模块一--传感器基本知识
《传感器及应用》教案
传感器及应用教案
教案
在允许误差范围内，传感器能测量的下限值（
1)端基拟合直线由传感器校准数据的零点输出平均值和满量程
平均值连成的一直线。
2）独立拟合直线方程用最小二乘法求得
（2）迟滞传感器在正、反行程期间，输入、输出曲线不重合的
现象。
数值是百分比，用
H
γ表示。
（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。
属于随机误差，记作
K
γ，σ为标准误差，
im
∆为
最大误差
(23)
100%
K
F S
y
σ
γ
⋅
=±⨯；
2
1
1
n
im
i
n
σ=
∆
=
-
∑
(4)零漂和温漂
任务二传感器的动态特性
当输入量（X）随时间变化时（如加速度、振动），讨论传感器
的动态特性，输入输出关系称动态特性。
三、课堂热身
这堂课学习了传感器的基本特性的知识，要求重点掌握并理解传
感器的静态特性。
四、拓展延伸
1.作业布置：
课后习题1-5
2.预习传感器的测量误差与准确度及传感器中的敏感元件。
学生认真
听讲并做
好笔记
学生在教
师的引导
下回顾
30
13
2
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案
教案。
传感器原理及应用
H%12yhm m aaxx 100% 1-7
迟滞现象反映了传感器机械结构 和制造工艺上的缺陷,如轴承摩 擦、间隙、螺钉松动、元件腐蚀 等。
5 精确度
传感器的精确度是指传感器的输出指示值与被测量 约定真值的一致程度,反映了传感器测量结果的可靠 程度。在工程应用中,为了简单表示测量结果的可靠 性程度,引入精确度这个等级概念,用A表示,它表示允 许的最大绝对误差与满度量程的比值的百分数,即
二、电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是目前工程测力传感器中应 用最普遍的一种传感器,它测量精度高,范围广, 频率响应特性较好,结构简单,尺寸小,易实现小 型化,并能在高温、强磁场等恶劣环境下使用,并 且工艺性好,价格低廉。它主要应用在力作用下, 将材料应变转变为电阻值的变化,从而实现力值 的测量。组成电阻应变片的材料一般为金属或 半导体材料。
2．传感器的动态特性
传感器的动态特性是指传感器在测量快速变化的输 入信号情况下,输出对输入的响应特性。传感器测量 静态信号时,由于被测量不随时间变化,测量和记录的 过程不受时间限制。但是在工程实践中,检测的是大 量随时间变化的动态信号,这就要求传感器不仅能精 确地测量信号的幅值大小,而且还能显示被测量随时 间变化的规律,即正确的再现被测量波形。传感器测 量动态信号的能力用动态特性来表示。
习题：1、2
模块二 力敏传感器及其应用
课题一 力敏传感器的工作原理与分类
任务目标 ★ 掌握电阻应变式力敏传感器的工作原理； ★ 掌握电感应变式力敏传感器的工作原理； ★ 了解电阻应变式和电感应变式力敏传感器之间 的区别。
一、力敏传感器概述
力敏传感器,顾名思义就是能对各种力或能转 化为力的物理量产生反应,并能将其转变为电 参数的装置或元件。很显然,要成为真正实用 意义上的力敏传感器,这个由力转化为电参数 的过程最好能成线性关系。根据由力至电参数 转变的方式不同,力敏传感器一般有电阻应变 式传感器、电位计式传感器、电感式传感器、 压电式传感器、电容式传感器等,它们也可用 来测量力值。
《传感技术》课程标准
《传感技术》课程标准1适用对象三年制高职本课程适用于节能工程技术、电子信息工程技术、电子组装技术专业开设的专业课，也可作为其他专业的选修课。
2课程性质与任务《传感技术》是电子信息工程技术比较重要的一门专业课，它是节电技术与管理专业的核心课程，是在学完《电路基础》、《模拟电子技术》、《高频电子技术》、《数字电路》以后所开的专业必修课。
本课程立足于高职高专教育人才培养目标，突出实用性和针对性，重点介绍了在工程实践中和日常生活中常见的传感器的工作原理和电路实例。
经学生反馈和对就业的学生调研中，本课程的开设，对于学生了解现代仪器设备、现代自动化较高的设施的工作原理方面，起到良好的作用，对于熟练使用测试传感器奠定了一定基础。
4教学重点与难点重点掌握力敏传感器、湿度传感器、温度传感器、气体传感器、光电传感器、磁敏传感器、微波和超声波传感器的工作原理，在讲解其结构原理的基础上，重点分析每一种传感器对应的实际电路（实物）的电原理图。
难点在于学生分析整体电路的能力较差，需要教师在这点下功夫。
5课程内容和要求本课程的讲授，根据本课程的每章讲授一种传感器的工作原理，章与章互相独立的特点，将每章设计成一个独立的教学任务，授课采用理论与实践相结合的方法，，以及学生完成任务后达到什么样的目标。
