什么是传感器 什么是传感器

什么是传感器？以下文字信息由边肖为大家整理发布。让我们快速看一下。

国家标准GB7665-87将传感器定义为“能够感知指定的被测零件并按照一定规则将其转换为可用信号的装置或器件，通常由敏感元件和转换元件组成”。

传感器是一种检测装置，它能够感知被测信息，并将感知到的信息按照一定的规则转化为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。

这是实现自动检测和控制的第一步。

“传感器”定义为:

从一个系统接收电力，通常以另一种形式向第二个系统中的设备发送电力。

根据这个定义，传感器的功能是将一种能量转换成另一种能量，所以许多学者也用“传感器-传感器”来称呼“传感器-传感器”。

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功能

传感器的功能常被比作人类的五大感觉器官:

光敏传感器.视觉听觉传感器.听觉

气体传感器——嗅觉化学传感器——味觉

压力敏感、温度敏感、流体传感器-触摸

敏感部件的分类:

①物理学，基于力、热、光、电、磁、声等物理效应。

②化学，基于化学反应原理。

③生物学，基于酶、抗体、激素的分子识别功能。

一般按其基本传感功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、辐射敏感元件、色敏元件、味敏元件等十大类。

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把… 分类

传感器可以从不同的角度进行分类:它们的转换原理；它们的用途；其输出信号的类型、制造它们的材料和工艺等。

根据传感器的工作原理，它们可以分为物理传感器和化学传感器:

传感器工作原理分类物理传感器应用物理效应，如压电效应、磁致伸缩现象、电离、极化、热电、光电、磁电等。

被测信号的微小变化都会被转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，测量信号量的微小变化也会转化为电信号。

有些传感器既不能归类为物理传感器，也不能归类为化学传感器。

大多数传感器是根据物理原理工作的。

化学传感器存在很多技术问题，如可靠性、大规模生产的可能性、价格等。如果这些问题得到解决，化学传感器的应用将大大增加。

常用传感器的应用领域和工作原理如下表所示。

1.传感器根据用途分类

压力和力敏感传感器位置传感器

液位传感器的能耗传感器

速度传感器加速度传感器

x射线辐射传感器热传感器

24千兆赫雷达传感器

2.传感器根据其原理进行分类

振动传感器湿度传感器

磁传感器气体传感器

True 空度传感器生物传感器等。

3.传感器根据其输出信号进行分类

模拟传感器-将测量的非电量转换成模拟电信号。

数字传感器-将测量的非电量转换成数字输出信号。

伪数字传感器——将测量的信号量转换成频率信号或短周期信号输出。

开关传感器-当测量信号达到某个阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

4.传感器根据材料分类

在外界因素的影响下，所有的物质都会发生相应的、特征性的反应。

其中，对外界作用最敏感的那些材料，也就是那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。

从所用材料的角度来看，传感器可分为以下几类:

根据所用材料的类型，

金属聚合物陶瓷混合物

根据材料的物理性质:导体绝缘体半导体磁性材料

根据材料的晶体结构:

单晶多晶非晶材料

与采用新材料密切相关的传感器开发工作可归纳为以下三个方向:

