傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)主

編：趙鋒袁桂玲

學(xué)時(shí)：52哈爾濱工程大學(xué)出版社目錄第1章傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)第2章測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)第3章電阻應(yīng)變式傳感器第4章電感式傳感器第5章電容式傳感器第6章磁敏傳感器第7章壓電式傳感器第8章熱電式傳感器第9章光電式傳感器第10章數(shù)字式傳感器第11章智能傳感器

本教學(xué)大綱要求

課程的目的與任務(wù)

傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，它處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，是自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過程要獲取的信息，都是通過傳感器轉(zhuǎn)換。

課程的基本要求

通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路及各種應(yīng)用，熟悉非電量測(cè)量的基本知識(shí)及誤差處理方法，熟悉工業(yè)過程主要參數(shù)的檢測(cè)方法，了解傳感器的發(fā)展趨勢(shì)及在工業(yè)社會(huì)科技生活中的廣泛應(yīng)用，具有正確應(yīng)用傳感器的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)及以后工作打下良好的基礎(chǔ)。

與其它課程的聯(lián)系與分工

學(xué)習(xí)本課程之前，要求學(xué)生先修《大學(xué)物理》、《電路理論》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《電氣測(cè)量技術(shù)》，本課程也是《過程控制系統(tǒng)及儀表》的先修課程。

第1章傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的完整學(xué)科。在人類進(jìn)入信息時(shí)代的今天，人們的一切社會(huì)活動(dòng)都是以信息獲取與信息轉(zhuǎn)換為中心，傳感器作為信息獲取與信息轉(zhuǎn)換的重要手段，是信息科學(xué)最前端的一個(gè)陣地，是實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一?！皼]有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測(cè)系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有利工具。1.1傳感器概述

傳感器的作用a．測(cè)試技術(shù)電參數(shù)的測(cè)量—電壓電流功率頻率阻抗波形非電參數(shù)的測(cè)量—機(jī)械量—位移、速度、加速度、力、扭矩、應(yīng)力應(yīng)變化學(xué)量—濃度、成分、PH值、濕度生物量—酶、組織、菌類1.1傳感器概述

b．現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱傳感器技術(shù)信息技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)c．傳感器對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)成為不可缺少的部分d．人與傳感器的關(guān)系定性:人通過感官感覺外界對(duì)象的刺激，通過大腦對(duì)感受的信息進(jìn)行判斷、處理，肢體作出相應(yīng)的反映。定量:傳感器相當(dāng)于人的感官，稱“電五官”，外界信息由它提取，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的電信號(hào)，微機(jī)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)出控制信號(hào)給執(zhí)行器，執(zhí)行器對(duì)外界對(duì)象進(jìn)行控制.1.1傳感器概述

人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系圖外界對(duì)象感官傳感器人腦微機(jī)肢體執(zhí)行器1.1傳感器概述

5．傳感器能夠把自然界各種物理量和化學(xué)量等精確變換為電信號(hào)再經(jīng)電子電路或計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而對(duì)這些量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制6．控制過程中傳感器的作用可以與之一一對(duì)應(yīng)例：人眼（視覺）——光敏傳感器如CCD光敏傳感器光電倍增管人耳（聽覺）——壓力傳感器如電容式話筒動(dòng)圈式話筒壓電陶瓷傳感器人皮膚（觸覺）——壓力傳感器和溫度傳感器壓力傳感器有應(yīng)變傳感器、壓電傳感器等，溫度傳感器有熱敏電阻、熱電偶等人舌頭（味覺）——味覺傳感器，離子傳感器1.1傳感器概述

信息的獲?。喝祟悶榱双@取外界信息必須借助于傳感器管而單靠自身的感覺器官就不夠了，而傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，隨著世界進(jìn)入信息時(shí)代傳感器是獲取信息的主要途徑與手段例如“阿波羅10”運(yùn)載火箭部分，其檢測(cè)加速度、聲學(xué)、溫度、壓力、振動(dòng)、流量等應(yīng)變參數(shù)傳感器共有2077個(gè)，而宇宙飛船部分共有各種傳感器1218個(gè)數(shù)量大要求也很高1.1傳感器概述

需要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中各個(gè)參數(shù)使設(shè)備工作在最佳工作狀態(tài)沒有傳感器現(xiàn)代工業(yè)失去基礎(chǔ)

例如工業(yè)自動(dòng)化中的柔型制造系統(tǒng)FMS，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS超高溫、超低溫、超高壓、超低壓、超強(qiáng)磁場(chǎng)、弱磁場(chǎng)基礎(chǔ)科學(xué)研究：計(jì)算機(jī)科學(xué)：

計(jì)算機(jī)核心CPU部件有驚人的發(fā)展同時(shí)要求外部設(shè)備與之相互匹配而外部硬件主要是傳感器結(jié)論：現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域都離不開傳感器工業(yè)自動(dòng)化:1.1傳感器概述

檢測(cè)的基本任務(wù)就是獲取有用的信息，通過借助專門的儀器、設(shè)備，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方法以及進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理，從而獲得與被測(cè)對(duì)象有關(guān)的信息，最后將結(jié)果提供顯示或輸入其他信息處理裝置、控制系統(tǒng)。

