绪 论一、传感器的地位和作用例 1 人与机器的机能对应关系定性人通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。
定量传感器相当于人的感官，称,电五官,,外界信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制。
人与机器的机能对应关系图外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为此，需在各层安放温湿度传感器进行检测。装有温湿度探头的粮仓示意图如下。
将各层探头输出接至温湿度巡检仪上，通过巡检仪监视器监视各点温湿度情况。通过通风口保持温湿度在要求范围内。
例 2 粮仓温度、湿度检测装有温湿度探头的粮仓示意图通风口探头通风口通风口例 3：开发区海湾公司生产的感温、
感烟火灾报警器集控器
1
中央监控图 1 监控系统组成框图探头 11
探头 12
探头 1N
其监控系统组成框图如图 2:
可在每一房间安放一对感温、感烟探头（智能传感器），它们输出温度、浓度信号通过串行通讯线送入由微机组成的检测系统（集控器）；
集控器负责信号汇总，汇总各房间的温度和浓度信号，并监控各房间温度、烟浓度是否异常，如异常，声光报警并打开喷淋设备灭火，一层一台。
各层集控器通过 CAN总线,M-BUS总线等现场总线将温度、浓度等信号送入中央监控计算机。值班人员在电脑屏幕上直观监视各房间情况（温度、
烟雾浓度）。房间、楼道装配摄像头，还可通过电视屏幕查看房间、楼道情况。可看出没有感温、
感烟传感器，就像人缺少感官，系统无法工作。
热轧带钢表面温度的测量用辐射温度计测量热轧带钢表面温度的方法巳被广泛采用。从加热炉出来的钢坯最后到卷取机之前的整个轧制线上，如加热炉出口、粗轧机的入口和出口、
精轧机的入口和出口以及在卷取机之前都设有辐射温度计，用以测量各阶段带钢的表面温度。并用此温度信号来控制轧制速度、轧辊压下力和冷却水流量等。
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。
国内高精度、多功能、集成化、智能化传感器急需开发研制。
总 结二、传感器的定义与组成
1、定义 （ Sensor）
能够感受规定的被测量并按一定规律转换成 可用输出信号 的器件或装置。（ GB7665—87）
它是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的,便于应用的某种物理量 的测量装置。
输入量是物理量、化学量和生物量。
输出量主要是电量。（电量最便于传输、转换、
处理及显示）
输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。
压电传感器,Q=d33 f
传感器应用场合（领域）不同，叫法不同。
过程控制：变送器。（标准化的传感器）
射线检测：发送器、接收器。探头。
2、组成敏感元件 转换元件 转换电路传感器组成框图被测量 中间量 电量 电信号传感器组成由半导体材料制成的物性性传感器基本是敏感元件与转换元件二合一。直接能将被测量转换为电量输出。
如热电偶、压电传感器、光电池。热敏电阻等。
膜盒 差动电感 电桥电路气体压力传感器组成框图
P S L U0
mVT
T0
B
A
热电偶
I
hf
G
光电池
f
+ + + + +
– – – – –
Q
压电传感器
R
RT R0
R
U0
Ui
热敏电阻传感器三、传感器分类及要求分类
1、按能量转换情况能量控制型传感器。 需外供电源，只起信号转换，不起能量转换。
能量转换型传感器。 不需外加电源，本身起能量转换。
2、按物理工作原理分类（教科书）
按传感器的结构、原理、测量电路及应用讲授。
条理较清晰。
同一原理的传感器可测不同的非电量。
3、根据输入物理量（用途）分类同一被测物理量可用不同种传感器测量。
这样分类目的是使读者（工程技术人员）
有针对性地查阅所需的传感器。一般工程书籍及参考书、手册按此类方法分类。
4、按输出信号的性质分类模拟式传感器和数字式传感器。
一般要求
1、稳定性、可靠性一般用 平均无故障时间 来衡量稳定性、可靠性。
在计量、工业生产等领域中稳定性、可靠性至关重要。
2、静态精度测静态量，传感器精度应满足系统的精度要求。
3、动态性能测动态量，如响应速度、工作频率、稳定时间等。
4、量程测量被测量的范围。一般量程越大，精度越低。
5、抗干扰能力工业现场环境较恶劣，存在温湿度、电磁等干扰，设计的传感器能克服这些干扰，安全稳定运行。
6、体积小、能耗低、成本低结构型传感器向物性型半导体传感器发展。
如测人体血压的电子血压计。（ uW mW级）
四、改善传感器性能的技术途径
1、差动技术减小温度、电源波动及外界的共模信号干扰。减小非线性，提高灵敏度。（举例）
2、平均技术光栅、磁栅、感应同步器等数字传感器，
多个传感单元参与测量，误差的平均效应，
总误差减小。如光栅尺测位移，几根刻线形状误差，对莫尔条纹的形状，影响甚微。多个传感器测量值取平均及多次采样测量采用平均技术。
3、补偿与修正技术目的：消除外界因素对传感器测量结果的影响。
热电偶测温 E=f（ T） － f（ T0）
方法一,T0恒温。
