传感器的应用物理原理PPT
传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，...
传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。传感器的分类1. 按用途分类压力敏和力敏传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。2. 按原理分类振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。3. 按输出信号为标准分类模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。4. 按其制造工艺分类集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(在基片上直接生成薄膜或厚膜图形，或通过淀积，连接形成多层结构等)加工而成的。传感器的物理原理传感器的物理原理大致可以归为以下几类：1. 电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。1.1 电阻应变式传感器电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。1.2 压阻式传感器压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。1.3 热电阻传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铜、铂、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定传感器的物理原理（续）2. 电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。电感式传感器具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。2.1 自感传感器自感传感器是利用线圈自感系数的变化来实现测量的，它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。当衔铁在线圈中移动时，引起线圈电感量的变化，从而感应出电势，这电势与衔铁的位移有一定的对应关系，从而测出衔铁的位移。2.2 互感传感器互感传感器是根据互感原理而制成的一种传感器。它是利用线圈间的互感作用来测量非电量参数的。互感式传感器可以利用改变副线圈的匝数、改变铁芯的多少或利用介质在磁场中的磁导率不同等方法来提高灵敏度。3. 电容式传感器电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测非电量转换成为电容量变化的一种转换装置，实际上就是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器的电容也是由两个电极构成，而且两个电极之间也是以空气等介质绝缘的。4. 压电式传感器压电式传感器是一种基于压电效应的传感器。压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应或电致伸缩现象。压电式传感器大多以电介质作为敏感元件，其中用得最多的是压电晶体和压电陶瓷。5. 磁电式传感器磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器。总结传感器在各种应用领域中发挥着至关重要的作用，它们能够将被测量的非电学量转换为电信号，从而实现对各种物理量的精确测量和控制。不同类型的传感器采用不同的物理原理进行工作，如电阻式、电感式、电容式、压电式和磁电式等。这些原理的运用使得传感器能够在不同的环境条件下实现稳定、准确的测量。随着科技的不断进步，传感器技术也在持续发展和创新，为现代工业、医疗、军事等领域提供了强有力的技术支持。