1.1傳感器概述

1.1.1傳感器的概念傳感器：是將各種非電量（物理、化學(xué)、生物）等按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量（一般為電量）的裝置。2.傳感器技術(shù)：利用物理化學(xué)和生物學(xué)科的某些效應(yīng)（壓電效應(yīng)熱電效應(yīng)）、守恒原理（能量動(dòng)量電荷量）場(chǎng)論（力場(chǎng)電磁場(chǎng)、矢量場(chǎng)等）物理定律（歐姆定律、虎克定律）及材料特性按一定工藝制造的傳感器技術(shù)：檢測(cè)（傳感）原理三個(gè)要素的最佳結(jié)合材料科學(xué)工藝加工

1.1傳感器概述

傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。這一定義包含了以下四個(gè)方面的含義：①傳感器是一種測(cè)量裝置，能夠完成檢測(cè)任務(wù)；②它的輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；③它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，主要是電量，如電壓、電流、電容、電阻等。④輸入量與輸出量之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且具有一定的轉(zhuǎn)換精確度1.1傳感器概述

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)傳感器的定義作了類同的規(guī)定，定義為：傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。所以傳感器又稱為敏感元件、轉(zhuǎn)換元件等。如在電子技術(shù)中的熱敏元件、磁敏元件、光敏元件及氣敏元件，在機(jī)械測(cè)量中的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，在超聲波技術(shù)中的壓電式換能器等都可以統(tǒng)稱為傳感器。1.1傳感器概述

1.1.2傳感器的組成被測(cè)量

傳感器件

轉(zhuǎn)換器件

信號(hào)調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)換）電路

電量電源電路

1.1傳感器概述

敏感元件：（預(yù)變換器）將被測(cè)量（非電量）預(yù)先變換為另一種易于變換成電量的非電量，然后再變換為電量2.轉(zhuǎn)換元件：將感受到的非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件例如將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼须娙莼螂娮?.信號(hào)調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)換）電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成易于顯示記錄控制和處理的有用信號(hào)的電路例如電橋放大器振蕩器等4.電源電路：作用是提供能源注意有的傳感器需要外部供電,有的傳感器則不需要外部電源供電

1.1傳感器概述

舉例：測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器1-彈簧管2-電位器1.1傳感器概述

彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。1.1傳感器概述

彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α1.1傳感器概述

彈簧管放大圖當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。

1.1傳感器概述

其他各種彈性敏感元件

在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。1.1傳感器概述

壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.1傳感器概述

被測(cè)量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量-----電阻的變化（ΔR）1.1傳感器概述

360度圓盤形電位器右圖所示的360度圓盤形電位器的中間焊片為滑動(dòng)片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

1.1傳感器概述

測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。在左圖中，當(dāng)電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)系的電壓Uo

。

1.1傳感器概述

1、按傳感器的工作機(jī)理，分為物理型、化學(xué)型、生物型等2、按構(gòu)成原理，結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類3、根據(jù)傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器4、按照物理原理分類：十種5、按照傳感器的用途分類：位移、壓力、振動(dòng)、溫度傳感器7、根據(jù)傳感器輸出信號(hào)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)6、根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否：?jiǎn)蜗蚝碗p向1.1.3傳感器的分類1.1傳感器概述

結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場(chǎng)的定律構(gòu)成的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的電磁定律等。物理學(xué)中的定律一般是以方程式給出的。對(duì)于傳感器，這些方程式就是許多傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。這類傳感器的特點(diǎn)是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場(chǎng)的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。

物性型傳感器是利用物質(zhì)定律構(gòu)成的,如虎克定律、歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。如，光電管，它利用了物質(zhì)法則中的外光電效應(yīng)。顯然，其特性與涂覆在電極上的材料有著密切的關(guān)系。又如，所有半導(dǎo)體傳感器，以及所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都屬于物性型傳感器。

1.1傳感器概述

能量轉(zhuǎn)換型傳感器，又稱有源型或發(fā)生器型，傳感器將從被測(cè)對(duì)象獲取的信息能量直接轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)能量，主要由能量變換元件構(gòu)成，它不需要外電源。如基于壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)等的傳感器都屬于此類傳感器。能量控制型傳感器，在信息變化過程中，傳感器將從被測(cè)對(duì)象獲取的信息能量用于調(diào)制或控制外部激勵(lì)源，使外部激勵(lì)源的部分能量載運(yùn)信息而形成輸出信號(hào)，這類傳感器必須由外部提供激勵(lì)源，如電阻、電感、電容等電路參量傳感器都屬于這一類傳感器?；趹?yīng)變電阻效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等的傳感器也屬于此類傳感器。1.1傳感器概述

按照物理原理分類：★電參量式傳感器：電阻式、電感式、電容式等；★磁電式傳感器：磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等；★壓電式傳感器：聲波傳感器、超聲波傳感器；★光電式傳感器：一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導(dǎo)纖維式、紅外式、攝像式等；★氣電式傳感器：電位器式、應(yīng)變式；★熱電式傳感器：熱電偶、熱電阻；★波式傳感器：超聲波式、微波式等；★射線式傳感器：熱輻射式、γ射線式；★半導(dǎo)體式傳感器：霍耳器件、熱敏電阻；★其他原理的傳感器：差動(dòng)變壓器、振弦式等。有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復(fù)合形式,如不少半導(dǎo)體式傳感器，也可看成電參量式傳感器。

