? ? 傳感器是什么？
? ? 傳感器是一種以一定的精確度將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測(cè)量的某種物理量（如電量）的測(cè)量部件或裝置。通常傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換成電量來(lái)輸出。傳感器的特性（靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性）是其內(nèi)部參數(shù)所表現(xiàn)的外部特征，決定了傳感器的性能和精度。

????1、傳感器的構(gòu)成

????傳感器一般是由敏感元件、傳感元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成，如圖1所示。

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圖1　傳感器組成框圖

????（1）敏感元件　是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的預(yù)變換裝置，而輸入、輸出間具有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系（最好為線(xiàn)性）。如彈性敏感元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出。

????（2）傳感元件　是將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（如電阻、電感、電容等）形式。例如將溫度轉(zhuǎn)換成電阻變化，位移轉(zhuǎn)換為電感或電容等傳感元件。

????（3）基本轉(zhuǎn)換電路　將電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量，如電壓、電流、頻率等。

????有些傳感器（如熱電偶）只有敏感元件，感受被測(cè)量時(shí)直接輸出電動(dòng)勢(shì)。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，無(wú)需基本轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器。還有些傳感器由敏感元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成，如電容式位移傳感器。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過(guò)若干次轉(zhuǎn)換才能輸出電量。大多數(shù)傳感器是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但也有個(gè)別的是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。

????2、傳感器的靜態(tài)特性

????傳感器變換的被測(cè)量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸入/輸出關(guān)系稱(chēng)為傳感器的靜態(tài)特性。描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是：線(xiàn)性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率和零漂。

????（1）線(xiàn)性度　傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)傳感器進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測(cè)試，得到輸入/輸出特性（列表或畫(huà)曲線(xiàn)）。通常希望這個(gè)特性（曲線(xiàn)）為線(xiàn)性，這對(duì)標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來(lái)方便。但實(shí)際的輸出與輸入特性只能接近線(xiàn)性，對(duì)比理論直線(xiàn)有偏差，如圖2所示。實(shí)際曲線(xiàn)與其兩個(gè)端尖連線(xiàn)（稱(chēng)理論直線(xiàn)）之間的偏差稱(chēng)為傳感器的非線(xiàn)性誤差。取其中最大值與輸出滿(mǎn)度值之比作為評(píng)價(jià)線(xiàn)性度（或非線(xiàn)性誤差）的指標(biāo)。

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圖2　傳感器線(xiàn)性度示意圖

????　　　　（1）

????式中：——線(xiàn)性度（非線(xiàn)性誤差）；

????——最大非線(xiàn)性絕對(duì)誤差；

????yFS——輸出滿(mǎn)度值。

????（2）靈敏度　傳感器在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出變化對(duì)輸入變化的比值稱(chēng)靈敏度，用S0表示，即

????　　　?。?）

????對(duì)于線(xiàn)性傳感器來(lái)說(shuō)，它的靈敏度是個(gè)常數(shù)。

????（3）遲滯　傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬谐讨休敵?輸入特性曲線(xiàn)的不重合程度稱(chēng)遲滯，遲滯誤差一般以滿(mǎn)量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示

????　　　?。?）

????式中　——輸出值在正、反行程間的最大差值。

????遲滯特性一般由實(shí)驗(yàn)方法確定，如圖3所示。

圖3　遲滯特性

????（4）重復(fù)性　傳感器在同一條件下，被測(cè)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，所得輸出/輸入曲線(xiàn)的不一致程度，稱(chēng)重復(fù)性如圖4-5表示。重復(fù)性誤差用滿(mǎn)量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即

????　　　　（4）

????式中　——輸出最大重復(fù)性誤差；

????重復(fù)特性也用實(shí)驗(yàn)方法確定，常用絕對(duì)誤差表示。如圖4表示。

圖4　重復(fù)特性

????（5）分辨力　傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量稱(chēng)分辨力，在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱(chēng)為閾值。分辨力與滿(mǎn)度輸入比的百分?jǐn)?shù)表示稱(chēng)為分辨率。

????（6）漂移　由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變化稱(chēng)為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱(chēng)為零點(diǎn)漂移。在其它因素不變情況下，輸出隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為時(shí)間漂移；隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為溫度漂移。

????（7）精度　表示測(cè)量結(jié)果和被測(cè)的“真值”的靠近程度。精度一般是在校驗(yàn)或標(biāo)定的方法來(lái)確定，此時(shí)“真值”則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來(lái)給出。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測(cè)試儀表的精度等級(jí)，如電工儀表精度分七級(jí)，分別是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5級(jí)。精度等級(jí)（S）的確定方法是：首先算出絕對(duì)誤差與輸出滿(mǎn)度量程之比的百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)值即為該儀器的精度等級(jí)。

????3、傳感器的動(dòng)態(tài)特性

????動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。傳感器測(cè)量靜態(tài)信號(hào)時(shí)，由于被測(cè)量不隨時(shí)間變化，測(cè)量和記錄過(guò)程不受時(shí)間限制。而實(shí)際中大量的被測(cè)量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，傳感器的輸出不僅需要精確地顯示被測(cè)量的大小，還要顯示被測(cè)量時(shí)間變換的規(guī)律，即被測(cè)量的波形。傳感器能測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。

????動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出量隨時(shí)間的變化規(guī)律將再現(xiàn)輸入量隨時(shí)間的變化規(guī)律，即它們具有同一個(gè)時(shí)間函數(shù)。但是，除了理想情況外，實(shí)際傳感器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不會(huì)具有相同的時(shí)間函數(shù)，由此引起動(dòng)態(tài)誤差。

????動(dòng)態(tài)特性參數(shù)一般都用階躍信號(hào)輸入狀態(tài)下的輸出特性和不同頻率信號(hào)輸入狀態(tài)下的幅值變化和相位變化表達(dá)。