傳感器課件緒論2用于合班VIP

1、課課 程程 簡簡 介介北京化工大學信息科學與技術學院測控系北京化工大學信息科學與技術學院測控系 傳感器原理傳感器原理專業(yè)必修專業(yè)必修 專業(yè)選修專業(yè)選修64學時（授課學時（授課44學時學時 實驗實驗20學時）學時）48學時（授課學時（授課40學時學時 實驗實驗8學時）學時）4學分學分 3學分學分學期末閉卷考試學期末閉卷考試課程名稱：課程名稱：課程性質：課程性質：課程總學時：課程總學時：課程總學分：課程總學分：考試方法：考試方法：著譯者：王化祥、張淑英著譯者：王化祥、張淑英出版社：天津大學出版社出版社：天津大學出版社書號：書號：ISBN 7-5618-1142-X版次：版次：0209 開本：開本：

2、185mm260mm 頁數：頁數：328 裝幀：平裝裝幀：平裝 課程用教材課程用教材傳感器原理及應用傳感器原理及應用（修訂版）（修訂版） 王化祥王化祥 天津大學出版社天津大學出版社教材與上課內容的銜接問題教材與上課內容的銜接問題課上內容與教材不同步、不能完全覆課上內容與教材不同步、不能完全覆蓋、圖書館借不到參考書目等問題蓋、圖書館借不到參考書目等問題可參考課件可參考課件 推薦參考書目推薦參考書目課程內容課程內容講課學時講課學時實驗學時實驗學時緒論緒論 第第1章章 傳感器的一般特性傳感器的一般特性 第第2章章 電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器 第第3章章 電電容容式傳感器式傳感器 第第4章章 電

3、電感感式傳感器式傳感器第第5章章 磁電式傳感器磁電式傳感器 第第6章章 壓電式傳感器壓電式傳感器 第第7章章 光電式傳感器光電式傳感器 第第8章章 光纖傳感器光纖傳感器第第9章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第第10章章 波式傳感器波式傳感器復習復習 考試考試授課方式授課方式本課程講課內容以傳感器的本課程講課內容以傳感器的基本原理及應用為主，分析以定性基本原理及應用為主，分析以定性分析為主、定量分析為輔；分析為主、定量分析為輔；不深入講解所涉及的電路。不深入講解所涉及的電路。教學手段教學手段采用電化教學采用電化教學教學實驗教學實驗本次教學，實驗室配備了傳感器綜合實驗設備，為學生提供良好本次教學，實

4、驗室配備了傳感器綜合實驗設備，為學生提供良好的實驗條件。的實驗條件。要求要求聽課、記筆記、交作業(yè)；做實驗、交實驗報告。聽課、記筆記、交作業(yè)；做實驗、交實驗報告。學習成績（百分制）學習成績（百分制）成績成績 = 作業(yè)成績作業(yè)成績 + 實驗成績實驗成績 + 考試成績考試成績 10% 15% 75%緒緒 論論北京化工大學信息科學與技術學院測控系緒論緒論一、傳感器的概念一、傳感器的概念二、傳感器的定義二、傳感器的定義三、傳感器的組成三、傳感器的組成四四、傳感器的分類及要求、傳感器的分類及要求 五、傳感器的發(fā)展趨勢五、傳感器的發(fā)展趨勢 緒論緒論一、傳感器的概念一、傳感器的概念緒論在工業(yè)生產過程和科學實驗

5、中，為了對各種變量進行檢測和控制，首在工業(yè)生產過程和科學實驗中，為了對各種變量進行檢測和控制，首先要感受到這些變量，然后再把其轉換成便于傳送的信號，完成這一先要感受到這些變量，然后再把其轉換成便于傳送的信號，完成這一工作的裝置稱為工作的裝置稱為“傳感器傳感器”。 現代工業(yè)生產即自動化生產過程中，用各種傳感器測取生產過程中的現代工業(yè)生產即自動化生產過程中，用各種傳感器測取生產過程中的各個參數，采用自動控制，使生產過程處在正常狀態(tài)，使產品質量達各個參數，采用自動控制，使生產過程處在正常狀態(tài)，使產品質量達到最好、數量達到最多。同時獲得最大效益。到最好、數量達到最多。同時獲得最大效益。沒有傳感器無法實

6、現現代化生產沒有傳感器無法實現現代化生產。傳感器是現代測控系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，它傳感器是現代測控系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，它 處于處于被測控對象和測控系統(tǒng)被測控對象和測控系統(tǒng)之間的位置，之間的位置，是系統(tǒng)信息輸入的源頭（即原始信息），是系統(tǒng)進行分是系統(tǒng)信息輸入的源頭（即原始信息），是系統(tǒng)進行分析、判斷、處理、調控和決策的依據。析、判斷、處理、調控和決策的依據。信息時代的今天，利用、使用信息，首先要解決的就是獲取信息，傳信息時代的今天，利用、使用信息，首先要解決的就是獲取信息，傳感器是獲取自然科學領域中信息的主要途徑和手段。感器是獲取自然科學領域中信息的主要途徑和手段?，F場控制室現場生產過程生產過程控控