1.1傳感器概述

分類法型式說明按基本效應(yīng)分類物理型化學(xué)型生物型采用物理效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用生物效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換按構(gòu)成原理分類結(jié)構(gòu)型物性型以轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按能量關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換型能量控制型傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而來(lái)傳感器輸出量能量由外部能源提供，但受輸入量控制按工作原理分電阻式電容式電感式壓電式磁電式熱電式光電式光纖式利用電阻參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電容參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電感參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光纖特性參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按輸入量分類長(zhǎng)度、角度、振動(dòng)、位移、壓力、溫度、流量、距離、速度等以被測(cè)量命名（即按用途分類）按輸出量分類模擬式數(shù)字式輸出量為模擬信號(hào)（電壓、電流、……）輸出量為數(shù)字信號(hào)（脈沖、編碼、……）附：發(fā)展方向

開發(fā)新型傳感器

開發(fā)新材料新工藝的采用集成化、多功能化智能化

開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝；實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化與智能化傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般說它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過去發(fā)展也不夠。世界各國(guó)都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強(qiáng)研究，從而使它成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。1．開發(fā)新型傳感器新型傳感器包括：①采用新原理；②填補(bǔ)傳感器空白；③仿生傳感器等方面。它們之間是互相聯(lián)系的。傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，由于材料科學(xué)的進(jìn)步，人們?cè)谥圃鞎r(shí)，可任意控制它們的成分，從而設(shè)計(jì)制造出用于各種傳感器的功能材料。用復(fù)雜材料來(lái)制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。2．開發(fā)新材料（1）半導(dǎo)體敏感材料（2）陶瓷材料（3）磁性材料（4）智能材料如，半導(dǎo)體氧化物可以制造各種氣體傳感器，而陶瓷傳感器工作溫度遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體，光導(dǎo)纖維的應(yīng)用是傳感器材料的重大突破，用它研制的傳感器與傳統(tǒng)的相比有突出的特點(diǎn)。有機(jī)材料作為傳感器材料的研究，引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的極大興趣。在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新型傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。該技術(shù)又稱微機(jī)械加工技術(shù)，是近年來(lái)隨著集成電路工藝發(fā)展起來(lái)的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來(lái)越多地用于傳感器領(lǐng)域。

3．新工藝的采用例如利用半導(dǎo)體技術(shù)制造出壓阻式傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，日本橫河公司利用各向異性腐蝕技術(shù)進(jìn)行高精度三維加工，在硅片上構(gòu)成孔、溝棱錐、半球等各種開頭，制作出全硅諧振式壓力傳感器。

4．集成化、多功能化同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個(gè)傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來(lái)，如CCD圖像傳感器。多功能一體化，即將傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個(gè)器件。把多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)的測(cè)量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng)價(jià)，可反映出被測(cè)系統(tǒng)的整體狀態(tài)。為同時(shí)測(cè)量幾種不同被測(cè)參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元件復(fù)合在一起，作成集成塊。例如一種溫、氣、濕三功能陶瓷傳感器已經(jīng)研制成功。5．智能化對(duì)外界信息具有檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、自診斷和自適應(yīng)能力的集成一體化多功能傳感器，這種傳感器具有與主機(jī)互相對(duì)話的功能，可以自行選擇最佳方案，能將已獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度、高精度傳輸?shù)?。智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的實(shí)現(xiàn)取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是傳感器重要的發(fā)展方向之一。如，DS18B20、傳感器測(cè)量系統(tǒng)1.2傳感器的特性及其主要技術(shù)指標(biāo)

穩(wěn)定性(零漂)傳感器溫度供電各種干擾穩(wěn)定性溫漂分辨力沖擊與振動(dòng)電磁場(chǎng)線性滯后重復(fù)性靈敏度輸入誤差因素外界影響

傳感器輸入輸出作用圖輸出取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來(lái)加以抑制，有時(shí)也可以對(duì)外界條件加以限制。衡量傳感器特性的主要技術(shù)指標(biāo)1.2.1

傳感器的靜特性和動(dòng)特性輸出與輸入間關(guān)系

微分方程靜特性：輸入量為常量，或變化極慢動(dòng)特性：輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí)微分方程中的一階及以上的微分項(xiàng)取為零時(shí)，可得到靜特性（動(dòng)特性的特例）表示傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系希望輸出與輸入具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且呈線性關(guān)系。靜特性指標(biāo)

線性度靈敏度遲滯重復(fù)性零點(diǎn)漂移溫度漂移1、線性度最大非線性誤差滿量程輸出線性度又稱非線性，是表征傳感器輸出量—輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度的指標(biāo)。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值ΔLmax

