1.1 传感器的定义与作用(课件）-高二《传感器及应用》同步教学（机械工业版）

传感器及应用 1 ● 1.1 传感器的定义与作用 ● 1.2 传感器的组成与分类 ● 1.3 传感器的基本特性 解决问题： 1.什么是传感器？ 2.传感器有什么作用？ 3.传感器有哪些功能组成部分？各部分的作用时什么？ 4.传感器是如何分类、命名的？不同分类方法有什么特点？ 5.传感器的静态特性有哪些？如何定义？它们与误差有什么关系？ 1.1 传感器的定义与作用 1.1.1 传感器的定义与作用 传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。 3 图1-1 人机对应关系 外界信息 五种感官 人脑 四肢等 传感器 微机 执行器 1.1.2 传感器的作用和应用领域 1.传感器的作用 传感器可比作人的五种感觉器官，但在高温、高湿、深井、高空、有毒等环境及高精度、高可靠性、远距离、超细微等方面是人的感官所不能代替的。 传感器的作用可包括信息的收集、信息数据的交换及控制信息的采集三大内容。通过传感器对自然界的各种物质信息进行采集。 4 2.传感器的应用领域 传感器是任何一个自动控制系统必不可少的环节。 传感器的应用领域已涉及到科研、各类制造业、农业、汽车、智能建筑、家用电器、安全防范、机器人、人体医学、环境保护、航空航天、遥感技术、军事等各个方面，人们已经离不开各种各样的传感器了。 传感器 显示与 记录设备 输出接口 计算机 输入接口 控制设备 控制对象 图1-2 微机化检测与控制系统的基本组成 5 3.传感器在国民经济中的地位 传感器技术不仅对现代化科学技术、现代化农业及工业自动化的发展起到基础和支柱的作用，同时在世界各国也已成为一种重要产业。可以说“没有传感器就没有现代化的科学技术”；没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件；传感器技术已成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一。 6 1.2 传感器的组成与分类 被测 非电量 输出 电量 敏感元件 转换元件 转换电路 图1-3 传感器的组成 辅助电源 从功能上讲，传感器通常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。 1.2.1 传感器的组成 7 敏感元件是指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分。在完成非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有手段直接转换成电量，往往是先变换为另一种易于变成电量的非电量，然后再转换成电量。如传感器中各种类型的弹性元件常被称为弹性敏感元件。 转换元件是指能将感受到的非电量直接转换成电量的器件或元件。如光电池将光的变化量转换为电势，应变片将应变转换为电阻量等。 转换电路是指将无源型传感器输出的电参数量转换成电量。常用的转换电路有电桥电路，脉冲调宽电路，谐振电路等，它们将电阻、电容、电感等电参量转换成电压、电流或频率。 实际上，有些传感器的敏感元件可以直接把被测非电量转换成电量输出，如压电晶体、光电池、热电偶等。通常称它们为有源型传感器。 辅助电源为无源传感器的转换电路提供电能。 8 1.2.2 传感器的分类 传感器几种常用的分类方法： 1.按输入量(被测对象)分类 输入量即被测对象，按此方法分类，传感器可分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器三大类。例如，物理量传感器又可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器等等。这种分类方法给使用者提供了方便。 2.按转换原理分类 从传感器的转换原理来说，通常分为结构型、物性型和复合型三大类。 结构型传感器是利用机械构件(如金属膜片等)在动力场或电磁场的作用下产生变形或位移，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量，它是利用物理学运动定律或电磁定律实现转换的。 9 物性型传感器是利用材料的固态物理特性及其各种物理、化学效应（即物质定律，如虎克定律、欧姆定律等）实现非电量的转换。它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。例如：电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、热敏、气敏、湿敏、磁敏等等。 复合型传感器是由结构型传感器和物性型传感器组合而成的，兼有两者的特征。 这种分类方法清楚地指明了传感器的原理，便于学习和研究。 3.按输出信号的形式分类 按输出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式。 4.按输入和输出的特性分类 按输入和输出特性，传感器可分为线性和非线性两类。 10 5.按能量转换的方式分类 按转换元件的能量转换方式，传感器可分为有源型和无源型两类。有源型也称能量转换型或发电型，它把非电量直接变成电压量、电流量、电荷