第2章 传感器概述.ppt
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①传感器是测量装置, 能完成检测任务 ②输入量是某一被测量, 可能是物理量、化学量或生物量 输出量是某种物理量, 便于传输、转换、处理、显示等, 可以是气、光、电物理量,主要是电物理量 ④输出与输入之间存在确定的关系,且应有一定的精确程度 在不同的技术领域中,根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语。 过程控制:变送器(标准化的传感器) 射线检测:发送器、接收器、探头 电子技术领域:常把能感受信号的电子元件称为 敏感元件,如热敏元件、磁敏元 件、光敏元件及气敏元件等。 超声波技术中:强调能量的转换,则称为 压电式换能器等。 敏感元件:传感器中能直接感受或响应被测量的部分并输出 与被测量成确定关系的物理量(包括电学量); 转换元件:将敏感元件感受或响应的被测量非电物理量(如 位移、应变、应力、光强等)转换为适于传输或 测量的电学量(如电路参数量、电压、电流等); 转换电路:将电路参数(如电阻、电感、电容等)量转换成 便于测量的电路,例如电压、电流、频率等。 有些传感器只有敏感元件 如热电偶,它感受到被测量温差时直接输出电动势。 有些传感器由敏感元件和转换元件组成,无需转换 电路,例如压电式加速度传感器。 有些传感器只有敏感元件和转换电路组成, 如电容式位移传感器; 有些传感器,转换元件不止一个,要经若干次转换后才能输出电量。 由于空间的限制或技术等原因,转换电路一般不和敏感元件、转换元件装在一个壳体内,而是装入电箱中。 但不少传感器需要通过转换电路才能输出便于测量的电量,而转换电路的类型又与不同工作原理的传感器有关因此要把转换电路作为传感器的组成环节之一。 为了满足各种参数的检测: 需要研制新型敏感元件、增加元件品种以及 改善其性能; 需要设计正确的构成传感器的方法, 即用敏感元件、转换元件、转换电路之间的 不同组合方法,去达到检测各种参数的目的。 根据传感器的各种组成,可将传感器分成如下几类: 基本型是一种只用敏感元件构成的传感器,包括: 能量变换基本型 辅助能源基本型 能量控制基本型 只有敏感元件的传感器。 输入是被测非电量,输出是电压或电流。 典型例子: 光电管; 光敏二极管; 磁电感应式传感器; 霍尔式传感器等。 只由敏感元件构成,但需用外加电源才能将 被测非电量转换成电压等电量输出。 由敏感元件,以及包含该敏感元件在内的 转换电路和电源组成。 特点: 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换; 电源向包含有敏感元件的转换电路提供能量, 从而输出电压或电流;属于能量控制(或称调制)型传感器; 输出能量远大于输入能量。利用热平衡或传输 现象中的二次效应的传感器均属于此类。 典型例子: 电阻应变式传感器; 电感位移式传感器; 电涡流位移式传感器; 电容位移式传感器; 气敏电阻传感器; 湿敏电阻传感器; 光敏电阻传感器; 热敏电阻传感器等。 大多数传感器都是利用敏感元件把被测非电量转换成某种可利用的中间变换物理量,再通过转换元件有时还需用转换电路,转换成便于测量的电量输出. 例如利用弹性体作为力、压力等敏感元件,再通过应变片和电桥输出电信号,就能测量出压电元件所不能测出的小压力。 这种二级或二级以上的变换增加了传感器设计的自由度,因而可设计出测量各种非电参数,适合各种条件传感器。 可利用的中间变换物理量是指那些容易转换成 电学量的物理量,如 能量变换型 压电式加速度传感器; L-氨基酸梅传感器等。 能量控制型 应变式力传感器; 电容式加速度传感器; 霍尔式压力传感器; 光纤式加速度传感器; 酶热敏电阻式传感器等。 为了提高传感器的灵敏度和线性度,并减小或 消除环境等因素的影响,传感器常采用差动结构, 即用两个性能完全相同的敏感元件同时感受相同的 环境量和方向相反的被测量。 典型例子: 差动电阻应变式传感器; 差动电容式传感器; 差动电感式传感器等属于能量控制型的传感器。 综上所述,传感器的各种构成方法及它们的组合 则可利用有限的敏感元件(包括转换元件)设计出 多种性能的传感器,实现各种参数的测量。 指传感器能确切反映被测量的最低极限量。 意义:M越小,表
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