h-西南科技大学网络教育学院--网络学习资源.ppt

传感器技术 6.1 传感器及分类 6.1.1 传感器组成 6.1.1.1 传感器 传感器是一种以一定精度将被测量（如位移、 力、加速度等）转换为与之有确定对应关系的， 易于精度处理和测量的某种物理量（如电量）的 测量部件或装置。 目前，由于电子技术的进步，使电学量具有传 输、转换、处理、显示等特点，因此通常传 感器是将非电量转换成电量输出。 6.1.1.2 传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转 换电路三部分组成，如图6.1 图6.1 传感器组成框图 (1)敏感元件 直接感受被测量，并以确定关系输出某一物 理量，如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输 出。 (2)转换元件 将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应 变、光强等）转换成点参数（如电阻、电感、电 容等）量。 (3)基本转换电路 将电路参数量转换成便于被测量的电量，如电 压、电流、频率等。 实际的传感器，有的很简单，有的则很复杂。 有些传感器只有敏感元件（如热电偶），感受被 测温差时直接输出电动势。有些传感器由敏感元 件和转换元件组成，无需基本转换电路，如压电 式加速度传感器。还有些传感器由敏感元件和基 本转换电路组成，如电容式位移传感器。有些传 感器转换元件不止一个，要经过若干次转换才能 输出电量，大多数传感器是开环系统，但也有个 别是带反馈的闭环系统。 当前，由于空间的限制及技术等原因，基本转 换电路一般不和敏感元件、转换元件装在一个壳 体内，而是装在电箱中。但不少传感器需要通过 基本转换电路才能输出便于测量的电量，而基本 转换电路的类型又与不同工作原理的传感器有 关。因此常把基本转换电路作为传感器的组成环 节之一。 6.1.2传感器的分类 目前较多采用传感器的分类方法有以下几种： 6.1.2.1 按被测物理量分类 这个分类方法明确地表示了传感器的用途，便 于使用者选择。如位移传感器用于测量位移，温 度传感器用于测量温度等。 一些常见的非电基本物理量与其对应的派生 量表见表6.1。 表6.1 基本物理量与其派生物理量 6.1.2.2按传感器工作原理分类 这种分类方法清楚地表明了传感器的工作原 理，有利于传感器的设计和应用 （1）能量转换型 又称发电型 ，不需要外加电源而将被测 能量转换成电能输出。这类传感器有压电式、磁 电感应式、热电藕、光电池等。 （2）能量控制器 又称参量型 ，需外加电源才能输出电能 量。这类传感器有电阻式、电容式、电感式等传 感器，还有热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等。 6.1.2.4 按传感器的工作机理分类 （1）结构型 被测参数变化引起的传感器结构变化。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，定律方程式就是传感器工作的数学模 型，如电感式、电容式、光栅式等传感器就是属 于结构型传感器。 （2）物性型 利用某些物质的某些性质随被测参数的变化 而变化的原理构成。传感器的性能和材料密切相 关，如光电管、各种半导体传感器、压电式传感 器等都是属于物性型传感器。  6.1.2.5 按传感器转换过程可逆与否分类 （1）单向 只能将被测量转换为电量，不能反之的传感 器称单向传感器。大多数的传感器属于这一类。 （2）双向 能在传感器的输入、输出端作双向传输，即 具有可逆特性的传感器称为双向传感器。如压电 式和磁电感应式传感器。 6.1.2.6 按传感器输出信号的形式分类 （1）模拟式 传感器输出模拟信号。 （2）数字式 传感器输出数字信号，如编码器式传感器。 应该指出，习惯上常把工作原理和用途结合起来 命名传感器，如电位式位移传感器、压电式加速 度传感器等。 6.2 传感器的特性 6.2.1 传感器的动静特性 传感器的特性主要是指输出与输入的关系， 有静态性和动态性之分。 6.2.1.1传感器的静态特性 （1）静态特性 当传感器的输入量为常量或随时间做缓慢变 化时，传感器的输出与输入之间的关系称为静态 特性，简称静特性。表征传感器静态特性的指标 有线性度、灵敏度、重复性等。采用那些指标应 根据实际的需要来确定。 6.2.1.2传感器的动态特性 （1）动态特性 传感器的输出量对于随时间变化的输入量的 响应特性称为传感器的动态特性。简称动特性。 （2）动特性的分析方法 传感器的动特性取决于传感器本身及输入信 号的形式。传感器按其传递、转换信息的形式可 分为接触式（以刚性接触形式传递信息）、模拟 环节（多数是非刚