0-0传感器技术与通信技术、计算机技术构成信息科学技术的三大支柱。 0-1传感器的重要性
传感器：各种信息的感知、采集转换传输和处理的功能器件，已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领域。
传感器：是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制（包括遥感、遥测、遥控)的主要环节，是信息的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。 传感器：作为整个检测系统的前哨，它提取信息的准确与否直接决定着整个检测系统的精度。
一个国家的现代化水平是用其自动化水平来衡量的。而自动化水平是用仪表及传感器的种类和数量多少来衡量的。信息化技术包括传感器技术、通讯技术和计算机技术。传感器技术列为信息技术之首，由此可见一斑。
0-2一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。
0-3传感器定义：能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。
传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。
0-4传感器的分类：
１.按传感器的工作机理：物理型、化学型、生物型等
２.按构成原理：结构型与物性型两大类。
３.根据传感器的能量转换情况：能量控制型和能量转换型两类。
４.按照物理原理：电参量式传感器、半导体式传感器、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热电式传感器、波式传感器、射线式传感器、磁电式传感器
５.按传感器的用途：（按照被测量分类）位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器等等环模
*0-5传感器的一般要求；各种传感器，由于原理、结构不同，使用环境、条件、目的不同，其技术指标也不可能相同。但是有些一般要求却基本上是共同的，包括：①可靠性；②静态精度；③动态性能；④灵敏度；⑤分辨力；⑥量程；⑦抗干扰能力；⑧能耗；⑨成本；⑩对被测对象的影响等。
0-6传感器的最基本要求：工作可靠性，静态精度，动态性能。
标定装置--标准传感器--待标定传感器--输出量显示--输出量测量。
1-1传感器特性主要是指（输出）和(输入)的关系。
*1-2(静特性)表示传感器再被测量处于稳定状态时的输出输入关系。
*静特性指标：线性度，灵敏度，迟滞，重复性，分辨力，零点漂移，温度漂移
迟滞：传感器在正反行程输出输入曲线不重合的现象。
重复性：传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
静态灵
敏度：输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。 分辨力：传感器能检测到的最小的输入增量。
体香糖稳定性：传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化。
1-3（动特性）是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。
1-4传感器的标定 ：通过实验确立传感器的输入量与输出量之间的关系。
含义：1确定传感器的饿性能指标；2明确性能指标所适用的环境。
1）静态标定：目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。2）动态标定：目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
谨记：二阶传感器的单位阶跃响应曲线，取决于：阻尼比越小，曲线越陡。
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2-1电阻式传感器的基本原理：将被测量的非电量转换成电阻值的变化，通过测量电阻值变化达到测量非电量的目的。
2-2电阻式传感器包括：应变片，半导体膜片，电位器。分别制成：应变片式传感器，压阻式传感器，电位器式传感器。
*2-2应变片的类型和材料 ：金属丝式应变片（回线式，短接式）；
金属箔式应变片；
金属薄膜式应变片；
2-3当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为（金属的电阻应变效应）。
2-4（灵敏系数）：应变片安装在试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片阻值相对变化与试件表面安装应变片区域的轴向应变之比。
2-5将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但是应变状态不同，其灵敏系数降低了，这种现象称为（横向效应）。
2-6电阻应变片的灵敏系数K恒小于电阻丝的灵敏系数Ko，其原因：（粘结层传递变形失真）（横向效应）。
2-7 （零漂）：粘贴在试件上的应变片，在温度保持恒定没有机械应变的情况下，电阻值随时间变化的特性称为应变片的零漂。
2-8（蠕变）：粘贴在试件上的应变片，温度保持恒定，在承受某一恒定的机械应变，其电电阻值随时间变化而变化的特性称为应变片的蠕变。一般来说，蠕变的方向与原应变量变化的方向相反。
*2-6非线性误差及其补偿:1，半桥差动；2全桥差动。（关键是要知道怎么差动，选择正确的差动法），3采用恒流源电桥。
2-7）温度误差）包括：1敏感栅电阻随温度的变化引起的误差，2试件材料的线膨胀引起的误差。（温度补偿）：1应变片自补偿法，（1单丝自补偿法，2组合式自补偿法），2丝路补偿法。
2-8电桥平衡条件：相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积相等。一般情况下四个电阻初始值相等。
3-1电感式传感器是利用
