2022年傳感器的應(yīng)用論文

1、- -傳感器的應(yīng)用 高二 11陳遠(yuǎn)杰 指導(dǎo)老師：【關(guān)鍵字】傳感器原理應(yīng)用【摘要】 對(duì)傳感器下的定義是： “ 能感受規(guī)定的被測(cè)量件并依據(jù)肯定的規(guī)律轉(zhuǎn) 換成可用信號(hào)的器件或裝置,通常由敏銳元件和轉(zhuǎn)換元件組成；1 傳感器及其工作原理 1.1什么是傳感器 1.1.1傳感器的定義 英文名稱(chēng)： transducer / sensor 國(guó)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)量件并依據(jù)肯定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置,通常由敏銳元件和轉(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, 按肯定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,以滿(mǎn)意

2、信息的傳輸、 處理、儲(chǔ)備、顯示、記錄和掌握等要求；它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)掌握的首要環(huán)節(jié)；“ 傳感器在新韋式大詞典中定義為：“ 從一個(gè)系統(tǒng)承擔(dān)功率,通常以另一種形式將功率送到其次個(gè)系統(tǒng)中的器 件；依據(jù)這個(gè)定義,傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式,所以不少學(xué)者也用“ 換能器1.2功能Transducer來(lái)稱(chēng)謂“ 傳感器 Sensor；- word.zl- -常將傳感器的功能與人類(lèi) 光敏傳感器視覺(jué) 聲敏傳感器聽(tīng)覺(jué) 氣敏傳感器嗅覺(jué) 化學(xué)傳感器味覺(jué)5 大感覺(jué)器官相比較：壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺(jué) 1.2.1敏銳元件的分類(lèi) ：物理類(lèi),基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)；化學(xué)類(lèi),基于化學(xué)反響的原

3、理；生物類(lèi),基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能；通常據(jù)其根本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線(xiàn)敏銳元件、色敏元件和味敏元件等十大 類(lèi)仍有人曾將敏銳元件分 46 類(lèi)；1.2.2常見(jiàn)的元件 光敏電阻 光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管,常用的制作材料為硫化鎘,另外仍有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料； 這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照耀下,其阻值快速減小的特性； 這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參加導(dǎo)電,在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng),電子奔向電源的正極, 空穴奔向電源的負(fù)極, 從而使光敏電阻器的阻值 快速下降；熱敏電阻和金屬熱電阻 除了光照以外,溫度也能明顯地影響

4、金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能；- word.zl- -金屬的電阻率隨溫度的上升而增大；用金屬絲可以制作溫度傳感器,稱(chēng)為熱電阻；常用的一種熱電阻是用鉑制作的；與金屬不同, 有些半導(dǎo)體在溫度上升時(shí)導(dǎo)電才能增強(qiáng), 因此可以用半導(dǎo)體材料制作熱敏電阻；有一種熱敏電阻是用氧 化錳等金屬氧化物燒結(jié)而成的, 它的電阻隨溫度的變化特別明顯；與熱敏電阻相 比,金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)固性好,測(cè)溫范疇大,但靈敏度較差；霍爾元件 詳見(jiàn)人教版高中物理選修 3-2 2 傳感器的應(yīng)用 傳感器輸出的電信號(hào)相當(dāng)柔弱, 難以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去掌握動(dòng)作, 因此要把這個(gè)電 信號(hào)放大； 假如需要遠(yuǎn)距離傳送, 可能仍要把它轉(zhuǎn)換成其他電信號(hào)一抵擋

5、外界干 擾；從傳感器獲得信號(hào)后, 可以用指針式電表或液晶板等顯示測(cè)量的數(shù)據(jù)；也可以用- word.zl- -來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器或其他元件, 來(lái)執(zhí)行諸如翻開(kāi)管道的閥門(mén), 開(kāi)通或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)等動(dòng)作；仍可以由運(yùn)算機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)展處理,發(fā)出更復(fù)雜的指令；2.1 常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用2.1.1 力傳感器的應(yīng)用電子稱(chēng)我們常常見(jiàn)到的電子稱(chēng),小的用來(lái)稱(chēng)量食物的重量,大的可以稱(chēng)量汽車(chē)、火車(chē)的重量； 它所使用的測(cè)力裝置是力傳感器；常用的一種力傳感器是由金屬梁和應(yīng)變片組成； 應(yīng)變片是一種敏銳元件, 現(xiàn)在多用半導(dǎo)體材料制成； 詳見(jiàn)人教版高 中物理選修 3-2 2.1.2 溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗 電熨斗在到達(dá)設(shè)定溫度后就不再升溫

