现代电子技术基础 下 教学课件 作者 王成安 主编 17.ppt

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1、本章重点、难点传感器的作用和类型集成传感器本章小结返回主目录第十七章现代常用传感器及其应用本章重点、难点集成传感器的分类集成传感器的典型产品应用电路重点：难点：集成传感器的典型产品应用电路17.1传感器的作用和种类一、概述1．什么是传感器从广义的角度来说，信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。测量仪器的构成2．传感器的定义根据中华人民共和国国家标准（GB/T7665—1987），传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。对非电量的自动检测与控制常以电信号为载体，因此从狭义上说，传感器是把被测的非电量转换成电量的器件或

2、装置。二、传感器的作用人体与机器的对应关系三、传感器的组成和分类1．传感器的组成传感器通常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。传感器的组成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。（2）按输出信号的形式分类按传感器输出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式。（3）按输入和输出的特性分类按传感器的输入、输出特性，可分为线性和非线性两类。（4）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。四、传感器的应用领域和发展方向1．传

3、感器的应用领域无论今天还是将来，传感器不仅充当着计算机、机器人、自动化设备的感觉器官及机电结合的接口，而且已渗透到军事和人类生命、生活的各个领域，从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都已经离不开各种各样的传感器。2．传感器的发展方向（1）小型化、一体化、高精度（2）集成化、功能化（3）智能型传感器五、传感器的选用原则选择传感器主要考虑其静态特性、动态响应特性和测量方式等三个方面的问题。静态特性又包括灵敏度、线性度、精度等指标，动态响应特性包括稳定性、快速性等指标。1．灵敏度4．快速性2．线性范围5．精确度3．稳定性6．测量方式17

4、.2集成传感器一、力敏传感器力敏传感器是使用最广泛的一种传感器，它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称，也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计。随着微电子技术的发展，利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性，研制出半导体力敏传感器，主要有硅压阻式和电容式两种，它们具有体积小、重量轻、灵敏度高等优点，因此半导体力敏传感器得到广泛应用。（1）工作原理压阻式压力传感器是用集成电路工艺技术，在硅片上制造四个等值的薄膜电阻，并组成电桥电路，当不受压力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失去平衡，电桥输出电压，电桥输

5、出的电压与压力成比例。压阻式压力传感器与传统的应变式压力传感器相比，具有灵敏度高、精度高、体积小、重量轻、工作频率高、结构简单、工作可靠、寿命长等特点。1．压阻式集成压力传感器（2）电路结构压阻式集成传感器将四个检测电阻组成的桥路、电压放大器和温度补偿电路集成在一起，解决了传统传感器灵敏度低和存在温漂等问题。压阻式集成压力传感器结构方框图（3）典型产品和应用MPX4100系列压阻式传感器是一种检测空气绝对压力的多用途传感器。压阻式传感器MPX4100的外形图MPX4100引脚名称由MPX4100压力传感器组成的水库压力控制电路2．电容式集成压力传感器电容

6、式传感器的核心部分是对压力敏感的电容器，力敏电容器的电容量由电极面积和两个电极间的距离决定。当硅膜片两边存在压力差时，硅膜片产生形变，电容器两板间的间距发生变化，从而引起电容量的变化，就可作为力敏传感器。它与压阻式力敏传感器相比，具有灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点。三、磁敏传感器磁敏传感器是利用导体或半导体的磁电转换原理，将磁场信息变换成相应的电信息的器件。目前应用最广泛的是半导体磁敏元器件，包括霍尔元件，磁阻元件，磁敏二极管，磁敏晶体管及磁敏集成电路等。磁敏传感器具有灵敏度高、可靠性好、体积小、耗电少、寿命长、价格低，易于集成化等优点。它们可

7、测量磁场、磁通量、电流及电功率等电磁量，还可检测位移、转速及加速度等非电磁量，用作非接触开关、无刷电机、各种运算器、混频器和调制器等1．工作原理当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地置于磁场中时，薄片两侧由此会产生出电位差，此现象即称霍尔效应。两侧间的电位差称为霍尔电势。实验证明，霍尔电势与外加磁场的磁感应强度B、薄片中通过的电流I成正比，与薄片的厚度成反比，即：式中K称为霍尔系数，它与薄片的材料有关。2．分类和结构霍尔集成传感器外型、内部电路和输出特性a)线形型b)数字型3．典型产品和应用CS839霍尔传感器是一种无触点、双路输出的磁敏器件（1）CS8

8、39的功能框图（2）CS839的应用电路液面监测报警电路（3）CS6839的应用