安全监测与监控技术-常用传感器

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1、第3章安全检测常用传感器3.1传感器的作用及分类3.2结构型传感器3.3物性传感器3.4其他类型传感器3.5传感器的选用原则3.1传感器的作用及分类3.1.1传感器的作用传感器是实现检测与自动控制(包括遥感、遥测、遥控)的首要环节，而传感技术是衡量科学技术现代化程度的重要标志。如果没有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获与转换，一切准确的检测与控制将无法实现。当今的世界正处在信息革命的新时代，而信息革命的两大重要支柱是信息采集与信息处理。信息的采集(捕获)与转换主要依赖于各种类型的传感器，信息的处

2、理主要依靠电子技术和各种计算机。计算机与各种智能仪器将很快地在各个科学技术部门发挥巨大作用。然而，如果没有各种类型的传感器去准确地捕获并转换信息，即使最现代化的计算机也无法充分发挥其应有的作用。目前，传感器的应用已经渗透到各个学科领域，从高新技术直到每个家庭日常生活。如空间技术、海洋开发、资源探测、生物工程、人体科学等高技术领域中许多新的进展和突破，都是以实验检测为基础并与传感器技术的发展密切相关的；工业生产过程的现代化，几乎主要依靠各种传感器来监测与控制生产过程的各种参数，使设备和系统正常运行

3、在最佳状态，从而保证生产的高效率与高质量；在生活领域中已进人每一个家庭，据不完全统计，现代高级轿车中所应用的传感器可达56种之多。又如目前常用的19种家用电器中，总共应用了53个(21种)传感器。传感器应用的技术水平成为衡量一个国家的科技和工业水平的重要标志。传感器技术已形成一个完整独立的科学体系，相信在不久的将来，对传感器的研究将进人一个崭新的阶段。3.1.2　传感器的分类1.按输入量（被测对象）分类输入量即被测对象，按此方法分类，传感器可分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器三大类。其

4、中，物理量传感器又可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器等等。这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据被测对象选择所需要的传感器。2.按转换原理分类从传感器的转换原理来说，通常分为结构型、物性型两大类。结构型传感器是利用机械构件（如金属膜片等）在动力场或电磁场的作用下产生变形或位移，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量，它是利用物理学运动定律或电磁定律实现转换的。物性型传感器是利用材料的固态物理特性及其各种物理、化学效应（即物质定律，如虎克定律、欧姆定律等）实现非电量的转换。

5、它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。3.按能量转换的方式分类按转换元件的能量转换方式，传感器可分为有源型和无源型两类。有源型也称能量转换型或发电型，它把非电量直接变成电压量、电流量、电荷量等(如磁电式、压电式、光电池、热电偶等)；无源型也称能量控制型或参数型，它把非电量变成电阻、电容、电感等量。4.按输出信号的形式分类按输出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式。5.按输入和输出的特性分类按输入、输出特性，传感器可分为线性和非线性两类。3.2结构型传感器3.2.1电

6、阻式传感器1.电阻式传感器原理金属体都有一定的电阻，电阻值因金属的种类而异。同样的材料，越细或越薄，则电阻值越大。当加有外力时，金属若变细变长，则阻值增加；若变粗变短，则阻值减小。如果发生应变的物体上安装有（通常是粘贴）金属电阻，当物体伸缩时，金属体也按某一比例发生伸缩，因而电阻值产生相应的变化。设有一根长度为l，截面积为A，电阻率为ρ的金属丝，则它的电阻值R可用下式表示：（3-1）从上式可见，若导体的三个参数（电阻率、长度和截面积）中的一个或数个发生变化，则电阻值随着变化，因此可利用此原理来

7、构成传感器。例如，若改变长度l，则可形成电位器式传感器；改变l、A和ρ则可做成电阻应变片；改变ρ，则可形成热敏电阻、光导性光检测器等。2.电位器式传感器电位器式传感器通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化，从而改变电阻值大小，进而再将这种变化值转换成电压或电流的变化值。电位器式传感器分为线绕式和非线绕式两大类。线绕电位器是最基本的电位器式传感器；非线绕式电阻传感器则是在线绕电位器的基础上，在电阻元件的形式和工作方式上有所发展，包括薄膜电位器、导电塑料电位器和光电电位器等。线绕电位器式传感器的

8、核心，即转换元件是精密电位器。它可实现机械位移信号与电信号的模拟转换，是一种重要的机电转换元件。线绕电位器式传感器原理图如图3-1所示。图3-1线绕电位器式传感器原理图工作时，在电阻元件的两端，即Ui端加上固定的直流工作电压，从Uo端就有电压输出，并且，这个输出电压的大小与电刷所处的位置相关。当电刷臂随着被测量产生位移x时，输出电压也发生相应的变化，这是精密电位器的基本工作原理。易见（3-2）线绕电位器式传感器又分为直线位移型、角位移型和非线性型等。不管是哪种类型的传感器，都由线圈、骨架和滑动触