鼓励学生自己设计、装配、安装、调试传感器电路。
本课程属于实用性较强的专业课，需要配套的传感器来结合教学，鉴于学校实践条件有限，尚不能提供教材包含的全部传感器，还望今后学校能逐步投资完善实验设备7相关说明7.1教学的组织与方法本课程以课堂教学为主，同时与实验结合起来，结合传感器实物讲解工作原理与使用方法。
作业布置，每章布置一次作业，每次作业2-3题，光电传感器由于内容多可布置两次作业。
本课程属于考试课，用闭卷考试，成绩统计比例为平时（包括作业、实验、提问、辅导时对学生的了解）占30%,期末成绩占70%。
7.2教学材料的编写与选择该课程选用电子工业出版社2011年1月出版的《传感器原理及应用》（杨少春主编，书号：ISBN978-7-121-12723-6）该教材是国家示范性高职院校建设项目成果，高等职业教育教学改革系列规划教材，荣获2011年全国电子信息类优秀教材（职业教育类）三等奖。
传感器基本知识重点
模块一传感器概述练习题一、填空题：1、依据传感器的工作原理，通常传感器由、和转换电路三部分组成，是能把外界转换成的器件和装置。
2、传感器的静态特性包含、、迟滞、、分辨力、精确度、稳定性和漂移。
3、传感器的输入输出特性指标可分为和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的指标，而频率响应特性是传感器的指标。
4、传感器可分为物性型和结构型传感器，热电阻是型传感器，电容式加速度传感器是型传感器。
5、已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为。
6、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为、和三类。
7、相对误差是指测量的与被测量量真值的比值，通常用百分数表示。
8、噪声一般可分为和两大类。
9、任何测量都不可能，都存在。
10、常用的基本电量传感器包括、电感式和电容式传感器。
11、对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。
12、传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。
13、传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。
14、若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。
15、如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用作为传感器。
16、动态标定的目的，是检验测试传感器的指标。
17、确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号发生器和。
18、传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持条件。
19、为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行_ 。
20、传感器的核心部分是。
21、在反射参数测量中，由耦合器的方向性欠佳以及阻抗失配引起的系统误差是。
22、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称为。
二、判断题：1、灵敏度高、线性误差小的传感器，其动态特性就好。
（）2、测量系统的灵敏度要综合考虑系统各环节的灵敏度。
（）3、测量的输出值与理论输出值的差值即为测量误差。
传感器技术应用与应用
七、传感器的基本特性
传感器的基本特性一般是指传感器的输出与输入之 间的关系，有静态和动态之分。通常是以建立数学 模型来体现的，为了简化传感器的静、动态特性， 可以分开来研究。
1．传感器的静态特性
静态特性是指在静态信号作用下，传感器输出与 输入量间的一种函数关系，其静态特性可表示为
y=a0+a1x+a2x2+…+anxn
% | y max | 100%
L
y max
（1-4）
图1-2 传感器的线性度误差
图1-3 传感器的重复性
（3）重复性 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程 连续多次变动时所得到的特性曲线的不一致程度， 如图1-3所示，用公式表 示为
x%
mmax ymax
（1-5）
式中，⊿mmax取⊿ m1、 ⊿ m2中最大的计算，ymax为满 量程输出值。
可靠性程度，引入精确度这个等级概念，用A表示，
它表示允许的最大绝对误差与满度量程的比值的百
分数，即
A A 100%
ymax
（1-8）
