傳感器的分類講解

任務(wù)二傳感器的分類按被測物理量分類一、傳感器按被測物理量的性質(zhì)可分為溫度傳感器、力敏傳感器、磁敏傳感器、光敏傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器、色彩傳感器、紅外傳感器、流量傳感器、液位傳感器等。這種分類方法把種類繁多的被測量分為基本被測量和派生被測量兩類。例如，力可視為基本被測量，從力可派生出壓力、重力、應(yīng)力、力矩等派生被測量。當(dāng)需要測量這些被測量時(shí)，只要采用力敏傳感器就可以了。了解基本被測量和派生被測量的關(guān)系，對選用傳感器類型很有幫助。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類常見的非電基本被測量和派生被測量見表1－1。表1－1常見的非電基本被測量和派生被測量學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按被測物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類的優(yōu)點(diǎn)是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用；缺點(diǎn)是沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便于使用者掌握其基本原理及分析方法。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按傳感器的工作原理分類二、傳感器按工作原理可分為電阻式、電容式、電感式、熱電式、光電式、磁電式、壓電式等。通常同一機(jī)理的傳感器可以測量多種物理量，而同一被測物理量又可以采用多種不同類型的傳感器來測量。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類表1－2傳感器按工作原理的分類學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類電阻應(yīng)變式傳感器1.電阻應(yīng)變式傳感器的基本原理是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。其實(shí)現(xiàn)方法是將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件表面上，當(dāng)力、扭矩、速度、加速度等物理量作用在彈性元件上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致彈性元件和粘貼的電阻應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變效應(yīng)，進(jìn)而引起電阻應(yīng)變片電阻的變化。電阻應(yīng)變片簡稱應(yīng)變片，是一種能夠?qū)C(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感件，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變效應(yīng)是指金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱電式傳感器2.熱電式傳感器是一種將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置。它利用敏感元件的電參數(shù)隨溫度變化的特性，對溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測量，是眾多傳感器中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。熱電式傳感器所基于的物理原理主要包括熱電效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、熱輻射、磁導(dǎo)率隨溫度變化的特性等，因此按照工作原理，可將熱電式傳感器分為熱敏電阻、熱電偶、PN結(jié)型測溫傳感器、輻射高溫計(jì)等。下面主要介紹熱敏電阻。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱敏電阻是最常見的溫度檢測元件之一，其測量精度高、種類多、發(fā)展較成熟，它由一種半導(dǎo)體材料制成，特點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的特性制成的一種熱敏元件。熱敏電阻的導(dǎo)電性能主要由內(nèi)部的載流子（電子和空穴）密度和遷移率所決定，當(dāng)溫度升高時(shí)，外層電子在熱激發(fā)下大量成為載流子，載流子的密度大大增加，活動(dòng)能力加強(qiáng)，從而導(dǎo)致其阻值的急劇下降。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類按照電阻的阻值隨溫度變化的情形，可將熱敏電阻分為三類：阻值隨溫度的上升而減小的負(fù)溫度系數(shù)（negativetemperaturecoefficient，NTC）熱敏電阻，它的主要材料是過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷；阻值隨溫度的上升而增加的正溫度系數(shù)（positivetemperaturecoefficient，PTC）熱敏電阻，其主要材料是摻雜的半導(dǎo)體陶瓷；臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（criticaltemperatureresistor，CTR），它的阻值在特定的溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3~4個(gè)數(shù)量級(jí)，主要材料是二氧化釩，并添加了一些金屬氧化物，可組成理想的控制開關(guān)。在溫度測量中，主要采用的是NTC和PTC熱敏電阻，尤其是NTC熱敏電阻。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類熱敏電阻主要用作檢測元件和電路元件。熱敏電阻在溫度計(jì)、溫度補(bǔ)償、濕度計(jì)、分子量測定、液位報(bào)警、流速計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)等儀器儀表中用作檢測元件；在偏置線圈的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償、恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路、自動(dòng)增益控制電路、RC振蕩電路、振幅穩(wěn)定電路等電路中用作電路元件。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類光電式傳感器3.光電式傳感器是利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。光電式傳感器工作時(shí)首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成為光量的變化，然后通過光電器件把光量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量的變化，從而實(shí)現(xiàn)非電量的測量。光電式傳感器的敏感元件是光電器件。光電式傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后，光能轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生電流的電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。能產(chǎn)生光電效應(yīng)的器件稱為光電效應(yīng)器件，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等，下面主要介紹光敏電阻。