第 1章 绪 论
1.1 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。
例 4：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
1.2 传感器的定义与组成
一、定义 （ Sensor）
能够感受规定的被测量并按一定规律和精度转换
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。
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。
二、组成
例如,气体压力传感器
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。
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
1.3 传感器的分类与要求分类
一,分类
1.按输入量分类
常用的有机、光、电和化学等传感器。
例如：位移、速度、加速度、力、温度和流量传感
器等
2,按输出量分类
参数式：电阻、电感、电容、频率和离子传感器
发电式：压电式、霍尔式、光电和热电式传感器
3,按输出信号的性质分类
模拟式传感器和数字式传感器。
二, 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）
1.4 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
（ 4）研制成分分析用传感器
（ 5）研制微弱信号检测传感器
3、研究新一代的智能化传感器及测试系统
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、多功能于多参数传感器的研究
如同时检测压力、温度和液位的传感器一逐步走
向市场。
1.5 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
传感器实例
温度传感器 压力传感器
液位传感器
1.1 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。
例 4：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
1.2 传感器的定义与组成
一、定义 （ Sensor）
能够感受规定的被测量并按一定规律和精度转换
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。
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。
二、组成
例如,气体压力传感器
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。
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
1.3 传感器的分类与要求分类
一,分类
1.按输入量分类
常用的有机、光、电和化学等传感器。
例如：位移、速度、加速度、力、温度和流量传感
器等
2,按输出量分类
参数式：电阻、电感、电容、频率和离子传感器
发电式：压电式、霍尔式、光电和热电式传感器
3,按输出信号的性质分类
模拟式传感器和数字式传感器。
二, 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）
1.4 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
（ 4）研制成分分析用传感器
（ 5）研制微弱信号检测传感器
3、研究新一代的智能化传感器及测试系统
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、多功能于多参数传感器的研究
如同时检测压力、温度和液位的传感器一逐步走
向市场。
1.5 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
传感器实例
温度传感器 压力传感器
液位传感器
