传感器的地位和作用 基础知识 课件 .pdfVIP

第1章基础知识

•概述

1：测量可分为电参数测量和非电参数测量

电参数测量包括：

电压、电流、阻抗等，这些参数的测量可

以用万用表、RLC测量仪等电子测量仪器来完

成。

非电量参数包括：

机械量（如位移、力、应力应变等）、

运动量（如速度、加速度等）、物位量（如

液体的高度、物料的高度等）、流量（如体

积流量、质量流量等）等的测量。

在实际生产中，特别是自动化生产过程

中，主要是采集非电量信息进行测量并实现

控制。而非电量的测量一般是要用电测量的

方法完成，那么就要将非电量转换成电量，

这就是本门课第一部分要介绍的传感器技术。

1.1概述

传感器能够把自然界的各种物理量、化学量等转换成电信

号，再经过电子电路变换后进行采集和处理，从而实现非电量

的检测，这个过程可以与人的感官作用相对应。人们用视觉、

听觉、味觉、嗅觉和触觉等感官感受外界的信息，如通过视觉

（眼睛）可知物体的大小、形状等，通过听觉（耳朵）可以听

到声音，通过嗅觉（鼻子）可以闻到气味，通过触觉（皮肤）

可以感觉到物体的冷热等。人的眼睛相当于光敏传感器，如

CCD、光敏电阻等；人耳相当于压力传感器，如电容式和压电

式传感器等；人的皮肤相当于压力传感器和温、湿度传感器，

如应变传感器、热电阻传感器等；人的鼻子相当于气敏传感器，

如气体传感器等；人的舌头相当于味觉传感器，如离子传感器。

其关系如图1-1所示。

图1-1人与传感器的关系

在图1-1中，大脑神经系统相当于计算机，它将

信息汇总后进行处理，这是本书的第二部分——检测

技术篇要介绍的内容。

对传感器的学习主要包括传感器的工作原理、特

性参数、测量电路和典型应用等方面的知识，这些传

感器包括电阻式、电感式、电容式、应变式、压电式、

磁电式、热电式、光电式、辐射式等。

1.1.1传感器的定义和组成

1．传感器的定义

传感器（Sensor）也称变换器（Transducer），

是将非电量（物理量、化学量等）等按一定规律转换

成便于测量、传输和控制的电量或另一种非电量的元

器件或装置。

它是利用物理、化学学科的某些效应（如压电效

应、热电效应）、守恒原理（如动量、电荷量）、物

理定律（如欧姆定律、胡克定律）及材料特性按一定

工艺实现的。

2．传感器的组成

传感器是由敏感元件（SensitiveComponent

）、转换元件、信号调理与转换电路组成的。

敏感元件是能直接感受（或响应）被测信息

（通常为非电量）的元件；

转换元件是能将敏感元件感受（或响应）的

信息转换为电信号的部分；

信号调理和转换电路是将来自转换元件的微

弱信号转换成便于测量和传输的较大信号。传感器

的典型组成如图1-2所示。

图1-2传感器的组成

各部分的作用如下所述。

①敏感元件

敏感元件直接与被测对象接触，将被测量（非电量）预

先变换为另一种非电量。如应变式压力传感器的弹性膜片就

是敏感元件，作用是将压力转换成弹性膜片的变形。

②转换元件

转换元件又称为变换元件，是将敏感元件的输出量转换

成电信号的部分。一般情况下，不直接感受被测量。如应变

式压力传感器中的应变片就是转换元件，作用是将弹性膜片

的变形转换成电阻值的变化。

并不是所有的传感器都含有敏感元件和转换元件。如果

敏感元件直接输出电信号，它就同时兼为转换元件。敏感元

件和转换元件合二为一的传感器很多，如压电传感器、热电

偶、热电阻、光电器件等。

③信号调理与转换电路

信号调理与转换电路也称为二次仪表，将转换元件输出的

电信号放大，转变成易于处理、显示和记录的信号。信号调理

电路的类型视传感器的类型而定，通常采用的有电桥电路、放

大器电路、变阻器电路和振荡器电路等。

④电源

电源的作用是为传感器提供能源。

需要外部接电源的称为无源传感器，不需要外部接电源的

称为有源传感器。

如电阻、电感和电容式传感器就是无源传感器，工作时需

要外部供电电源。

压电式传感器、热电偶是有源传感器，工作时不需要外部

电源供电。

实际上，传感器的组成方式因被