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1、传感器的百科知识摘要：国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感 受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式 的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检 测和自动控制的首要环节。传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系 的、便于应用的某种物理量的测量装置。传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、 热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信
2、息传递给其他装置或器官。传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感 受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式 的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检 测和自动控制的首要环节。传感器-工作原理传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、 极化、热电、光等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以 化学吸附、电化学反应等
3、现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信 号。向传感器提供15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030 功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋 转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到5V的直流电源，该电源做 运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电 源产生土4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工 作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放 大成1.5v 1v的强信号
4、，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器 T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可 得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平，既可提供给专用二次仪表 或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动-静环之间只有零点几毫米的间 隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰 能力。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理 为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题 等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会
5、有巨大增长。传感器-性能指标静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时 输入量和输传感器出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变 量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描 述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性 常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实 验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关 系，
6、往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所 以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。线性度：通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使 仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性 误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量 程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论 直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。迟滞特性：表征传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程间输出-输入特性 曲线不一致
7、的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值AMAX与满量程输出F - S的百分 比表示。迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。传感器-物件特点灵敏度传感器灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化今对输入量变化x的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S 是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输 出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较 高的测量精度。但灵敏度愈高，测量
8、范围愈窄，稳定性也往往愈差。分辨力传感器分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从 某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即 传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会 发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃 变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示， 则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。传感器-分类介绍可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理（传感器工作的基本物理或化学效
9、应）；它们的用途；它们的模拟传感器输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：按照其用途，传感器可分类为: 压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、 加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、 真空度传感器、生物传感器等。以其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）。膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出（包括直接或间接 转换）。开关传感器一一
10、当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的 低电平或高电平信号。在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界 作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用 的材料观点出发可将传感器分成下列几类：1、按照其所用材料的类别分：金属、聚合物、陶瓷、混合物。2、按材料的物理性质分：导体、绝缘体、半导体、磁性材料。3、按材料的晶体结构分：单晶、多晶、非晶材料。按照其制造工艺，可以将传感器区分为：集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感 器。压力传感器的分类压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，常常作
11、为一种自动化控制的前端元件，因 此其广泛应用于各种工业自控环境，包括石油化工、造纸、水处理、电力、船舶、机床和公 用设备等行业。压力传感器的类型非常多，目前应用比较常见的包括压阻式压力传感器和压电式压力传感器 两种。压阻式压力传感器压阻式压力传感器的工作原理是当压敏电阻受压后产生电阻变化，通过放大器放大并采用标 准压力标定，即可进行压力检测。压阻式压力传感器的性能主要取决于压敏元件（即压敏电 阻）、放大电路，以及生产中的标定和老化工艺。应变片在目前的压力传感器封装工艺中，通常可以将压阻式敏感芯体做得体积小巧、灵敏度高，而 且稳定性好，并将压敏电阻以惠司通电桥形式与应变材料（通常为不锈钢）结合在
12、一起，这 样一来，就能确保压阻式压力传感器过载能力强和抗冲击压力强。该类传感器适合测量高量程范围的压力变化，尤其在1Mpa以上时，线性很好，精度也很高， 并适合测量与应变材料兼容的各类介质。陶瓷压阻在结构上，该类传感器将压敏电阻以惠司通电桥形式与陶瓷烧结在一起。其过载能力较应变 片类低一些，抗冲击压力较差，但灵敏度较高，适合测量50Kpa以上的高量程范围，而且 耐腐蚀，温度范围也很宽。抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生 微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏 电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度
13、线性、与激励电压也成正比的电压信 号，可以和应变式传感器相兼容。传感器-集成传感集成传感器集成传感器：是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将 用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。薄膜传感器则是通过沉积在介质衬 底（基板）上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此 基板上。厚膜传感器：利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是A12O3制成的， 然后进行热处理，使厚膜成形。陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺（溶胶-凝 胶等）生产。 完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷 传感器这二种
14、工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种 变型。每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低， 以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。传感器-电阻传感电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成 电阻值这样的一种器电阻式传感器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器 件。传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电 阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、 箔式、薄膜式之分。半导体
15、应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应 小等优点。压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器 件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作 用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感 器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和错片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来 越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。热电阻传 感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度 检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适
16、用。较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等， 它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测 量-200C500C范围内的温度。传感器-室温传感室温传感器用于测量室内和室外的环境温度，管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温 度。室温传感器和管室温传感器温传感器的形状不同，但温度特性基本一致。按温度特性划分，美的使用的室温 管温传感器有二种类型：1、常数B值为4100K+3%，基准电阻为25C对应电阻10KQ 土 3%。温度越高，阻值越小；温度越低，阻值越大。离25 C越远，对应电阻公差范围越大； 在0。和55C对应电阻公差约为7%；而0C以下及55C以上，对于不同的供应商，电阻 公差会有一定的差别。兹附“南韩新基”传感器的温度与电阻的对应关系表(中间为标称值, 左右分别为最小最大值)：-