與滿量程輸出值YFS

之比。通常用相對(duì)誤差來(lái)表示線性度或非線性誤差，即用表示為靜特性輸出量輸入量零點(diǎn)輸出理論靈敏度非線性項(xiàng)系數(shù)直線擬合線性化非線性誤差或線性度最大非線性誤差滿量程輸出直線擬合線性化出發(fā)點(diǎn)獲得最小的非線性誤差擬合方法：①理論擬合；②過零旋轉(zhuǎn)擬合；③端點(diǎn)連線擬合；④端點(diǎn)連線平移擬合；⑤最小二乘擬合；⑥最小包容擬合①理論擬合擬合直線為傳感器的理論特性，與實(shí)際測(cè)試值無(wú)關(guān)。方法十分簡(jiǎn)單，但一般說ΔLmax較大xyΔLmax②過零旋轉(zhuǎn)擬合曲線過零的傳感器。擬合時(shí)，使xyΔL2ΔL1③端點(diǎn)連線擬合把輸出曲線兩端點(diǎn)的連線作為擬合直線xyΔLmax④端點(diǎn)連線平移擬合在端點(diǎn)連線擬合基礎(chǔ)上使直線平移，移動(dòng)距離為原先的一半yxΔLmaxΔL1⑤最小二乘擬合原理:最小二乘擬合方法xy=kx+by2、靈敏度傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比即為其靜態(tài)靈敏度表征傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力表征傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力(a)線性傳感器(b)非線性傳感器

3、遲滯正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中輸出輸入曲線不重合稱為遲滯

—正反行程間輸出的最大差值。遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差，常用絕對(duì)誤差表示檢測(cè)回程誤差時(shí)，可選擇幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于每一輸入信號(hào)，傳感器正行程及反行程中輸出信號(hào)差值的最大者即為回程誤差。遲滯0yx⊿HmaxyFS遲滯特性4、重復(fù)性傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線不一致的程度正行程的最大重復(fù)性偏差反行程的最大重復(fù)性偏差取較大者為

重復(fù)特性5.零點(diǎn)漂移傳感器在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移零漂＝式中ΔY0

——最大零點(diǎn)偏差；

YFS——滿量程輸出。6、溫漂傳感器在外界溫度下輸出量發(fā)出的變化溫漂＝式中Δmax

——輸出最大偏差；

ΔT——溫度變化范圍；

YFS

——滿量程輸出。7、分辨力與閾值分辨力用絕對(duì)值表示,用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示時(shí)稱為分辨率。在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值。分辨力是指?jìng)鞲衅髂軝z測(cè)到的最小的輸入增量。有些傳感器,當(dāng)輸入量連續(xù)變化時(shí),輸出量只作階梯變化,則分辨力就是輸出量的每個(gè)“階梯”所代表的輸入量的大小。

穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)先將傳感器輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，相隔4h、8h或一定的工作次數(shù)后，再讀出輸出值，前后兩次輸出值之差即為穩(wěn)定性誤差。它可用相對(duì)誤差表示,也可用絕對(duì)誤差表示。穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟陂L(zhǎng)時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，有時(shí)稱為長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移。測(cè)試時(shí)先將傳感器置于一定溫度(如20℃),將其輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，使溫度上升或下降一定的度數(shù)(如5℃或10℃),再讀出輸出值，前后兩次輸出值之差即為溫度穩(wěn)定性誤差?？垢蓴_穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性又稱為溫度漂移，是指?jìng)鞲衅髟谕饨鐪囟认螺敵隽堪l(fā)生的變化。溫度穩(wěn)定性誤差用溫度每變化若干℃的絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示,每℃引起的傳感器誤差又稱為溫度誤差系數(shù)。指?jìng)鞲衅鲗?duì)外界干擾的抵抗能力，例如抗沖擊和振動(dòng)的能力、抗潮濕的能力、抗電磁場(chǎng)干擾的能力等。評(píng)價(jià)這些能力比較復(fù)雜，一般也不易給出數(shù)量概念，需要具體問題具體分析。動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鰧?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。反映輸出值真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要是從測(cè)量誤差角度分析產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差的原因以及改善措施。

時(shí)域：瞬態(tài)響應(yīng)法

頻域：頻率響應(yīng)法被測(cè)量隨時(shí)間變化的形式可能是各種各樣的，只要輸入量是時(shí)間的函數(shù)，則其輸出量也將是時(shí)間的函數(shù)。通常研究動(dòng)態(tài)特性是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入特性來(lái)考慮傳感器的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。標(biāo)準(zhǔn)輸入有三種：經(jīng)常使用的是前兩種。正弦變化的輸入階躍變化的輸入線性輸入數(shù)學(xué)模型與傳遞函數(shù)分析傳感器動(dòng)態(tài)特性，必須建立數(shù)學(xué)模型。線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為一常系數(shù)線性微分方程。對(duì)線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的研究，主要是分析數(shù)學(xué)模型的輸入量x與輸出量y之間的關(guān)系，通過對(duì)微分方程求解，得出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。對(duì)于線性定常（時(shí)間不變）系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型為高階常系數(shù)線性微分方程，即

y——輸出量；x——輸入量；t——時(shí)間a0，a1，…，an——常數(shù)；b0，b1，…，bm

——常數(shù)