探索已知材料中的新现象、效应和反应，然后将其用于传感器技术。

探索新材料，应用已知现象、效应和反应来改进传感器技术。

在研究新材料的基础上，探索和实现传感器技术中的新现象、新效应和新反应。

现代传感器制造业的发展取决于传感器技术中使用的新材料和敏感元件的开发强度。

传感器发展的基本趋势与半导体和介电材料的应用密切相关。

在表1.2中，给出了一些可用于传感器技术和转换能量形式的材料。

5.传感器根据其制造工艺进行分类

集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器

集成传感器是通过生产硅基半导体集成电路的标准工艺技术制造的。

通常，一些用于初步处理测量信号的电路也集成在同一芯片上。

薄膜传感器是由沉积在电介质基底上的敏感材料薄膜形成的。

当使用混合工艺时，一些电路也可以在该衬底上制造。

厚膜传感器是通过用相应材料的浆料涂覆陶瓷基底制成的，浆料通常由Al2O3制成，然后进行热处理以形成厚膜。

陶瓷传感器是通过标准陶瓷技术或一些变体技术生产的。

在适当的准备操作完成后，形成的元件在高温下烧结。

厚膜传感器和陶瓷传感器有许多共同的特点。在某些方面，厚膜技术可以被认为是陶瓷技术的变体。

每种技术都有各自的优缺点。

由于研发和生产的资金投入低，传感器参数稳定性高，因此使用陶瓷和厚膜传感器是合理的。

6.传感器根据不同的测量目的进行分类

物理传感器是利用被测物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的。

化学传感器是由敏感元件组成的，这些敏感元件可以将化学物质的成分和浓度等化学量转化为电学量。

生物传感器是一种利用各种生物或生物物质的特性来检测和识别生物体内化学成分的传感器。

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特点

传感器的静态特性

传感器的静态特性是指对于静态输入信号，传感器的输出和输入之间的关系。

此时，输入和输出都与时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可以用一个没有时间变量的代数方程来描述，也可以用以输入为横坐标，对应的输出为纵坐标画出的特性曲线来描述。

表征传感器静态特性的主要参数是线性、灵敏度、滞后、重复性、漂移等。

线性度:指传感器输出与输入的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。

定义为实际特性曲线与拟合直线的最大偏差与满量程范围内满量程输出值的比值。

灵敏度:灵敏度是传感器静态特性的重要指标。

定义为产出量增量与引起增量的相应投入量增量之比。

灵敏度用S表示..

