第二章--传感器概述.上课讲义
《传感器及其工作原理》 讲义
《传感器及其工作原理》讲义一、传感器的定义与作用在我们生活的这个科技飞速发展的时代，传感器就像是感知世界的“触角”，默默地在各种设备和系统中发挥着至关重要的作用。
那么，究竟什么是传感器呢？简单来说，传感器是一种能够感受被测量的信息，并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
它就像是我们人体的感官器官，比如眼睛能感知光线、耳朵能感知声音一样，传感器能够感知温度、压力、湿度、位置、速度等各种物理量和化学量，并将这些信息转化为电信号或其他易于处理和传输的形式。
传感器的作用不可小觑。
在工业生产中，它可以实时监测生产过程中的各种参数，保证生产的高效、稳定和质量；在医疗领域，它能够精确测量人体的生理指标，为疾病的诊断和治疗提供重要依据；在智能家居中，它让我们的生活更加便捷和舒适，比如自动调节室内温度、湿度的智能空调系统；在交通运输领域，传感器帮助实现自动驾驶、车辆故障诊断等功能，提升交通安全和效率。
二、传感器的分类传感器的种类繁多，为了更好地理解和研究它们，可以根据不同的标准进行分类。
按照被测量的物理量分类，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、流量传感器等。
如果按照工作原理来分，常见的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、热电式传感器等。
此外，还可以按照输出信号的类型分为模拟式传感器和数字式传感器；按照使用的材料分为金属传感器、陶瓷传感器、半导体传感器等。
三、常见传感器的工作原理1、电阻式传感器电阻式传感器是利用电阻元件将被测量的变化转换为电阻值的变化。
例如，电阻应变式传感器，它通常由电阻应变片组成。
当应变片受到外力作用时，其电阻值会发生变化，通过测量电阻的变化就能推算出所受外力的大小。
再比如，热电阻温度传感器，它是利用金属导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度的。
温度升高时，电阻值增大或减小，通过测量电阻值就能知道温度的高低。
《传感器》 讲义
《传感器》讲义一、什么是传感器在我们生活的这个科技飞速发展的时代，传感器扮演着至关重要的角色。
简单来说，传感器就是一种能够感知和检测各种物理量、化学量或生物量，并将其转换成可测量和可处理的电信号或其他形式信号的装置。
传感器就像是我们人体的感觉器官，能够“感受”到周围环境的变化。
比如，我们的眼睛能看到光，耳朵能听到声音，皮肤能感受到温度和压力。
而传感器则可以像这些感觉器官一样，感知温度、湿度、光照、声音、压力、位置、速度等各种各样的信息。
传感器的应用范围极其广泛，从我们日常使用的智能手机、智能家居设备，到工业生产中的自动化控制系统、医疗领域的医疗器械，再到航空航天、交通运输等众多领域，都离不开传感器的身影。
二、传感器的工作原理要理解传感器是如何工作的，我们首先需要了解一些基本的物理和化学原理。
大多数传感器都是基于某些特定的物理效应或化学反应来工作的。
比如，温度传感器通常利用热敏电阻、热电偶或半导体材料的温度特性来测量温度。
当温度发生变化时，这些材料的电阻、电势差或其他电学特性也会相应地发生改变，通过测量这些电学特性的变化，就可以确定温度的数值。
压力传感器则常常基于应变片的原理工作。
当受到压力作用时，应变片会发生形变，从而导致其电阻值发生变化。
通过测量电阻的变化，就能够计算出所施加的压力大小。
而在化学传感器中，例如气体传感器，可能会利用某些化学物质与特定气体发生反应时产生的电学、光学或其他性质的变化来检测气体的浓度。
三、传感器的分类由于传感器能够检测的物理量和化学量种类繁多，因此传感器也有许多不同的类型。
按照被测量的物理量分类，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、位置传感器、速度传感器等等。
如果按照工作原理来分类，传感器则可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁电式传感器等等。
此外，还有按照输出信号类型分类的，比如模拟式传感器和数字式传感器；按照使用场景分类的，如工业用传感器、家用传感器、医疗用传感器等等。
传感器原理介绍及应用ppt课件
目录
1 传感器的基本概念 2 常用传感器 3 公司产品介绍 4 产品应目方案分析
项目评估 工艺流程图
沈阳某电视台网管中心空调自控工程
一、项目背景 通常现代建筑中的中央空调系统冷冻主机的负荷能 随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹 配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，不仅造 成电能的极大耗费，同时也恶化了中央空调的运行 环境和运行质量。 随着新技术、新设备在电视台的 广泛应用，数字化、网络化、智能化有效的提高了 电视信号的播出水平。沈阳某电视台网管中心集中 着电视的大部分关键设备，使用空调自控系统对设 备的安全起到保障作用。因此，这对电视台网管中 心的空调系统自动控制改造提出了更高要求。沈阳 新华控制系统有限公司成功中标沈阳某电视台网管 中心的空调自控系统的设计、安装与调试工程。
常用传感器—霍尔传感器
概念：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁
场传感器。
分类：霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型
霍尔传感器两种。
结构：霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、
霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。
应用：测量电流、位移、转速、风速、流速、自
动电路。
常用传感器—温度传感器
概念：是指能感受温度并转换成可用输出信号的
SITRANS FM MAG 1100 F电 磁流量传感器是 特地为食品、饮 料和制药工业而 设计的，配置各 种卫生型快速接 头。
公司产品介绍—西门子工业业务
西门子 SITRANS P ZD 系列压力测量仪表可 配置的压力变送器， 测量气体、液体和蒸 汽的表压和绝压。带 数字显示，量程比10 ︰1，数字显示与过程 连接的可选经向或轴 向两种方式。
传感器基本知识ppt课件
区别
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18
铁磁材料裂纹检测
N
S
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19
三、霍尔接近传感器和接近开关
在霍尔器件背后偏置一块永久磁体，并将它们和相应的处 理电路装在一个壳体内，做成一个探头，将霍尔器件的输 入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来，构成霍尔 接近传感器。 霍尔线性接近传感器主要用于黑色金属的自控计数，黑色 金属的厚度检测、距离检测、齿轮数齿、转速检测、测速 调速、缺口传感、张力检测、棉条均匀检测、电磁量检测、 角度检测等。
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❖ (2)电动车到达B点以后进人“弯道区”，沿 圆 弧引导线到达C点。C点下埋有边长为 15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点 检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间 发出断续的声光信息; (3)电动车在光源的引导下，通过障碍区进人 停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍 物之间通过且不得与其接触; (4)电动车完成上述任务后应立即停车。停车 后，能准确显示电动车全程行驶时间。
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【电涡流传感器应用】
一：电涡流涂层厚度仪
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电涡流涂层厚 度仪原理
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二、电涡流式通道安全检查门
安检门的内部设置有发射线
圈和接收线圈。当有金属物体通
过时，交变磁场就会在该金属导
体表面产生电涡流，会在接收线
圈中感应出电压，计算机根据感
应电压的大小、相位来判定金属
霍尔接近传感器的外形图
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当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应 而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而 控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 霍尔接 近开关主要用于各种自动控制装置，完成所需的位置控制，加工尺寸控 制、自动计数、各种计数、各种流程的自动衔接、液位控制、转速检测 等等。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点， 内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。
传感器的基本概念课件
导 传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。
从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组 成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。
《传感器的基本概念》PPT课件
1.1 传感器的定义
x(t)
h(t)
y(t)
系统分析中的三类问题：
1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输 特性。 (系统辨识)
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
的输入量。 (反求)
3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(
预测)
《传感器的基本概念》PPT课件
1). 微分方程 绝大多数传感器都属模拟(连续变化)系列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性时不变系统理论描述传感器的动态特性，即 用高阶线性常系数微分方程表示传感器输出量y和输入量x的关系。其通式如下：
式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。 对于复杂的系统，其微分方程的建立求解都是很困难的；但是一旦求解出微分方程的
只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时 可见，无需 了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，便可 得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。它们可用图(a)框图表示。
