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1、第2章传感器概述2.1传感器的基本概念2.1.1传感器的定义与组成1.传感器的定义传感器的英文是“Sensor”,来源于拉丁语“Sense”,意思是“感觉”、“知觉”等。传感器的通俗定义可表述为“信息拾取的器件或装置”。其严格定义在国家标准GB7665—87中的表述是“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”,包含以下几方面的意思:(1)传感器首先是一种测量器件或装置,它的作用体现在测量上。(2)传感器定义中所谓“规定的被测量”,一般是指非电量信号,主要包括各种物理量、化学量和生物量等,在
2、工程中常需要测量的非电量信号有力、压力、温度、流量、位移、速度、加速度、转速、浓度等。(3)传感器定义中所谓“可用信号”是指便于传输、转换及处理的信号,主要包括气、光和电等信号,现在一般是指电信号(如电压、电流等各种电参数)。由于非电量信号不能像电信号那样可由电工仪表和电子仪器直接测量,所以就需要利用传感器技术实现由非电量到电量的转换。(4)传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系,并且应保证一定的精度。(5)传感器也称为变换器(Transducer)、转换器(Converter)、检测器(Detector)和变送器(Transmitt
3、er)等。2.传感器的组成传感器的种类繁多,其工作原理、性能特点和应用领域各不相同,故结构、组成差异很大。由于电量具有便于传输、转换、处理、显示等特点,因此传感器输出信号通常是电信 号形式(如:电压、电流等各种电参数),即传感器将非电量转换成电量输出。所以传感器通常由敏感元件、转换元件及基本转换电路三部分组成,如图2－1所示。图2－1传感器组成框图(1)敏感元件。敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的变化,并且输出与被测量成确定关系的某一个物理量的元件。如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。(2)传换元件。转换元件是指传感器中能将敏感元件
4、输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号的元件。(3)基本转换电路。基本转换电路是指将电路参数转换成能便于测量的电量的电路。由于传感器的输出信号一般都很微弱,需要有信号调理电路,对电量进行放大、运算、分析及特殊处理等,此外,传感器的工作必须有辅助的电源,因此信号调理电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。随着半导体集成技术的发展,现在有的集成传感器已把敏感元件、转换元件、基本转换电路和信号调理电路都集中到传感器壳体内。2.1.2传感器的分类1.按被测物理量分类按被测量的性质进行分类,有利于准确表达传感器的用途,对人们系统地使用传感器很
5、有帮助。如位移传感器用于测量位移等。本书主要就是按这一分类方法作为编写体系来 介绍各种类型的传感器的。2.按传感器工作原理分类按工作原理分类是传感器最常见的分类方法,这种分类方法将物理、化学、生物等学科的原理、规律和效应作为分类的依据,有利于对传感器工作原理的阐述和对传感器的深 入研究与分析。如电感式传感器、电容式传感器等。3.按传感器转换能量的情况分类按照传感器的能量转换情况,传感器可分为能量控制型和能量转换型传感器两大类。①能量转换型:又称发电型,不需外加电源而将被测能量转换成电能输出,这类传感器有压电式、热电偶、光电池等。②能量控制型
6、:又称参量型,需外加电源才能输出电能量。这类传感器有电阻、电感、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等。4.按传感器结构分类按传感器的结构构成可分为结构型、物性型和复合型传感器。(1)结构型:被测参数变化引起传感器的结构变化,使输出电量变化,利用物理学中场的定律和运动定律等构成,如电感式、电容式。这类传感器的特点是其性能以传感器中元件相对结构(位置)的变化为基础,而与其材料特性关系不大。(2)物性型:利用某些物质的某种性质随被测参数变化的原理构成。传感器的性能与材料密切相关,如压电传感器、各种半导体传感器等。这类传感器的“敏感元件
7、”就是材料 本身,无所谓“结构变化”,因此,通常具有响应速度快的特点,而且易于实现小型化、集成化和智能化。(3)复合型传感器则是结构型和物性型传感器的组合,同时兼有二者的特征。5.按传感器输出信号的形式分类(1)模拟式:传感器输出为模拟量。(2)数字式:传感器输出为数字量,如编码器式传感器。 下面列出根据被测量、测量原理、传感基理、输出形式和电源形式等进行的分类表,如表2－1所示。2.1.3传感器的命名与代号1.传感器的命名2.传感器的代号图2－2传感器产品代号及格式(1)主称:传感器代号C。(2)被测量:用一个或两个汉语拼音的第一个大写字
8、母标记。常用的被测量代码如表2－3所示。表2－3被测量代号举例(3)转换原理:用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。转换原理代码如表2－4所示。(4)序号:用一个阿拉伯数字标
