傳感器原理及種類介紹

1、傳感器原理及種類介紹年度教育訓練一、 傳感器的基礎知識1、 傳感器的定義 國家標準 GB7665-87 對傳感器下的定義是： “ 能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成 ” 。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。2、 傳感器的分類2.、按傳感器的被測物理量分類，可分為位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等傳感器。2.、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感

2、、電壓、霍爾、光電、光柵熱電偶等傳感器。 2.、按傳感器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量（ “ ” 和 “ ” 或 “ 開 ” 和 “ 關 ” ）的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。二、 傳感器的原理1、 應變式電阻傳感器電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是應變式電阻傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻

3、值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執(zhí)行機構。 電阻應變片的工作原理      金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示： 式中：金屬導體的電阻率（·cm2/m）      S導體的截面積（cm2）  L導體的長度（m）我們以金

4、屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情況。2、 電容式傳感器電容式傳感器是一個具有可變參數(shù)的電容器。多數(shù)場合下，電容是有兩個金屬平行板組成并且以空氣為介質，如圖1所示。 圖1有兩個平行板組成的電容器的電容量為 式中板間介質的電容常數(shù)；A兩平行板所覆蓋的面積；d兩平行板間的距離C電容量當被測參數(shù)使得上式中的A、d

5、或發(fā)生變化時，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉換為電容量的變化。因此，電容量的變化的大小與被測參數(shù)的大小成比例。在實際使用中電容式傳感器常以改變平行板間距d來進行測量，因為這樣獲得的測量靈敏度高于改變其它參數(shù)的電容傳感器的靈敏度。改變平行板間距d的傳感器可以測量微米數(shù)量級的位移，而改變面積A的傳感器只適用于測量厘米數(shù)量級的位移。3、 脈沖式編碼器脈沖式編碼器的圓盤上等角距地開有兩道縫隙，內外圈（A,B）的相鄰兩縫距離錯開半條縫寬；另外在某一徑向位置，一般在內外兩圈之內外，開有一狹縫，表示碼盤的零位。在它們的相對兩側面分別安裝光源和光電接收元

6、件，如圖2所示。當轉動盤時，光線經(jīng)過透光和不透光的區(qū)域，每個碼道將有一系列光電脈沖由光電元件輸出，碼道上有多少縫隙就有多少個脈沖輸出。 圖2 脈沖式編碼器4、 熱電偶傳感器熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應,即兩種不同成分的導體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。熱電偶測溫基本原理：將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，如圖3所示。當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 圖35、 光電傳感器光電傳感器是指能夠將

7、可見光轉換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小（µA），稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結反偏，發(fā)射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電