刺激做出反应。而传感器被称为电五官。它是人体“五官”的工程模拟物，是一种能把特定的被测量的信息（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。用五感去感受自然美

比五官更灵敏的“电五官”

欣赏“水光潋滟晴方好，山色空蒙雨亦奇‌”的动人美景；聆听“鼓钟钦钦，鼓瑟鼓琴，笙磬同音”的天籁之音；细嗅“遥知不是雪，为有暗香来”的梅之幽香；品尝“长江绕郭知鱼美，好竹连山觉笋香”的人间美味；感触“沾衣欲湿杏花雨，吹面不寒杨柳风”的微风徐来。用来“看”的红外传感器用来“听”的超声波传感器、动圈麦克风用来“闻”的气体传感器用来“品”的分子传感器用来“触”的压力传感器、湿度传感器。人与机器系统对比的结构示意图*

传感器的认知传感器的定义传感器的分类123目录任务1.1传感器的认知4传感器的发展趋势通常传感器常用的分类方法有：按传感器的工作原理分和按被测输入量来分。根据传感器的基本效应基于物理效应如光、电、声、磁、热等效应进行工作的物理传感器；基于化学效应如化学吸附、离子化学效应等进行工作的化学传感器；基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。3.传感器的分类按被测量分类这一种方法是根据被测量的性质进行分类，如：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。这种分类方法把种类繁多的被测量分为：基本被测量和派生被测量两类。分类方法主要类型按基本效应物理型、化学型、生物型按被测量位移、压力、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器按工作原理电阻、电容、电感、热电、压电、磁电、光电、光纤等传感器按能量种类机、电、热、光、声、磁等6种能量传感器按能量的关系有源传感器和无源传感器按输出信号类型模拟量和数字量传感器按防爆等级普通型、防爆型及本安型按敏感材料半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等按与某种高新技术结合集成传感器、智能传感器、机器人传感器、仿生传感器等传感器的分类*

传感器的认知传感器的定义传感器的分类123目录任务1.1传感器的认知4传感器的发展趋势1.1.4.传感技术的发展趋势（1）现代传感器研发呈现的特点当今世界发达国家对传感器技术发展极为重视，视为涉及国家安全、经济发展和科技进步的关键技术之一，将其列入国家科技发展战略计划之中。因此，近年来传感技术迅速发展，传感器新原理、新材料和新技术的研究更加深入、广泛，传感器新品种、新结构、新应用不断涌现、层出不穷。1.现代传感技术的发展现状1.现代传感技术的发展现状1）新技术普遍应用

目前普遍采用电子设计自动化（ＥＤＡ）、计算机辅助制造（ＣＡＭ）、计算机辅助测试（ＣＡＴ）、数字信号处理（ＤＳＰ）、专用集成电路（ＡＳＩＣ）及表面贴装技术（ＳＭＴ）等技术。2）功能日渐完善

随着集成微光、机、电系统技术的迅速发展以及光导、光纤、超导、纳米技术、智能材料等新技术的应用，进一步实现信息的采集与传输、处理集成化、智能化，更多的新型传感器具有自检自校、量程转换、定标和数据处理等功能，传感器功能得到进一步增强和完善，性能进一步提高，更加灵敏、可靠。1.现代传感技术的发展现状

3）新型传感器开发加快

新型传感器，大致应包括：①采用新原理；②填补传感器空白；③仿生传感器；④新材料开发催生的新材料传感器等诸方面。它们之间是互相联系的。1.现代传感技术的发展现状①基于MEMS技术的新型微传感器微传感器（尺寸从几微米到几毫米的传感器总称）特别是以MEMS（微电子机械系统）技术为基础的传感器目前已实用化，这是今后发展的重点之一。微机械设想早在1959年就被提出，其后逐渐显示出采用MEMS技术制造各种新型微传感器、执行器和微系统的巨大潜力。这项研发在工业、农业、国防、航空航天、航海、医学、生物工程、交通、家庭服务等各个领域都有着巨大的应用前景，创新的空间很大，已成为竞争研究开发的重点领域。随着MEMS的日趋成熟，传感器制作技术进入了一个崭新阶段。微电子技术和微机械技术相结合，器件结构从二维到三维，实现进一步微型化、微功耗，并研究把传感器送入人体，进入血管，研究称分子的重量和DNA基因突变的微型传感器等。1.现代传感技术的发展现状②生物、医学研究急需的新型传感器