——輸出量對(duì)時(shí)間t的n階導(dǎo)數(shù)；

——輸入量對(duì)時(shí)間t的m階導(dǎo)數(shù)返回2返回1動(dòng)態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線性或線性化定常系統(tǒng)中是指初始條件為0時(shí)，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。當(dāng)傳感器的數(shù)學(xué)模型初值為0時(shí)，對(duì)其進(jìn)行拉氏變換，即可得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Y(s)——傳感器輸出量的拉氏變換式；X(s)——傳感器輸入量的拉氏變換式上式分母是傳感器的特征多項(xiàng)式，決定系統(tǒng)的“階”數(shù)。可見，對(duì)一定常系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)微分方程已知，只要把方程式中各階導(dǎo)數(shù)用相應(yīng)的s變量替換，即求出傳感器的傳遞函數(shù)。正弦輸入下傳感器的動(dòng)態(tài)特性（即頻率特性）由傳遞函數(shù)導(dǎo)出為一復(fù)數(shù)，它可用代數(shù)形式及指數(shù)形式表示，即

=式中—分別為的實(shí)部和虛部；

—分別為的幅值和相角；K=可見，K值表示了輸出量幅值與輸入量幅值之比，即動(dòng)態(tài)靈敏度，K值是ω的函數(shù)，稱為幅頻特性，以K(ω)表示。1．動(dòng)態(tài)響應(yīng)（正弦和階躍）（1）正弦輸入時(shí)的頻率響應(yīng)零階傳感器在零階傳感器中，只有a0與b0兩個(gè)系數(shù)，微分方程為a0y=b0xK——靜態(tài)靈敏度零階輸入系統(tǒng)的輸入量無(wú)論隨時(shí)間如何變化，其輸出量總是與輸入量成確定的比例關(guān)系。在時(shí)間上也不滯后，幅角等于零。如電位器傳感器。在實(shí)際應(yīng)用中，許多高階系統(tǒng)在變化緩慢、頻率不高時(shí)，都可以近似地當(dāng)作零階系統(tǒng)處理。一階傳感器微分方程除系數(shù)a1，a0

，b0外其他系數(shù)均為0，則a1(dy/dt)+a0y=b0xτ—時(shí)間常數(shù)(τ=a1/a0)；K——靜態(tài)靈敏度(K=b0/a0)傳遞函數(shù)：頻率特性：幅頻特性：相頻特性：負(fù)號(hào)表示相位滯后時(shí)間常數(shù)

τ越小，系統(tǒng)的頻率特性越好二階傳感器很多傳感器，如振動(dòng)傳感器、壓力傳感器等屬于二階傳感器，其微分方程為：τ—時(shí)間常數(shù)，；ω0—自振角頻率,ω0=1/τξ—阻尼比，；k—靜態(tài)靈敏度，k=b0/a不同阻尼比情況下相對(duì)幅頻特性即動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)靈敏度之比的曲線如圖。傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性頻率特性2.42.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.200.511.522.5(a)ωτ(b)0-30°-60°-90°-120°-150°-180°0.511.522.5ωτξ=0ξ=0.2ξ=0.4ξ=0.6ξ=1ξ=0.8ξ=0.707ξ=0ξ=0.2ξ=0.4ξ=0.6ξ=0.707ξ=0.8ξ=1ξ=0.8ξ=1ξ=0.707ξ=0.6ξ=0.4ξ=0.2ξ=0二階傳感器幅頻與相頻特性（a）幅頻特性（b）相頻特性當(dāng)ξ→0時(shí)，在ωτ=1處k(ω)趨近無(wú)窮大，這一現(xiàn)象稱之為諧振。隨著ξ的增大，諧振現(xiàn)象逐漸不明顯。當(dāng)ξ≥0.707時(shí)，不再出現(xiàn)諧振，這時(shí)k(ω)將隨著ωτ的增大而單調(diào)下降。阻尼比的影響較大。（2）階躍輸入時(shí)的階躍響應(yīng)一階傳感器的階躍響應(yīng)對(duì)一階系統(tǒng)的傳感器，設(shè)在t=0時(shí)，x和y均為0，當(dāng)t>0時(shí)，有一單位階躍信號(hào)輸入,如圖。此時(shí)微分方程為tx01(dy/dt)+a0y=b1(dx/dt)+b0x齊次方程通解：非齊次方程特解：y2=1(t>0)方程解：tx01以初始條件y(0)=0代入上式，即得t=0時(shí)，C1=-1，所以輸出的初值為0,隨著時(shí)間推移y接近于1,當(dāng)t=τ時(shí),y=0.63在一階系統(tǒng)中,時(shí)間常數(shù)值是決定響應(yīng)速度的重要參數(shù)。二階傳感器的階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)通式ω0——傳感器的固有頻率；ζ——傳感器的阻尼比特征方程根據(jù)阻尼比的大小不同，分為四種情況：1）0＜ξ＜1(有阻尼)：該特征方程具有共軛復(fù)數(shù)根

