模塊一--傳感器基本知識第1頁/共52頁4/15/2023第一章第2頁

在我們日常生活中，使用著各種各樣的傳感器。

電冰箱的溫度傳感器;

空調中的溫度和濕度傳感器;

煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器;

電視機中的紅外遙控器;

照相機中的光傳感器;

汽車中燃料計和速度計等等，不勝枚舉。

傳感器給我們的生活帶來了很多的便利和幫助第2頁/共52頁4/15/2023第一章第3頁眼（視覺）耳（聽覺）鼻（嗅覺）皮膚（觸覺）舌（味覺）感知外界信息→大腦→肌體人體器官就是一個天然的傳感器人們通過五官來感受外界事物的變化第3頁/共52頁傳知萬物感創未來信息傳送信息獲取信息處理感官神經大腦肢體執行如果把人體看作是一個信息系統的話，那么眼耳口鼻皮膚等感官就是這個系統的傳感器第4頁/共52頁傳感器是人類通過儀器探知自然界的觸角，它的作用與人的感官相類似。如果將計算機視為識別和處理信息的“大腦”，將通信系統比作傳遞信息的“神經系統”，將執行器比作人的肌體的話，傳感器就相當于人的感官。傳感器好比人體感官的延長，有人又稱“電五官”

通信技術傳感器技術計算機技術執行機構自動檢測系統采集、轉換信息傳遞信息處理信息執行第5頁/共52頁4/15/2023第一章第6頁傳感器技術的作用和地位

構成現代信息技術的三大支柱是：傳感器技術（信息采集）；通信技術（信息傳輸）；計算機技術（信息處理）；它們在信息系統中分別起到

“感官”、“神經”和“大腦”的作用。在利用信息的過程中首先要解決獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取信息的主要途徑和手段。

第6頁/共52頁任務一認識傳感器想一想：手機哪些功能與傳感器有關？序號功能用途描述1屏幕自由旋轉可以切換手機的橫屏與豎屏方向2計數器功能計算出人所移動的步數3屏幕自動關屏通話時屏幕接近耳朵就黑屏4自動亮度調節不同光線時，自動調節手機亮度第7頁/共52頁隨著科學技術的發展，人體感官所獲取的信息，已經不能滿足日常生活生產的需要。于是，就研制了各種傳感器。1、樓道聲光控燈有聲音和晚上的時候，燈才點亮。2、電飯鍋鍋內溫控材料的溫度達到一定溫度時，溫控開關啟動停止加熱。第8頁/共52頁3、電子稱很快稱出物體質量。4、電子溫度計能精確測出人的體溫，人在不同體溫時。發射的紅外線強度不同。第9頁/共52頁5、電熨斗達到一定溫度時，自動斷電6、自動門當人靠近時，自動開門第10頁/共52頁7、話筒將聲音放大后輸出。聲波作用在振膜上引起振動，從而改變兩極板間電容量的變化，引起極板上電荷

量的改變，電荷量隨時間變化形成高變電流，流經電阻R上在兩端產生壓降，在經過放大器輸出高變信號8、自動報警器車的遙控鑰匙第11頁/共52頁9、酒精測試儀10、自動干手器第12頁/共52頁任務二了解傳感器的基本知識想一想：家里的哪些電子產品與傳感器有關呢？電子熱水器、電視機、冰箱、煤氣、爐具、手機、車、麥克風等第13頁/共52頁4/15/2023第一章第14頁

傳感器是電子器件（測量裝置）

傳感器是將外界各種非電量轉變為電量的電子器件加速度、……溫度、亮度、重量、流量、壓力、磁場、電壓、電流、電荷、電阻、電容、電感、電動勢、……傳感器電量非電量按照一定的規律(物理量、化學量、生物量)任務二了解傳感器的基本知識傳感器的定義第14頁/共52頁傳感器的定義第15頁/共52頁4/15/2023第一章第16頁傳感器的組成敏感元件：直接感受被測非電量，并將它轉換成易測量的物理量的預變換裝置。敏感元件轉換元件測量電路輔助電源非電量電量敏感元件也叫變換器、檢測器、探測器彈性元件——敏感元件也叫彈性敏感元件（應變片、鉑電阻）第16頁/共52頁4/15/2023第一章第17頁傳感器的組成轉換元件：將敏感元件感受的非電量直接轉換為電量。敏感元件轉換元件測量電路輔助電源非電量電量并非所有的傳感器都包括敏感元件和轉換元件（熱敏電阻，壓電晶體，熱電偶，光電器件）

第17頁/共52頁4/15/2023第一章第18頁傳感器的組成敏感元件轉換元件測量電路輔助電源非電量電量測量電路：將轉換元件輸出的電量變成便于顯示、傳輸、記錄、控制和處理的有用電量（如電壓、電流、頻率等）測量電路即是信號調節與轉換電路——放大器、電橋、振蕩器、阻抗變換器第18頁/共52頁4/15/2023第一章第19頁傳感器的組成

