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1、主要内容1 1、传感器的基本概念、传感器的基本概念、传感器的基本概念、传感器的基本概念2 2、传感器的静态数学模型和基本特性指标、传感器的静态数学模型和基本特性指标、传感器的静态数学模型和基本特性指标、传感器的静态数学模型和基本特性指标3 3、传感器的动态数学模型及基本特性指标、传感器的动态数学模型及基本特性指标、传感器的动态数学模型及基本特性指标、传感器的动态数学模型及基本特性指标4 4、改善传感器性能的技术途径、改善传感器性能的技术途径、改善传感器性能的技术途径、改善传感器性能的技术途径5 5、传感器的标定与校准、传感器的标定与校准、传感器的标定与校准、传感器的标定与校准11-1 传感器的
2、基本概念传感器的基本概念一、传感器的定义一、传感器的定义一、传感器的定义一、传感器的定义 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。四层含义：四层含义：四层含义：四层含义：（1 1）传感器是一种）传感器是一种）传感器是一种）传感器是一种测量测量测量测量器件或装置器件或装置器件或装置器件或装置测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器测速发电机
3、、发电机测速传感器（2 2）“特定的被测量信息特定的被测量信息特定的被测量信息特定的被测量信息”：非电非电非电非电量量量量发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？物理量物理量物理量物理量化学量化学量化学量化学量生物量生物量生物量生物量电量电量电量电量2（3 3）“某种某种某种某种可用信号可用信号可用信号可用信号输出输出输出输出”把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的器件或装置。的电量输出的器件或装置。的电量输出的器件或装置
4、。的电量输出的器件或装置。非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。（4 4）“转换转换转换转换”：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、转换器、探测器转换器、探测器转换器、探测器转换器、探测器 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信
5、息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。工业测工业测工业测工业测量量量量标准输出标准输出标准输出标准输出信号信号信号信号能量转能量转能量转能量转换换换换转换效转换效转换效转换效率率率率3二、传感器的物理定律二、传感器的物理定律二、传感器的物理定律二、传感器的物理定律（1 1）守恒定律）守恒定律）守恒定律）守恒定律（2 2）统计法则）统计法则）统计法则）统计法则物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变。物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变。物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变。物理量随
6、着空间和时间的移动，其总量保持不变。能量守恒、动量守恒、电荷守恒能量守恒、动量守恒、电荷守恒能量守恒、动量守恒、电荷守恒能量守恒、动量守恒、电荷守恒传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。常和传感器的工作状态有关。常和传感器的工作状态有关。常和传感器的工作状态有关。常和传感器的工作状态有关。运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。如：热力学第二定律如：热力学第二定律如：热力
7、学第二定律如：热力学第二定律4（3 3）场的定律）场的定律）场的定律）场的定律描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时间上的变换规律。间上的变换规律。间上的变换规律。间上的变换规律。静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器利用场的定律构成的传感器称为：利用场的定律构成的传感器称为：利用场的定律构成的传感器称为：利用场的定律构成的传感器
8、称为：结构型传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器物理方程物理方程物理方程物理方程 传感器工作的数学模型传感器工作的数学模型传感器工作的数学模型传感器工作的数学模型（4 4）物质定律）物质定律）物质定律）物质定律表示各种物质内在客观性质的定律。表示各种物质内在客观性质的定律。表示各种物质内在客观性质的定律。表示各种物质内在客观性质的定律。虎克定律虎克定律虎克定律虎克定律 F=k x F=k x 、欧姆定律、欧姆定律、欧姆定律、欧姆定律 U=R I U=R I基于物质定律构成的传感器称为：基于物质定律构成的传感器称为：基于物质定律构成的传感器称为：基于物质定律构成的传感器称为：物性型传感器物
9、性型传感器物性型传感器物性型传感器半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏5例例例例1-1 1-1 举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别。举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别。举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别。举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别。（1 1）电容式传感器）电容式传感器）电容式传感器）电容式传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器化简得：化简得：化简得：化简得：输出灵敏度输出灵敏度输出灵敏度输出灵敏度结构型传感器的特性主要由其结构参数决
10、定，结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，与构成传感器的物质的性质无关。与构成传感器的物质的性质无关。与构成传感器的物质的性质无关。与构成传感器的物质的性质无关。固定极板固定极板固定极板固定极板活动极板活动极板活动极板活动极板L Lb bd dL L6（2 2）压敏传感器）压敏传感器）压敏传感器）压敏传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。物性型传感器主要由构成传