线圈自感或互感的变化实现测量的一种装置。优点：结构简单，工作可靠，测量精度高(0.1%)，零点稳定，分辨率高（0.1um），输出功率较大等。缺点：灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。
3-2电感式传感器包括：自感式传感器（变气隙式传感器，差动式传感器），互感式传感器，电涡流式传感器。
3-3把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为（互感式传感器）。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故称（差动变压器式传感器）。
（原理）：传感器工作时，被测量的变化将使磁心产生位移，引起磁链和互感系数的变化，最终使输出电压变化。
3-4电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。
电感式传感器的优点：结构简单可靠，输出功率大，输出阻抗小，抗干扰能力强，对工作环境要求不高，分辨力较高，稳定性好。传感器实现了把（被测量）转变为（自感和互感量）的变化。
3-5电感线圈品质因数Q＝wl/R。
3-6金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流。这种现象称为（涡流效应）。涡流存在的条件：①存在交变磁场②导电体处于交变磁场中。
金属导体具有电阻，有涡流流通时便会消耗一部分电磁能量。涡流引起的能量损耗，称为（涡流损耗），其大小用（涡流损耗功率）表示。
3-7差动变压器在零位移时的输出电压称为（零点残余电压）。零残电压的波形及组成：由基波和高次谐波组成
4-1电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。
4-2电容式传感器包括：变间隙式，变面积式，变介质式。
4--3电容转换电路包括：调频电路，运算放大器式电路，二极管双T型交流电桥，脉冲宽度调制电路等。
4-4电容式传感器（优点)：1温度稳定性好：电容值与电极材料无关，自身发热极小。2、结构简单，适应性强：能在较恶劣的环境下可靠工作。3、动态响应好：极板质量小且静态引力极小适合动态测量。4、可实现非接触测量：在测量物料料位、物体振动振幅等时，电容器极板与被测体表面构成电容器，实现非接触测量。（缺点）：1、输出阻抗高，带负载能力差：电容器电容值小，在频率较低时，容抗较大，带负载能力较差。2、寄生电容影响较大：在电容器与测量电路较远，需用电缆线连接时，导线与极板间的寄生电容较大。造成测量误差。
4-5设计要点：1.采用差动结构，减小环境温度湿度的影响，提高灵敏度，减小非线性
，减小寄生电容的影响。2.消除和减小边缘效应：①减小极距②电极做得薄③等位环。3.减小和消除寄生电容的影响:①增加传感器原始电容值：采用减小极板或极筒间的间距，增大工作面积来增大原始电容量。使与其并联的寄生电容的影响可忽略。②接地和屏蔽：将传感器动极板与屏蔽壳同地，动极板与屏蔽壳间的电容为常量。③集成化：将传感器与测量电路做在一个壳体内。④采用驱动电缆技术.
4-6静态灵敏度：被测量缓慢变化时传感器电容变化量与引起其变化的被测量变化之比。
4-7在测量物料料位、物体振动振幅等时，电容器极板与被测体表面构成电容器，实现（非接触测量):1输出阻抗高，带负载能力差;2寄生电容影响较大;
5-1磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换成电信号的一种传感器。包括：磁电感应式传感器，霍尔式传感器，磁栅式传感器。
5-2e=-BLV*No 由理论推的：当振动频率低于传感器的固有频率，这种传感器的灵敏度是随震动频率变化；当振动频率大于传感器的固有频率，这种传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化，而近似于常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大，灵敏度随着振动频率的增加而下降。
5-3(霍尔效应)：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直电流和磁场的方向上将产生电动势。 5-4霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。
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盲源分离霍尔元件产生误差的原因：一是制作工艺、制作水平的限制。二是外界温度的影响。
5-5霍尔元件是采用（半导体材料）制成的, 因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数都将发生变化，致使霍尔电动势变化，产生（温度误差）。
5-6（不等位电势产生）原因：制造工艺不可能保证将两个霍尔电极对称的焊在霍尔片的两侧，致使两电极电不能完全位于同一等位面上。
5-7磁栅传感器的特点：①录制方便，成本低廉。②使用方便。③可方便录制任意节距的磁栅。
5-8磁栅传感器的信号处理方式：1)鉴幅方式，2)鉴相方式。
5-9磁栅传感器的误差包括（零位误差）与（细分误差）两项。影响零位误差的主要因素：1磁栅的节距误差；2磁栅的安装与变形误差，3磁栅剩磁变化所引起的零位漂移，4外界电磁场干扰。影响细分误差的主要因素：1由于磁膜不均匀或录磁过程不完善造成磁栅上信号幅度不相等，2两个磁头间距偏离1/4节距较远，3两个磁头参数不对称引起的误差，4磁场高次谐波分量和感应电动势高次谐波分量的影响。
6-1压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础，属
于一种发电式传感器。压电效应是（可逆）的。缺点：无静态输出，要求有很高的电输出阻抗。需用低电容的低噪声电缆。
