项目一认识传感器（课件）- 《传感器与检测技术应用》同步教学（人民邮电版）

项目一、认识传感器 1.1 传感器的定义及分类 传感器定义 传感器的定义是：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。 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分； 转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。 敏感元件 转换元件 辅助电源 接口电路 图1-1 传感器组成框图 非电物理量 电信号 传感器组成 压电晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等是敏感元件与转换元件两者合二为一的传感器 传感器转换能量的理论基础都是利用物理学、化学学、生物学现象和效应来进行能量形式的变换。 被测量和它们之间的能量的相互转换是各种各样的。 机械能 光能 电 磁 能 化 学 能 热能 图1-2 传感器的能量转换关系 传感器技术就是掌握和完善这些转换的方法和手段。 是涉及： 传感器能量转换原理、 传感器材料选取与制造、 传感器器件设计、 传感器开发和应用等多项综合技术。 传感器的分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种： 一种是按被测输入量来分； 另一种是按传感器的工作原理来分。 按被测量分类 这一种方法是根据被测量的性质进行分类，如： 温度传感器、湿度传感器、 压力传感器、位移传感器、 流量传感器、液位传感器、 力传感器、加速度传感器、 转矩传感器等。 这种分类方法把种类繁多的被测量分为： 基本被测量和派生被测量两类。 见表1-1。 例如力可视为基本被测量，从力可派生出压力、重量、应力、力矩等派生被测量。 当需要测量这些被测量时，只要采用力传感器就可以了。 表1-1 基本被测量和派生被测量 基本被测量 派生被测量 位 移 线位移 长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 角位移 旋转角、偏转角、角振动 速 度 线速度 速度、振动、流量、动量 角速度 转速、角振动 加速度 线加速度 振动、冲击、质量 角加速度 角振动、扭矩、转动惯量 力 压 力 重量、应力、力矩 时 间 频 率 周期、计数、统计分布 温 度 热容量、气体速度、涡流 光 光通量与密度、光譜分布 湿 度 水气、水分、露点 这种分类方法： 优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用。 缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。 按传感器工作原理分类 这一种分类方法是以工作原理划分，将物理、化学、生物等学科的原理、规律和效应作为分类的依据。 这种分类法： 优点是对传感器的工作原理比较清楚，类别少，有利于传感器专业工作者对传感器的深入研究分析。 缺点是不便于使用者根据用途选用。 具体划分为： 1. 电学式传感器 电学式传感器是应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 2. 磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成。主要用于位移、转矩等参数的测量。 3. 光电式传感器 光电式传感器是利用光电器件的光电效应和光学原理而制成。 主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4. 电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍耳效应等原理而制成。 主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5. 电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理而制成。 主要用于力及加速度的测量。 6. 半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质