迟滞:当输入量由小变大，由大变小成为迟滞时，传感器的输入输出特性曲线不重合的现象。

对于同样大小的输入信号，传感器前后行程的输出信号大小不相等，这种差异称为迟滞差。

重复性:重复性是指当输入量在同一方向连续多次变化时，传感器获得的特征曲线的不一致性程度。

漂移:传感器的漂移是指在输入不变的情况下，传感器的输出随时间变化。这种现象叫漂移。

漂移的原因有两个:一是传感器本身的结构参数；第二，周边环境。

传感器动态特性

动态特性是指当传感器的输入发生变化时，传感器输出的特性。

在实践中，传感器的动态特性通常由它对一些标准输入信号的响应来表示。

这是因为传感器对标准输入信号的响应很容易用实验方法得到，而且它对标准输入信号的响应和它对任何输入信号的响应之间有一定的关系，后者往往可以通过知道前者来估计。

最常用的标准输入信号是阶跃信号和正弦信号，因此传感器的动态特性往往用阶跃响应和频率响应来表示。

传感器的线性度

通常传感器的实际静态特性输出是曲线而不是直线。

在实际工作中，为了使仪表具有均匀的刻度读数，往往用拟合直线来逼近实际的特性曲线，线性度就是这种近似程度的一个性能指标。

选择拟合线的方法有很多。

例如，将连接零输入和满量程输出点的理论直线作为拟合直线；或者把与特征曲线上各点的平方和偏差最小的理论直线作为拟合直线，称为最小二乘拟合直线。

以下是几种拟合方法的示意图。

理论拟合过零旋转拟合端点连接拟合

传感器灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态运行时输出变化△y与输入变化△x的比值。

它是输出-输入特性曲线的斜率。

如果传感器的输出和输入之间存在线性关系，则灵敏度s为常数。

否则会随着投入量的变化而变化。

敏感性的维度是产出和投入的维度比。

例如，当位移传感器的位移变化1毫米，输出电压变化到200毫伏时，其灵敏度应表示为200毫伏/毫米。

当传感器的输出和输入尺寸相同时，灵敏度可以理解为放大倍数。

通过提高灵敏度，可以获得更高的测量精度。

但灵敏度越高，测量范围越窄，稳定性越差。

传感器分辨率

分辨率是指传感器感受测量到的最小变化的能力。

即如果输入量从某个非零值慢慢变化。

当输入变化值不超过一定值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器无法分辨输入量的变化。

只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。

一般传感器的满量程范围内各点的分辨率是不同的，所以可以使输出在满量程范围内逐步变化的输入量的最大变化值往往作为衡量分辨率的指标。

如果上述指标以满量程的百分比表示，则称为分辨率。

分辨率与传感器的稳定性呈负相关。

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24千兆赫雷达传感器

24千兆赫雷达传感器通过发射和接收频率约为24.125千兆赫的微波来感应物体

24GHZ雷达传感器

存在，测量物体的移动速度、静止距离、角度等。，采用平面微带技术，体积小。

集成度高，感应灵敏，无接触。

24GHz雷达传感器是将微波回波信号转换成电信号的安装更换装置，是雷达速度计、水位计、汽车ACC辅助巡航系统、自动门传感器等的核心芯片。

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电阻式传感器

电阻式传感器是一种将被测物理量如位移、变形、力、加速度、湿度、温度等转换成电阻值的装置。

主要有电阻应变式、压阻式、热电阻式、热敏式、气敏式、湿敏式等电阻式传感器件。

称重单元

称重传感器是一种能将重力转化为电信号的力电转换装置，是电子秤的关键部件。

能实现力电转换的传感器有很多种，其中常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式。

电磁力型主要用于电子秤，电容型用于一些电子吊秤，大多数称重产品使用电阻应变式称重传感器。

该电阻应变式称重传感器结构简单、精度高、适用范围广，可在相对恶劣的环境中使用。

因此，电阻应变式称重传感器已广泛应用于衡器中。

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应变式传感器

传感器中的电阻应变片具有金属应变效应，即在外力作用下产生机械变形，使电阻值发生相应变化。

电阻应变计有两种类型:金属和半导体。金属应变计可分为线型、箔型和薄膜型。

半导体应变计具有灵敏度高、横向效应小的优点。

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压阻传感器

压阻传感器是根据半导体材料的压阻效应，在半导体材料衬底上扩散电阻而制成的器件。

衬底可以直接用作测量传感器，扩散电阻以桥的形式连接在衬底中。

当基板受到外力变形时，各个电阻值会发生变化，电桥会产生相应的不平衡输出。

用作压阻传感器的衬底材料主要是硅晶片和锗晶片，由硅晶片制成的硅压阻传感器作为敏感材料越来越受到重视，尤其是用于测量压力和速度的固体压阻传感器得到广泛应用。

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热阻传感器

热电阻测温是基于金属导体电阻值随温度升高而增大的特性。

大多数热电阻都是由纯金属材料制成的，目前使用最广泛的材料是铂和铜。此外，镍、锰和铑等材料已被用于制造热电阻。

热电阻传感器主要利用电阻值随温度变化的特性来测量温度和与温度相关的参数。

这种传感器更适合温度检测精度高的场合。

目前广泛使用的热电阻材料有铂、铜、镍等。具有电阻温度系数大、线性度好、性能稳定、使用温度范围宽、易于加工的特点。

用于测量-200℃ ~+500℃范围内的温度。

热阻传感器的分类:

1.NTC热电阻传感器:

这种传感器是负温度系数传感器，即传感器的电阻随着温度的升高而减小。

2.正温度系数热阻传感器:

这种传感器是正温度系数传感器，即传感器的电阻随着温度的升高而增大。

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激光传感器

激光测量传感器。

它由激光器、激光探测器和测量电路组成。

激光传感器是一种新型测量仪器，具有非接触式远距离测量、速度快、精度高、测量范围大、抗光、电干扰能力强等优点。

当激光传感器工作时，激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。

被目标反射的激光向四面八方散射。

部分散射光返回传感器接收器，由光学系统接收，并在雪崩光电二极管上成像。

雪崩光电二极管是一种具有内部放大功能的光学传感器，因此它可以检测极其微弱的光信号，并将其转换成相应的电信号。

利用激光的高方向性、高单色性和高亮度的特点，可以实现非接触式远距离测量。

激光传感器通常用于测量长度、距离、振动、速度、方向等物理量。它们也可用于探伤和监测大气污染物。

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温度传感器

1.室温管温度传感器:

室温传感器用于测量室内外环境温度，管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温度。

室温传感器和管式温度传感器形状不同，但温度特性基本相同。

根据温度特性，目前美国使用的室温管温度传感器有两种:1。常数B值为4100K±3%，参考电阻为25℃，对应的电阻为10kω±3%。

温度越高，电阻越小。温度越低，电阻越大。

离25℃越远，对应电阻的容差范围越大。0℃和55℃下的电阻容差约为7%。但是在0℃以下和55℃以上，不同供应商的电阻容差会有一定的差异。

温度越高，电阻越小。温度越低，电阻越大。

离25℃越远，对应电阻的容差范围越大。

2.排气温度传感器:

排气温度传感器用于测量压缩机顶部的排气温度。常数B值为3950K±3%，参考电阻为90℃，对应的电阻为5kω±3%。

3.模块温度传感器:模块温度传感器用于测量变频模块的温度。目前使用的温度传感器型号为602F-3500F，参考电阻为25℃，对应的电阻为6 kω 1%。

几个典型温度对应的电阻值为:-10℃→kω；0℃→kω；50℃→kω；90℃→Kω.

温度传感器种类很多，现在常用的是热电阻:PT100，PT1000，Cu50，Cu100；热电偶:B、E、J、K、S等。

温度传感器不仅种类繁多，而且组合多样，要根据不同的地方选择合适的产品。

测温原理:根据电阻的阻值和热电偶的电位随温度不同而有规律变化的原理，可以得到待测温度值。

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光敏传感器

光敏传感器是最常见的传感器之一。传感器种类繁多，包括光电池、光电倍增管、光敏电阻、光电晶体管、太阳能电池、红外传感器、紫外传感器、光纤光电传感器、颜色传感器、CCD和CMOS图像传感器等。

其敏感波长在可见光波长附近，包括红外波长和紫外波长。

光传感器不仅仅局限于光检测，还可以作为检测元件形成其他传感器，可以检测很多非电量，只要将这些非电量转化为光信号的变化即可。

光学传感器是目前输出最大、应用最广泛的传感器之一，在自动控制和非电测量技术中起着非常重要的作用。

最简单的光电传感器是光敏电阻，当光子撞击结时会产生电流。

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湿度传感器信息

聚合物电容式湿度传感器通常制作在绝缘基板上，如玻璃、陶瓷、硅和其他材料。电极采用丝网印刷或true 空涂布工艺制成，然后通过浸渍或其他方法在电极上涂上湿敏胶，制成电容元件。