21世纪是生命科学世纪，特别是对人类基因的研究极大促进了对生物学、医学、卫生、食物等学科研究以及对各种新型传感器的研究开发。不仅需要多种生物量传感器，如酶、免疫、微生物、细胞、DNA、RNA、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份等传感器，也需要诸如血压、血流量、脉搏等生理量传感器的出现和实用化；还要进一步实现这些功能的集成化、微型化，研制出微分析芯片，使许多不连续的分析过程连续化、自动化，完成实时、在位分析，实现高效率、快速度、少耗样、低成本、无污染、大批量生产的目标。③新型环保化学传感器保护环境和生态平衡是我国的基本国策之一，实现这一目标就需要测量污水的流量、自动比例采样、PH值、电导、浊度、COD、BOD、TP、TN以及矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷含量和重金属离子浓度等，而这些参量检测的多数传感器目前尚不能实用化。大气监测是环保的重要方面，主要监测内容有风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、SO2、NO、O3、CO等，这些传感器大多亟待进一步开发完善。

1.现代传感技术的发展现状工业过程控制和汽车传感器

我国汽车工业正在迅速发展，为适应这一形势，重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器，尽快为汽车工业解决电喷系统、空调排污系统和自动驾驶系统所需的传感器都是十分迫切的任务。我国的汽车工业发展加快，例如600万辆的生产能力，若每辆车用10只传感器，将需6000万只传感器及其配套器材和仪表。一辆现代高级轿车的电子化控制系统，其水平的高低关键在于采用传感器的水平和数量，通常达30余种，多则达百种，以完成对温度、压力、位置、距离、车速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等各种信息进行实时准确测量和控制。随着我国汽车工业的发展，开发和应用汽车传感器，实现汽车传感器国产化势在必行。京津城铁

1.现代传感技术的发展现状汽车中的传感技术1.现代传感技术的发展现状

4）创新性更加突出

新型传感器的研究和开发由于开展时间短，往往尚不成熟，因此蕴藏着更多的创新机会，竞争也很激烈，成果也具有更多的知识产权。所以加速新型传感器的研究、开发、应用具有更大意义。

5）商品化、产业化前景广阔

在新型传感器的研究开发同时，注意新型材料、设计方法、生产工艺、测试技术和配套仪表等基础技术的同步发展，更加注重实用化，从而保证了成果转化和产业化的速度更快。1.现代传感技术的发展现状楼宇自动化1.现代传感技术的发展现状工程监测传感网络化光纤传感器提供了一种用于公路及桥梁、建筑、堤坝的健康监测的方法，而且也可以为监测交通工具的速度、载重及种类提供很重要的数据。这种传感器的测量精度可以达到几个微应变级，具有很好的可靠性，可实现动态测量，采用分布式埋入可以实现对整个桥梁或建筑物的健康状况监测，从而防止工程及交通事故的发生。1.现代传感技术的发展现状(3)与国外的差距我国传感器产业经过“八五”——“十四五”多年的发展，近年来取得了长足的进步，已经形成了一定的产业基础和发展规模，建立了“传感技术国家重点实验室”、“微米/纳米国家重点实验室”、“国家传感技术工程中心”等研究开发基地；初步建立了敏感元件与传感器产业。近年来，我国传感器市场持续快速增长，2021年中国传感器市场规模达到2950亿元，2025年市场规模超过‌4500亿。中国传感器市场结构中汽车电子领域市场规模529.2亿元，占比最高，达到24.2%；工业制造领域市场规模462.3亿元，占比21.1%；网络通信领域市场规模459.8亿元，占比21%；消费电子市场规模322.1亿元，占比14.7%。我国从事传感器研究和生产的单位约1600多家，其中从事MEMS研制生产的已有50多家，居世界第一。中国传感器的四大应用领域是工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品、专用设备。传感器领域企业名称企业简介图像传感器韦尔股份（豪威集团）全球排名前列的中国半导体设计公司MEMS芯片代加工赛微电子MEMS（微机电系统）芯片的工艺开发及晶圆制造、GaN外延材料生长与器件设计气体传感器汉威科技气体传感器及仪表制造商、物联网解决方案提供商声学传感器歌尔微电子声光电精密零组件及精密结构件、智能整机、高端装备的研发、制造和销售。红外传感器高德红外

