目录
1.1什么是传感器
1.1.1生活中的传感器
1.1.2人的五官与传感器
1.1.3传感器的定义
1.1.4传感器的组成
1.2传感器的特性
1.2.1传感器的静态特征
1、灵敏度（静态灵敏度）
2.精度
3.线性度（非线性误差）
4.最小检测量（分辨力）和分辨率
5.迟滞性
6. 重复性
7.零点漂移
8.温度漂移
1.2.2传感器的动态特性
1.3传感器的分类
1.3.1按传感器检测的范畴分类
1.3.2按传感器的输出信号分类
1.3.4按传感器的能源分类
1.3.5按传感器的转换元件类型分类
1.4温度传感器
1.4.1传统的温度传感器pt100
1.4.2集成集成模拟温度传感器
1.4.3集成数字温度传感器 DS18B20
1.5霍尔传感器
1.5.1霍尔效应
1.5.2霍尔传感器工作原理
1.5.3霍尔传感器器应用
1.6传感器的应用
1.7致谢
1.1什么是传感器
1.1.1生活中的传感器
在现代生活中，有各种各样的传感器
电冰箱、电饭煲中的温度传感器;
空调中的温度和湿度传感器;
抽油烟机中的煤气泄漏传感器;
照相机中的光传感器;
汽车中燃料计和速度计等等。
传感器不仅给我们的生活带来许多便利和帮助，
也为人类的社会文明提供更多更科学的物质条件。
1.1.2人的五官与传感器
如果用机器完成这一过程，则对应有
•
计算机相当于人的大脑，执行机构相当于人的肌体，传感器
相当于人的五官和皮肤。
•
传感器是人体感官的延长，有人又称传感器为“
电五官
”，
作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为我们人类客观的、
定量的认识世界起到了重要作用。
1.1.3传感器的定义
广义： 传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的
器件和装置。
狭义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
国家标准（GB7665—1987）对传感器（Sensor/Transducer）定义是：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置。
定义表明传感器有以下含义：
它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置； 能按一定规律将被测量转换成输出信号输出；
传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为:
变换器、变送器、换能器、探测器
1.1.4传感器的组成
传感器由
敏感元件
、
转换元件
、
基本电路
三部分组成：
敏感元件感受被测量
转换元件将被测量转换成
电参量
（
电阻、电容、电感
）
基本电路把电参量接入电路转换成
电量
核心部分是
转换元件,
决定传感器的工作原理
1.2传感器的特性
传感器的特性就是对
输入输出关系
的描述，理想的特性
是在任何情况下输入与输出都是
一一对应
的。
传感器的特性分
静态特性
和
动态特性
1.2.1传感器的静态特征
【静态特性】
：
对静态的输入信号
，传感器的输出量与输入
量之间所具有的相互关系。
– 输入量和输出量都
与时间无关
，可用一个不含时间变量的
代数方程
，或以输入量作横坐标，输出量作纵坐标而画出的
特性曲线
来描述。
–
衡量静态特性的重要指标是
线性度
、
灵敏度
、
迟滞
和
重复性
等
1.灵敏度（静态灵敏度）
1、灵敏度（静态灵敏度）
当输入变化为
Δx
时，有：
其中
k
(
x
)称为灵敏度，输出量变化对输入量变化的比值，是
传感器在工作点上的微商（dy
／d
x
，
特性曲线的斜率），
是
静态特性的最主要指标。
对于线性传感器来说，它的灵敏度是个常数。当k
(
x
)为定值时，即
Δy
与
Δx
成比例，由测量值Δx
可直接求得
Δy
。
灵敏度具有可比性
2.精度
传感器的精度是指测量结果的
可靠程度
，表示测量结果和被测的“真值”的靠近程度。
误差愈小，则精度愈高
。
定义为：
传感器的精度表示传感器在规定条件下允许的
最
大绝对误差相对于传感器满量程输出值的百分比
，
其中，
ΔA
为测量范围内允许的最大绝对误差。
在应用中，为了简化传感器的精度的表示方法，引用了精度等级的概念，分为：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0…
精度等级越小精度越高。
3.线性度（非线性误差）
在规定条件下，传感器
实际曲线与拟合直线间最大偏差与
满量程输出值的百分比
称为线性度。
线性度是表征实际关系曲线
偏离
直线的程度。
4.最小检测量（分辨力）和分辨率
最小检测量：
传感器能检测到的最小变化量，
即传感器能
确切反映被测量的最低极限量Δx，小于这个量的区域称为
死区
。
分辨率：
分辨力与满度输入比的百分数。
最小检测量的影响因素：
（1）输入的变动量Δx在传感器内部
被吸收
如：带有螺纹或齿条传递的传感器，由于螺纹和螺母间、齿轮和齿条间存在间隙，当输入变化量Δx小于这一间隙时，便被传感器内部吸收。
