传感器的基本概念
传感器知识点总结
传感器知识点总结一、传感器的基本概念传感器是将感知到的信息转化为电信号或其他可识别形式的装置。
传感器可以感知物理量、化学量、生物量等，并将其转换为电信号输出。
传感器是现代科技发展中不可或缺的重要组成部分，广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗诊断和智能家居等领域。
传感器的种类繁多，包括压力传感器、温度传感器、光学传感器、湿度传感器等。
二、传感器的分类根据传感原理的不同，传感器可以分为多种类型。
常见的传感器分类包括：1. 按照感知物理量不同分类- 压力传感器：用于测量压力的传感器，常用于工业控制和汽车行业。
- 温度传感器：用于测量温度的传感器，广泛应用于空调、冰箱、热水器等设备中。
- 湿度传感器：用于测量湿度的传感器，常用于气象观测和温室控制等场合。
- 光学传感器：用于测量光的强度和波长的传感器，广泛应用于光电设备和光学仪器中。
- 力传感器：用于测量物体受力情况的传感器，常用于机械测试和体重秤等设备中。
2. 按照传感原理不同分类- 电阻式传感器：利用电阻值的变化来感知物理量的传感器，包括压敏电阻、热敏电阻等。
- 电容式传感器：利用电容值的变化来感知物理量的传感器，包括湿度传感器和接近开关等。
- 光电式传感器：利用光电效应来感知物理量的传感器，包括光敏电阻、光电开关等。
3. 按照工作原理不同分类- 主动式传感器：需要外部能量源来激励的传感器，如光电传感器、超声波传感器等。
- 被动式传感器：不需要外部能量源来激励的传感器，如压力传感器、温度传感器等。
4. 按照测量方式不同分类- 直接测量传感器：直接测量感知物理量的传感器，如温度计、湿度计等。
- 间接测量传感器：通过其他物理量的变化间接测量感知物理量的传感器，如电磁流量计、毫米波雷达等。
三、传感器的工作原理传感器的工作原理多种多样，其中常见的包括电阻变化原理、电容变化原理、光电效应原理、霍尔效应原理等。
不同类型的传感器采用不同的工作原理来感知物理量，并将其转化为电信号输出。
第1章 传感器的基本知识
1.1.3 传感器的物理定律
（ 1 ）守பைடு நூலகம்定律（能量、动量、电荷量等守恒定律）
（ 2 ）场的定律（运动场的运动定律，电磁场的感 应定律等） （3）物质定律（如虎克定律、欧姆定律等） （4）统计法则
第1章 传感器的基本知识
1.2 传感器的基本特性
传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静 态特性； 当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态 特性。 传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论 上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时， 即得到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态 特性的一个特例。
第1章 传感器的基本知识
y
(3)重复性(Repeatability)
重复性是指传感器在输入按同一方 向连续多次变动时所得特性曲线不 一致的程度。 重复性误差可用正反行程的最大偏 差表示，即 0
⊿Rmax2
⊿Rmax1
eR R max / yFS 100%
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成 电路参数（如电阻R，电感L，电容C）或电流、电压 等电量。
信号转换电路：将转换元件输出的电路参数接入信号 转换电路并将其转换成易于处理的电压、电流或频率 量。
第1章 传感器的基本知识
图示压力传感器的敏感元件、 转换元件各是什么？ 压力
1-弹簧管; 2-电位器;3－电刷；4－齿条、齿轮副
第1章 传感器的基本知识
研究传感器动态特性的方法及其指标
时域：瞬态响应法（Transient inputs） 输入信号：阶跃函数(step signal)、斜坡函数 (ramp signal)、脉冲函数(impulse signal) 指标：时间常数、上升时间、响应时间、超调量… 频域：频率响应法(Periodic inputs) 输入信号：正弦周期信号(sinusoidal signal) 指标： 频带宽度
第1章传感器概述
H max——正反行程输出值间的最大差值。 式中：
1.2 传感器的一般特性
4．重复性
重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量 程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程 度，如图所示:
图1-5 重复性
1.2 传感器的一般特性
重复性误差属于随机误差，常用标准偏差σ表示， 也可用正反行程中的最大偏差ΔRmax表示，即：
1.2 传感器的一般特性
以动态测温的问题为例说明传感器动态特性。 在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测 介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的 温度分布等情况下，都存在动态测温问题，如 图所示:
动态测温
1.2 传感器的一般特性
传感器的种类和形式很多，但它们一般可以 简化为一阶或二阶系统。 高阶可以分解成若干个低阶环节。 对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率 响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称 为传感器的阶跃响应或瞬态响应。
1.1 基本概念
附：传感器组成示意图
敏感元件的输出作 为转换元件的输入
被测量
敏感 元件
转换 元件
转换 电路
电量
直接感受被测量
转化为电量参数
传感器组成示意图
1.1 基本概念
1.1.3 传感器的分类
按工作机理分类 可分为物理型、化学型、生物型 按构成原理又分为：结构型、物性型和复合型三大类 按能量的转换分类 可分为能量控制型和能量转换型 按输入量分类 常用的有机、光、电和化学等传感器 按输出信号的性质分类 可分为模拟式传感器和数字式传感器
图1-3 传感器的灵敏度
1.2 传感器的一般特性
3．迟滞
传感器在正（输入量增大）反（输入量减小） 行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象 称为迟滞，如下图所示:
传感器培训资料
传感器培训资料第一部分：传感器的基本概念传感器是一种能够感知环境中的各种物理量并将其转化为电信号的装置。
通过测量物理量，传感器可以帮助我们获得环境中各种数据，从而实现自动化控制和监测。
传感器的种类繁多，常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。
在不同的应用场景中，需要选择不同类型的传感器来完成具体的任务。
第二部分：传感器的工作原理传感器的工作原理通常通过物理效应来实现。
例如，温度传感器通常利用热敏电阻或热电偶来测量温度；压力传感器则利用压阻效应或压电效应来转换压力为电信号。
在传感器的内部，通常还会带有信号放大电路、模数转换器等元件，用来将感知到的物理量转化为标准的电信号输出。
第三部分：传感器的应用场景传感器广泛应用于工业控制、汽车领域、医疗设备等各个领域。
例如，温度传感器可以用于控制空调温度、汽车发动机的温度监测等；压力传感器可以用于测量液体或气体的压力、监测管道的泄漏等。
第四部分：传感器的选择和安装在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应时间等指标，以及适用的工作环境，如温度、湿度等。
在安装传感器时，需要注意避免干扰源，保证传感器测量的准确性。
第五部分：传感器的维护和保养传感器作为自动化系统中的重要部件，需要进行定期的维护和保养。
对于一些易受环境影响的传感器，如湿度传感器、光电传感器等，需要保持其表面清洁，防止积灰或水汽影响测量精度。
第六部分：传感器的未来发展随着科技的不断进步，传感器的应用范围将会更加广泛，同时传感器本身的性能也将进一步提升。
例如，新型传感器可能会采用纳米技术制备，具有更高的灵敏度和更小的体积；同时，通过无线传输技术，传感器也有望实现无线监测和控制，大大提高其应用灵活性。
通过本次传感器培训，希望大家能够对传感器有更深入的了解，从而能够更好地应用传感器解决实际问题，提高工作效率和产品质量。
同时也希望大家能够关注传感器领域的最新发展，不断更新自己的知识，为行业的发展做出更大的贡献。
传感器的基本原理及其应用
传感器的基本原理及其应用一、传感器的定义和分类1.1 传感器的定义传感器是一种能够将感知到的物理量转变为可测量或可使用的电信号的装置。
传感器可以用于测量温度、湿度、压力、光照强度、位移等各种物理量。
1.2 传感器的分类根据测量的物理量不同，传感器可以分为以下几类：•温度传感器•湿度传感器•压力传感器•光照传感器•位移传感器二、传感器的基本原理2.1 温度传感器的原理温度传感器是用于测量物体的温度的传感器。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