红外探测器芯片、红外热成像产品、综合光电系统及完整武器系统科研生产离散传感器上海兰宝

产品能全面满足离散工业客户在高温、电磁干扰、狭小空间、强光反射等使用场景中的感知需求。称重/测力传感器柯力传感研制和生产各类物理量传感器、称重仪表、电子称重系统、工业物联网系统成套设备，提供多种工业物联网系统及场景应用解决方案，同时提供专业的物联网软件定制服务。MEMS惯性传感器美新半导体全球首家将MEMS和混合信号处理电路集成于单一芯片的惯性传感器公司我国传感器领域的代表性企业1.现代传感技术的发展现状①缺少具有自主知识产权的创新性成果，科研成果向产业转化速度慢，取得显著社会经济效益的项目少；②缺乏大规模生产的企业，高档产品种类少，市场满足率低；③生产工艺装备离国际水平有较大差距；④整体还处于跟踪状态。1.现代传感技术的发展现状主要差距小结技术方面的差距：产品的可靠性较差（无故障运行时间）产品的性能、功能落后产品技术更新的周期慢缺乏针对使用对象而开发的专用解决方案企业综合实力方面的差距：行业规模小，测量控制与仪器仪表行业的总产值较低；企业劳动生产率低；企业技术开发投入普遍不足；低水平的重复生产异常突出。差距的主要原因：运行机制不能适应市场经济发展的要求；产、学、研、金（融）、政（府）、用（户）有机结合的体制和政策没有形成；缺乏国家强有力的研究支援体制；市场巨大，但主要依靠进口，科学研究“空芯化”现象严重；缺乏高层次复合型人才和熟悉、精通各学科交叉的综合型人才。2.现代传感技术的发展趋势(1)开发新材料、研究新型传感器材料是传感器技术的重要基础。随着传感器技术的发展、如半导体材料、陶瓷材料以外，光导纤维、纳米材料、超导材料等相继问世。随着研究的不断深入，人们将进一步探索具有新效应的敏感功能材料；通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科、各种新技术的互相渗透和综合利用,从而研制开发具有新原理、新功能的新型传感器。(2)向高精度发展随着自动化生产程度的不断提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。目前能生产相对精度在万分之一以上的传感器的厂家为数不多，其产量也远远不能满足要求。2.现代传感技术的发展趋势(3)向高可靠性、宽温度范围发展传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范围都在-20℃~70℃，在军用系统中要求工作温度在-40°C~85°C范围，而汽车锅炉等场合要求传感器工作在-20°C~120°C，在冶炼、焦化等方面对传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料（如陶瓷）的传感器将很有前途。(4)向微型化发展各种控制仪器设备的功能越来越大，要求各个部件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。2.现代传感技术的发展趋势(5)向微功耗及无源化发展传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往是用电池供电或用太阳能等供电，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向，这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。目前，低功耗损的芯片发展很快，如TI2702运算放大器，静态功耗只有1.5mA，而工作电压只需2~5V。(6)向集成化、多功能化发展集成化技术包括传感器与IC的集成制造技术以及多参量传感器的集成制造技术，缩小了传感器的体积，提高了抗干扰能力。在通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。2.现代传感技术的发展趋势(7)向智能化发展所谓智能化传感器就是将传感器获取信息的基本功能与专用微处理器的信息分析、处理功能紧密结合在一起，并具有诊断、数字双向通信等新功能的传感器。由于微处理器具有强大的计算和逻辑判断功能，故可方便地对数据进行滤波、变换、校正补偿、存储记忆、输出标准化等：同时实现必要的自诊断、自检测、自校验以及通信与控制等功能。(8)向数字化、网络化发展随着科技的发展，数字化、网络化传感器应用日益广泛，以其传统方式不可比拟的优势渐渐成为技术的趋势和主流。2.现代传感技术的发展趋势(9)多传感器的集成与融合由于单传感器不可避免存在不确定或偶然不确定性，缺乏全面性，所以偶然的故障就会导致系统失效。多传感器集成与融合技术正是解决这些问题的良方。多个传感器不仅可以描述同一环境特征的多个冗余的信息，而且可以描述不同的环境特征。它的特点足冗余性、互补性、及时性和低成本性。(10)多学科交叉融合，实现无线网络化无线传感器网络是由大量无处不在的、由无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统，能根据环境自主完成指定任务的“智能”系统。2.现代传感技术的发展趋势

当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术、MEMS技术、材料技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。现代传感技术的发展趋势（小结）1.微型化(Micro)2.智能化(Smart)

3.多功能传感器(Multifunction)

