? ? 傳感器是什么？
? ? 傳感器是一種以一定的精確度將被測量轉換為與之有確定對應關系的、易于精確處理和測量的某種物理量（如電量）的測量部件或裝置。通常傳感器是將非電量轉換成電量來輸出。傳感器的特性（靜態特性和動態特性）是其內部參數所表現的外部特征，決定了傳感器的性能和精度。

????1、傳感器的構成

????傳感器一般是由敏感元件、傳感元件和轉換電路三部分組成，如圖1所示。

?

圖1　傳感器組成框圖

????（1）敏感元件　是一種能夠將被測量轉換成易于測量的物理量的預變換裝置，而輸入、輸出間具有確定的數學關系（最好為線性）。如彈性敏感元件將力轉換為位移或應變輸出。

????（2）傳感元件　是將敏感元件輸出的非電物理量轉換成電信號（如電阻、電感、電容等）形式。例如將溫度轉換成電阻變化，位移轉換為電感或電容等傳感元件。

????（3）基本轉換電路　將電信號量轉換成便于測量的電量，如電壓、電流、頻率等。

????有些傳感器（如熱電偶）只有敏感元件，感受被測量時直接輸出電動勢。有些傳感器由敏感元件和轉換元件組成，無需基本轉換電路，如壓電式加速度傳感器。還有些傳感器由敏感元件和基本轉換電路組成，如電容式位移傳感器。有些傳感器，轉換元件不只一個，要經過若干次轉換才能輸出電量。大多數傳感器是開環系統，但也有個別的是帶反饋的閉環系統。

????2、傳感器的靜態特性

????傳感器變換的被測量的數值處在穩定狀態時，傳感器的輸入/輸出關系稱為傳感器的靜態特性。描述傳感器靜態特性的主要技術指標是：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、分辨率和零漂。

????（1）線性度　傳感器的靜態特性是在靜態標準條件下，利用一定等級的標準設備，對傳感器進行往復循環測試，得到輸入/輸出特性（列表或畫曲線）。通常希望這個特性（曲線）為線性，這對標定和數據處理帶來方便。但實際的輸出與輸入特性只能接近線性，對比理論直線有偏差，如圖2所示。實際曲線與其兩個端尖連線（稱理論直線）之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之比作為評價線性度（或非線性誤差）的指標。

?

圖2　傳感器線性度示意圖

????　　　　（1）

????式中：——線性度（非線性誤差）；

????——最大非線性絕對誤差；

????yFS——輸出滿度值。

????（2）靈敏度　傳感器在靜態標準條件下，輸出變化對輸入變化的比值稱靈敏度，用S0表示，即

????　　　　（2）

????對于線性傳感器來說，它的靈敏度是個常數。

????（3）遲滯　傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減小）行程中輸出/輸入特性曲線的不重合程度稱遲滯，遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分數表示

????　　　　（3）

????式中　——輸出值在正、反行程間的最大差值。

????遲滯特性一般由實驗方法確定，如圖3所示。

圖3　遲滯特性

????（4）重復性　傳感器在同一條件下，被測輸入量按同一方向作全量程連續多次重復測量時，所得輸出/輸入曲線的不一致程度，稱重復性如圖4-5表示。重復性誤差用滿量程輸出的百分數表示，即

????　　　　（4）

????式中　——輸出最大重復性誤差；

????重復特性也用實驗方法確定，常用絕對誤差表示。如圖4表示。

圖4　重復特性

????（5）分辨力　傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的分辨力稱為閾值。分辨力與滿度輸入比的百分數表示稱為分辨率。

????（6）漂移　由于傳感器內部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變化稱為漂移。當輸入狀態為零時的漂移稱為零點漂移。在其它因素不變情況下，輸出隨著時間的變化產生的漂移稱為時間漂移；隨著溫度變化產生的漂移稱為溫度漂移。

????（7）精度　表示測量結果和被測的“真值”的靠近程度。精度一般是在校驗或標定的方法來確定，此時“真值”則靠其它更精確的儀器或工作基準來給出。國家標準中規定了傳感器和測試儀表的精度等級，如電工儀表精度分七級，分別是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5級。精度等級（S）的確定方法是：首先算出絕對誤差與輸出滿度量程之比的百分數，然后靠近比其低的國家標準等級值即為該儀器的精度等級。

????3、傳感器的動態特性

????動態特性是指傳感器測量動態信號時，輸出對輸入的響應特性。傳感器測量靜態信號時，由于被測量不隨時間變化，測量和記錄過程不受時間限制。而實際中大量的被測量是隨時間變化的動態信號，傳感器的輸出不僅需要精確地顯示被測量的大小，還要顯示被測量時間變換的規律，即被測量的波形。傳感器能測量動態信號的能力用動態特性表示。

????動態特性好的傳感器，其輸出量隨時間的變化規律將再現輸入量隨時間的變化規律，即它們具有同一個時間函數。但是，除了理想情況外，實際傳感器的輸出信號與輸入信號不會具有相同的時間函數，由此引起動態誤差。

????動態特性參數一般都用階躍信號輸入狀態下的輸出特性和不同頻率信號輸入狀態下的幅值變化和相位變化表達。