式中 A——传感器精确度； ⊿ A——测量范围内允许的最大绝对误差； ymax ——满度量程输出值。
常用的档次为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0。例如，0.5级的仪表表 示其允许的最大使用误差为0.5%。
三、传感器的发展趋势
1．新材料的开发、应用
如：半导体材料 、功能陶瓷材料 、功能金属、功能 有机聚合物、非晶态材料、固体材料及薄膜材料等， 都可进一步提高传感器的产品质量，降低生产成本。
2．新工艺、新技术的应用 将半导体的精密细微加工技术应用在传感器的制造中， 可极大提高传感器的性能指标，并为传感器的集成化、 超小型化提供技术支撑。借助半导体的蒸镀技术、扩 散技术、光刻技术、静电封闭技术、全固态封接技术， 也可取得类似的功效。
仪表传感器知识点总结
仪表传感器知识点总结仪表传感器是一种广泛应用于工业控制领域的传感器，它们能够测量和监测各种物理量，例如温度、压力、流量、液位等。
在工业生产过程中，仪表传感器被广泛用于测量和监测各种工艺参数，以保证生产过程的安全和稳定运行。
以下是关于仪表传感器的一些主要知识点总结：1. 传感器类型：仪表传感器通常根据其检测原理和测量范围来分类。
常见的仪表传感器类型包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。
每种传感器类型都有其特定的测量原理和适用范围。
2. 传感器检测原理：仪表传感器的检测原理多种多样，常见的包括电阻式、电容式、压阻式、振动式、光电式等。
不同的检测原理适用于不同的测量场合，选择合适的检测原理可以确保传感器的准确性和稳定性。
3. 传感器工作原理：仪表传感器通常通过将被测物理量转换为电信号来实现测量和监测。
传感器的工作原理包括获取被测物理量信号、转换为电信号、放大和处理信号、最终输出测量结果等。
4. 传感器特性：仪表传感器具有许多特性，包括灵敏度、线性度、重复性、稳定性、精度等。
这些特性直接关系到传感器的测量准确性和可靠性，是评价传感器性能的重要指标。
5. 传感器选型与安装：在选择仪表传感器时，需要根据测量范围、精度要求、工作环境等因素进行综合考虑。
传感器的安装位置和方式也会影响其工作性能，正确的安装可以最大限度地发挥传感器的作用。
6. 传感器信号处理:传感器输出的信号通常需要经过放大、滤波、线性化等处理，才能得到符合要求的测量结果。
传感器信号处理技术对传感器的测量性能具有重要影响，是传感器技术领域的重要研究方向之一。
在工业自动化控制领域，仪表传感器起着至关重要的作用，它们直接关系到生产过程的安全性、稳定性和经济效益。
随着科学技术的不断进步，仪表传感器技术也在不断发展，新的传感器类型和新的传感器技术不断涌现，为工业控制领域的发展提供着强大的支撑。
总的来说，仪表传感器技术是一门综合性的技术领域，它涉及到传感器的原理、结构、工作方式、信号处理、测量精度等方面的知识。
sensor传感器原理及应用资料
3.可与计算机相连，进行数据的自动运算、分析和 处理 传感器将非电物理量转换成电信号后，通过接口电 路变成计算机能够处理的信号，进行自动运算、分 析和处理。 4.品种繁多，应用广泛 现代信息系统中待测的信息量很多，一种待测信息 可由几种传感器来测量，一种传感器也可测量多种 信息，因此传感器种类繁多，应用广泛，从航空、 航天、兵器、交通、机械、电子、冶炼、轻工、化 工、煤炭、石油、环保、医疗、生物工程等领域， 到农、林、牧、副、渔业，以及人们的衣、食、住、 行等生活的方方面面，几乎无处不使用传感器，无 处不需要传感器。
长江工程职业技术学院自动化教研室
三、传感器的发展趋势
1．新材料的开发、应用
如：半导体材料 、功能陶瓷材料 、功能金属、功能 有机聚合物、非晶态材料、固体材料及薄膜材料等， 都可进一步提高传感器的产品质量，降低生产成本。 2．新工艺、新技术的应用 将半导体的精密细微加工技术应用在传感器的制造中， 可极大提高传感器的性能指标，并为传感器的集成化、 超小型化提供技术支撑。借助半导体的蒸镀技术、扩 散技术、光刻技术、静电封闭技术、全固态封接技术， 也可取得类似的功效。
说
明
为了配合电子工业出版社2011年1月出版的《传 感器原理及应用》（书号：ISBN 978-7-121-12723-6 杨少春主编）教材的教学，我们制作了本教材配套的 多媒体课件，由于时间紧迫，制作者水平有限，课件 中难免有不足之处，恳请广大读者批评指正。
长江工程职业技术学院 武汉职业技术学院
周海波 杨少春
长江工程职业技术学院自动化教研室
根据以上定义可画出传感器的组成框图，如图1-1 所示。
图1研室
六、传感器的分类与特点
传感器常用的分类方法有两种，一种是按被测输入 量划分，另一种是按传感器的工作原理划分。