4.无线网络化(wirelessnetworked)基础知识定义、分类发展趋势选用原则综合实训传感器原理检测技术温度传感器磁敏传感器光电传感器位移传感器力传感器电学式传感器环境量传感器物位传感器數字传感器新型传感器传感器接口电路课程主要内容传感器的工作原理、结构、主要参数、检测电路及其典型应用传感器技术及其应用机械工业出版社休息一下1.2.1传感器的静态特性1.2.2传感器的动态特性1.2.3提高传感器性能的方法*任务1.2传感器的性能指标传感器基本特性

传感器的数学模型分为：静态模型和动态模型

传感器的输入量可分为：静态量、动态量稳定性(零漂)传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差因素外界影响

传感器输入输出作用图输出传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。

传感器的基本特性

传感器的特性一般是指输出与输入之间的关系，可用数学函数、坐标曲线、图表等方式表示。根据被测量状态的不同，传感器的特性可分为静态特性和动态特性。

当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为检测系统的输入量和输出量都和时间无关，表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系基础上，确定的检测装置性能参数称为静态特性。1.2.1静态特性作图法求线性度演示1.线性度线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差。

由于线性度是以所参考的拟合直线为基准线得到的，所以基准线不同，所得的线性度就不同。常用的计算线性度的方法有：

线性度——拟合直线理论直线法、端点线法、割线法、最小二乘法和计算程序法等。传感器的线性度

(a)端基线性度(b)平均选点线性度(c)最小二乘法线性度

从传感器的性能看，希望具有理想的输入输出关系—线性关系。但实际遇到的传感器大多为非线性。﹡理想情况：﹡只有奇次项：﹡只有偶次项：﹡普通情况：系统数学模型2.灵敏度灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。线性过原点线性传感器的灵敏度（a）线性测量系统(b)非线性测量系统2.灵敏度

若系统的输出和输入间有线性关系，则灵敏度s是一个常数。一般希望灵敏度在整个测量范围内保持常数，这样，可得均匀刻度的标尺，读数方便，便于分析、处理测量结果。对于线性系统：灵敏度是其传递函数（输出量与输入量之比）对于非线性系统：其灵敏度随输入量的变化而变化，常将其校正为线性系统输入输出若为不同量纲，则s也有量纲；输入输出若为相同量纲，s则可理解为放大倍数。

若检测系统由多个环节组成，各环节灵敏度分别为S1、S2、S3，且以串联方式连接，则整个系统灵敏度为：y2y1S1S2S3xy0灵敏度例题1

某测温系统由四个环节组成，各自灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃电桥：0.01V/Ω放大器：100（放大倍数）笔试记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度（2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值灵敏度3.迟滞现象

传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度。1—反向特性2—正向特性传感器迟滞特性示意图迟滞误差γH以正、反向输出量的最大偏差与满量程输出之比的百分数表示，即4.重复性重复性是传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。传感器输出特性的不重复性主要由传感器的机械部分的磨损、间隙、松动，部件的内磨擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生。

传感器的重复性正行程的最大重复性偏差为∆Rmax1，反行程的最大重复性偏差为∆Rmax2

。重复性偏差取这两个最大偏差中之较大者为∆Rmax，再以满量程输出的百分数表示，这就是重复误差，即

用来表示仪表或装置能够检测被测量的最小量变化的性能指标。输入量从某个任意值（非零值）缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量的变化量即分辨力。即传感器能检测出被测信号的最小变化量。

有时候该值相对满量程输入值的百分比表示，则称为分辨率。一般模拟式仪表的分辨力规定为最小刻度分格值的一半数字式仪表的分辨力为最后一位的一个字。5.分辨率与分辨力6.稳定性稳定度是指传感器在所有条件均不变情况下，能在规定的时间内维持其示值不变的能力。稳定度是以示值的变化量与时间长短的比值来表示。环境影响量是指由于外界环境变化而引起的示值的变化量。示值变化由两个因素组成:零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移是指在受外界环境影响后，已调零的仪表的输出不再为零。零点漂移的现象，在测量前是可以发现的，应重新调零，但在不间断测量过程中，零点漂移是附加在读数上的，因而很难发现。7、测量范围与量程测量范围：正常工作条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的总范围。通常以测量范围的下限值和上限值表示。量程：测量范围上限值与下限值的代数差。给出测量范围即知被测量的上、下限和量程，但仅知道量程，却无法判断测量范围。

8.精确度(Accuracy

)

精密度：说明测量传感器输出值的分散性，即对某一稳定的被测量

，由同一个测量者用同一个传感器，在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。注意：精密度高不一定准确度高。

