
传感器的基本知识包括定义、分类、静态特性和动态特性,以及线性度、灵敏度、分辨力等关键参数。
定义方面,国家标准GB7665-87将传感器定义为能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。
分类方面,传感器通常按被测物理量、工作原理和输出信号的性质进行分类,包括位移、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器,以及电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。
静态特性方面,传感器的静态特性是指对静态输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有的相互关系。主要参数包括线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。
动态特性方面,动态特性是指传感器在输入变化时的输出特性。常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号,因此传感器的动态特性通常用阶跃响应和频率响应来表示。
线性度方面,传感器的实际静态特性输出通常不是一条直线,而是曲线。线性度(非线性误差)是近似程度的一个性能指标,可以通过理论直线或最小二乘法拟合直线来衡量。
灵敏度方面,灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化与输入量变化的比值。如果传感器的输出和输入之间显线性关系,则灵敏度是一个常数。否则,它将随输入量的变化而变化。
分辨力方面,分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。通常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。
电阻式传感器是将被测量转换成电阻值的一种器件,主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等。
电阻应变式传感器利用金属或半导体的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值发生变化。电阻应变片分为金属和半导体两类。
压阻式传感器根据半导体材料的压阻效应制成,当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。
热电阻传感器利用电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度及与温度有关的参数。热电阻材料主要为铂、铜、镍等。
传感器的迟滞特性表征传感器在正向和反向行程间输出-输入特性曲线不一致的程度,通常用这两条曲线之间的最大差值与满量程输出的百分比表示。迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。
压电效应是压电传感器的主要工作原理,但压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际情况下,这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。