6-2某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象（内部正负电荷中心相对位移），同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电
状态，这种现象称（压电效应）。当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。这种机械能转为电能的现象，称为“正压电效应”。电缆卷筒卷线盘
6-3石英最明显的优点是它的介电和压电常数的温度稳定性好，适于做工作温度范围很宽的传感器。石英晶体的机械强度很高，可用来测量大量程的力和加速度。所以采用（压电陶瓷）制作的压电式传感器的灵敏度较高。
8-1由这两种导体的组合并将温度转换成电动势的传感器叫做（热电偶）。
8-2（热电动势）：将2种不同性质的导体A,B串接成一个闭合回路，如果结合点处温度不同，则在两导体间产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流。
热电动势是由（接触电动势）和（温差电动式）组成的。
（1）若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多，因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一定的（接触电动势）。接触电动势的大小与（两种金属的材料、接点的温度）有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。（2）温差电动势：高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电。
8-3热电偶(基本性质)：① 热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材料不会产生热电动势。因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln（NA/NB）=0，所以EAB（T，To）=0。③ 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时，不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T,To）=0。④ 导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使eAB（To）=常数，则回路热电动势EAB（T，To）就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的基本原理。
8-4热电偶（基本定律)：(1)均质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势均为零；反之，如果有热电动势产生，两个热电极的材料则一定是不同的。(2)中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第
三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。（3）如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。
应用：1中间导体定律，可以将第三导线换成测试仪表或者连接导线，只要保持两结点温度相同，就可以对热电动势进行测量而不影响原热电动势的数值。
2参考电极定律，由于纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以目前常用纯铂丝作参考
电极，如果已求出各种热电极对铂极的热电动势，可大大简化热电偶的选配工作。
3中间温度定律，只要列出参考温度为0的热电动势-温度关系，那么参考温度不等于0的热电动势都可以由中间温度定律求出。
8-5用作热电极的材料应具备下面的条件：①温度测量范围广。要求在规定的温度测量范围内有较高的测量精确度，有较大的热电动势。温度与热电动势的关系是单值函数，最好是呈线性关系。②性能稳定。要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，均匀性和复现性好。③物理化学性能好。要求在规定的温度测量范围内有良好的化学稳定性、抗氧化性或抗还原性能。
8-6指定S、B、E、K、R、J、T【七】种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。但其中的R型（铂铑13-铂）为热电偶，因其温度范围与S型（铂铑10-铂）重合，我国没有生产和使用。
8-7热电阻是利用导体材料的电阻随温度变化而变化的特性来实现对温度的测量的.(热电阻的类型):1.装配式热电阻2.铠装热电阻3.端面热电阻4.隔爆型热电阻.优点：1测量精度高2较大的测量范围3易于使用在自动测量和远距离测量4没有参比端误差。
石英晶体的物理解释：石英晶体sio2，3个硅离子Si4+离子, 6个氧离子O2-。两两成对。微观分子结构为一个正六边形。垂直于X轴端面有无数个此分子结构。（1）未受外力作用时, 正、负离子正好分布在正六边形的顶角上, 形成三个互成120°夹角的电偶极矩P1，P2、P3。 如图 a所示。
P1+ P2+P3=0。正负电荷中心重合，晶体垂直X轴表面不产生电荷。呈中性。
（2）受x轴方向的压力作用时, 晶体沿x方向将产生压缩变形, 正负离子的相对位置也随之变动。如图 （b）所示, 此时正负电荷重心不再重合, 电偶极矩在x方向上的分量由于P1的减小和P2、P3的增加而不等于零, 即（P1+P2+P3）<0。在x轴的正方向出现负电荷, 电偶极矩在y方向上的分量仍为零，不出现电荷。
（3）受到沿y轴方向的压力作用时, 晶体的变形如图（c）所示，P1增大,P2、P3 减小。即（P1+P2+P3）>0在垂直于x轴正方向出现正电荷，在y轴方向上不出现电荷。
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