对于多环节串、并联组成的传感器，如果各个环节阻抗匹配适当，可忽略相 互间的影。则传感器的等效传递函数可按下列代数方式求得：
压力传感器的外形及内部结构
《传感器的基本概念》PPT课件
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量
认识传感器ppt课件
（4）迟滞 迟滞反映传感器正向特性与反向特性不一致的
程度。产生这种现象的原因是由于传感器的机 械部分不可避免地存在间隙、摩擦及松动。
图1-12 迟滞特性
（5）重复性
重复性是指传感器输入量按同一方向作全量程连续 多次测量时所得输出-输入特性曲线不重合的程度。 它是反映传感器精密度的一个指标，产生的原因与迟 滞性基本相同，重复性越好，误差越小。
（a） 雷达波探测器 外热成像生命探测仪
（b） 视频探测器 （c） 音频探测器 （d） 红 图1-6 生命探测设备
4．农业生产中使用的传感器
图1-7 塑料大棚
5．汽车中使用的传感器
图1-8 汽车中使用的部分传感器
二、传感器的概念与定义
1．传感器的概念 传感器是一种能把特定被测量的信息按
一定规律转换成某种可用信号并输出的器件或 装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示 和控制等要求。
2．传感器的动态特性
传感器要检测的输入信号是随时间而变化的。 传感器应能跟踪输入信号的变化，这样才能获 得正确的输出信号；如果输入信号变化太快， 传感器就可能跟踪不上，这种跟踪输入信号的 特性就是传感器的响应特性，即为动态特性。 表征传感器动态特性的主要参数有响应速度、 频率响应。
（1）响应速度
是将感受的被测的量转换成电信号的部分。
将电信号转换为便于显示、记录、处理和控制
的有用电信号。有用电信号有很多形式，如电
压、电流、频率等。随着科学技术的发展，输
出信号将来也可能是光信号或其他的信号。
传感器的特性有
和
之分。
主要有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞、重复
传感器(传感器教学课件)精选全文完整版
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 可编辑修改精选全文完整版传感器(传感器教学课件)传感器(传感器教学课件) 1、传感器：（1）广义：能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和装置，狭义：在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。
（2）、通常由敏感元件和转换元件组成。
（3）分类从应用目的角度（被测量性质）：机械量传感器：位移、速度、加速度、振动、力、尺寸热工量传感器：温度、压力、流量、物位化学量传感器：浓度、化学成分状态量传感器：颜色、透明度、磨损量、裂纹从研究目的角度（输出量性质/工作原理）：参量型传感器：电阻式、电容式、电感式（无源电参量）发电型传感器：热电偶、光电、磁电、压电等（输出电压或电流）三、检测系统组成 2、灵敏度传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。
1/ 6若系统的输出和输入间有线性关系，则灵敏度 k 是一个常数。
3、测量过程：比较、示差、平衡、读数四个步骤 4、测量误差：检测结果和被测量的客观真值之间存在的差别。
（1）绝对误差仪表的指示值（测量值）与被测量真值之间的差值。
x x0 （2）相对误差仪表指示值的绝对误差与被测量真值（实际值）的比值。
我国电工仪表的准确度等级就是按照满度误差分级的。
仪表的准确度等级和基本误差实际测量时，为防止测量值超量程太多而损坏仪表，应先在大量程下测得被测量大致数值，然后选择合适的量程测量，以尽可能减小相对误差。
实际测量中，若真值未知，或测量误差不大，可用指示值代替真值计算相对误差，即示值相对误差例：现有一重约 15g 的物体待测，请从下列几个称重仪中选出最合适的一台,并做必要的计算和说明。
传感器的概述精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第一章 传感器的概述1.传感器的定义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叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A srad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
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示例2
1. 计算平均值
正、反行程输出平均值
总平均值
yj 12(yjD yjI )
2. 确定拟合直线方程
yjI1 ni n1yjiI, yji D 1 ni n1yjiD
y a 0 a 1 x a 2 x 2 a n x n
• a0－输入量x为零时的输出量； a1 ,线性项系数 •特性曲线的具体形式。
3
• 静态特性的获得： 通过实验标定获得。
1.在规定的标准工作条件下 （规定的温度范围、大气压力、湿度等），由高精度输入量
以输出的平均值求端点连线拟合直线，问灵敏度 和线性度、迟滞、重复性误差各是多少？
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拟合直线 y 5x
线性度： L m a xL 1 L 2 1mV
L Y L F mSa 1 x % 0 0 2 1 5 1% 0 0 4 %
灵敏度：
sy 255 x 5
mV mm
迟滞：
Hma xH32 mV