6、,當(dāng)溫度降低時(shí)又會(huì)連續(xù)加熱,使它 總與設(shè)定溫度相差不多； 在熨燙不同的織物時(shí), 設(shè)定的溫度可以不同； 進(jìn)展這樣的掌握,靠的是溫度傳感器；詳見(jiàn)人教版高中物理選修3-2 word.zl- - -2.1.3 光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器很多會(huì)議室和賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報(bào)警器；有一種火災(zāi)報(bào)警器是利用煙霧對(duì)光的散射來(lái)工作的；如圖帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED 、光電三極管和不透亮的擋板；平常,光電三極管收不到 LED 發(fā)出的光,呈高電阻狀態(tài)；煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用, 使局部光線(xiàn)照耀到光電三級(jí)板上,連接的電路檢測(cè)出這種變化,就會(huì)發(fā)出警報(bào)；2.2 各種傳感器及其原理 電阻式傳感器其電阻變??； 與

7、傳感器電阻式傳感器是將被測(cè)量,如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些 物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件；主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、- word.zl- -熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件；稱(chēng)重傳感器引稱(chēng)重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力-電轉(zhuǎn)換裝置,是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件； 能夠?qū)崿F(xiàn)力 -電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種, 常見(jiàn)的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等；電磁力式主要用于電子天平,電容式用于局部電子吊秤,而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的仍是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器；電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器構(gòu)造較簡(jiǎn)潔,精確度高,適用面廣,且能夠在相比照較差的環(huán)境下使用；因此電 阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器在衡器中得到了

8、廣泛地運(yùn)用；電阻應(yīng)變式傳感器 傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng),即在外力作用下產(chǎn)生氣械形 變,從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化；電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類(lèi),金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分；半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高通常 是絲式、箔式的幾十倍 、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)；壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是依據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件； 其基片可直接作為測(cè)量傳感元件,擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式；當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí),各電阻值將發(fā)生變化, 電橋就會(huì)產(chǎn) 生相應(yīng)的不平穩(wěn)輸出；用作壓阻式傳感器的基片 或稱(chēng)膜片 材料主要為硅片和鍺片, 硅片為敏銳材料而制成

9、的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視,固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍；熱電阻傳感器特別是以測(cè)量壓力和速度的- word.zl- -熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)展 溫度測(cè)量的；熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應(yīng)用最多的是鉑和銅,此外,現(xiàn)在已開(kāi)場(chǎng)采納鎳、錳和銠等材料制造熱電阻；熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及 與溫度有關(guān)的參數(shù)；在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合,這種傳感器比較適用；目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等,它們具有電阻溫度系數(shù)大、 線(xiàn)性好、性能穩(wěn)固、使用溫度范疇寬、加工簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)；用于測(cè)量-200 +500范疇內(nèi) 的溫度；激

10、光傳感器 利用激光技術(shù)進(jìn)展測(cè)量的傳感器； 它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成；激光傳感器是新型測(cè)量外表, 它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量,速度快, 精 度高,量程大,抗光、電干擾才能強(qiáng)等；激光傳感器工作時(shí), 先由激光發(fā)射二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖；經(jīng)目標(biāo)反 射后激光向各方向散射； 局部散射光返回到傳感器接收器,被光學(xué)系統(tǒng)接收后成 像到雪崩光電二極管上；雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感 器,因此它能檢測(cè)極其柔弱的光信號(hào),并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)；利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量；激光傳感器常用于長(zhǎng)度ZLS-Px、距離 LDM4x 、振動(dòng) ZLDS

11、10X 、速度LDM30 x、方位等物理量的測(cè)量,仍可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等；霍爾傳感器霍爾傳感器是依據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面； 霍爾效應(yīng)是討論半導(dǎo)體材料性能的根本方- word.zl- -法；通過(guò)霍爾效應(yīng)試驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù),能夠判定半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)；霍爾傳感器分為線(xiàn)性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種；一線(xiàn)性型霍爾傳感器由霍爾元件、線(xiàn)性放大器和射極跟隨器組成,它輸出模擬量；二開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器,斯密特觸發(fā)器 和輸出級(jí)組成,它輸出數(shù)字量；霍爾電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化

12、而變化,磁場(chǎng)越強(qiáng),電壓越高,磁場(chǎng)越弱,電壓 越低；霍爾電壓值很小,通常只有幾個(gè)毫伏,但經(jīng)集成電路中的放大器放大,就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)；假設(shè)使霍爾集成電路起傳感作用,需要用機(jī)械的方法來(lái)轉(zhuǎn)變磁場(chǎng)強(qiáng)度； 以下圖所示的方法是用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為掌握 磁通量的開(kāi)關(guān), 當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí),磁場(chǎng)偏離 集成片,霍爾電壓消逝；這樣,霍爾集成電路的輸出電壓的變化,就能表示出葉 輪驅(qū)動(dòng)軸的某一位置, 利用這一工作原理, 可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時(shí)傳感器；霍爾效應(yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器,點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情形；溫度傳感器它要有外加電源才能工作, 這一特1室溫管溫

