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”。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、

2、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)。 “傳感器”在新韋式大詞典中定義為： “從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。 根據(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transducer”來(lái)稱(chēng)謂“傳感器sensor”。精品.1.2功能常將傳感器的功能與人類(lèi)5大感覺(jué)器官相比擬： 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) 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺(jué) 1.2.1敏感元件的分類(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)反應(yīng)的原理。 生物類(lèi)，基于酶、抗體、和激素

3、等分子識(shí)別功能。 通常據(jù)其基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、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)（還有人曾將敏感元件分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，另外還有硒、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)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(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迅速下降。熱敏電阻和金屬熱電阻精品. 除了光照以外，溫度也能明顯地影響金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。 金屬

4、的電阻率隨溫度的升高而增大。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)電能力增強(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非常明顯。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，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)微弱，難以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制動(dòng)作，因此要把這個(gè)電信號(hào)放大。如果需要遠(yuǎn)距離傳送，可能還要把它轉(zhuǎn)換成其他電信號(hào)一抵御外界干擾。 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

5、用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器或其他元件，來(lái)執(zhí)行諸如打開(kāi)管道的閥門(mén)，開(kāi)通或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)等動(dòng)作；還可以由計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，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) 精品. 我們經(jīng)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)變片是一種敏感元件，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3-22.1.2 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，當(dāng)溫度降低時(shí)又會(huì)繼續(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)行這樣的控制，靠的

6、是溫度傳感器。詳見(jiàn)人教版高中物理選修3-22.1.3 光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器 許多會(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)光的精品.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、光電三極管和不透明的擋板。平時(shí)，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，使部分光線照射到光電三級(jí)板上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測(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、熱敏、氣敏

7、、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，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)比較差的環(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廣泛地運(yùn)用。精品.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)生機(jī)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

8、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根據(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)的不平衡輸出。 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，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。熱電阻傳感器熱電阻測(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)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都

9、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)始采用鎳、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、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200+500精品.范圍內(nèi)的溫度。 激光傳感器利用激光技術(shù)進(jìn)行測(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?jī)x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、電干擾能力強(qiáng)等。 激光傳感器工作時(shí)，先由激光發(fā)

10、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。部分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)極其微弱的光信號(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)（zlds10x）、速度(ldm30x)、方位等物理量的測(cè)量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等?；魻杺鞲衅骰魻杺鞲衅魇歉鶕?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?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能

11、的基本方法。通過(guò)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(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)。 霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。 （一）線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線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。 精品.霍爾電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越高，磁場(chǎng)越弱，電壓越低?；魻栯妷褐岛苄?，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)。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來(lái)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度。下圖所示的方法是用一

12、個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開(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，霍爾電壓消失。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?；魻栃?yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。溫度傳感器1室溫管溫傳感器： 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形狀不同，但溫度特性基本一致。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4100k3%，基準(zhǔn)電阻為25對(duì)

13、應(yīng)電阻10k3%。溫度越高，阻值越小；溫度越低，阻值越大。離25越遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)電阻公差范圍越大；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)有一定的差別。溫度越高，阻值越??；溫度越低，阻值越大。離25越遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)電阻公差范圍越大。 2排氣溫度傳感器： 排氣溫度傳感器用于測(cè)量壓縮機(jī)頂部的排氣溫度，常數(shù)b值為3950k3%,基準(zhǔn)電阻為90對(duì)應(yīng)電阻5k3%。 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精品.1%。幾個(gè)典型溫度的對(duì)應(yīng)阻值分別是：-10（25.89728

14、.623）k；0（16.324817.7164）k；50（2.32622.5153）k；90（0.66710.7565）k。無(wú)線溫度傳感器無(wú)線溫度傳感器將控制對(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)線信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)行檢測(cè)、調(diào)節(jié)和控制?？芍苯影惭b在一般工業(yè)熱電阻、熱電偶的接線盒內(nèi)，與現(xiàn)場(chǎng)傳感元件構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)。通常和無(wú)線中繼、接收終端、通信串口、電子計(jì)算機(jī)等配套使用，這樣不僅節(jié)省了補(bǔ)償導(dǎo)線和電纜，而且減少了信號(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)

15、物體上的溫度采集；不易連線通過(guò)的空間傳輸傳感器數(shù)據(jù)；單純?yōu)榻档筒季€成本選用的數(shù)據(jù)采集方案；沒(méi)有交流電源的工作場(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協(xié)調(diào)動(dòng)作，結(jié)合長(zhǎng)期以來(lái)測(cè)試技術(shù)的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而提出來(lái)的。是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能單元，它的出現(xiàn)對(duì)原來(lái)硬件性能苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助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、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、ccd和cmos圖像傳感器等。它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(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，它在自動(dòng)控制和非電量電測(cè)技