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傳感器的分類(lèi)及測(cè)量原理

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-11-01  作者:rqb99  瀏覽次數(shù):856
一、傳感器的定義 

    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(mǎn)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)。 

二、傳感器的分類(lèi) 

    目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類(lèi)方法,但比較常用的有如下三種: 

    1、按傳感器的物理量分類(lèi),可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器 

    2、按傳感器工作原理分類(lèi),可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。 

    3、按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi),可分為:輸出為開(kāi)關(guān)量(“1”和"0”或“開(kāi)”和“關(guān)”)的開(kāi)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。 

    關(guān)于傳感器的分類(lèi): 

    1.按被測(cè)物理量分:如:力,壓力,位移,溫度,角度傳感器等; 

    2.按照傳感器的工作原理分:如:應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、光電式傳感器等; 

    3.按照傳感器轉(zhuǎn)換能量的方式分: 

    (1)能量轉(zhuǎn)換型:如:壓電式、熱電偶、光電式傳感器等; 

    (2)能量控制型:如:電阻式、電感式、霍爾式等傳感器以及熱敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等; 

    4.按照傳感器工作機(jī)理分: 

    (1)結(jié)構(gòu)型:如:電感式、電容式傳感器等; 

    (2)物性型:如:壓電式、光電式、各種半導(dǎo)體式傳感器等; 

    5.按照傳感器輸出信號(hào)的形式分: 

    (1)模擬式:傳感器輸出為模擬電壓量; 

    (2)數(shù)字式:傳感器輸出為數(shù)字量,如:編碼器式傳感器。 

三、傳感器的靜態(tài)特性 

    傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào),傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān),所以它們之間的關(guān)系,即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程,或以輸入量作橫坐標(biāo),把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有:線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 

四、傳感器的動(dòng)態(tài)特性 

    所謂動(dòng)態(tài)特性,是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí),它的輸出的特性。在實(shí)際工作中,傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得,并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種,所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 

五、傳感器的線性度 

    通常情況下,傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中,為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù),常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。 

    擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿(mǎn)量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線;或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線,此擬合直線稱(chēng)為最小二乘法擬合直線。 

六、傳感器的靈敏度 

    靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。 

    它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系,則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則,它將隨輸入量的變化而變化。 

    靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如,某位移傳感器,在位移變化1mm時(shí),輸出電壓變化為200mV,則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。 

    當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí),靈敏度可理解為放大倍數(shù)。 

    提高靈敏度,可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高,測(cè)量范圍愈窄,穩(wěn)定性也往往愈差。 

七、傳感器的分辨力 

    分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō),如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí),傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化,即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí),其輸出才會(huì)發(fā)生變化。 

    通常傳感器在滿(mǎn)量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同,因此常用滿(mǎn)量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿(mǎn)量程的百分比表示,則稱(chēng)為分辨率。 

八、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、濕敏等電阻式傳感器件。 

九、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)。 

十、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。 

十一、熱電阻傳感器 

    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℃范圍內(nèi)的溫度。 

十二、傳感器的遲滯特性 

    遲滯特性表征傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減?。┬谐涕g輸出-一輸入特性曲線不一致的程度,通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿(mǎn)量程輸出F·S的百分比表示。 

    遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。 
 
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