方法二：冷端放置温度传感器测出 T0,通过软硬件得到 f（ T0）（修正项）。
找到误差项（修正项），即可准确测得 T。
4、屏蔽、隔离与干扰抑制屏蔽减小外界电磁干扰对传感器的影响。
（减小传感器对影响因素的灵敏度，降低外界因素对传感器作用的烈度）
隔离（隔热、密封、隔振等）减小温度、湿度、
机械振动等影响。
滤波（阻容、电感滤波）滤除外界电磁干扰。
5、稳定性、可靠性处理传感器元器件、结构材料的老化处理。使其能在较恶劣的环境中长期稳定可靠地运行。
元器件分为商用级、工业级、军用级。
它们的工作温度范围、寿命、精度等指标不同。
五、传感器技术的发展方向
1、开发新的敏感、传感材料在半导体硅材料发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使其性能改变。制成力敏、热敏、光敏、磁敏气敏等敏感元件。
基础研究寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
没有深入细致的，就没有新传感元件的问世，也就没有新型传感器，组成不了新型测试系统。
2、开发研制新型传感器及组成新型测试系统
(1)MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的 CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
（ 2）研制仿生传感器
（ 3）研制海洋探测用传感器海洋检测环保。
（ 4）研制成分分析用传感器
（ 5）研制微弱信号检测传感器
3、微电子技术、微型计算机技术与仪表传感器相结合构成新一代智能化测试系统。
如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。
4、用多个仪表或传感器进行线的、面的、
体的测量。 如称重料斗重量检测，油罐油温检测。
六、本课程的任务和目的
1、任务：掌握传感器的工作原理、结构、测量电路及典型应用。
2、目的：
（ 1）合理选择和使用传感器。
（ 2）对传感器技术问题有一定的分析和处理能力。
（ 3）知晓传感器的工程设计方法和实验研究方法。
（ 4）了解传感器的发展动向。
要求
1、复习巩固已学电路、电子等方面的知识。
2、多看一些相关参考书及期刊杂志。
参考书：
1、检测与转换技术 常健生 吉林工业大学 机械工业出版社
2、非电量电测技术 谭祖根 浙江大学
3、传感器技术 贾伯年 东南大学七、实验实验是传感器课程不可缺少的重要组成部分，
采用 CSY传感器教学实验仪，设置了箔式应变片、半导体应变片、电涡流式、霍尔式、差动线圈螺管式、电容式、磁电式、压电式、热电偶式等传感器。
传感器实例温度传感器 压力传感器液位传感器
定量传感器相当于人的感官，称,电五官,,外界信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制。
人与机器的机能对应关系图外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为此，需在各层安放温湿度传感器进行检测。装有温湿度探头的粮仓示意图如下。
将各层探头输出接至温湿度巡检仪上，通过巡检仪监视器监视各点温湿度情况。通过通风口保持温湿度在要求范围内。
例 2 粮仓温度、湿度检测装有温湿度探头的粮仓示意图通风口探头通风口通风口例 3：开发区海湾公司生产的感温、
感烟火灾报警器集控器
1
中央监控图 1 监控系统组成框图探头 11
探头 12
探头 1N
其监控系统组成框图如图 2:
可在每一房间安放一对感温、感烟探头（智能传感器），它们输出温度、浓度信号通过串行通讯线送入由微机组成的检测系统（集控器）；
集控器负责信号汇总，汇总各房间的温度和浓度信号，并监控各房间温度、烟浓度是否异常，如异常，声光报警并打开喷淋设备灭火，一层一台。
各层集控器通过 CAN总线,M-BUS总线等现场总线将温度、浓度等信号送入中央监控计算机。值班人员在电脑屏幕上直观监视各房间情况（温度、
烟雾浓度）。房间、楼道装配摄像头，还可通过电视屏幕查看房间、楼道情况。可看出没有感温、
感烟传感器，就像人缺少感官，系统无法工作。
热轧带钢表面温度的测量用辐射温度计测量热轧带钢表面温度的方法巳被广泛采用。从加热炉出来的钢坯最后到卷取机之前的整个轧制线上，如加热炉出口、粗轧机的入口和出口、
精轧机的入口和出口以及在卷取机之前都设有辐射温度计，用以测量各阶段带钢的表面温度。并用此温度信号来控制轧制速度、轧辊压下力和冷却水流量等。
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。
国内高精度、多功能、集成化、智能化传感器急需开发研制。
总 结二、传感器的定义与组成
1、定义 （ Sensor）
能够感受规定的被测量并按一定规律转换成 可用输出信号 的器件或装置。（ GB7665—87）
它是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的,便于应用的某种物理量 的测量装置。
输入量是物理量、化学量和生物量。
输出量主要是电量。（电量最便于传输、转换、
处理及显示）
输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。
