第2章传感器概述
传感器的组成和分类
传感器的基本特性
传感器的组成和分类
传感器是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或装置。在有些学科领域,传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。这些不同提法,反映了在不同的技术领域中,只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。如在电子技术领域,常把能感受信号的电子元件称为敏感元件,如热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件等,在超声波技术中则强调的是能量的转换,如压电式换能器等。这些提法在含义上有些狭窄,因此传感器一词是使用最为广泛而概括的用语。
传感器输出信号通常是电量,它便于传输、转换、处理、显示等。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。
通常,传感器由敏感元件和转换元件组成(如图2 - 1所示)。其中,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。由于传感器输出信号一般都很微弱,需要有信号调理与转换电路,进行放大、运算调制等, 此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源, 因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上,安装在传感器的壳体里。
图2-1 传感器组成方框图
传感器技术是一门知识密集型技术。传感器的原理有各种各样,它与许多学科有关,其种类十分繁多,分类方法也很多, 但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、压力、位移、速度等;另一种是按传感器的工作原理分类, 如应变式、电容式、压电式、磁电式等。本书是按后一种分类方法来介绍各种传感器的,而传感器的工程应用则是根据工程参数进行叙述的。对于初学者和应用传感器的工程技术人员来说,先从工作原理出发,了解各种各样传感器,而对工程上的被测参数,应着重于如何合理选择和使用传感器。
传感器的基本特性
传感器的静态特性
传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。如果被测量是一个不随时间变化,或随时间变化缓慢的量,可以只考虑其静态特性, 这时传感器的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。对静态特性而言,传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示:
y=a0+a1x+a2x2+…+anxn
式中:a0——输入量x为零时的输出量;
a1,a2,…,an——非线性项系数。
各项系数决定了特性曲线的具体形式。
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。
1. 灵敏度
灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度,即
它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。
(2-2)
图2-2 传感器的灵敏度
2. 线性度
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从传感器的性能看, 希望具有线性关系, 即理想输入输出关系。但实际遇到的传感器大多为非线性(如图2-3所示)。
在实际使用中,为了标定和数据处理的方便,希望得到线性关系,因此引入各种非线性补偿环节,如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理,从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性,但如果传感器非线性的方次不高, 输入量变化范围较小时,可用一条直线(切线或割线)近似地代表实际曲线的一段,使传感器输入输出特性线性化,所采用的直线称为拟合直线。
第2章 传感器概述 来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.