3 分辨力
• 它表征测量系统有效辨别输入量最小变化 量的能力。一般为最小分度值的1/2~1/5。具有 数字显示器的测量系统，其分辨力是当最小有 效数字增加一个字时相应示值的改变量，也即 一个分度值。
4 量程
• 又称“满度值”，表征测量系统能够承受 最大输入量的能力。其数值是测量系统示值范 围上、下限之差的模。
4
静态特性的性能指标
• 1 零位（点）
如变送器是输出标准信号的传感器， 输出直流电流值4mA为零位值。零位值应 从测量结果中设法消除。
5
• 2 灵敏度
描述测量 系统对输入量变 化反应的能力：
S=常量
S常量
S输 输出 入量 量 增 增 yx量 量 ddyx
其它表达形式：
S y 、Sy y
x x
x
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• 定义：是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度
y a 0 a 1 x a 2 x 2 a n x n
• a0－输入量x为零时的输出量； a1 ,线性项系数 • a2 , …, an －非线性项系数 • 非线性度是准对不同的拟合直线说的，常用拟合直线确定
的方法：理论线性度、最小二乘法线性度等。常用后者， 后者拟合的直线与实际曲线所有点的平方和最小，非线性 误差较小。拟合直线方程为：y=b+kx • 下图是各种不同的拟合方法
发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的 输入量:xj(j=1,2,…,m) 2. 用 高 精 度 测 量 仪 器 测 定 被 校 测 量 系 统 对 应 输 出 量 yj(j=1,2,…,m) 3. 被yj，校测xj数量值系列统出的的输数出表与、输绘入制的曲关线系或，求称之得为数静学态表特达性式。表征
8
6 重复性
• 定义：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
R
R 10% 0 YFS
重复性误差是随机误差，常用标准差
计算（标准法），也可用正反行程
中最大重复差值Rmax（极差法）计算：
R2Y~F3S10% 0
R
Rmax10% 0 2YFS
9
7 线性度（非线性误差）
第二章--传感器概述.
2.2 传感器的基本特性
• 输出输入特性——静态特性与动态特性 • 本节目的
• 会由基本特性确定基本参数和性能指标
2
2.2.1 静态特性
• 被测量的值处于稳定状态时的输出与输入 的关系。
• 当被测量是一个不随时间变化或随时间缓慢变化的恒定信 号时，传感器输入量与输出量之间在数值上一般具有一定 的对应关系，关系式中不含有时间变量。通常可用如下的 多项式表示：
-0.012 3 0.506 8 0.999 3 1.499 3 2.001 3
-0.012 3 0.505 6 0.998 6 1.498 5 2.000 5 2.504 9
-0.012 4 0.507 1 0.999 8 1.499 2 2.001 5
-0.012 5 0.506 0 0.999 2 1.499 0 2.001 0 2.505 2
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5 迟滞
定义：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）形成期 间其输入-输出特性曲线不重合的现象
y
迟滞误差：
H
Hmax10% 0 YFS
YF.S
Hmax —同一输入量对应正、反行程输出量
ΔHmax
的最大差值，迟滞差值；
O
XF.S x
图2-5 滞环特性
Y F . S —满量程输出值
• 迟滞产生的原因：弹性敏感元件的弹性滞 后、运动部件的摩擦、传动机构的间隙、 紧固件松动等。
范围内标定点数m=6,正反行程循环次数n=5，标准压力发
生器用活塞式压力计（0.05级），标定值列入表1-1中，
总计标定值的个数N＝55
14
表 1-1
静态实验标定数据
j
1
2
3
4
5
6
i
正
1
向 反
向
正
2
向 反
向
正
3
向 反
向
正
4
向 反
向
正
5
向 反
向
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
-0.011 4 0.499 8 0.995 4 1.496 2 1.999 1 2.503 0
H 1 2 Y H F m S a1 x% 0 0 1 2 2 2 5 1% 0 0 4 %
重复性：
Rmax1mV
2% R 2RYm FSax10% 0 ＝
13
[示例2]由压力测量系统的静态实验标定数据 求取静态特性基本参数与质量指标
•
某压力测量系统的标称量程为2.5×105Pa，在满量程
-0.011 6 0.502 9 0.996 9 1.497 4 1.998 6
-0.011 9 0.501 7 0.995 9 1.496 0 2.000 0
2.504 2 -0.011 9 0.504 4 0.997 9 1.498 1 1.999 6
-0.012 1 0.504 4 0.998 3 1.498 1 2.000 3 2.504 7
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图（a）理论拟合，（b）端点旋转拟合（c）端点连线拟合，（d）端点连线平移拟合 如果为一组离散数据，可以用最小二乘拟合（线性回归分析），精度最高。
非线性度
L
Lmax10% 0 YFS
ΔLmax——静态特性与拟合直线的最大非线性绝对误差
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• [示例1]有一位移测量系统，对位移在0～5mm的范围进行 了两个循环的测量，测量数据如下：