傳感器的定義

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB7665-87 對(duì)傳感器下的定義是： “ 能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的

規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ” 。傳感器是一

種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為

電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控

制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

傳感器的分類

　　 目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：

　　１、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳

感器。

　　 ２、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵

熱電偶等傳感器。

　　 ３、按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（ “ １ ” 和 “ ０

” 或 “ 開 ” 和 “ 關(guān) ” ）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或

代碼的數(shù)字型傳感器。

傳感器的靜態(tài)特性

　　 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相

互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜

態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量

作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏

度、分辨力和遲滯等。

傳感器的動(dòng)態(tài)特性

　　 所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感

器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信

號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響

應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍

信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。

傳感器的線性度

　　 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使

儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非

線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸

入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和

為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。

傳感器的靈敏度

　　 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△ y 對(duì)輸入量變化△ x 的比值。

它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度

S 是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。

　　 靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化 1mm

時(shí)，輸出電壓變化為 200mV ，則其靈敏度應(yīng)表示為 200mV/mm 。

　　 當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

　　 提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往

往愈差。

傳感器的分辨力

　　 分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量

從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變

化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，

其輸出才會(huì)發(fā)生變化。

　　 通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量

產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的

百分比表示，則稱為分辨率。

電阻式傳感器

　 電阻式傳感器是將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量

轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、

濕敏等電阻式傳感器件。

電阻應(yīng)變式傳感器

　　 傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而

使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金

屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍

）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。

壓阻式傳感器

壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制

成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片

受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。

用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感 材料而制成

的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器

應(yīng)用最為普遍。

熱電阻傳感器

熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有

關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的

熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度

范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量 -200 ℃ ～ +500 ℃ 范圍內(nèi)的溫度。

傳感器的遲滯特性

　　 遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程間輸出 -

一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值 △ MAX 與滿量程輸

出 F·S的百分比表示，遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。

傳感器的選用

傳感器千差萬(wàn)別，即便對(duì)于相同種類的測(cè)定量也可采用不同工作原理的傳感器，因

此，要根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。

(1) 測(cè)量條件

如果誤選傳感器，就會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。為此，要從系統(tǒng)總體考慮，明確使用的目的

以及采用傳感器的必要性，絕對(duì)不要采用不適宜的傳感器與不必要的傳感器。測(cè)量條件

列舉如下，即測(cè)量目的，測(cè)量量的選定，測(cè)量的范圍，輸入信號(hào)的帶寬，要求的精度，

測(cè)量所需要的時(shí)間，過(guò)輸入發(fā)生的頻繁程度。

(2) 傳感器的性能

選用傳感器時(shí)，要考慮傳感器的下述性能，即精度，穩(wěn)定性，響應(yīng)速度，模擬信號(hào)或者

數(shù)字信號(hào)，輸出量及其電平，被測(cè)對(duì)象特性的影響，校準(zhǔn)周期，過(guò)輸人保護(hù)。

(3) 傳感器的使用條件

傳感器的使用條件即為設(shè)置的場(chǎng)所，環(huán)境 ( 濕度、溫度、振動(dòng)等 ) ，測(cè)量的時(shí)間，與

顯示器之間的信號(hào)傳輸距離，與外設(shè)的連接方式，供電電源容量。