圖是一種氣體壓力傳感器的示意圖。膜盒2的下半部與殼體1固接，上半部通過連桿與磁芯4相連，磁芯4置于兩個電感線圈3中，后者接入轉換電路5。example

膜盒就是敏感元件，其外部與大氣壓力相通，內部感受被測壓力，當壓力變化時，引起膜盒上半部移動，即輸出相應的位移量。

轉換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉換成電感的變化。第19頁/共52頁4/15/2023第一章第20頁傳感器的分類1、按被測物理量分類如：輸入量為溫度、壓力、位移、速度、加速度、濕度等溫度傳感器壓力傳感器位移傳感器速度傳感器加速度傳感器濕度傳感器第20頁/共52頁

物理傳感器主要是利用被測物理量變化時，敏感元件的電學量發生明顯變化的特性制成的。傳感器的分類第21頁/共52頁化學傳感器主要是利用把化學物質的成分、濃度等化學量轉換為電學量的敏感元件制成的。

生物型傳感器是利用生物體組織的各種生物、化學與物理效應制成的，如酶傳感器、免疫傳感器。

目前，傳感器已經深入到了日常生活、生產、科學研究、軍事技術等各個領域。傳感器的分類第22頁/共52頁4/15/2023第一章第23頁傳感器的分類3、按工作原理分類如：根據變電阻的原理，相應的有電位計式、應變式傳感器；

傳感器的測量原理主要是依據物理學各種定律和效應以及化學原理和固體物理學理論。根據變磁原理工作的有電感式、差動變壓器式、電渦流式等傳感器。

根據半導體有關理論，則相應的有半導體力敏、熱敏、光敏、氣敏等固態傳感器。

第23頁/共52頁4/15/2023第一章第24頁傳感器的分類3、按工作原理分類①

應變式傳感器②

電容式傳感器④

壓電式傳感器⑤

熱電式傳感器③

電感式傳感器…

…第24頁/共52頁4/15/2023第一章第25頁傳感器的分類4、按結構型和物性型分類

結構型

主要是通過機械結構的幾何形狀或尺寸的變化將外界被測量轉換為相應電阻、電感、電容等物理量的變化，從而檢測出被測量信號。這種傳感器目前應用的最為普遍。

物性型

利用某些材料本身物理性質的變化而實現測量。它是以半導體、電介質、鐵電體等作為敏感材料的固態器件。

第25頁/共52頁4/15/2023第一章第26頁傳感器的分類5、按輸出量分類

模擬式傳感器——輸出模擬量

數字式傳感器——輸出數字量①測量精度與分辨率較高，基本無讀數誤差

②抗干擾能力較強，穩定性好，特別適用于遠距離傳輸③易與微機接口，便于信號處理和實時自動化測控

優點

第26頁/共52頁4/15/2023傳感器技術的應用在電力、冶金、石化、化工等流程工業中，通常建立24小時在線監測系統。質量檢測等。1、自動檢測與自動控制系統的應用石化企業輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。第27頁/共52頁全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器衣質傳感器水溫傳感器水質傳感器透光率光傳感器(洗凈度)

液位傳感器電阻傳感器(衣物烘干檢測)指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器衣質傳感器水溫傳感器水質傳感器透光率光傳感器(洗凈度)

液位傳感器電阻傳感器(衣物烘干檢測)2、在家用電器上的應用傳感器技術的應用第28頁/共52頁

為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環境，并能保證系統運行的經濟性和管理的智能化。在樓宇中應用了許多測試技術，如闖入監測、空氣監測、溫度監測、電梯運行狀況。

圖示為某公司樓宇自動化系統。該系統分為：電源管理、安全監測、照明控制、空調控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器3、樓宇控制與安全防護上的應用傳感器技術的應用第29頁/共52頁機器人中的傳感器

轉動/移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。

4、傳感器在機器人上的應用第30頁/共52頁4/15/2023第一章第31頁5、醫療上的應用

第31頁/共52頁4/15/2023第一章第32頁第1章傳感器的一般特性如何選擇使用傳感器、如何評價傳感器的好壞——需要了解傳感器的特性第32頁/共52頁4/15/2023第一章第33頁傳感器的基本特性傳感器的基本特性——輸出量與輸入量之間的關系