热电偶是利用热电效应测量温度的，热敏电阻则是通过电阻值的变化来测量温度的。
2.2 湿度传感器的原理湿度传感器是用于测量物体的湿度的传感器。
常见的湿度传感器有湿度电容式传感器和湿敏电阻传感器。
湿度电容式传感器通过测量电容的变化来测量湿度，湿敏电阻传感器则是通过电阻值的变化来测量湿度的。
2.3 压力传感器的原理压力传感器是用于测量物体的压力的传感器。
常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。
压阻式传感器是通过电阻值的变化来测量压力的，压电式传感器则是利用压电效应来测量压力的。
2.4 光照传感器的原理光照传感器是用于测量光照强度的传感器。
常见的光照传感器有光敏电阻和光电二极管传感器。
光敏电阻是通过电阻值的变化来测量光照强度的，光电二极管传感器则是利用光电效应来测量光照强度的。
2.5 位移传感器的原理位移传感器是用于测量物体的位移或位置的传感器。
常见的位移传感器有电感式位移传感器和光电式位移传感器。
电感式位移传感器是通过感应电磁场的变化来测量位移的，光电式位移传感器则是利用光电效应来测量位移的。
三、传感器的应用3.1 温度传感器的应用•家用电器中的恒温控制•工业生产过程中的温度监测和控制3.2 湿度传感器的应用•温室内的湿度检测和控制•空调设备中的湿度调节3.3 压力传感器的应用•工业生产中的压力监测和控制•汽车维修中对轮胎气压的检测3.4 光照传感器的应用•照明系统中的光照调节•环境监测中的光照强度检测3.5 位移传感器的应用•机械加工中的位置测量•自动化生产线中的物体定位和跟踪以上只是传感器应用的一部分，实际上，传感器在各个领域都有广泛的应用，如医疗设备、航空航天、能源管理等。
传感器概论
第1章概论一传感器的概念与发展1．1 传感器基本概念传感器（transducer/sensor）的定义是：能感受规定的被测量并按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。
其中，敏感元件（sensing element）是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件（transducer element）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以及其它某种可用信号的部分。
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器件。
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器件。
传感器的任务就是感知与测量。
在人类文明史的历次产业革命中，感受、处理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。
在18世纪产业革命以前，传感技术由人的感官实现：人观天象而仕农耕，察火色以冶铜铁。
从18世纪产业革命以来，特别是在20世纪信息革命中，传感技术越来越多地由人造感官，即工程传感器来实现。
目前，工程传感器应用如此广泛，以至可以说任何机械电气系统都离不开它。
现代工业、现代科学探索、特别是现代军事都要依靠传感器技术。
一个大国如果没有自身传感技术的不断进步，必将处处被动。
现代技术的发展，创造了多种多样的工程传感器。
工程传感器可以轻而易举地测量人体所无法感知的量，如紫外线、红外线、超声波、磁场等。
从这个意义上讲，工程传感器超过人的感官能力。
有些量虽然人的感官和工程传感器都能检测，但工程传感器测量得更快、更精确。
例如虽然人眼和光传感器都能检测可见光，进行物体识别与测距，但是人眼的视觉残留约为0．1s，而光晶体管的响应时间可短到纳秒以下；人眼的角分辨率为1ˊ，而光栅测距的精确度可达1"；激光定位的精度在月球距离3×104km范围内可达10cm以下；工程传感器可以把人所不能看到的物体通过数据处理变为视觉图像。
传感器简答题(含答案)
第一章1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？答：（1）传感器是能够感受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。
（2）传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路组成，有的还需辅助电源。
2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？答：一般常用的分类方法有四种：①按测量原理分类；②按输入信号分类；③按结构型和物理型分类；④按使用材料分类。
