传感器基础知识汇总.docx

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1、传感器基础知识汇总传感器（transducer或sensor）是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。组成:一般包括敏感元件、转换元件和测量电路,有时还需要辅助电源。1）敏感元件：并非所有非电量都能直接变换为电量，有时需要将其转换成另一种易于变成电量的非电量，然后再变换为电量。完成预变换的器件,又称为预变换器,如各种弹性元件。2）转换元件：将感受到的非电量直接转换成电量的器件，如压电晶体、热电偶等。敏感元件和转换元件有时可以合二为一。3）信号调理与转换电路：将转换元件输出的电信号放大并转变成易于处理、显示和记录的信号。常用的有电桥电路、高阻抗输入电路和振

2、荡器电路4）辅助电源：为传感器提供能源。需外接电源的传感器为无源传感器，如电阻式、电感式、电容式传感器；不需外接电源的为有源传感器，如压电传感器、热电偶等。传感器分类:1 .应变式传感器1.1 金属应变式传感器其核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。应用时将应变片用黏结剂牢固的粘贴在被测试试件表面,当试件受力变形时，应变片的敏感栅也随之变形，引起应变片电阻变化，通过测量电路将其转换成电压或电流信号输出。1.2 压阻式传感器利用硅的压阻效应和微电子技术制成。压阻效应：单晶硅在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化。2 .电容式传感器定义：是将被测参数转换成电容量的测量装置。与

3、电阻、电感式传感器相比具有测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、结构简单等优点。缺点：寄生电容（包括连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄露电容）影响较大。电容的公式：6g,式中：C为电容量，E为两极板间介质的介电常数,S为极板相互覆盖面积，d为极板间距。3 .电感式传感器定义利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置。根据转换原理不同，可分为自感式和互感式两种；根据结构不同，可分为气隙型和螺管型两种。特点：结构简单，可靠，测量力小；分辨力高；重复性好，线性度好。不足：存在交流零位信号,不宜高频动态测量。4 .压电式传感器是一种有源传感器。它以某种电介质的压电效应为基础,在外

4、力作用下,在电介质的表面产生电荷,从而实现非电量测量的目的。为力敏感元件。压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施加力使其变形时，内部产生极化现象，同时在它两个表面产生符号相反的电荷；当外力去掉后,又重新恢复到不带电状态。当外力方向改变时，电荷极性也随之改变。代表物质有石英晶体、压电陶瓷等。以上4种都属于模拟式传感器。以上4种都属于模拟式传感器。5 .数字式传感器根据原理不同，分为脉冲式数字传感器（如光栅传感器、感应同步器、磁栅传感器和光电码盘等）和频率输出式数字传感器（如振弦式、振筒式和振膜式传感器）5.1 码盘式传感器建立在编码器基础上。编码器按原理分类，有电触式、电容式、感应式、光电式

5、等。光电式又称光学编码器。编码器又可分为增量编码器和绝对编码器两大类。光电式属于绝对编码器。编码器包括码盘和码尺。前者用于测角度，后者用于测长度。测长度实际应用较少。光学码盘式传感器是用光电方法把被测角位移转换成以数字代码形式表示的电信号的转换部件。6 .热电式传感器定义：是一种将温度变化转换为电量变化的装置。将温度转换为电势的传感器称为热电偶，转换为电阻值的称为热电阻。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。他们是如何定义传感器的？国家标准GB7665-87对传感器

6、下的定义是：能感受规定的被测量件并按照一定的规律（数学函数法则）转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。中国物联网校企联盟认为，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。”传感器在新韦式大词典中定义为：从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够T0为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过

7、程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或优先状态，并使产品达到较好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，

8、是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成,如图1所示。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。传感器的主要功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器视觉声敏传感器听觉气敏传感嗅觉化学传感器味觉压敏、温敏、流体传感器触觉敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物

9、理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。传感器的技术特点中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：靠前代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体

10、元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。传感器技术及产业特点传感器技术及其产业的特点可以归纳为：基础、应用两头依附；技术、投资两个密集；产品、产业两大分散。基础、应用两头依附基础依附，是指传感器技术的发展依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术这四块基石。敏感机理千差万别，敏感材料多种多样，工艺设备各不相同，计测技术大相径庭，没有上述四块基石的支撑，传感器技术难以为继。应用依附是指传感器技术基本上属于

11、应用技术，其市场开发多依赖于检测装置和自动控制系统的应用，才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。也即发展传感器技术要以市场为导向，实行需求牵引。技术、投资两个密集技术密集是指传感器在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性、综合性和技艺性。它是多种高技术的集合产物。由于技术密集也自然要求人才密集。投资密集是指研究开发和生产某一种传感器产品要求一定的投资强度,尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时，更要求较大的投资。产品、产业两大分散产品结构和产业结构的两大分散是指传感器产品门类品种繁多(共10大类、42小类近6000个品种),其应用渗透到各个产业部门,它的发展既有各产业发展的推动力，又强

12、烈地依赖于各产业的支撑作用。只有按照市场需求，不断调整产业结构和产品结构，才能实现传感器产业的全面、协调、持续发展。传感器基础知识1传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。(1)敏感元件是指传感器中能直接(或响应)被测量的部分。(2)转换元件指传感器中能较敏感元件感受(或响应)的被测量转换成是与传输和(或)测量的电信号部分。(3)当输出为规定的标准信号时，则称为变送器。目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：(1)按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器；(2)按传感器工作原理分

13、类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器；(3)按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量(1和0或开和关)的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。2、按被测物理量分：如力、压力、位移、温度、角度传感器等；3、按照传感器的工作原理分：如应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等；4、按照传感器转换能量的方式分：(1)能量转换型：如压电式、热电偶、光电式传感器等；(2)能量控制型：如电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等；5、按照传感器工作机理分：(1)结构型：如电感式

14、、电容式传感器等；(2)物性型：如压电式、光电式、各种半导体式传感器等；6、按照传感器输出信号的形式分：(1)模拟式：传感器输出为模拟电压量(2)数字式：传感器输出为数字量，如编码器式传感器；7、测量范围：在允许误差限内被测量值的范围。8、量程：测量范围上限值和下限值的代数差。9、精确度:被测量的测量结果与真值间的一致既10、重复性：在所有下述条件下，对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度：相同测量方法：相同观测者：相同测量仪器：相同地点：相同使用条件：在短时期内的重复。I1分辨力：传感器在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。

15、当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。12、阈值：能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的最小变化量。13、零位:使输出的绝对值为最小的状态，例如平衡状态。14、激励：为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压或电流）。15、最大激励：在市内条件下，能够施加到传感器上的激励电压或电流的最大值。16、输入阻抗：在输出端短路时，传感器输入的端测得的阻抗。17、输出：由传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。18、输出阻抗：在输入端短路时，传感器输出端测得的阻抗。19、零点输出：在市内条件下，所加被测量为零时传感器的输出。20、滞后：在规定的范围内，当被测量值增加和减少时，输出中出现的最大差值。21、滞后：输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。22、漂移：在一定的时间间隔内，传感器输出终于被测量无关的不需要的变化量。23、零点漂移：在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。24、灵敏度:传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。25、灵敏度漂移：由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。26、热灵敏度漂移：由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。27