参考答案传感器及应用第三版习题册
模块一传感器的基本知识课题1 传感器的认识一、填空题1.传感器技术2.非电量信息3.敏感元件；传感器元件；测量电路4.物理效应5.传感器二、判断题1.√2.√3.×4.×5.√三、名词解释1.敏感元件是传感器中将被测量转换成与其有确定关系的、更易于转换的非电量的元件。
如很多称重传感器，先将重力转化成位移，位移更易于转换和检测。
2.传感元件是将传感器中的敏感元件转换的非电量进一步转换成电量，便于信号采集的元件。
如很多称重传感器，敏感元件先将重力转换成位移，传感元件再将位移转换成电阻变化，经检测电路成为便于测量的电压信号或电流信号。
四、简答题1.在信号检测和自动化控制系统中，传感器用于接收各种外部环境信息，其作用类似于人的感官，例如光敏传感器的作用类似视觉器官，气敏传感器的作用类似嗅觉器官。
2.传感器种类多种多样，比较常用的分类方法有三种：○1按传感器测量的物理量分类，可分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器等。
○2按传感器工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、光电传感器等。
○3按传感器输出信号的性质分类，可分为开关型传感器、模拟型传感器、数字型传感器。
3.传感器测量转换电路将传感元件输出的幅度很小且混杂有干扰信号的信号转换成为具有最佳特性的、线性化的电信号，并放大成易于测量、处理的电信号，如电压、电流、频率等。
五、综合应用题1.答案要点：一辆中级轿车中装有上千种传感器，以保证汽车的动力性、安全性、舒适性等。
当速度传感器感受到汽车速度为零时，输出信号使得汽车刹车启动，实现自动启停功能；汽车碰撞时，冲击传感器感受到冲击，输出信号将气囊打开，保护驾驶员的安全性。
温度传感器能够使汽车内部环境舒适宜人，保证驾驶员及乘坐人员的舒适性。
2.答案要点：机器人能看到障碍物，它可能用了图像传感器，类似于相机中的图像传感器，可以记录图像、可以识别图像。
课题2 传感器的技术指标一、填空题1.真实值2.线性度；迟滞；重复性3.最小变化4.动态响应时间；频率响应范围5.线性度；迟滞；重复性二、判断题1.×2.√3.√4.√5.√三、名词解释1.传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化，或随时间缓慢变化时，传感器的输入与输出的对应关系。
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传感器的组成
example
图是一种气体压力传感器的示意图。膜盒2的下半部 与壳体1固接，上半部通过连杆与磁芯4相连，磁芯4置于 两个电感线圈3中，后者接入转换电路5。
膜盒就是敏感元件，其外部与 大气压力相通，内部感受被测压 力，当压力变化时，引起膜盒上 半部移动，即输出相应的位移量。
3、按工作原理分类 传感器的测量原理主要是依据物理学各种定律
和效应以及化学原理和固体物理学理论。 如：根据变电阻的原理，相应的有电位计式、 应变式传感器；
根据变磁原理工作的有电感式、差动变压 器式、电涡流式等传感器。 根据半导体有关理论，则相应的有半导体力 敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。
第一章 第23页
第一章 第6页
任务一 认识传感器
想一想： 手机哪些功能与传感器有关？
序号 功能用途
描述
1 屏幕自由旋转 可以切换手机的横屏与竖屏方向 2 计数器功能 计算出人所移动的步数 3 屏幕自动关屏 通话时屏幕接近耳朵就黑屏 4 自动亮度调节 不同光线时，自动调节手机亮度
第一章 第7页
随着科学技术的发展，人体感官所获取的信息，已经不能 满足日常生活生产的需要。于是，就研制了各种传感器。
1、楼道声光控灯
有声音和晚上的时候，灯 才点亮。
2、电饭锅
锅内温控材料的温度达到 一定温度时，温控开关启 动停止加热。
第一章 第8页
3、电子称 很快称出物体质量。
4、电子温度计 能精确测出人的体温，人 在不同体温时。发射的红 外线强度不同。
第一章 第9页
5、电熨斗 达到一定温度时，自动断电
6、自动门 当人靠近时，自动开门
第一章 第21页
传感器的分类
化学传感器主要是利用把化学物质的成分、浓度等化学量转 换为电学量的敏感元件制成的。
生物型传感器是利用生物体组织的各种生物、化学与物理效 应制成的，如酶传感器、免疫传感器。
目前，传感器已经深入到了日常生活、生产、科学研究、 军事技术等各个领域。
第一章 第22页
传感器的分类
• 传感器是人类通过仪器探知自然界的触角，它的作用与人 的感官相类似。如果将计算机视为识别和处理信息的“大 脑”，将通信系统比作传递信息的“神经系统”，将执行 器比作人的肌体的话，传感器就相当于人的感官。