第二章1.何谓传感器的静态特性，传感器的主要静态特性有哪些？答：（1）传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。
（2）主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、漂移。
2.何谓传感器的动态特性，怎样衡量传感器的动态特性？答：（1）传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。
（2）传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来衡量。
瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。
第三章1.试分析电位器式传感器的负载特性，什么是负载误差？如何减小负载误差？答：（1）电位器输出端有负载时，其特性称为负载特性。
负载电阻和电位器的比值为有限值，负载特性偏离理想空载特性的偏差称为电位器的负载误差。
对于线性电位器，负载误差即为其非线性误差。
（2）减小负载误差方法：①尽量减小负载系数，通常希望m＜0.1，为此可采用高输入阻抗放大器；②将电位器工作区间限制在负载误差曲线范围内；③将电位器空载特性设计成某种上凸特性，负载特性必然下降。
第四章1.简述电阻应变式传感器的温度误差原因，如何补偿。
答：（1）原因：①温度变化引起敏感栅金属丝电阻变化；②试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，两者随温度变化产生的形变不等，使应变片产生附加应变。
（2）补偿方法：①电桥补偿法；②辅助测温元件微型计算机补偿法；③应变计自补偿2.什么是直流电桥？若按桥臂工作方式分类，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？答：（1）桥臂的供电电源是直流电的称为直流电桥。
传感器的基本概念
基本物理量 线位移 位移 角位移 线速度 速度 角速度 加速度 力 时间 光
派生物理量 长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 旋转角、偏转角、角振动等 速度、振动、流量、动量等
转速、角振动等 线加速度 振动、冲击、质量等 角加速度 角振动、扭矩、转动惯量等 压力 重量、应力、力矩等 频率 周期、记数、统计分布等 热容量、气体速度、涡流等 光通量与密度、光谱分布等
温 度
四、 按能量的关系分类：根据能量观点
分类，可将传感器分为有源传感器
和无源传感器两大类。 有源传感器是将非电能量转换为电能 量，称之为能量转换型传感器，也称换能 器。通常配合有电压测量电路和放大器。
如:压电式、热电式、电磁式等。
无源传感器又称为能量控制型传感器。 被测非电量仅对传感器中的能量起控制 或调节作用。所以必须具有辅助能源(电 能)。
y
H n S
则： H S H1 S H 2 S H p S
（ 6） 1
21
对于较为复杂的系统，可以将其看作是 一些较为简单系统的串联与并联。 若传感器由r个环节串联而成
x
H1 S
H 2 S
H n S
y
则：H S H1 S H 2 S H r S
式中，a0、a1、…, an, b0、b1、…., bm是与传感器的结构特性有关 的常系数。
被测
非电量
敏感 元件
有用
非电量
转换 元件
有用 电量
信号调节 电路
电 量
辅助电路
图1-1 一般传感器组成框图
3
敏感元件：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 的其它量的元件。 转换元件：又称变换器。能将敏感元 件感受到的非电量直
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传感器的基本概念
传感器的定义及组成传感器的概念来自“感觉（sensor）”一词，人们为了研究自然现象，仅仅依靠人的五官获取外界信息是远远不够的，于是发明了能代替或补充人五官功能的传感器，工程上也将传感器称为“变换器”。
根据国标（GB7665－87），传感器的定义为：“能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或装置。
”这一定义所表述的传感器的主要内涵包括：
1）从传感器的输入端来看：一个指定的传感器只能感受规定的被测量，即传感器对规定的物理量具有最大的灵敏度和最好的选择性。
例如温度传感器只能用于测温，而不希望它同时还受其它物理量的影响。