（2）传感器输入、输出端均存在噪声干扰，
Δx
过小时，被外界
噪声所淹没
5.迟滞性
传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出
输入特性曲线不重合的程度。对于同一大小的输入信号x，在
x
连续增大的行程
中，对应于某一输出量为y
i
；在x
连续减小的
过程
中，对应于输出量为y
d
；y
i
和y
d
二者不相等，这种现象称
为
迟滞现象
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量
程范围内连续变动多次所得
特性曲线的不一致程度
。
传感器
重复性误差
与迟滞现象相同，主要由传感器机械部
分的磨损、间隙、松动、部件的内摩擦、积尘以及辅助电路
老化和漂移等原因产生。
重复性误差一般属于
随机误差
7.零点漂移
传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔一段时间
进行读数，其输出偏离零值（或原指示值），即为零点飘
移
，用百分比表示：
其中，
Δy
0
为最大零点偏差（或相应偏差）。
8.温度漂移
温漂表示温度变化时，传感器输出值的偏离程度。
一般以温度变化1℃时，输出最大偏差与满量程的百分比
表示：
其中，
Δ
max
为输出最大偏差，
ΔT
为温度变化范围。
1.2.2传感器的动态特性
传感器的动态特性是指当
输入量变化时
，传感器的输出
量对输入量的响应特性。
工程实践中，需要检测大量
随时间变化的动态信号
，这就要求传感器不仅能精确的测量信号的
幅值大小
，还能显示被测量
随时间变化的规律
，即正确再现被测量波形。动态特性与静态特性的区别：在动态特性中，输出量与输入量的关系不是定值，而是
时间的函数
，并随输入信号的频率而改变
幅频特性：
输出信号的幅值随频率变化而改变的特性称为
幅频特性。
相频特性：
输出信号的相位随频率变化而改变的特性称为
相频特性。
截止频率：
当保持输入信号的幅度不变，改变频率使输出
信号降至最大值的0.707倍时所对应的频率称为截止频率。
1.3传感器的分类
1.3.1按传感器检测的范畴分类
物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器
（1）物理量传感器
• 物理传感器的原理是利用力、热、声、光、电、磁、射线等
物理效应
，将被测信号量的微小变化转换成
电参数变化
。
• 变化的电参数
可以是
电阻、电容或者电感
，再由基本电路将其转化成信号的变化，如
电压、电流或者频率
①力传感器
②热传感器
③声传感器
④光传感器（图像、光纤）
⑤磁传感器
⑥射线传感器
•
射线传感器是将射线强度转换为可输出的电
信号的传感器
•
射线传感器可以分为：X射线传感器、γ射线
传感器、β射线传感器、辐射剂量传感器
•
射线传感器已经在环境保护、医疗卫生、科
学研究与安全保护领域广泛使用
（2）化学传感器
•
可以将化学吸附、电化学反应过程中被测信号的微小变化转换成电信号的一类传感器，
如气体传感器、pH传感器。
•
按传感方式的不同，可分为：
—接触式化学传感器
—非接触式化学传感器
•
按结构形式的不同，可以分为：
—分离型化学传感器
—组装一体化化学传感器
•
按检测对象的不同，可以分为：
—气体传感器
—离子传感器
（3）生物传感器
• 由生物敏感元件和信号传导器组成
• 生物敏感元件可以是生物体、组织、细胞、酶、核酸或有机物分子
• 不同的生物元件对于光强度、热量、声强度、压力有不同的感应特性
如酶传感器、免疫传感器。
1.3.2按传感器的输出信号分类
模拟传感器、数字传感器、开关传感器
模拟传感器：输出连续变化的电信号，如电压或电流。
数字传感器：输出离散的数字信号，可以直接与微处理器通信。
1.3.3按传感器的转换原理分类
机—电传感器、光—电传感器、热—电传感器、磁—电传感器、电化学传感器
1.3.4按传感器的能源分类
有源传感器、无源传感器
1.3.5按传感器的转换元件类型分类
电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器
（1）电阻应变式传感器
电阻应变传感器
是目前应用最广泛的传感器之一。
原理：将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，通过
电阻应变片
将应变
转换为电阻变化。所谓的电阻应变就是当由
金属丝、箔、薄膜
制成的电阻
应变片在外界应力作用下其
电阻值
会发生变化。
当被测物理量作用在
弹性元件
上，弹性元件的变形会引起敏感元件的
电阻
值变化
，通过转换电路转变成电量输出，电量值的大小反映了被测物理量
的大小。
应变电阻器可用来测量位移、加速度、力、力矩等物理量
（2）电感式传感器
电感式传感器
是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利
用电感式传感器，能对
位移、压力、振动、应变、流量
等参数进行测量。
它具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度