在不同相对湿度的大气环境中，由于湿度敏感膜对水分子的吸附，导致湿度传感器的电容值有规律地变化，这是湿度传感器的基本机理。

聚合物电容元件的温度特性受温度影响，除了聚合物作为介质的介电常数ε和吸附水分子的介电常数ε外，还有元件的几何尺寸等因素受热膨胀系数的影响。

根据德拜理论，液体的介电常数ε是与温度和频率有关的无量纲常数。

水分子的ε在温度=5℃时为78.36，在温度=20℃时为79.63。

有机物的ε与温度的关系随材料而异，并不完全遵循比例关系。

ε在某些温度区域随t增大，在某些温度区域随t减小。

在聚合物湿敏电容元件的湿敏机理分析中，大多数文献认为聚合物的介电常数较小，例如聚酰亚胺在低湿度下的介电常数为3.0-3.8。

而且水分子的介电常数比高分子ε高几十倍。

因此，吸水后，由于水分子的偶极距离，吸水非均质层的介电常数大大提高，这是由多相介质的复合介电常数的加性决定的。

由于ε的变化，湿敏电容元件的电容c与相对湿度成正比。

在设计和制造过程中很难获得湿敏特性的整个湿程线性度。

作为电容器，聚合物介质膜的厚度d和平板电容器的有效面积s也与温度有关。

温度变化引起的介质几何尺寸变化会影响C值。

高聚物的平均热膨胀系数可以达到数量级。

比如硝化纤维的平均热膨胀系数为108x10-5/℃。

随着温度的升高，介质膜厚度D增加，对C有负贡献；然而，湿敏膜的膨胀增加了介质对水的吸附能力，也就是说，它对C有积极的贡献。

可以看出，湿敏电容的温度特性受多种因素支配，在不同的湿度范围内，温度漂移是不同的；不同的温度区有不同的温度系数。不同的湿敏材料具有不同的温度特性。

总之，聚合物湿度传感器的温度系数不是常数，而是变量。

因此，通常传感器制造商可以在-10-60℃的范围内线性化传感器，以减少温度对湿度传感器的影响。

聚酰胺树脂主要用于优质产品。产品结构总结如下:在硼硅酸盐玻璃或蓝宝石衬底上蒸镀制作金电极，然后喷涂湿敏介质材料形式的湿敏薄膜，再在薄膜上蒸镀金电极。

湿度传感器的电容与相对湿度成正比，线性度约为2%。

虽然湿度测量性能尚可，但其耐温性和耐腐蚀性并不理想。当用于工业领域时，其使用寿命、耐温性、稳定性和耐腐蚀性需要进一步提高。

陶瓷湿度传感器是近年来蓬勃发展的一种新型传感器。

其优点是耐高温、湿度滞后、响应速度快、体积小、便于大规模生产。但由于多孔材料，对灰尘影响大，日常维护频繁，经常需要电加热清洗，容易影响产品质量，受湿度影响。低湿度和高温环境下线性度差，特别是使用寿命短，长期可靠性差，是这类湿度传感器亟待解决的问题。

目前，在湿度传感器的开发和研究中，电阻式湿度传感器应该是最适合湿度控制领域的。其代表产品氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长等诸多重要优点。氯化锂湿度传感器已有50多年的生产和研究历史，产品种类和制造方法多种多样，都应用了氯化锂湿度传感液的各种优点，尤其是稳定性最强。

氯化锂湿敏器件属于电解质湿敏材料。在众多的湿敏材料中，人们首先关注并应用于制造湿敏器件。根据等效电导，氯化锂电解质的湿敏液随着溶液浓度的增加而减少。

电解液溶于水，降低了水面的水汽压力，从而实现湿度传感。

氯化锂湿度传感器的基板结构分为柱状结构和敷料。涂有氯化锂聚乙烯醇的湿敏液和金电极是氯化锂湿度传感器的三个组成部分。

多年来，产品产量不断提高，产品性能不断提高。氯化锂湿度传感器独特的长期稳定性是其他湿敏材料不可替代的，也是湿度传感器最重要的性能。

在产品的生产过程中，湿敏混合溶液的配制和工艺的严格控制是保持和发挥这一特性的关键。

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磁滞特性

迟滞特性表示传感器的输出-输入特性曲线在正向和反向冲程之间的不一致程度，通常用两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出f s的百分比来表示。

滞后可能是由传感器内部组件中存在的能量吸收引起的。

界面传感器

Veidemyuller传感器/执行器接口产品可以通过安装相应的总线协议适配器直接连接到现场总线。

它可以支持Profibus-DP、CANopen、DeviceNet、Interbus和ASi现场总线协议。

无源传感器/执行器接口产品

防护等级达到IP68，无需防护直接安装即可。

节省安装材料、时间和空。

提供4.6.8分配器，每个分配器有3针、4针和5针结构。

有接线盖式和电缆预制式。

也可提供带金属外壳的产品，适用于食品行业。

带有信号和电源指示。

主动传感器/执行器接口产品

SAI产品可以通过安装相应的总线协议适配器直接连接到现场总线。

它可以支持Profibus-DP、CANopen、DeviceNet、Interbus和ASi现场总线协议。

提供两种防护等级的产品:IP67和IP68。

提供五种输入输出产品:8DI、8DO、8DI/4DO、16DI、8DI/8DO。

传感器的发展趋势

采用新原理，开发新传感器

大力发展物理传感器

传感器集成

多功能传感器

传感器的智能化

研究生物感官和开发仿生传感器。

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工作流程示例

向传感器提供15V电源，激励电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，通过TDA2030功率放大器产生交流激励电源，通过能量环变压器T1从静止的初级线圈传输到旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到5v DC电源，作为运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589和双运算放大器AD822组成的高精度稳压电源产生4.5V的精密DC电源，作为电桥电源和放大器及V/F转换器的工作电源。

当弹性轴扭转时，应变桥检测到的mV级应变信号经仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号，再经V/F转换器LM131转换成频率信号，经信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传输到静止的次级线圈，再经外壳上的信号处理电路滤波整形， 从而获得与弹性轴承扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平，可提供给特殊的二次仪表或频率。

由于解析器动环和静环之间的间隙只有十分之几毫米，传感器轴的上部密封在金属外壳中，形成有效的屏蔽，抗干扰能力强。