准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精密度高。

精确度：精确度是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和。1.2.2传感器的动态特性在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。也就是说，传感器要有良好的动态特性。最常用的是通过几种特殊的输入时间函数，例如阶跃函数和正弦函数来研究其响应特性，称为阶跃响应法和频率响应法。动态特性的研究主要包括两个部分：瞬态误差稳态误差常用输入信号：

正弦周期信号和阶跃信号正弦信号单位阶跃信号

阶跃响应特性给传感器输入一个单位阶跃函数信号：其输出特性称为阶跃响应特性。(1)时间常数(2)上升时间(3)响应时间(4)超调量(5)延迟时间(6)衰减度衡量阶跃响应的几项指标:传感器阶跃响应特性1.2.3提高传感器性能的方法1）传感器性能指标根据实际的需要与可能，在确保主要性能指标实现的基础上，放宽对次要性能指标的要求，以求得高的性能价格比。2）提高性能指标的方法1.采用线性化技术2.差动技术3.平均技术4.零位法、微差法和闭环技术5.补偿与校正技术6.集成化和智能化7.屏蔽、隔离和抑制干扰8.稳定性处理机械工业出版社休息一下测量方法测量误差及分类

*任务1.3传感器的测量误差1.3.1测量方法1.测量测量是人们借助专门的技术和设备，通过实验的方法，把被测量与单位标准量进行比较，以确定出被测量是标准量的多少倍数的过程，所得的倍数就是测量值。2.测量方法测量方法对检测系统是十分重要的，它直接关系到检测任务是否能够顺利完成。对于测量方法，从不同的角度出发，可有不同的分类方法。测量方法分类按测量手段分直接测量法：天平称重，电压表测电压。间接测量法：电阻测量，测电阻的电压和电流，计算得到电阻。在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算，就能直接表示测量所需要的结果。将测量值代入函数关系式，经过计算得到所需的结果间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。

直接测量电子卡尺偏差式测量：用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值。零位式测量：用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值的测量方法。微差式测量：综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。它将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值。比较测量法非接触式测量车载电子警察例：雷达测速接触式测量

对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。最高、最低温度计静态测量

动态测量

地震测量振动波形

可以显示波形的手持示波器离线测量

产品质量检验在线测量

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。1.3.2测量误差及分类1.测量误差测量误差就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度。测量误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。2.误差的表示方法（1）绝对误差绝对误差是指测量值与真值之间的差值，它反映了测量值偏离真值的多少，即在实际应用时，常用理论真值、约定真值、相对真值三种真值代替。

某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？例：普通电流表测一电流为0.78mA，精密检流计测得值为0.76mA。

绝对误差Δx=x-A=0.78-0.76=0.02mA（2）相对误差1）实际相对误差。实际相对误差是指绝对误差∆与被测量真值A0的百分比，用γA表示，即2）示值（标称）相对误差。示值相对误差是指绝对误差∆与被测量实际值Ax的百分比，用γx表示，即3）引用（满度）相对误差。引用相对误差是指绝对误差∆与仪表满度值Am的百分比，用γm表示，即上式中，当∆取最大值∆m时，满度其满度相对误差常被用来确定仪表的准确度等级S，即根据准确度等级S及量程范围，可以推算出该仪表可能出现的最大绝对误差∆m。准确度等级S规定取一系列标准值。我国模拟仪表有下列7种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。

例：某指针式电压表的准确度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误差为2.5%。

某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？

?只要给出了仪表，则这个仪表在整个量程的最大绝对误差都是一个固定不变的，测量值靠近满量程，其示值相对误差最小，测量精度最高；测量值最小，其示值相对误差最大，测量精度最低。例：一台电压表量程100V，rm是1%，分别求出测量值在100V,50V,10V的示值相对误差。ΔXm=Xm*rm=100*1%=1Vr100=ΔXm/x100=1/100=1%r50=ΔXm/x50=1/50=2%r10=ΔXm/x10=1/10=10%结论：在选用仪表量程时，尽量选用靠近测量值的量程，一般测量值不能低于满量程的2/3。仪表选择——量程例现有0.5级的0~300℃的和1.0级的0~100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好?

解

用0.5级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为若用1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为计算结果表明，用1.0级表比用0.5级表的示值相对误差反而小3.测量误差的分类（1）按被测量与时间关系划分按被测量与时间关系，将误差划分为静态误差和动态误差。1）静态误差。

在被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。前面讨论的误差多属于静态误差。2）动态误差当被测量随时间迅速变化时，系统的输出在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。例如，将水银温度计插入100℃沸水中，水银柱不可能立即上升到100℃。如果此时就记录读数，必然产生误差。动态误差

由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差

当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。

在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值