方程通解

根據(jù)t→∞,y→kA求出A3；根據(jù)初始條件求出A1、A2，則令x=A其曲線如圖，這是一衰減振蕩過程,ξ越小,振蕩頻率越高,衰減越慢。tw0.021ttmδmξ<1的二階傳感器的過渡過程(設(shè)允許相對(duì)誤差γy=0.02)2)ξ=0(零阻尼)：輸出變成等幅振蕩，即發(fā)生時(shí)間過沖量穩(wěn)定時(shí)間tW=4τ/ξ4）ξ>1（過阻尼）：特征方程具有兩個(gè)不同的實(shí)根3)ξ=1(臨界阻尼)：特征方程具有重根-1/τ,過渡函數(shù)為

上兩式表明，當(dāng)ξ≥1時(shí)，該系統(tǒng)不再是振蕩的，而是由兩個(gè)一階阻尼環(huán)節(jié)組成，前者兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相同，后者兩個(gè)時(shí)間常數(shù)不同。過渡函數(shù)為實(shí)際傳感器，ξ值一般可適當(dāng)安排，兼顧過沖量δm不要太大，穩(wěn)定時(shí)間tω不要過長(zhǎng)的要求。在ξ＝0.6～0.7范圍內(nèi)，可獲得較合適的綜合特性。對(duì)正弦輸入來(lái)說，當(dāng)ξ=0.6～0.7時(shí)，幅值比k(ω)/k在比較寬的范圍內(nèi)變化較小。計(jì)算表明在ωτ＝0～0.58范圍內(nèi)，幅值比變化不超過5％，相頻特性中φ(ω)接近于線性關(guān)系。對(duì)于高階傳感器，在寫出運(yùn)動(dòng)方程后，可根據(jù)式具體情況寫出傳遞函數(shù)、頻率特性等。在求出特征方程共軛復(fù)根和實(shí)根后，可將它們分解為若干個(gè)二階模型和一階模型研究其過渡函數(shù)。有些傳感器可能難于寫出運(yùn)動(dòng)方程，這時(shí)可采用實(shí)驗(yàn)方法，即通過輸入不同頻率的周期信號(hào)與階躍信號(hào)，以獲得該傳感器系統(tǒng)的幅頻特性、相頻特性與過渡函數(shù)等。1.2.2傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)基本參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其他指標(biāo)量程指標(biāo)：量程范圍、過載能力等靈敏度指標(biāo)：靈敏度、分辨力、滿量程輸出等精度有關(guān)指標(biāo)：精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性

動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：固定頻率、阻尼比、時(shí)間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時(shí)間等

溫度指標(biāo)：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等

抗沖振指標(biāo)：允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差

其他環(huán)境參數(shù)：抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕等能力、抗電磁場(chǎng)干擾能力等工作壽命、平均無(wú)故障時(shí)間、保險(xiǎn)期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等使用有關(guān)指標(biāo)：供電方式（直流、交流、頻率及波形等）、功率、各項(xiàng)分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等安裝方式、饋線電纜等1.3提高傳感器性能的技術(shù)途徑1．采用線性化技術(shù)要保證傳感器的輸出能夠不失真地復(fù)現(xiàn)被測(cè)量，要求傳感器的輸出與輸入必須具有線性關(guān)系，而實(shí)際的傳感器特性或多或少都具有不同程度的非線性，這就要求在設(shè)計(jì)和制造傳感器時(shí)對(duì)其輸出輸入特性進(jìn)行必要的線性化處理，以提高和改善傳感器的性能。如在一定條件下忽略某些高次項(xiàng)，或者以直線代替曲線等。2．采用閉環(huán)技術(shù)采用傳感器、放大電路等組成的閉環(huán)反饋測(cè)量控制系統(tǒng)，可以有效地改善測(cè)量精度和控制系統(tǒng)的性能。微量差被檢測(cè)放大，放大器輸出的電量產(chǎn)生反饋力，輸出電量與測(cè)量力有一個(gè)良好的線性關(guān)系。閉環(huán)式傳感器在過程參數(shù)檢測(cè)傳感器技術(shù)中被廣泛采用，在微機(jī)械電容加速度傳感器中常使用靜電力平衡的方法。3．補(bǔ)償與修正技術(shù)補(bǔ)償與修正技術(shù)的運(yùn)用大致針對(duì)兩種情況：★針對(duì)傳感器本身特性★針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境對(duì)于傳感器特性，找出誤差的變化規(guī)律，或者測(cè)出其大小和方向，采用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。針對(duì)傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的有力技術(shù)措施。不少傳感器對(duì)溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。為了解決這個(gè)問題，必要時(shí)可以控制溫度，搞恒溫裝置，但往往費(fèi)用太高，或使用現(xiàn)場(chǎng)不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時(shí)應(yīng)找出溫度對(duì)測(cè)量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。補(bǔ)償與修正，可以利用電子線路（硬件）來(lái)解決，也可以采用微型計(jì)算機(jī)通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4．平均技術(shù)

在傳感器中普遍采用平均技術(shù)可產(chǎn)生平均效應(yīng)，其原理是利用若干個(gè)傳感單元同時(shí)感受被測(cè)量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個(gè)單元可能帶來(lái)的誤差均可看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小為δΣ=±δ/√n式中n—傳感單元數(shù)?？梢姡趥鞲衅髦欣闷骄夹g(shù)不僅可使傳感器誤差減小，且可增大信號(hào)量，即增大傳感器靈敏度。5．屏蔽、隔離與干擾抑制

