1.1 傳感器的基本知識

1.1.1 傳感器的定義及組成

傳感器是一種能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件、傳感元件和測量轉換電路組成，如圖1-1所示。敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的物理量，如彈性敏感元件等；傳感元件是將敏感元件的輸出量轉換為適合于傳輸和測量的電參數，如應變片將應變轉換為電阻量等；測量轉換電路則將電參數轉換為便于測量的電壓、電流、頻率等電信號，如放大電路、電橋電路等。

1.1.2 傳感器的分類

（1）按被測量性質分類，可分為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器和流量傳感器等（如圖1-2所示）。

（2）按工作原理分類，可分為參量傳感器（如電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器）、發電傳感器（如光電池、熱電偶傳感器、壓電式傳感器）、數字傳感器（如光柵傳感器、脈沖編碼器）和特殊傳感器（如超聲波探頭、紅外探測器）。

（3）按輸出量類型分類，可分為數字傳感器、模擬傳感器。

（4）按傳感器的結構種類分類，可分為直接傳感器、差分傳感器和補償傳感器。

1.1.3 傳感器的基本特性

傳感器的基本特性分為靜態特性和動態特性兩類，靜態特性描述傳感器在被測量處于穩定狀態下，輸入量與輸出量的關系；動態特性描述傳感器在被測量隨時間變化時輸入量與輸出量的關系。基本特性包括精確度、靈敏度、分辨力（分辨率）、線性度、重復性及遲滯等。

1.精確度

精確度的性能指標有精密度和準確度。精密度反映測量系統中指示值的分散程度，準確度反映測量系統輸出值偏離真實值的程度。在實際系統中，精確度高則表示測量準確，誤差小，指示值較集中。

2.靈敏度

靈敏度K指穩態時傳感器輸出量的變化量Δy與輸入量的變化量Δx的比值。在實際測量時，一般希望傳感器的靈敏度高，且數值恒定，即希望傳感器的特性曲線為直線。

3.分辨力

傳感器在規定的范圍內能夠檢測出被測量的最小變化量稱為分辨力，可以用傳感器輸出值的最小刻度表示。

4.重復性

重復性指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內連續變化多次所得特性曲線的不一致性，如圖1-3所示。

5.遲滯

遲滯指在相同的工作條件下，傳感器正行程特性與反行程特性不一致的程度，其數值為對應同一輸入量的正行程與反行程輸出值間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比，如圖1-4所示。在實際測量時，機械部件間的摩擦、間隙、松動及灰塵等都會引起遲滯，遲滯會引起分辨力變差或造成測量盲區，因此一般希望遲滯越小越好。

6.可靠性

可靠性指傳感器在規定的工作條件和工作時間內具有正常工作性能的能力，是一個綜合性的質量指標，包括可靠度、平均無故障工作時間和平均故障修復時間。

課堂討論