13、傳感器：室溫傳感器用于測(cè)量室內(nèi)和室外的環(huán)境溫度,管溫傳感器用于測(cè)量蒸發(fā)器和冷凝器的管壁溫度；室溫傳感器和管溫傳感器的外形不同,但溫度特性根本一樣； 按溫度特性劃分, 目前美的使用的室溫管溫傳感器 有二種類(lèi)型： 1.常數(shù) B 值為 4100K 3%,基準(zhǔn)電阻為 25對(duì)應(yīng)電阻 10K 3%；溫度越高,阻值越??；溫度越低,阻值越大；離25越遠(yuǎn),對(duì)應(yīng)電阻公差范疇- word.zl- -越大；在 0和 55對(duì)應(yīng)電阻公差約為7%；而 0以下及 55以上,對(duì)于不同的供應(yīng)商,電阻公差會(huì)有肯定的差異；溫度越高,阻值越??；溫度越低,阻值越 大；離 25越遠(yuǎn),對(duì)應(yīng)電阻公差范疇越大；2排氣溫度傳感器：排氣溫度傳感器用

14、于測(cè)量壓縮機(jī)頂部的排氣溫度,常數(shù) B 值為 3950K 3%,基準(zhǔn)電阻為 90對(duì)應(yīng)電阻 5K 3%；3、模塊溫度傳感器：模塊溫度傳感器用于測(cè)量變頻模塊IGBT 或 IPM的溫度,目前用的感溫頭的型號(hào)是602F-3500F,基準(zhǔn)電阻為 25對(duì)應(yīng)電阻 6K 1%；幾個(gè)典型溫度的對(duì)應(yīng)阻值分別是：-10 25.897 28.623K ；016.3248 17.7164K ；502.3262 2.5153K ；900.6671 0.7565K ；無(wú)線(xiàn)溫度傳感器無(wú)線(xiàn)溫度傳感器將掌握對(duì)象的溫度參數(shù)變成電信號(hào),并對(duì)接收終端發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號(hào),對(duì)系統(tǒng)實(shí)行檢測(cè)、調(diào)劑和掌握；可直接安裝在一般工業(yè)熱電阻、熱電偶的 接線(xiàn)盒內(nèi)

15、,與現(xiàn)場(chǎng)傳感元件構(gòu)成一體化構(gòu)造；通常和無(wú)線(xiàn)中繼、接收終端、通信 串口、電子運(yùn)算機(jī)等配套使用, 這樣不僅節(jié)約了補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)和電纜,而且削減了信號(hào)傳遞失真和干擾,從而獲的了高精度的測(cè)量結(jié)果；無(wú)線(xiàn)溫度傳感器廣泛應(yīng)用于化工、冶金、石油、電力、水處理、制藥、食品等自動(dòng)化行業(yè)；例如：高壓電纜上的溫度采集； 水下等惡劣環(huán)境的溫度采集；運(yùn)動(dòng)物體上的溫度采集； 不易連線(xiàn)通過(guò)的空間傳輸傳感器數(shù)據(jù)；單純?yōu)榻档筒季€(xiàn)本錢(qián)選用的數(shù)據(jù)采集方案；沒(méi)有溝通電源的工作場(chǎng)合的數(shù)據(jù)測(cè)量；便攜式非固定場(chǎng)所數(shù)據(jù)測(cè)量；智能傳感器- 智能傳感器的功能是通過(guò)模擬人的感官和大腦的和諧動(dòng)作,結(jié)合長(zhǎng)期以來(lái)測(cè)word.zl- -試技術(shù)的討論和實(shí)際經(jīng)受而提出來(lái)的；是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能單元, 它的顯現(xiàn)對(duì)原先硬件性能苛刻要求有所減輕,而靠軟件幫忙可以使傳感器的性能大幅度提 高；光敏傳感器 光敏傳感器是最常見(jiàn)的傳感器之一,它的種類(lèi)繁多,主要有：光電管、光電 倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽(yáng)能電池、紅外線(xiàn)傳感器、紫外線(xiàn)傳感器、光纖式光電傳感器、顏色傳感器、CCD 和 CMOS 圖像傳感器等；它的敏銳波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)鄰近, 包括紅外線(xiàn)波長(zhǎng)和紫外線(xiàn)波長(zhǎng)； 光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè),它仍可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器,對(duì)很多非電量進(jìn)展檢測(cè), 只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可；光傳感器是目前產(chǎn)量最多、 應(yīng)用最廣的傳 感器之一,