靜態特性——輸入量為常量或緩慢變化時即被測量處于穩定狀態，不隨時間變化表示靜態特性的主要參數：線性度、靈敏度、分辨力、遲滯第33頁/共52頁（1）線性度線性度是傳感器的輸出與輸入之間成線性關系的程度。傳感器的基本特性非線性誤差非線性補償第34頁/共52頁靈敏度靈敏度是指傳感器在穩態下的輸出變化值與輸入變化值之比，用S、K來表示：ΔX——在穩態下傳感器的輸入變化量。ΔY——在穩態下傳感器的輸出變化量；例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。傳感器的基本特性提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩定性也往往愈差。第35頁/共52頁分辨力分辨力是指傳感器在規定測量的范圍內能檢出被測的量的最小變化量的能力。當被測的量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應；只有當輸入量的變化超過了分辨力的量值時，輸出才有可能準確表現出來，因而，傳感器就存在分辨力的問題。分辨力越小，表明傳感器檢測非電量的能力越強，分辨力的高低從某個側面反映了傳感器的精度。傳感器的基本特性第36頁/共52頁遲滯遲滯反映傳感器正向特性與反向特性不一致的程度。產生這種現象的原因是由于傳感器的機械部分不可避免地存在間隙、摩擦及松動。圖1-12遲滯特性傳感器的基本特性遲滯差值第37頁/共52頁4/15/2023第一章第38頁

動態特性——輸入量隨時間變化時，輸入與輸出之間的關系。傳感器的輸出量對隨時間變化的輸入量的響應特性。是傳感器的輸出值能夠真實地再現變化著的輸入量能力的反映傳感器的基本特性第38頁/共52頁傳感器的動態特性傳感器要檢測的輸入信號是隨時間而變化的。傳感器應能跟蹤輸入信號的變化，這樣才能獲得正確的輸出信號；如果輸入信號變化太快，傳感器就可能跟蹤不上，這種跟蹤輸入信號的特性就是傳感器的響應特性，即為動態特性。表征傳感器動態特性的主要參數有響應速度、頻率響應。傳感器的基本特性第39頁/共52頁傳感器的技術指標

一、測量方法1、直接測量和間接測量直接測量：利用儀器設備直接讀取被測量的測量結果。間接測量：已知被測量與某一個或多個其他量具有一定的函數關系，通過直接測量的量，再通過計算，計算出被測量的方法。2、接觸式測量和非接觸式測量

第40頁/共52頁xx傳知萬物感創未來傳知萬物感創未來傳感器的技術指標二、誤差與準確度等級測量誤差：檢測值和被測量的約定真值之間存在的差值。只能根據需要和可能將誤差限制在一定范圍內，而不可能完全消除測量誤差的主要來源：工具誤差、環境誤差、方法誤差、人員誤差第41頁/共52頁4/15/2023第一章第42頁1、絕對誤差儀表的指示值（測量值）與被測量真值之間的差值。

絕對誤差：

有符號，有單位真值：一個物理量在一定條件下所呈現的客觀大小或真實數值。它是一個理論概念。要想得到真值必須利用理想的量具或測量儀器進行無誤差的測量。由此推斷，物理量的真值實際是無法測得的

傳感器的技術指標第42頁/共52頁傳知萬物感創未來傳知萬物感創未來傳感器的技術指標具體原因：

一是：理想量具或測量儀器即測量過程的參考比較標準只是一個純理論值，按照國際計量委員會對單位標準量的定義，則沒有符合的可供實際使用的測量參考標準；

二是：在測量過程中由于各種主觀、客觀因素的影響，做到無誤差測量是不可能的。第43頁/共52頁4/15/2023第一章第44頁實際值：因為絕對真值不可知，一般由國家設立各種盡可能維持不變的實物標準（或基準），以法令的形式指定其所體現的量值作為計量單位的實際值。絕對誤差：有符號，有單位傳感器的技術指標第44頁/共52頁傳知萬物感創未來傳知萬物感創未來傳感器的技術指標儀表的指示值（測量值）與被測量真值之間的差值。

絕對誤差：

有符號，有單位

被測量真值：

修正值（校正量）：當測定值大于真值時，誤差為正，表明測定結果偏高;反之，誤差為負，表明測定值偏低。修正值：與絕對誤差絕對值相等但符號相反的值。第45頁/共52頁4/15/2023第一章第46頁

測量儀器的修正值可通過檢定由上一級標準給出，可以是表格、曲線或函數表達式等。一般儀表送上級計量部門檢定，主要目的就是獲得準確的修正值，利用修正值和儀器指示值可得到被測量的實際值，即含有誤差的指示值加上修正值后，可消除誤差影響。傳感器的技術指標第46頁/共52頁傳知萬物感創未來傳知萬物感創未來2、相對誤差儀表指示值的絕對誤差與被測量真值（實際值）的比值。

實際相對誤差相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。傳感器的技術指標第47頁/共52頁4/15/2023第一章第48頁

實際測量中，若真值未知，或測量誤差不大，可用指示值代替真值計算相對誤差，即示值相對誤差

相對誤差評定測量精度也有局限性，只能說明不同被測量的測量精度，但不適于衡量儀表本身的質量。因為同一儀表在整個測量范圍的相對誤差不是定值，被測量越小，相對誤