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(xùn)練一、 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)1、 傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn) GB7665-87 對(duì)傳感器下的定義是： “ 能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ” 。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。2、 傳感器的分類2.、按傳感器的被測(cè)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(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（ “ ” 和 “ ” 或 “ 開 ” 和 “ 關(guān) ” ）的開關(guān)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(yīng)變式電阻傳感器電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是應(yīng)變式電阻傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)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(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 電阻應(yīng)變片的工作原理      金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示： 式中：金屬導(dǎo)體的電阻率（·cm2/m）      S導(dǎo)體的截面積（cm2）  L導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）我們以金

4、屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。2、 電容式傳感器電容式傳感器是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。多數(shù)場(chǎng)合下，電容是有兩個(gè)金屬平行板組成并且以空氣為介質(zhì)，如圖1所示。 圖1有兩個(gè)平行板組成的電容器的電容量為 式中板間介質(zhì)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(dāng)被測(cè)參數(shù)使得上式中的A、d

5、或發(fā)生變化時(shí)，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變而僅改變其中一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。因此，電容量的變化的大小與被測(cè)參數(shù)的大小成比例。在實(shí)際使用中電容式傳感器常以改變平行板間距d來進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)檫@樣獲得的測(cè)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(cè)量微米數(shù)量級(jí)的位移，而改變面積A的傳感器只適用于測(cè)量厘米數(shù)量級(jí)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(nèi)外圈（A,B）的相鄰兩縫距離錯(cuò)開半條縫寬；另外在某一徑向位置，一般在內(nèi)外兩圈之內(nèi)外，開有一狹縫，表示碼盤的零位。在它們的相對(duì)兩側(cè)面分別安裝光源和光電接收元

6、件，如圖2所示。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤時(shí)，光線經(jīng)過透光和不透光的區(qū)域，每個(gè)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(gè)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(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。熱電偶測(cè)溫基本原理：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖3所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。 圖35、 光電傳感器光電傳感器是指能夠?qū)?/p>

7、可見光轉(zhuǎn)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(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)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(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很?。?#181;A），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，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(chǎng)的作用下，光電載流子參于導(dǎo)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(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)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(gè)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(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電