• 传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”
传感器技术
通信技术
计算机技术
自动检测系统
采集、转换信息 传递信息
第一章 第16页
传感器的组成
非电量
敏感元件
转换元件
测量电路 电量
辅助电源
转换元件：将敏感元件感受的非电量直接转换为 电量。
并非所有的传感器都包括敏感元件和转换元件 （热敏电阻，压电晶体，热电偶，光电器件）
第一章 第17页
传感器的组成
非电量
敏感元件
转换元件
测量电路 电量
辅助电源
测量电路：将转换元件输出的电量变成便于显示、 传输、记录、控制和处理的有用电量（如电压、电 流、频率等） 测量电路即是信号调节与转换电路——放大器、电 桥、振荡器、阻抗变换器
第一章 第10页
7、话筒 将声音放大后输出。 声波作用在振膜上引 起振动，从而改变两 极板间电容量的变化， 引起极板上电荷 量的
改变，电荷量随时间 变化形成高变电流， 流经电阻R上在两端 产生压降，在经过放 大器输出高变信号 8、自动报警器 车的遥控钥匙
第一章 第11页
9、酒精测试仪 10、自动干手器
电压、电流、电荷、电阻、 电容、电感、电动势、……
(物理量、化学量、生物量)
非电量
传感器 电量
按照一定的规律
第一章 第14页
传感器的定义
第一章 第15页
传感器的组成
非电量
敏感元件
转换元件
测量电路 电量
辅助电源
敏感元件：直接感受被测非电量，并将它转换成易测量 的物理量的预变换装置。
敏感元件也叫变换器、检测器、探测器 弹性元件——敏感元件 也叫弹性敏感元件 （应变片、铂电阻）
处理信息
执行机构
执行
第一章 第5页
传感器技术的作用和地位
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。
在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的 信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。
大家好
1
➢ 在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器。 电冰箱的温度传感器; 空调中的温度和湿度传感器; 煤气灶中的煤气泄漏传感器; 电视机中的红外遥控器; 照相机中的光传感器; 汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。
➢ 传感器给我们的生活带来了很多的便利和帮助
第一章 第2页
➢ 人体器官就是一个天然的 传感器
人们通过五பைடு நூலகம்来感受外界事 物的变化
• 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
第一章 第3页
感官 信息获取
神经 信息传送
大脑 信息处理
肢体 执行
如果把人体看作是一个信息系统的话，那么眼 耳口鼻皮肤等感官就是这个系统的传感器
第一章 第4页
传感器的分类
3、按工作原理分类
① 应变式传感器 ② 电容式传感器 ③ 电感式传感器 ④ 压电式传感器 ⑤ 热电式传感器
……
第一章 第24页
传感器的分类
4、按结构型和物性型分类 结构型 主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化 将外界被测量转换为相应电阻、电感、电容等物 理量的变化，从而检测出被测量信号。这种传感 器目前应用的最为普遍。 物性型 利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量。 它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材 料的固态器件。
第一章 第12页
任务二 了解传感器的基本知识 想一想：家里的哪些电子产品与传感器有关呢？ 电子热水器、电视机、冰箱、煤气、炉具、手机、车、麦克风等
第一章 第13页
任务二 了解传感器的基本知识
传感器的定义
传感器是电子器件（测量装置） 传感器是将外界各种非电量转变为电量的电子器件
温度、亮度、重量、流量、 压力、磁场、加速度、……
转换元件是可变电感线圈3， 它把输入的位移量转换成电感的 变化。
第一章 第19页
传感器的分类
1、按被测物理量分类
如：输入量为温度、压力、位移、速度、加速度、
湿度等
加
湿 度 传 感 器
温压位 速速 度力移 度度 传传传 传传 感感感 感感 器器器 器器
第一章 第20页
传感器的分类
物理传感器主要是利用被测物理量变化时，敏感元件的电 学量发生明显变化的特性制成的。