11、感器的物质的性质决定。电阻率的变化电阻率的变化电阻率的变化电阻率的变化压力大小压力大小压力大小压力大小材料性质材料性质材料性质材料性质压阻效应压阻效应压阻效应压阻效应半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料压力压力压力压力 P P7三、传感器的组成三、传感器的组成三、传感器的组成三、传感器的组成敏感敏感敏感敏感元件元件元件元件辅助电路辅助电路辅助电路辅助电路传感传感传感传感元件元件元件元件被被被被 测测测测非电量非电量非电量非电量有有有有 用用用用非电量非电量非电量非电量有有有有 用用用用电电电电 量量量量信号调节信号调节信号调节信号调节转换电路转换电路转换电路转换电路电电电电 量量量量传感元
12、件传感元件传感元件传感元件被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量有用电量有用电量有用电量有用电量物性型物性型物性型物性型传感器传感器传感器传感器结构型结构型结构型结构型传感器传感器传感器传感器敏感敏感敏感敏感元件元件元件元件传感传感传感传感元件元件元件元件被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量有用电量有用电量有用电量有用电量有用非电量有用非电量有用非电量有用非电量8例例例例1-2 1-2 大吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器被测非电量：被测非电量：被测非电量：被测非电量：敏感元件：敏感元件：敏感元件：敏感元件：有用非电量：有用非电量：有用
13、非电量：有用非电量：传感元件：传感元件：传感元件：传感元件：有用电量：有用电量：有用电量：有用电量：电容量电容量电容量电容量C C弹性体弹性体弹性体弹性体外界压力外界压力外界压力外界压力极板间距变化极板间距变化极板间距变化极板间距变化电容传感器电容传感器电容传感器电容传感器弹性体弹性体弹性体弹性体极板极板极板极板支架支架支架支架绝缘材料绝缘材料绝缘材料绝缘材料定极板定极板定极板定极板动极板动极板动极板动极板9转换元件转换元件转换元件转换元件输入输入输入输入输出输出输出输出（1 1）自源型）自源型）自源型）自源型特点：不需要外能源，特点：不需要外能源，特点：不需要外能源，特点：不需要外能源，输出
14、电量较弱输出电量较弱输出电量较弱输出电量较弱例例例例1-31-3：热电偶传感器热电偶传感器热电偶传感器热电偶传感器温度场的能量（热量）温度场的能量（热量）温度场的能量（热量）温度场的能量（热量）电量电量电量电量1 1、能量角度、能量角度、能量角度、能量角度自源型自源型自源型自源型带激励源型带激励源型带激励源型带激励源型外源型外源型外源型外源型能量转换型能量转换型能量转换型能量转换型有源型有源型有源型有源型能量控制型能量控制型能量控制型能量控制型无源型无源型无源型无源型A AB BT TTT四、传感器的分类四、传感器的分类四、传感器的分类四、传感器的分类10（2 2）带激励源型）带激励源型）带激
15、励源型）带激励源型特点：不需要变换电路，特点：不需要变换电路，特点：不需要变换电路，特点：不需要变换电路，有较大电量输出有较大电量输出有较大电量输出有较大电量输出例例例例1-4 1-4 霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器转换元件转换元件转换元件转换元件输入输入输入输入输出输出输出输出辅助能源辅助能源辅助能源辅助能源被测量：被测量：被测量：被测量：磁场磁场磁场磁场辅助能源：辅助能源：辅助能源：辅助能源：激励电流激励电流激励电流激励电流B BI IU UHHB BA AC CD Db bd dL Lx xy yz z11例例例例1-51-5：磁电式传感
16、器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器（3 3）外源型）外源型）外源型）外源型特点：通过带外电源的特点：通过带外电源的特点：通过带外电源的特点：通过带外电源的变换电路，才能获得有变换电路，才能获得有变换电路，才能获得有变换电路，才能获得有用的电量输出用的电量输出用的电量输出用的电量输出输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：能量控制型能量控制型能量控制型能量控制型线圈线圈线圈线圈永久磁铁永久磁铁永久磁铁永久磁铁动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）1
17、2电容式、电感式、热电式传感器电容式、电感式、热电式传感器电容式、电感式、热电式传感器电容式、电感式、热电式传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器分类方法分类方法分类方法分类方法按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按输出信号性质：按输出信号性质：按输出信号性质：按输出信号性质：按构成原理：按构成原理：按构成原理：按构成原理：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按高新
18、技术：按高新技术：按高新技术：按高新技术：能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感
19、器仿生传感器、机器人传感器1314（1 1）相同传感器补偿型）相同传感器补偿型）相同传感器补偿型）相同传感器补偿型输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件环境影响环境影响环境影响环境影响为消除环境干扰为消除环境干扰为消除环境干扰为消除环境干扰相同传感器补偿型相同传感器补偿型相同传感器补偿型相同传感器补偿型不同传感器补偿型不同传感器补偿型不同传感器补偿型不同传感器补偿型差动结构补偿型差动结构补偿型差动结构补偿型差动结构补偿型五、干扰消除五、干扰消除五、干扰消除五、干扰消除15（2 2）差动结构
20、补偿型）差动结构补偿型）差动结构补偿型）差动结构补偿型输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件环境影响环境影响环境影响环境影响输入量：输入量：输入量：输入量：反向反向反向反向转换转换转换转换环境干扰量：环境干扰量：环境干扰量：环境干扰量：正向正向正向正向转换转换转换转换测量电路测量电路测量电路测量电路16（3 3）不同传感器补偿型）不同传感器补偿型）不同传感器补偿型）不同传感器补偿型输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件2 2转换元件转换元件转换元件转换元件1 1环境影响环境影响环境影响环境影响171 1、比较结构型传感器和物性型传感器。、比较结构型传感器和物性型传感器。、比较结构型传感器和物性型传感器。、比较结构型传感器和物性型传感器。2 2、举例说明传感器在家用电器中的应用。、举例说明传感器在家用电器中的应用。、举例说明传感器在家用电器中的应用。、举例说明传感器在家用电器中的应用。18