压电传感器,Q=d33 f
传感器应用场合（领域）不同，叫法不同。
过程控制：变送器。（标准化的传感器）
射线检测：发送器、接收器。探头。
2、组成敏感元件 转换元件 转换电路传感器组成框图被测量 中间量 电量 电信号传感器组成由半导体材料制成的物性性传感器基本是敏感元件与转换元件二合一。直接能将被测量转换为电量输出。
如热电偶、压电传感器、光电池。热敏电阻等。
膜盒 差动电感 电桥电路气体压力传感器组成框图
P S L U0
mVT
T0
B
A
热电偶
I
hf
G
光电池
f
+ + + + +
– – – – –
Q
压电传感器
R
RT R0
R
U0
Ui
热敏电阻传感器三、传感器分类及要求分类
1、按能量转换情况能量控制型传感器。 需外供电源，只起信号转换，不起能量转换。
能量转换型传感器。 不需外加电源，本身起能量转换。
2、按物理工作原理分类（教科书）
按传感器的结构、原理、测量电路及应用讲授。
条理较清晰。
同一原理的传感器可测不同的非电量。
3、根据输入物理量（用途）分类同一被测物理量可用不同种传感器测量。
这样分类目的是使读者（工程技术人员）
有针对性地查阅所需的传感器。一般工程书籍及参考书、手册按此类方法分类。
4、按输出信号的性质分类模拟式传感器和数字式传感器。
一般要求
1、稳定性、可靠性一般用 平均无故障时间 来衡量稳定性、可靠性。
在计量、工业生产等领域中稳定性、可靠性至关重要。
2、静态精度测静态量，传感器精度应满足系统的精度要求。
3、动态性能测动态量，如响应速度、工作频率、稳定时间等。
4、量程测量被测量的范围。一般量程越大，精度越低。
5、抗干扰能力工业现场环境较恶劣，存在温湿度、电磁等干扰，设计的传感器能克服这些干扰，安全稳定运行。
6、体积小、能耗低、成本低结构型传感器向物性型半导体传感器发展。
如测人体血压的电子血压计。（ uW mW级）
四、改善传感器性能的技术途径
1、差动技术减小温度、电源波动及外界的共模信号干扰。减小非线性，提高灵敏度。（举例）
2、平均技术光栅、磁栅、感应同步器等数字传感器，
多个传感单元参与测量，误差的平均效应，
总误差减小。如光栅尺测位移，几根刻线形状误差，对莫尔条纹的形状，影响甚微。多个传感器测量值取平均及多次采样测量采用平均技术。
3、补偿与修正技术目的：消除外界因素对传感器测量结果的影响。
热电偶测温 E=f（ T） － f（ T0）
方法一,T0恒温。
方法二：冷端放置温度传感器测出 T0,通过软硬件得到 f（ T0）（修正项）。
找到误差项（修正项），即可准确测得 T。
4、屏蔽、隔离与干扰抑制屏蔽减小外界电磁干扰对传感器的影响。
（减小传感器对影响因素的灵敏度，降低外界因素对传感器作用的烈度）
隔离（隔热、密封、隔振等）减小温度、湿度、
机械振动等影响。
滤波（阻容、电感滤波）滤除外界电磁干扰。
5、稳定性、可靠性处理传感器元器件、结构材料的老化处理。使其能在较恶劣的环境中长期稳定可靠地运行。
元器件分为商用级、工业级、军用级。
它们的工作温度范围、寿命、精度等指标不同。
五、传感器技术的发展方向
1、开发新的敏感、传感材料在半导体硅材料发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使其性能改变。制成力敏、热敏、光敏、磁敏气敏等敏感元件。
基础研究寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
没有深入细致的，就没有新传感元件的问世，也就没有新型传感器，组成不了新型测试系统。
2、开发研制新型传感器及组成新型测试系统
(1)MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的 CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
（ 2）研制仿生传感器
（ 3）研制海洋探测用传感器海洋检测环保。
（ 4）研制成分分析用传感器
（ 5）研制微弱信号检测传感器
3、微电子技术、微型计算机技术与仪表传感器相结合构成新一代智能化测试系统。
如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。
4、用多个仪表或传感器进行线的、面的、
体的测量。 如称重料斗重量检测，油罐油温检测。
六、本课程的任务和目的
1、任务：掌握传感器的工作原理、结构、测量电路及典型应用。
2、目的：
（ 1）合理选择和使用传感器。
（ 2）对传感器技术问题有一定的分析和处理能力。
（ 3）知晓传感器的工程设计方法和实验研究方法。
（ 4）了解传感器的发展动向。
要求
1、复习巩固已学电路、电子等方面的知识。
2、多看一些相关参考书及期刊杂志。
参考书：
1、检测与转换技术 常健生 吉林工业大学 机械工业出版社
2、非电量电测技术 谭祖根 浙江大学
3、传感器技术 贾伯年 东南大学七、实验实验是传感器课程不可缺少的重要组成部分，
采用 CSY传感器教学实验仪，设置了箔式应变片、半导体应变片、电涡流式、霍尔式、差动线圈螺管式、电容式、磁电式、压电式、热电偶式等传感器。
传感器实例温度传感器 压力传感器液位传感器