傳感器大都要在現(xiàn)場(chǎng)工作，現(xiàn)場(chǎng)的條件往往是難以充分預(yù)料的，有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關(guān)性能。為了減小測(cè)量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素對(duì)傳感器的影響。其方法有：減小傳感器對(duì)影響因素的靈敏度降低外界因素對(duì)傳感器實(shí)際作用的程度對(duì)于電磁干擾，可以采用屏蔽、隔離措施，也可用濾波等方法抑制。對(duì)于如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應(yīng)的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，或者在變換成為電量后對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行分離或抑制，減小其影響。6．采用差動(dòng)技術(shù)在使用傳感器時(shí)，通常要求傳感器輸出—輸入關(guān)系成線性，但實(shí)際難于做到。如果輸入量變化范圍不大，而且非線性項(xiàng)的方次不高時(shí)，在對(duì)多項(xiàng)式進(jìn)行分析后，找到了一種切實(shí)可行的減小非線性的方法——差動(dòng)技術(shù)。這種技術(shù)也已廣泛用于消除或減小由于結(jié)構(gòu)原因引起的共模誤差（如溫度誤差）方面。其原理如下：設(shè)有一傳感器，其輸出為用另一相同的傳感器，但使其輸入量符號(hào)相反，則它的輸出為使二者輸出相減，即于是，總輸出消除了零位輸出和偶次非線性項(xiàng)，得到了對(duì)稱于原點(diǎn)的相當(dāng)寬的近似線性范圍，減小了非線性，而且使靈敏度提高了一倍，抵消了共模誤差。7．穩(wěn)定性處理

在使用傳感器時(shí)，若測(cè)量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元件、后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)行老化處理。提高傳感器性能的穩(wěn)定性措施：對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理。如永磁材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理、電氣元件的老化篩選等。造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因是：隨著時(shí)間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。傳感器作為長(zhǎng)期測(cè)量或反復(fù)使用的器件，其穩(wěn)定性顯得特別重要，其重要性甚至勝過精度指標(biāo)，尤其是對(duì)那些很難或無(wú)法定期標(biāo)定的場(chǎng)合。1．汽車電子控制系統(tǒng)的組成傳感器:采集各種信息，將物理參量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。信息處理器（電子控制器ECU）:對(duì)各種電信號(hào)進(jìn)行綜合處理后，作出實(shí)時(shí)判斷，并輸出控制信號(hào)給執(zhí)行器。執(zhí)行器:作出相應(yīng)的控制動(dòng)作，使控制對(duì)象工作在設(shè)定的狀態(tài)。

傳感器執(zhí)行器信號(hào)處理器（ECU）信號(hào)輸入信號(hào)輸出圖：電子控制系統(tǒng)的控制方式1）開環(huán)控制：系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒有影響。

控制器對(duì)象或過程輸入量輸出量圖2：開環(huán)控制系統(tǒng)2）閉環(huán)控制：利用系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)功能，使系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制產(chǎn)生直接影響的系統(tǒng)?？刂破鲗?duì)象或過程輸入量輸出量測(cè)量元件圖3：閉環(huán)控制系統(tǒng)2．汽車電子控制系統(tǒng)的控制方式3）自適應(yīng)控制：系統(tǒng)自行調(diào)整或修改系統(tǒng)參數(shù)。4）學(xué)習(xí)控制：自身具有學(xué)習(xí)能力。

5）模糊控制：吸取了人腦識(shí)別和判斷的特點(diǎn)。

3．汽車電子控制系統(tǒng)常用的傳感器

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置傳感器：產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置電信號(hào)。（2）空氣流量傳感器：將發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流量轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。（3）進(jìn)氣壓力傳感器：將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。（4）溫度傳感器：將被測(cè)對(duì)象溫度的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。（5）節(jié)氣門位置傳感器：將節(jié)氣門的開度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。（6）氧傳感器：監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中氧含量。（7）爆震傳感器：用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)是否爆震。（8）車速/車輪轉(zhuǎn)速傳感器：將變速器輸出軸轉(zhuǎn)速或車輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。（9）車身高度傳感器：將車身高度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。（10）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器：將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。（11）其他傳感器3．汽車電子控制系統(tǒng)常用的傳感器

