第6讲传感器及其应用.ppt

第六讲 传感器及其应用 传感器：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置 传感器技术与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一 美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一 目前世界上从事传感器研制生产单位5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各1000余家，日本800余家 世界传感器前十名的供货商 (1)Texas?Instruments (TI) (2)HP (3)Robert?Bosch (4)Honeywell(美) (5)Infineon(美) (6)Seiko?Epson(日) (7)Freescale(美) (8)GE-NovaSensor(美) (9)Omron(日) (10)Analog?Devices(美) 第六讲 传感器及其应用 6.1 传感器 6.2 传感器应用举例 6.1 传感器 6.1.1 参数传感器 6.1.2 半导体传感器 6.1.3 发电传感器 6.1.4 光传感器 6.1.5 气体传感器 6.1.1 参数传感器 利用传感元件的一些物理性质，把非电量转换成电路参数（电阻、电感、电容）的传感器称为参数传感器。 参数传感器种类很多，本节介绍典型的有电阻应变片、热电阻、电感传感器和电容传感器 1.电阻应变片 电阻应变片是利用导体或半导体材料在外力作用下会发生微小的机械变形（称为应变），从而引起材料的电阻值发生变化的应变效应制成的传感元件。 一般金属丝应变片在其弹性范围内电阻值的变化与其应变间具有很好的线型关系，即 半导体应变片的灵敏度系数大，但是受温度影响大，且线性度较差，故应用范围有限。 金属应变计 2.热电阻 热电阻是中低温区常用的一种测温元件。热电阻是利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化的特性来测量温度的。 金属热电阻 铂电阻Pt10、Pt100，测温范围－200℃～＋600℃ 铜电阻Cu50、Cu100，测温范围－50℃～＋150℃ 半导体材料制成的测温电阻元件称为热敏电阻 金属热电阻 3.电感传感器 电感传感器是利用被测物理量的变化引起电感线圈的自感系数L或互感系数M发生变化，通过测量自感或互感的变化就可以测出被测量。 电感传感器可测量弯曲和偏移；可测量振荡的振幅高度；可控制尺寸的稳定性；可控制定位；可控制对中心率或偏心率。 电感传感器还可用作磁敏速度开关、齿轮齿条测速等，该类传感器广泛应用于纺织、化纤、机床、机械、冶金、机车汽车等行业 自感式传感器 差动变气隙式自感传感器 螺管型自感传感器 电感式压力传感器 案例：板的厚度测量 案例：张力测量 4. 电容传感器 电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的传感元件，实质上就是一个具有可变参数的电容器。 电容式传感器具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等优点。随着电子技术的发展，它所存在的易受干扰和分布电容影响等缺点不断得以克服，而且还开发出容栅位移传感器和集成电容式传感器。 电容式传感器广泛应用于压力、位移、加速度、液位、成分含量等测量之中。 汽车行业使用电容式传感器主要用于安全系统、轮胎磨损监测、惯性刹车灯、前灯水准测量、安全带伸缩、自动门锁和安全气囊。 用两块金属平板作电极可构成电容器，间隙δ、极板相互覆盖面积S和介电常数ε中的某一项或几项有变化时，就改变了电容量C δ或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化 ε的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。 产品 电容式接近开关 6.1.2 半导体传感器 半导体压阻式压力传感器 PN结温度传感器 霍尔传感器 半导体压阻式压力传感器 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。 根据研究结果，半导体电阻材料的灵敏系数比金属丝的要高 50 ～ 70 倍 压阻式传感器主要用于测量压力和加速度等物理量。 压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快，加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。 压阻式传感器特点 压阻式传感器优点是 : ①灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量； ②分辨率高，例如测量压力时可测出 10 ～ 20Pa 的微压； ③测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高； ④可测量低频加速度和直线加速度 。 缺点：其最大的缺点是温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用 。 用于测量汽车胎压的传感器以及集成电路芯片 PN结温度传感器 PN结温度传感器是利用PN结的结电压随温度成近似线性变化这一特性，可直接用半导体二极管或将半导体三极管接成二极管(将集电极与基极