7、制制 儀儀 表表基基地地式式調調節(jié)節(jié)器器氣氣動動單單元元組組合合儀儀表表電電動動單單元元組組合合儀儀表表組組裝裝式式儀儀表表可可編編程程控控制制器器PLC可可編編程程調調節(jié)節(jié)器器分分散散型型控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)DCS緊緊急急停停車車系系統(tǒng)統(tǒng)ESD安安全全控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)FSC顯顯 示示 儀儀 表表指指示示儀儀表表記記錄錄儀儀累累積積儀儀表表報報警警器器屏屏幕幕顯顯示示執(zhí)行器執(zhí)行器氣動調節(jié)閥氣動調節(jié)閥電動調節(jié)閥電動調節(jié)閥檢檢 測測 儀儀 表表流流量量壓壓力力物物位位溫溫度度成分分析成分分析傳感器傳感器在基礎科學研究中，傳感器具有更重要的地位在基礎科學研究中，傳感器具有更重要的地位緒論現代科學技術的發(fā)

8、展開拓了許多新領域現代科學技術的發(fā)展開拓了許多新領域如：如：宏觀上觀察上千億光年的茫茫宇宙，宏觀上觀察上千億光年的茫茫宇宙，微觀觀察小到微觀觀察小到10的負幾十次立方米（的負幾十次立方米（M3）的粒子；）的粒子；縱向（時間跨度）要觀察長達數十億萬年的天體演化，短到縱向（時間跨度）要觀察長達數十億萬年的天體演化，短到10-24秒的瞬間反應。秒的瞬間反應。蜘蛛星云 暗物質的直接證據 目前，傳感器的應用早已滲透到各個領域，目前，傳感器的應用早已滲透到各個領域，如工業(yè)農業(yè)生產、宇宙探索、海洋開發(fā)、環(huán)境保護、資源勘探、醫(yī)如工業(yè)農業(yè)生產、宇宙探索、海洋開發(fā)、環(huán)境保護、資源勘探、醫(yī)療衛(wèi)生等極其廣泛的領域中。

9、療衛(wèi)生等極其廣泛的領域中。在基礎科學研究中，傳感器具有更重要的地位在基礎科學研究中，傳感器具有更重要的地位緒論此外，人類極大發(fā)展了對物質、事物的此外，人類極大發(fā)展了對物質、事物的深化深化認識，認識，出現新能源、新材料等具有重要作用的各種尖端技術的研究，出現新能源、新材料等具有重要作用的各種尖端技術的研究，如：如：超高溫、超低溫、超高壓、超真空、超強磁場、超弱磁場、超重超高溫、超低溫、超高壓、超真空、超強磁場、超弱磁場、超重力、超失重等。力、超失重等。顯然，要取得尖端技術方面的研究成果，必須獲取相關信息，沒有顯然，要取得尖端技術方面的研究成果，必須獲取相關信息，沒有相應的傳感器是不可能的。相應的

10、傳感器是不可能的。許多基礎科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，許多基礎科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，甚至阻礙了人類對事物的認識。甚至阻礙了人類對事物的認識。傳感器原理是一門綜合科學傳感器原理是一門綜合科學緒論本門課涉及本門課涉及數學數學化學化學物理（核物理學、量子物理、力學、光學等）物理（核物理學、量子物理、力學、光學等）電學（電工學、電子學、微電子學、電磁學等）電學（電工學、電子學、微電子學、電磁學等）電化學電化學材料學材料學仿生學仿生學計算機（微型計算機）計算機（微型計算機）微電子加工微電子加工通訊通訊總線技術等科學總線技術等科學正是這個原因，也是不易掌握

11、的一門課程正是這個原因，也是不易掌握的一門課程二、傳感器的定義二、傳感器的定義傳感器的定義：傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律轉換成可用的輸出信號的器件或裝置。能感受規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律轉換成可用的輸出信號的器件或裝置。摘自國標 GB 665-87緒論傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于應用的某種物理量的測量裝置。便于應用的某種物理量的測量裝置。 包含了以下幾方面的意思：包含了以下幾方面的意思：傳感器是測量裝置，能完成規(guī)定的檢測任務；傳感器是測量裝置，能完成規(guī)定的檢測任務；它的輸入量是

12、某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等物量等它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉換、處理、顯它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電物理量，通常是電物理量；示等，這種量可以是氣、光、電物理量，通常是電物理量；輸出輸入有對應關系（一般要求為線性關系），且應有一定的精度。輸出輸入有對應關系（一般要求為線性關系），且應有一定的精度。三、傳感器的組成三、傳感器的組成傳感器的組成：通常由敏感元件、轉換元件和測量電路傳感器的組成：通常由敏感元件、轉換元件和測量電路組成，有時還需要加輔助電

