传感器总结要点.docx

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传感器总结要点

传感器总结

一、传感器由敏感元件、转换元件、转换电路组成（填，简）

敏感元件：

能够灵敏地感受被测变量并做出响应的元件转换元件：

传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测

量的电信号部分

转换电路：

将转换元件输出的电量变换成便于显示，记录，控制和处理的有用电信号的电路。

传感器的功能：

非电量转换电信号（选）

传感器的静态特性：

（8个）课本P57（选，填，简）

1、灵敏度：

灵敏度K是指达到稳定状态时，输出增量与输入增量的比值：

K=y/x（K指静态特性的斜率）

2、线性度：

指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离的程度

（实际曲线与理想不一致的程度）看课本P5图

3、重复性：

传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得到的特性曲线的不一致程度。

4、迟滞：

传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间输出——输入曲线不重合的程度。

（对应同一大小的输入信号，传感器正、反行程的输出信号大小不相等）

5、精确度：

传感器的输出指示值与被测量约定真值的一致程度，反映了传感器测量结果的可靠程度。

6、分辨率：

在规定测量范围内所能检测的输入量的能力

（当被测量的变化值小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应）

7、稳定性：

指在室温条件下经过一定的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。

8、漂移：

在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。

二、力敏传感器

1、电阻应变式原理：

FRU

（将材料应变转变为电阻的变化，从而实现力值的测量）

2、应变效应：

金属导体在受外力作用是，会产生相应的应变，其阻值也发生变化。

（课P8）

电阻丝的电阻R与电阻丝的电阻率ρ，导体长度l及截面积S存在关系：

R=ρl/s

当电阻丝受到拉力作用是，长度伸长L,横截面收缩S，电阻率也将变化为ρ。

电阻式传感器主要应用于测量压力等非电信号（如；电子称）

3、电阻应变片传感器基本应用电路（电桥）（课P10）

Uout=UBD=UBA+UAD

（R1+R2）（R3+R4）

当R1换成电阻应变片时，即组成半桥，随构件产生应变造成传感器变化R。

半桥单臂：

U=RE/4R

半桥双臂：

U=RE/2R

全桥：

U=RE/R

三、电感式传感器

电感式传感器的原理：

LU

（以电和磁为媒介，利用磁场变换引起线圈的自感量或互感量的变化，把非电量转换为电量的装置。

）

电感式传感器的应用：

电感式滚柱直径分选装置、不圆度计、电感式轮廓仪

变压式传感器：

将非电量转换为线圈互感的一种磁电动机构。

（应用：

电子秤，偏心测量仪）

二次绕阻的接线是同名端反向串联

四、压电式传感器

压电式传感器的原理：

F（f）Q=dF=dmaU=Q/C

（把测量的力转换为电荷量的大小，再转换成电压）

压电效应：

某些晶体或有机薄膜，当沿着一定方向受到外力作用时，内部极化，某两个面产生符号相反地电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电状态，当作用力方向改变时，电荷的极性也改变，晶体受力所产生的电量与外力的大小成正比。

即Q=dF（压电效应只能用于动测量）

压电元件的串联：

U=nU（多个电压串联的电压源）

C=c/nT=RC（时间小，可测量快信号）

Q`=Q（适合以电压输出的量，快信号）

压电元件的并联：

U`=UC`=nC（可测量变化的慢信号）Q`=nQ（适合以电荷量输出的量，慢信号）

前置放大器有两个作用：

电压放大、电荷放大

压电式传感器：

可测量力，压力，位移，速度，加速度，是无源传感器

五、湿度传感器

工作原理：

湿度变化阻性变化电信号

（物理吸附和化学吸附）

利用物质吸收水分而导电率增加的性质，来检测湿度的

湿度的表示方法：

绝对湿度，相对湿度，露点

1、绝对湿度：

Ha=Mv/V（Mv:

