第二章传感器
第二章 传感器
第一节传感器概述 一、 传感器特性 传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装 置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。 传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 1)、敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器 的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。 2)、转换元件则将上述非电量转换成电参量。 3)、测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或 频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分
第一节 传感器概述 一、传感器特性 传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装 置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。 传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 1)、敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器 的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。 2）、转换元件则将上述非电量转换成电参量。 3）、测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或 频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分
传感器的静态特性参数指标 1.灵敏度 灵敏度是指稳态时传感器输出量y和输入量x之比，或输出量y的增量和输入量 x的增量之比，用k表示为 k=dY/dx 2.分辨力 传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。 3. 测量范围和量程 在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。 4.线性度（非线性误差） 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的 百分比称为线性度或非线性误差
传感器的静态特性参数指标 1．灵敏度 灵敏度是指稳态时传感器输出量ｙ和输入量ｘ之比，或输出量ｙ的增量和输入量 ｘ的增量之比，用ｋ表示为 ｋ＝ｄY／ｄX 2．分辨力 传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。 3．测量范围和量程 在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。 4．线性度（非线性误差） 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的 百分比称为线性度或非线性误差
5.迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致 程度。 6.重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化 多次所得特性曲线的不一致性。 7.零漂和温漂 传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的 最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1℃，传感器输出值的最大偏 差与满量程的百分比，称为温漂
5．迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致 程度。 6．重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化 多次所得特性曲线的不一致性。 7．零漂和温漂 传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的 最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1℃，传感器输出值的最大偏 差与满量程的百分比，称为温漂
二、发动机常用传感器工作机理 1.磁电效应 根据法拉第电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动，切割磁力线 (或线圈所在磁场的磁通变化)时，线圈中所产生的感应电动势的 大小取决于穿过线圈的磁通的变化率， dΦ e=-N
二、发动机常用传感器工作机理 1．磁电效应 根据法拉第电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动，切割磁力线 （或线圈所在磁场的磁通变化）时，线圈中所产生的感应电动势的 大小取决于穿过线圈的磁通的变化率， dt d e N = −
直线移动式磁电传感器 直线移动式磁电传感器由永久磁铁、线圈和传感器壳体等组成 当壳体随被测振动体一起振动且在振动频率远大于传感器的固有频 率时，由于弹簧较软，运动件质量相对较大，运动件来不及随振动 体一起振动（静止不动）。此时，磁铁与线圈之间的相对运动速度 接近振动体的振动速度
直线移动式磁电传感器 直线移动式磁电传感器由永久磁铁、线圈和传感器壳体等组成 当壳体随被测振动体一起振动且在振动频率远大于传感器的固有频 率时，由于弹簧较软，运动件质量相对较大，运动件来不及随振动 体一起振动（静止不动）。此时，磁铁与线圈之间的相对运动速度 接近振动体的振动速度
转动式磁电传感器 软铁、线圈和永久磁铁固定不动。由导磁材料制成的测量齿轮安装 在被测旋转体上，每转过一个齿，测量齿轮与软铁之间构成的磁路 磁阻变化一次，磁通也变化一次。线圈中感应电动势的变化频率 (脉冲数)等于测量齿轮上的齿数和转速的乘积。 与电子点火系统 的信号发生器相司 切割磁场 场 2 一电路 至控单 线圈产生交流电流 ON,OFF种元 一信号圆盘
转动式磁电传感器 软铁、线圈和永久磁铁固定不动。由导磁材料制成的测量齿轮安装 在被测旋转体上，每转过一个齿，测量齿轮与软铁之间构成的磁路 磁阻变化一次，磁通也变化一次。线圈中感应电动势的变化频率 （脉冲数）等于测量齿轮上的齿数和转速的乘积
二、霍耳式传感器 1.霍耳效应 半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面 方向)流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种现 象称为霍耳效应
二、霍耳式传感器 1．霍耳效应 半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面 方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种现 象称为霍耳效应
(a） () 霍尔信号发生器的工作原理 (a)触发叶片进入空气隙中，霍尔元件中的磁杨被劳路 (6)触发叶片离开空气腺，霍尔元件被磁场饱和 1.信号轮的触发叶片2.霜尔元件3.永久磁铁4.底板5.导磁板
2.霍耳元件 目前常用的霍耳材料锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化 铟(InAs)等。N型锗容易加工制造，霍耳系数、温度性能、线性 度较好；P型硅的线性度最好，霍耳系数、温度性能同N型锗，但电 子迁移率较低，带负载能力较差，通常不作单个霍耳元件
2．霍耳元件 目前常用的霍耳材料锗（Ge）、硅（Si）、锑化铟（InSb）、砷化 铟（InAs）等 。N型锗容易加工制造，霍耳系数、温度性能、线性 度较好；P型硅的线性度最好，霍耳系数、温度性能同N型锗，但电 子迁移率较低，带负载能力较差，通常不作单个霍耳元件