2）从传感器的输出端来看：传感器的输出信号为“可用信号”，这里所谓的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，最常见的是电信号、光信号。
可以预料，未来的“可用信号”或许是更先进更实用的其它信号形式。
3）从输入与输出的关系来看：它们之间的关系具有“一定规律”，即传感器的输入与输出不仅是相关的，而且可以用确定的数学模型来描述，也就是具有确定规律的静态特性和动态特性。
传感器的基本功能是检测信号和信号转换。
传感器总是处于测试系统的最前端，用来获取检测信息，其性能将直接影响整个测试系统，对测量精确度起着决定性作用。
传感器的组成按其定义一般由敏感元件、变换元件、信号调理电路三部分组成，有时还需外加辅助电源提供转换能量，如图4.1.1所示。
图中的敏感元件直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为易于转换成电量的其他物理量；再经变换元件转换成电参量（电压、电流、电阻、电感、电容等）；最后信号调理电路将这一电参量转换成易于进一步传输和处理的形式。
当然，不是所有的传感器都有敏感、变换元件之分，有些传感器是将两者合二为一，还有些新型的传感器将敏感元件、变换元件及信号调理电路集成为一个器件。
在机械量（如力、压力、位移、速度等）测量中，常采用弹性元件作为敏感元件。
这种弹性元件也叫弹性敏感元件或测量敏感元件，它可以把被测量由一种物理状态变换为所需要的另一种物理状态。
传感器的分类传感器的种类繁多，往往同一种被测量可以用不同类型的传感器来测量，而同一原理的传感器又可测量多种物理量，因此传感器有许多种分类方法。
常用的分类方法有：
1．按被测量分类1）机械量：位移、力、速度、加速度、……2）热工量：温度、热量、流量（速）、压力（差）、液位、……3）物性参量：浓度、粘度、比
重、酸碱度、……4）状态参量：裂纹、缺陷、泄漏、磨损、…………这种分类方法也就是按用途进行分类，给使用者提供了方便，容易根据测量对象来选择传感器。
2．按测量原理分类
按传感器的工作原理可分为电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、光纤磁敏式、激光、超声波等传感器。
现有传感器的测量原理都是基于物理的、化学的和生物等各种效应和定律，这种分类方法便于从原理上认识输入与输出之间的变换关系，有利于专业人员从原理、设计及应用上作归纳性的分析与研究。
3．按信号变换特征分类
1）结构型：主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。
例如，电容式传感器依靠极板间距离的变化引起电容量的改变。
2）物性型：是利用敏感元件材料本身物理属性的变化来实现信号变换的。
例如水银温度计是利用水银的热胀冷缩现象测量温度，压电式传感器是利用石英晶体的压电效应实现测量等。
4．按能量关系分类
1）能量转换型：传感器直接由被测对象输入能量使其工作的。
例如热电偶、光电池等，这种类型传感器也称为有源传感器。
2）能量控制型：传感器从外部获得能量使其工作，由被测量的变化控制外部供给能量的变化。
例如电阻式、电感式等传感器，这种类型的传感器必须由外部提供激励源（电源等），因此也称为无源传感器。
表4.1.1按能量转换型和能量控制型对常用传感器的工作原理进行归纳。
除以上分类方法外，还可按照输出量分为模拟式传感器和数字式传感器，按照测量方式分为接触式传感器和非接触式传感器等等。
常用技术性能指标由于传感器的类型五花八门，使用要求千差万别，无法列举全面衡量各种传感器质量优劣的统一性能指标，下面给出常用的技术性能指标。
（1）关于输入量的性能指标：量程或测量范围、过载能力等；
（2）关于静态特性指标：线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、分辨率、稳定性和漂移等；
（3）关于动态特性指标：固有频率、阻尼比、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、超调量、稳态误差等；
（4）关于可靠性指标：工作寿命、平均无故障时间、故障率、疲劳性能、绝缘、耐压、耐温等；
（5）关于对环境要求指标：工作温度范围、温度漂移、灵敏度漂移系数、抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力、抗冲振要求等；
（6）关于使用及配接要求：供电方式（直流、交流、频率、波形等）、电压幅度与稳定度、功耗、安装方式（外形尺寸、重量、结构特点等）、输入阻抗（对被测对象影响）、输出阻抗（对配接电路要求）等。