13、源。組成，有時還需要加輔助電源。敏感元件是指直接感受或響應被測量的部分敏感元件是指直接感受或響應被測量的部分轉換元件是指將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸轉換元件是指將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分或測量的電信號部分緒論敏感元件敏感元件 被測量被測量傳感器的組成傳感器的組成轉換元件轉換元件 非電量非電量測量電路測量電路 電量電量輔助電源輔助電源 測量電路是指將轉換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控測量電路是指將轉換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號的電路制和處理的有用電信號的電路四、傳感器的分類及要求四、傳感器的分類及要求傳感器種類繁

14、多，分類的方法五花八門。傳感器種類繁多，分類的方法五花八門。被測量被測量 派派 生生 的的 被被 測測 量量 熱工量熱工量 溫度、熱量、比熱、壓力、真空度、流量、流速、風速溫度、熱量、比熱、壓力、真空度、流量、流速、風速 機械量機械量 位移、尺寸、形狀、力、應力、力矩、振動、加速度、位移、尺寸、形狀、力、應力、力矩、振動、加速度、 噪音、角度、表面粗糙度噪音、角度、表面粗糙度 物理量物理量 粘度、濕度、密度、分子量粘度、濕度、密度、分子量 化學量化學量 氣體（液體）化學成分、濃度、鹽度、氣體（液體）化學成分、濃度、鹽度、PH 值值 生物量生物量 心音、血壓、體溫、心電流、眼壓、腦電波、氣流量、

15、脈搏心音、血壓、體溫、心電流、眼壓、腦電波、氣流量、脈搏 光學量光學量 光強、光通量、輻射能量光強、光通量、輻射能量 緒論按被測量分類按被測量分類:按測量原理分類：按測量原理分類：測量原理測量原理 傳傳 感感 器器 變電阻變電阻 電位器式、應變式、壓阻式、光敏、熱敏電位器式、應變式、壓阻式、光敏、熱敏 變磁阻變磁阻 電感式、差動變壓器式、渦流式電感式、差動變壓器式、渦流式 變電容變電容 電容式、濕敏電容式、濕敏 變諧振頻率變諧振頻率 振動膜（筒、弦、梁）式振動膜（筒、弦、梁）式 變電荷變電荷 壓電式壓電式 變電勢變電勢 霍爾式、感應式、熱電式霍爾式、感應式、熱電式 核放射核放射 射線式射線式

16、超聲、微波超聲、微波 波式波式 緒論講課是按測量原理分類安排其章節(jié)的。講課是按測量原理分類安排其章節(jié)的。按構成原理分類：按構成原理分類：結構型傳感器和物性型傳感器結構型傳感器和物性型傳感器結構型傳感器：是以其轉換元件結構參數變化實現信號轉換結構型傳感器：是以其轉換元件結構參數變化實現信號轉換的，主要有：應變電阻式、電感式、電容式及磁電式等。的，主要有：應變電阻式、電感式、電容式及磁電式等。物性型傳感器：是以其轉換元件物理特性變化實現信號轉換，物性型傳感器：是以其轉換元件物理特性變化實現信號轉換，主要包括：光電式、壓電式、熱電式等。主要包括：光電式、壓電式、熱電式等。無論何種傳感器，作為測量和控

17、制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，通常都必無論何種傳感器，作為測量和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，通常都必須具有快速、準確、可靠的性能和低廉的價格。須具有快速、準確、可靠的性能和低廉的價格。 測量范圍或量程足夠大，有一定的過載能力測量范圍或量程足夠大，有一定的過載能力 輸出輸入信號成線性關系輸出輸入信號成線性關系 靜態(tài)響應和動態(tài)響應能滿足使用要求靜態(tài)響應和動態(tài)響應能滿足使用要求 成本低，壽命長，易于使用、維修和調校成本低，壽命長，易于使用、維修和調校 自檢、自診斷、通信、智能、微功耗功能自檢、自診斷、通信、智能、微功耗功能緒論對傳感器的要求對傳感器的要求 測量精度高、性能穩(wěn)定可靠測量精度高、性能穩(wěn)定可靠五、傳感器的發(fā)展

18、趨勢五、傳感器的發(fā)展趨勢現代科學技術的迅猛發(fā)展為傳感器及檢測技術的進步和發(fā)展創(chuàng)造了條現代科學技術的迅猛發(fā)展為傳感器及檢測技術的進步和發(fā)展創(chuàng)造了條件。同時，也不斷地向傳感器提出更新更高的要求。件。同時，也不斷地向傳感器提出更新更高的要求。計算機、電子、通訊、微電子加工技術以及基礎理論的發(fā)展，使得傳計算機、電子、通訊、微電子加工技術以及基礎理論的發(fā)展，使得傳感器得到了劃時代的進步和發(fā)展。感器得到了劃時代的進步和發(fā)展。緒論傳感器向高性能高指標方向發(fā)展傳感器向高性能高指標方向發(fā)展智能化智能化數字化數字化微型化微型化網絡化網絡化多功能化多功能化一體化一體化集成化集成化微功耗微功耗緒論傳感器的發(fā)展與自動化裝置的發(fā)展相比差距較大。其原因是：