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现代传感器设计及应用 2020/5/4 1 崔云先 2014.3 2020/5/4 4 1.1 传感器的概念与定义 1. 传感器概念 传感器是一种能把特定的被测量信息按一定 规律转换成某种 可用信号 输出的器件或装置，以 满足信息的传输、处理、记录显示和控制的要求。 借助检测元件将一种形式的信息转换成另一 种信息的装置。 物理量 电量 ? 定义 ：（国际、国内尚未有统一） ? 国内： 原机械工业部在所指定的《过程检测控制仪 表术语》中对传感器的定义是： “借助于检测元件 接受物理量形式的信息，并按一定规律转换成同样 或别种物理量的信息仪表”。 ? 国家标准 GB/T7665-1987 《传感器通用术语》中 为“能感受规定的物理量并按照一定规律转化成可 用信号的装置叫传感器，通常由敏感元件和转换元 件组成” 。 2020/5/4 5 1.1 传感器的概念与定义 2. 传感器定义 ? 国外： 美国仪器仪表协会（ ISA ）定义： 传感 器是把被测量变换为有用信号的一种装置。包 括敏感元件、变换电路以及把这些元件和电路 组合在一起的机构。 2020/5/4 6 1.1 传感器的概念与定义 2. 传感器定义 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲， 传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。 ? 非电量电测法 ? 定义： 通过传感器把被测的非电量（如压力、 流量、温度等）转换成电信号（电压、电流、 电阻、电感等）输出，再经过二次仪表测量出 电信号的大小，然后根据电信号与非电量之间 的关系，最后得到非电量的数值。这类仪表称 为 电测仪表 。这种方法称为 非电量电测法 。 2020/5/4 7 ? 以上均为传感器的狭义定义，综合国内外 传感器的定义可得到其 广义定义 ： 可感知 信息并能进行转换的器件和装置。 2020/5/4 8 1.1 传感器的概念与定义 1.2 传感器的分类 2020/5/4 9 ? ? ? ? ? 半导体计数器 发光二极管、光电晶体 光电池（太阳能） ? ? ? ? ? ? ? 压电元件 霍尔元件 压敏二极管 半导体应变计 ? ? ? 热敏电阻 热电偶 ? ? ? ? ? 电 气 电 湿 1. 按功能分类 视觉（眼）：光→电（电→光 ） 听觉（耳）：位移→电 触觉 （皮）：热→电 味觉 （舌）： 酸度传感器、盐度传感器、离子传感器 嗅觉（鼻） ： ? 机械量 : 长度、厚度、位移、速度、加速度、 ? 旋转角、转数、质量、重量、力、 ? 压力、真空度、力矩、风速、流速、 ? 流量； ? 声 : 声压，噪声。 ? 磁 : 磁通，磁场。 ? 温度 : 温度、热量、比热。 ? 光 ： 亮度、色彩。 2020/5/4 10 1.2. 传感器的分类 2. 按被测物理量分类 2020/5/4 11 机械式 , 电气式 , 光学式 , 流体式等 . 3. 按传感器工作原理分类 : 1.2. 传感器的分类 线速度型传感器 2020/5/4 12 4. 按信号变换特征分类 : 物性型 : 依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换 . 如 : 水银温度计 . 压电测力计 结构型 : 依靠传感器结构参数的变化实现信号转变 . 例如 : 电容式和电感式传感器 . 1.2. 传感器的分类 2020/5/4 13 分为：能量转换型和能量控制型 5. 按敏感元件与被测对象之间的能量关系 : 能量转换型 : 直接由被测对象输入能量使其工作 . 无源传感器 例如 : 热电偶温度计 , 压电式加速度计 . 能量控制型 : 从外部供给能量并由被测量控制外部 有源传感器 供给能量的变化 . 例如 : 电容、电感型 传感器 . 1.2. 传感器的分类 1.3 传感器的构成 ? 1. 传感器的基本构成 2020/5/4 14 辅助电源 显示器 记录仪 数据处理仪器 转换元件 测量电路 敏感元件 ? 传感器的构成框图 ? 敏感元件： 直接感受被测量（一般为非电量） ，并输出与被测量成确定关系的其他量（也包 括电量）的元件。 ? 转换元件： 将敏感元件输出的非电物理量（如 应变、位移、应力等）转换为电学量的元件。 ? 测量电路： 能把转换元件输出的电信号转换为 便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的 电路。 2020/5/4 15 1.3 传感器的构成 ? 1. 传感器的基本构成 1.3 传感器的构成 （ 1 ）基本型： 基本型是最简单、最基本的传感 器构成形式，也叫自源型，只由敏感元件单独 组成。输出量多为力学量输出量一般为电学量 。特点：不需要外能源，敏感元件可直接从被 测对象获得能量，并转换成电量。 ? 如： 热电偶传感器，压电传感器等。 2020/5/4 16 ? 2. 传感器的构成方法 敏感元