第四章常用传感器原理与参数测试1概述传感器静态特性（1）灵敏度与信噪比灵敏度：传感器输出量的变化值与相应被测量(输入量)的变化值之比描述传感器的输出量(一般为电学量)对输入量(一般为非电学量)敏感程度传感器校准曲线的斜率即为灵敏度。对线性传感器来说，灵敏度是一个常数；非线性传感器的灵敏度则随输入量变化灵敏度高的传感器不一定是最好的传感器。这是因为它易受噪声的影响。S／N小，信号与噪声就难以分清。（2）线性度传感器的输出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，也称“非线性误差”、“非线性度”。通常用相对误差表示其大小：最小二乘法原理：设拟和的直线为，第j个测量点的输出与拟和直线上的相应值的偏差为，最小二乘法拟和直线的原则就是使N个点的均方差为最小值，即一阶偏导等于零可得到b和k的值。（3）灵敏度界限(阈值)输入变小，输出也变小。但一般来说，输入小到某种程度，输出就不再变化了，这时的输入叫做灵敏度界限。（4）迟滞差输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等，叫迟滞现象。迟滞差表示这种不相等的程度。其值以满量程的输出的百分数表示。传感器的动态特性研究传感器动态特性的方法是：当输入信号是阶跃函数时，用瞬态响应法，即用时域范围内，响应曲线的上升时间、响应时间、过调量等参数作为评定指标；当输入信号是正弦函数时，用频率响应法，其重要指标是频带宽度（带宽）。2电阻式传感器应变式电阻传感器：是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。电阻应变片的工作原理基于金属的应变效应。金属应变效应是指金属导体的电阻随着它所受机械变形(伸长或缩短)的大小而发生变化的现象。令为电阻丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变。两者的比例系数即为泊松系数，且力的方向相反(以负号表示)，即应变式电阻传感器的种类及选用（1）电阻丝式应变片：增大阻值制成栅状（2）箔式应变片：光刻、腐蚀等工艺制成，很薄厚度0.003-0.01mm之间。面积大、散热好允许通过较大电流。应力与实际接近。（3）半导体式应变片：单晶硅施加一定载荷其电阻率变化。灵敏度高（金属式的50倍）温度系数大，灵敏系数非线性严重。电阻应变片主要参数：（1）电阻值：未安装、不受外力、室温时测的电阻值标准化，60、120、350、600、1000。（2）绝缘电阻：敏感栅与基地间的电阻值。（3）灵敏系数k：轴线方向施加应力，阻值相对变化与应变之比。关键参数，尽量大且稳定。（4）允许工作电流：不影响测量准确度的最大工作电流。25mA。（5）应变极限：一定温度时指示应变与实际应变值之差不超过允许值（如10%）时的最大真实应变数值。（6）机械滞后：温度一定，增加和减小机械应变过程中同一应变量指示应变最大差值。（7）零点漂移：温度一定，无应变时，指示应变随时间的变化。（8）蠕变：温度一定，承受一定的应变时指示应变随时间的变化。选择和使用应变片的注意事项：（1）应变片适合阻值变化较小的场合。灵敏度高。阻值较大时刻选用电位器式电阻传感器。（2）尽量选用灵敏度大的应变片，且k尽量为常数。（3）温度系数小。（4）黏合剂的选择和粘贴技术：处理表面（打磨、酒精擦洗）、502、焊接引线、检查绝缘、704保护（5）温度补偿电容式传感器：工作原理：将被测量的变化转化为电容量变化变间隙式：测量微小的线性位移变面积式：—般用来测角位移(一度至几十度)或较大的线位移；变介电常数式：常用于固体或液体的物位测量，也用于测定各种介质的温度、密度等状态参数。后两者呈正比，第一个是非线性关系。电容式传感器的特点：（1）需要的动作能量或力极小。在移动过程中，没有摩擦和几乎没有反作用力，特别适宜用来解决输入能量低的条件下的测量问题。（2）有良好的动态响应特性。作用能量极小，有较小的可动质量，有较高的固有频率。能在几兆赫的频率下工作，有良好的动态响应能力。(3)灵敏度高，分辨力强。能感受或分辨0.01微米甚至更小的位移。(4)零点漂移很小。本身几乎不存在发热问题，不存在由本身发热而引起的零点漂移。(5)能实现无接触测量。变磁阻式传感器磁电式传感器压电式传感器某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。热电式传感器工作原理：基于热电效应将两种材料不同的导体的两个端点焊接在一起，构成一个闭合回路。如果两连接点1和2温度不同，回路中就会有一个电动势，并在闭合回路中产生电流。这个电势和电流与两种导体的性质和两个接点间的温度差有关。这种现象就称为热电