待测气体中水蒸气的质量）

2、相对湿度：

Rh=Pv/Pw（Pv：

某温度下待测气体的水蒸气气压）

（Pw：

与待测气体温度相同时水的饱和水蒸气压）

3、露点：

空气中水蒸气压越小，露点温度就越低，因而可用露点温度表示空气中的湿度大小。

湿度传感器的主要特征：

1、感湿特性：

电阻值与湿度的变化关系。

2、湿度量程：

可以精确测量相对湿度的最大范围

3、灵敏度

4、响应时间：

吸湿与脱湿的过程

5、感湿温度系数

6、湿滞特性：

在吸湿和脱湿时，两种感湿特性曲线形成一个环

形线

7、老化特性

8、互感特性

结露型传感器（特殊的湿度传感器）

具有感湿特征量，具有开关式变化特性

结露传感器一般不用于测湿，而作为提供开关信号（结露信号器用于自动控制式报警）

电容式传感器（有源传感器）

工作原理：

xCU、I、F（可用电量）

C=εS/δ（S表示两极板相互遮盖的面积）

（δ表示两极板间的距离）

（ε表示两极板间介质的介电常数）

电容传感器的三种类型：

1、变介电常数（ε）型

2、变面积（S）型

3、变极距（δ）型

变面积式：

C=C0（1-x/a）x表示位移

灵敏度：

Kx=-（εb/a）=-C0ε/a

提高灵敏度：

采用差动式结构，灵敏度提高一倍，减小非线性

电容式传感器：

可测量力、压力、速度、小位移（可改变S和δ来测量位移）

六、温度传感器

温度传感器有：

热电阻，光敏电阻，热电偶，红外线，PN结

热电偶工作原理：

tE（由温度到电参量的变化）

热电效应：

把不同材质的导体连接在一起，保持两结点温度不同，那么回路（闭路）中将会产生一个电动势（热电势）形成回路电流。

热电动势由接触电动势和温差电动势组成。

接触电动势：

有两种不同导体接触引起（温度，导体电子密度，接触电势）

温差电动势：

由同一种导体引起。

由热电偶回路热电势得出结论：

1、热电偶的两极材料必须为不同

2、如果热电极材料不同，两端温度相同，则电势仍为0

3、热电偶闭合回路热电势只与两结点温度有关，与回路中间的温度无关

产生热电动势的必要条件：

1、所用两根热电偶丝的热电势不同

2、温差不同材料构成闭合回路

3、两根热电偶丝必须搭接在同一点

热电动势的大小取决于：

导体的材料和温差

热电偶的三大定律：

中间导体定律，中间温度定律，参考电极定律

热电阻

Pt铂热电阻：

测温范围为-200650°CRt=R0（1+at）

Cu铜热电阻：

测温范围为-50150°CRt=R0（1+at）

采用二线制，三线制，四线制连接热电阻的原因？

其特点

二线制：

在热电阻的两端各连接一根导线

（这只适用于测量精度较低的场合）

三线制：

在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一段连接两根引线

Rt为热电阻，r为引线电阻，R1R2为固定电阻电阻；R3为精密可调电阻，

调使Rt0=R3（Rt0:

热电阻在0°C时，电

阻值在0°C时，电桥平衡。

特点：

可以较好的消除引线电阻的影响，工业中常用

四线制：

在热电阻根部的两端各连接两根导线。

特点：

可以完全消除引线电阻的影响，主要用于高精度的温度检测

热敏电阻（由于温度变化引起电阻值变化）

1、正温度系数热敏电阻（PTC）温度达到居里点是，阻值会发生急剧变化

2、负温度系数热敏电阻（NTC）应用于冰箱，空调

3、临界温度系数热敏电阻（CTR）主要运用于温度开关类的控制

半导体PN结温度传感器

无结型（单晶）半导体热敏电阻

PN结型温敏二极管温度传感器，温敏晶体管温度传感器

集成温度传感器工作原理：

温敏三极管是用发射结来测温的

七、气敏传感器

气体R

半导体传感器主要是以氧化物半导体为基本材料制成

八、光电传感器

光电传感器是以光为媒介，以光电效应为基础的传感器

光源测量头关电元件电子线路

光电效应：

外光电效应：

某些材料在入射光子的能量足够大时有电子逸出材料表面的现象。

内光电效应：

由于光量子作用，引发物质电化学性质变化

光电转换元件：

1、光电管（光敏二极管）

2、普通光敏二极管：

作为光电转换器，红外探测器，激光接收器

3、红外光敏二极管：

用于遥控接收系统，自动控制系统

4、视觉光敏二极管：

对人眼可见光敏感，对红外无反应

5、光敏二极管应用于：

防入侵式防盗报警器，光开关电路

6、光敏三极管应用于：

光控制继电器，光敏三极管控制电路

光电耦合器

7、光敏电阻（基于内光电效应）应用于：

光控开关电路

8、光电池（基于光生伏特效应）应用于：

太阳能电池

9、光敏晶闸管（利用光注入半导体内产生电子空穴对进行转换）应用于：

工业自动检测控制

10、光电耦合器件（光隔离器）

透视式：

可用于片状遮物体的位置检测，或码盘，转速测量中

反射式：

可用于放光体的位置检测

全封闭是：

可用于电路的隔离

九、磁敏传感器

磁敏传感器的原理：

BR

磁敏传感器包括：

霍尔传感器，磁阻传感器，磁敏二极管，磁敏三极管，磁敏集成电路及接近开关

磁敏传感器可实现非接触测量

应用于：

自动控制，信息传递，电磁测量，生物医学

霍尔效应：

由于运动电荷在磁场中受到洛伦兹力作用的结果

洛伦兹力大小为：

fL=evB（B为磁场）

霍尔元件一般采用N型半导体材料

半导体在B中运动，通入I产生电动势UH=KHIBCOSΘ

集成霍尔传感器

1、开关型集成霍尔传感器（输出的是高电平数字式信号）

2、线性型集成霍尔传感器（输出模拟电压传感器）

磁阻效应：

某些材料的电阻值随磁场而变化的现象

磁敏电阻应用于：

无触点开关，转速计，编码器

1、半导体磁敏传感器

2、强磁性薄膜磁敏电阻（基于强磁磁敏效应）

磁敏二极管磁敏三极管

可测力，速度，压力，加速度：

电阻式，电容式，电感式，压电式

霍尔，差动变压器

测位移：

电阻式，电阻式，电容式，电感式，压电式，涡流式，红外线，超声波，光纤，霍尔，差动变压器

无源传感器：

压电式，热电偶，光电池

光电传感器：

光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，光纤，光电池

利用磁场测量：

涡流式，磁敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，霍尔

利用电阻值变化：

电阻式，湿敏，气敏，热敏，磁敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，光敏电阻，光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，热电阻

非接触式：

红外线，超声波，霍尔，光纤

利用反射测量：

红外线，超声波，光纤

探伤：

超声波

测温度：

热敏，热电偶，红外线，热电阻

开关型：

结露型，CTR，开关型霍尔

应变效应压电效应光电效应热电效应霍尔效应磁敏效应