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感測器技術概述

感測器的定義與組成

感測器的定義與組成

感測器的分類

感測器的分類敏感元件將被測信號轉換為中間變數，如膜片、環的變形等；變換器（在輔助電源作用下）將中間變數轉換為電量變化，如應變式電阻變換器。結構型敏感元件或彈性元件＋變換器物性型無中間轉換機構，如熱敏電阻

感測器的分類能量轉換型（自源型）能量控制型（外源型）

感測器的分類(5)按感測器輸出量分為電量型、電參數型： 電量－電壓、電流、電荷； 電參數－電阻、電感、電容、互感

1）容量——輸入信號工作範圍或量程；2）驅動——輸出的負載能力（包括數字輸出介面）、 電氣、機械特性3）靜態特性指標——線性度、靈敏度、解析度、遲滯、重複性、穩定性等；4）動態特性指標——固有頻率、阻尼比、時間常數等；5）可靠性——工作壽命、故障率、絕緣、耐壓、耐溫等；6）對環境要求的指標——工作溫度範圍、抗潮濕、抗電磁干擾、抗沖振要求等；7）使用配電要求——供電方式、安裝方式、輸入輸出阻抗等。感測器的常用技術性能指標

2）高精度、高可靠性、無遲滯性、工作壽命長（耐用性）3）高回應速率、可重複性、抗老化、抗環境影響（熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃）的能力4）選擇性、安全性（感測器應是無污染的）、互換性、低成本5）寬測量範圍、小尺寸、重量輕和高強度、寬工作溫度範圍1）高靈敏度、線性、抗干擾的穩定性（對雜訊不敏感）、容易調節（校準簡易）感測器性能的基本要求

彈性敏感元件

彈性敏感元件彈性模量、剛度的關係金屬在彈性範圍內，外力和變形成比例地增長，即應力與應變成正比例關係時（符合虎克定理），這個比例係數就稱為彈性模量，根據應力，應變的性質通常又分為：彈性模量和切變模量，彈性模量的大小，相當於引起物體單位變形時所需應力之大小，是衡量材料剛度的指標，彈性模量愈大，剛度也愈大。

彈性敏感元件的基本特性

彈性敏感元件的基本特性

k——彈性敏感元件的剛度——其等效振動品質上式為固有頻率估算式，其中彈性敏感元件的基本特性

A——諧振狀態下的振幅A0——靜態振幅彈性敏感元件的基本特性

彈性敏感元件的基本特性

彈性敏感元件的材料

彈性敏感元件的結構與力學特性F——被測作用力，E——材料的彈性模量，A——橫截面積，μ——材料的泊松係數，ρ——材料的密度，l——柱式彈性元件的長度柱式彈性敏感元件主要用於電阻應變式拉（壓）力等感測器。

在梁的根部（x=0），應變最大，在x=l處應變為零；梁的上下表面應變性質相反。彈性敏感元件的結構與力學特性2）梁式彈性敏感元件(a)等截面梁

彈性敏感元件的結構與力學特性2）梁式彈性敏感元件梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形頂點。梁內各橫截面產生的應力是相等的，表面上任意位置的應變也相等。用梁式彈性元件製作的力感測器適於測量5,000N以下的載荷，最小可測約0.01N的力。這種感測器結構簡單，加工容易，靈敏度高，常用於小壓力測量中。(b)等強度梁

結構簡單，靈敏度高，多用於較小力的測量。以應變或自由端的位移作為輸出量。實際應用中常採用特殊形狀的梁式彈性元件，如雙孔梁、S形元件等，克服了力的作用點移動或受側向力作用的影響，有效改善了梁的特性，多用於高精度測量，如工業電子稱等。彈性敏感元件的結構與力學特性

3）環式彈性敏感元件圓環受力後較容易變形，因此多用於測量較小的力。為了提高圓環的剛度和抗超載能力，改善非線性，實際應用中常採用變截面圓環。彈性敏感元件的結構與力學特性

4）扭轉軸——測量扭矩5）膜片——壓力測量當模片受到壓力時，將彎向壓力低的一面，從而將壓力變換為薄板的位移或應變。扭轉軸專門用於扭距測量彈性敏感元件的結構與力學特性

6）薄壁圓筒——壁厚和筒徑之比1/20結構簡單，剛度好，較大壓力測量多用。彈性敏感元件的結構與力學特性

7）彈簧管和波紋管自由端的位移與管內壓力成線性關係。將管內壓力或軸向力轉換為波紋管的形變（拉伸或壓縮）。彈性敏感元件的結構與力學特性

彈性敏感元件的結構與力學特性

彈簧管壓力錶的結構和原理圖1－彈簧管；2－拉杆；3－扇形齒輪；4－中心小齒輪；5－指針；6－面板；7－遊絲；8－調整螺釘；9－接頭