4．電子控制器

電子控制系統(tǒng)的控制核心圖：電子控制器的基本組成（1）輸入電路

作用：a.將各傳感器及開關(guān)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字信號(hào)；b.向傳感器提供電壓穩(wěn)定的電源，確保各傳感器正常工作。數(shù)字信號(hào)輸入電路、模擬信號(hào)輸入電路、傳感器電源圖：數(shù)字信號(hào)輸入電路工作過程（2）微處理器：接受各傳感器及開關(guān)信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算、分析和判斷后，輸出控制指令，控制執(zhí)行器工作。（3）輸出電路組成：信號(hào)處理電路和驅(qū)動(dòng)電路作用：根據(jù)微處理器的控制信號(hào)工作，使執(zhí)行器按微處理器的指令動(dòng)作。5.執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）電磁類執(zhí)行機(jī)構(gòu)：產(chǎn)生電磁力完成控制動(dòng)作。直動(dòng)電磁類執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電磁線圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，電磁力使動(dòng)作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)電磁類執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電磁線圈通電后使動(dòng)作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生角位移。（2）電動(dòng)機(jī)類執(zhí)行機(jī)構(gòu)：通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)完成控制動(dòng)作。普通直流電動(dòng)機(jī)：通電后產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：按“步”轉(zhuǎn)動(dòng)，可控制其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和轉(zhuǎn)向。思考題汽車電子控制系統(tǒng)的控制方式有哪幾種？請(qǐng)舉例說明你所知道的汽車電子控制系統(tǒng)屬于那種控制方式？根據(jù)工作方式說明汽車電子控制系統(tǒng)的組成？1.4

傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定是通過試驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系。同時(shí)，確定出不同使用條件下的誤差關(guān)系。

傳感器的標(biāo)定工作可分為如下幾個(gè)方面，

1.新研制的傳感器需進(jìn)行全面技術(shù)性能的檢定，用檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行量值傳遞，同時(shí)檢定數(shù)據(jù)也是改進(jìn)傳感器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；

2.經(jīng)過一段時(shí)間的儲(chǔ)存或使用后對(duì)傳感器的復(fù)測(cè)工作。

傳感器的標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定:

目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定:

目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。1.靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件沒有加速度、振動(dòng)、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測(cè)物理量）及環(huán)境溫度一般為室溫（20±5℃）、相對(duì)濕度不大于85%，大氣壓力為101±7kPa的情況。2.標(biāo)定儀器設(shè)備精度等級(jí)的確定對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，實(shí)際上也是確定傳感器的測(cè)量精度。標(biāo)定傳感器時(shí)，所用的測(cè)量?jī)x器的精度至少要比被標(biāo)定的傳感器的精度高一個(gè)等級(jí)。這樣，通過標(biāo)定確定的傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)才是可靠的，所確定的精度才是可信的。3.靜態(tài)特性標(biāo)定的方法標(biāo)定過程步驟：⑴將傳感器全量程（測(cè)量范圍）分成若干等間距點(diǎn)；⑵根據(jù)傳感器量程分點(diǎn)情況，由小到大逐漸一點(diǎn)一點(diǎn)的輸入標(biāo)準(zhǔn)量值，并記錄下與各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值；⑶將輸入值由大到小一點(diǎn)一點(diǎn)的減少，同時(shí)記錄下與各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值；⑷按⑵、⑶所述過程，對(duì)傳感器進(jìn)行正、反行程往復(fù)循環(huán)多次測(cè)試，將得到的輸出－輸入測(cè)試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線；⑸對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，根據(jù)處理結(jié)果就可以確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。4.壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定常用的標(biāo)定裝置有：活塞壓力計(jì)、杠桿式和彈簧測(cè)力計(jì)式壓力標(biāo)定機(jī)?；钊麎毫τ?jì)標(biāo)定壓力傳感器的示意圖1--標(biāo)準(zhǔn)壓力表2—砝碼3—活塞4—進(jìn)油閥5—油杯6—被標(biāo)傳感器7—針形閥8—手輪9—手搖壓力泵壓力標(biāo)定曲線上述標(biāo)定方法不適合壓電式壓力測(cè)量系統(tǒng)，因?yàn)榛钊麎毫τ?jì)的加載過程時(shí)間太長(zhǎng)，致使傳感器產(chǎn)生的電荷有泄漏，嚴(yán)重影響其標(biāo)定精度。所以，對(duì)壓電式測(cè)壓系統(tǒng)一般采用杠桿式壓力標(biāo)定機(jī)或彈簧測(cè)力計(jì)式壓力標(biāo)定機(jī)。為了保證壓力傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，需定期檢定，檢定周期最長(zhǎng)不超過一年。傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定主要研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù)，一階傳感器只有一個(gè)時(shí)間常數(shù)τ，二階傳感器則有固有頻率ωn和阻尼比ζ兩個(gè)參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào):

階躍變化和正弦變化的輸入信號(hào)一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為則上式可變?yōu)閦和時(shí)間t成線性關(guān)系，并且有τ=Δt

/Δz

可以根據(jù)測(cè)得的y(t)值作出z—t曲線，并根據(jù)Δt

/Δz的值獲得時(shí)間常數(shù)τ一階傳感器時(shí)間常數(shù)的求法二階傳感器（ζ<1）的單位階躍響應(yīng)為如果測(cè)得階躍響應(yīng)的較長(zhǎng)瞬變過程，則可利用任意兩個(gè)過沖量Mi和Mi+n按式（1.5.6）求得阻尼比ζ，其中n是該兩峰值相隔的周期數(shù)（整數(shù)）。當(dāng)ζ<0.1時(shí)，以1代替，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過大的誤差（不大于0.6%）,則可用式(1.5.8)計(jì)算ζ，即若傳感器是精確的二階