高等优点，因此在机电控制系统中应用广泛。它的主要缺点是响应较慢，不宜于快
速动态测量。
电感式传感器种类很多，根据感知原理可分为
自感式、互感式和电涡流式
等。
（3）电容式传感器
电容式
传感器以各种类型的
电容器
作为敏感元件，将被测物理
量的变化转换为电容量的变化，再由转换电路(测量电路)转换
为电压、电流或频率，以达到检测的目的
常见的电容传感器的应用有电容式位移传感器、电容式指纹传
感器等
1.4温度传感器
1.4.1传统的温度传感器pt100
一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器
1.4.2集成集成模拟温度传感器
是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。
输出
电流与K氏温度成正比
。
1.4.3集成数字温度传感器 DS18B20
是美国Dallas半导体公司的世界上第一片支持 “一线总线”
接口的数字化温度传感器DS1820的改进型号
。
引脚定义
DQ为数字信号输入/输出端；
GND为电源地；
VDD为外接供电电源输入端 （在寄生电源
接线方式时接地）。
寄生电源
不是实际的电源器件，而是一种供电方式，
即通过数据线供电。当数据线电平为高时，给器件
内的电容充电；为低时，电容放电给器件供电。
DS18B20是常用的温度传感器
，具有体积小，硬件开
销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
应用范围
冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制
领域。
缸体，纺机，空调等狭小空间工业设备测温和控制。
汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。
供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控
制
1.5霍尔传感器
1.5.1霍尔效应
霍尔效应
是电磁效应的一种，这一现象是
美国物理学家霍
尔
（A.H.Hall，1855—1938）于
1879
年在研究金属的导电机
制时发现的。
当电流垂直于外磁场通过导体时，垂直于电流和磁场的方
向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一
现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。
霍尔效应使用
左手定则
判断。
1.5.2霍尔传感器工作原理
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。用它
可以
检测磁场及其变化，用于各种与磁场有关的场合
。按被
检测对象的性质可将霍尔传感器的应用分为直接应用和间接
应用。
直接应用：直接检测受检对象本身的磁场或磁特性
间接应用：检测受检对象上人为设置的磁场
1.5.3霍尔传感器器应用
1.6传感器的应用
传感器在现代社会中扮演着至关重要的角色，它们被广泛应用于多个领域，包括但不限于工业、农业、智能家居、医疗保健、汽车工业、环境保护等。
（1）工业应用
过程监控：在制造业中，传感器监控生产过程中的温度、压力、流量等关键参数，确保生产线高效稳定运行。例如，温度传感器监控加热炉的温度，压力传感器则用于监测液压系统的稳定性。
资产监控与预测性维护：振动传感器、温度传感器和油品分析传感器等被用来监测机器状态，提前预警潜在故障，实现设备的预测性维护，减少非计划停机时间。
质量控制：光学传感器和颜色传感器用于检查产品的尺寸、颜色一致性，确保生产质量。
（2）农业应用
环境监测：在智慧农业中，温湿度传感器、光照度传感器、土壤养分传感器等用于监测农作物生长环境，如温室大棚内的温湿度、光照强度、土壤pH值和营养成分，帮助农民精准管理。
智能灌溉：湿度传感器和土壤水分传感器结合天气预报数据，自动调控灌溉系统，实现节水增效。
作物健康监测：多光谱和红外传感器可以监测作物生长状况，识别病虫害早期迹象，指导精准施药。
（3）智能家居
安全与监控：运动传感器、门窗传感器用于家庭安全系统，检测入侵或异常活动；烟雾和一氧化碳传感器保障家庭免受火灾和气体泄漏威胁。
环境自动化：光控开关、温湿度传感器与智能家居系统集成，自动调节照明、空调等，提升居住舒适度。
（4）医疗保健
健康监测：可穿戴设备中的心率传感器、血氧传感器持续监测用户健康数据，辅助健康管理。
医疗诊断：医疗成像中的传感器如MRI（磁共振成像）、CT（计算机断层扫描）传感器用于疾病诊断。
（5）汽车工业
自动驾驶：雷达传感器、激光雷达（LiDAR）、摄像头传感器等共同协作，实现车辆周围环境的精准感知，支持自动驾驶功能。
安全系统：碰撞传感器、胎压监测系统（TPMS）提升行车安全。
（6）环境保护
污染监测：空气质量传感器监测PM2.5、有害气体浓度，水质传感器检测河流、湖泊污染情况，为环境保护提供数据支持。
1.7致谢
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