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類光敏電阻是利用硫化鎘或硒化鎘等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，表面涂有防潮樹脂，具有光電效應(yīng)。光敏電阻對光線十分敏感。在無光照時(shí)，電阻值（暗電阻）很大；當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小。例如，光電式傳感器的一個(gè)應(yīng)用是煙塵濁度監(jiān)測儀。煙道里的煙塵濁度是通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。另外，光電式傳感器也應(yīng)用于光電式轉(zhuǎn)速傳感器、光電式液位傳感器、無觸點(diǎn)式路燈控制電路等。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁電式傳感器4.磁電式傳感器是對磁場參量敏感的元器件，具有把磁物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能。在磁電式傳感器中，主要利用的是霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。磁電式傳感器主要分為三類：霍爾元件、磁敏電阻、磁敏二極管和三極管。其中，霍爾元件及霍爾傳感器的應(yīng)用量最大。霍爾元件的工作原理基于霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象，輸出的穩(wěn)定電勢差即霍爾電壓。根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的霍爾器件可用于磁場和功率測量，也可制成開關(guān)元件。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁敏電阻是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。將一載流導(dǎo)體置于外磁場中，其電阻會(huì)隨著磁場的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。磁敏電阻的應(yīng)用范圍比較廣，可以利用它制成磁場探測儀、位移和角速度檢測器、安培計(jì)及磁敏交流放大器等。磁敏二極管是PN結(jié)型磁電轉(zhuǎn)換元件，在磁場強(qiáng)度的變化下電流也發(fā)生變化，具有輸出信號(hào)大、靈敏度高、工作電流小和體積小等特點(diǎn)，因此適合磁場、轉(zhuǎn)速、探傷等方面的檢測和控制。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類磁敏三極管與磁敏二極管一樣，是PN結(jié)型磁電轉(zhuǎn)換元件。磁敏三極管在正、反向磁場作用下，其集電極電流出現(xiàn)明顯的變化，這樣就可以利用磁敏三極管來測量弱磁場、電流、轉(zhuǎn)速、位移等物理量。磁敏三極管的應(yīng)用領(lǐng)域與磁敏二極管相似，主要應(yīng)用于測量磁場、大電流、磁力探傷、接近開關(guān)、程序控制、位置控制、轉(zhuǎn)速測量和各種工業(yè)工程自動(dòng)控制等技術(shù)領(lǐng)域。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類壓電式傳感器5.壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向施加力使之變形時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；外力去掉后又恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)制成的，當(dāng)被測量物因?yàn)槭芰Χa(chǎn)生變化時(shí)，傳感器能夠產(chǎn)生靜電電荷或電壓變化。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，其中石英晶體是性能比較好的材料，它被廣泛應(yīng)用于電子信息產(chǎn)業(yè)的各領(lǐng)域，如家電、無線電通信等。壓電式力敏傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力測量時(shí)，通常較多采用雙片或多片石英晶片做壓電元件，其特點(diǎn)是剛度大、測量范圍寬、線性好。壓電式力傳感器按照測力狀態(tài)可分為單向、雙向和三向傳感器，它們的結(jié)構(gòu)基本一致，都是通過彈性膜、盒等收集壓力并轉(zhuǎn)換成力，再傳遞給壓電元件。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類壓電式加速度傳感器又稱為壓電加速度計(jì)。它是利用某些物質(zhì)（如石英晶體）的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振動(dòng)力作用時(shí)，加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測物的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，力的變化與被測加速度成正比。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類光纖傳感器6.光纖傳感器一般由光源、光導(dǎo)纖維、光傳感器元件、光調(diào)制機(jī)構(gòu)和信號(hào)處理器等部分組成，其工作原理是：光源發(fā)出的光經(jīng)光導(dǎo)纖維進(jìn)入光傳感元件，而在光傳感元件中受到周圍環(huán)境場的影響而發(fā)生變化的光再進(jìn)入光調(diào)制機(jī)構(gòu)，由其將傳感元件測量檢測的參數(shù)調(diào)制成幅度、相位、偏振等信息，這一過程稱為光電轉(zhuǎn)換過程，最后利用微處理器如頻譜儀等進(jìn)行信號(hào)處理。光纖傳感器具有強(qiáng)抗干擾性，所以應(yīng)用范圍很廣，尤其適用于惡劣環(huán)境，具有很大的市場需求，如石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等需要檢測氧氣、碳?xì)浠衔?、一氧化碳等氣體的場所。采用傳統(tǒng)的傳感器不但達(dá)不到要求的精度，而且易引起安全事故，光纖氣敏傳感器則可以安全有效地實(shí)現(xiàn)上述檢測。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是對傳感器的工作原理比較清楚，類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對傳感器的深入研究分析；缺點(diǎn)是不便于使用者根據(jù)用途選用。學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類其他分類方法三、傳感器按輸出量分類有模擬式、數(shù)字式傳感器；按工作效應(yīng)分類有物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器等；按能量關(guān)系分類有能量轉(zhuǎn)化型、能量控制型傳感器等。無論是哪一種分類方法，對于傳感器來說，都有一些基本要求，具體表現(xiàn)為：學(xué)習(xí)單元二傳感器的分類（1）足夠的容量。傳感器的工作范圍或量程需要足夠大，且具有一定的過載能力。（2）靈敏度高，精度適當(dāng)。輸出信號(hào)與被測信號(hào)呈確定的關(guān)系，通常為線性關(guān)系，并且比值要盡量大；同時(shí)，傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求。（3）響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定，可靠性好。（4）使用性和適應(yīng)性強(qiáng)。體積小，質(zhì)量輕，動(dòng)作能量小，對被測對象的狀態(tài)影響小；內(nèi)部噪聲小且不易受外界干擾的影