传感器原理及工程应用（2）---传感器

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1. 传感器概述

1.1 传感器的组成

?1. 传感器能感受（或响应）规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

?2. 传感器输出信号通常是电量。电量有很多形式，如电压、电流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原理确定。

?3. 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

1.2 传感器的分类

?传感器目前一般采用两种分类方法：

• 一种是按被测参数分类，如温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等。
• 一种是按传感器的工作原理分类，如应变传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器。

2. 传感器的静态特性

2.1 灵敏度

?1. 灵敏度定义：输出量增量 $△y$ 与相对应输入量增量 $△x$ 之比。用 $S$ 表示灵敏度：$S=△y/△x$。

?2. 灵敏度表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然，灵敏度 $S$ 值越大，表示传感器越灵敏。

?3. 对于线性传感器而言，灵敏度是该传感器特性曲线的斜率；而对于非线性传感器来说，灵敏度是一个随着工作点变化的变化量，实际是该点的导数：$S=dy/dx$。

2.2 线性度

?1. 线性度是指传感器输入量与输出量之间的静态特性曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差，表示传感器实际特性曲线与拟合直线（也称为理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比，非线性误差越小越好。

?2. 公式：${\gamma }_L=\pm \Delta L_{max}/Y_{FS}\times 100$%。其中$\Delta L_{max}$：实际曲线和拟合曲线间的最大偏差；$Y_{FS}$：传感器满量程输出值。

2.3 迟滞

?1. 传感器在相同工作条件下，输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。

?2. 公式：${\gamma }_H=\pm \Delta H_{max}/Y_{FS}\times 100$%。其中$\Delta H_{max}$：正反量程最大输出偏差；$Y_{FS}$：传感器满量程输出值。

2.4 重复性

?1. 重复性是指传感器在输入量按照同一方向作全量程多次测试时，所得到的输入-输出特性曲线不一致的现象。多次测量时按照相同输入条件测试出的特性曲线越重合，传感器的重复性越好，误差就会越小。

?2. 公式：${\gamma }_R=\pm \Delta R_{max}/Y_{FS}\times 100$%。

2.5 漂移

?输入量不变的情况下，传感器输出量会随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数的变化；二是周围环境（如温度、湿度等）变化。最常见的是温度漂移：即周围温度变化而引起输出的变化。