传感器原理及种类介绍

1、传感器原理及种类介绍年度教育训练一、 传感器的基础知识1 1、传感器的定义国家标准 GB7665-87GB7665-87 对传感器下的定义是： “ 能感受规定的 被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置， 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。2 2、传感器的分类2.2.1、按传感器的被测物理量分类，可分为位移传感器、压力传感 器、速度传感器、温度传感器等传感器。2.2

2、.2、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅热电偶等传感器。2.2.3、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“1”和“0”或“开”和“关”）的开关型传 感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。二、 传感器的原理1 1、 应变式电阻传感器 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。 它是应变式电阻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

3、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/DA/D 转换和 CPUCPU 显示或执 行机构。电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电 阻随机械形变而产生阻值变化的现象， 俗称为电阻应变效应。 金属导 体的电阻值可用下式表示：式中：P金属导体的电阻率（Q cm2/mcm2/m）S S导体的截面积（cm2cm2L L 导体的长度（ m m）我们以金属丝应变电阻为例，

4、 当金属丝受外力作用时， 其长度和截 面积都会发生变化，从上式中可很容易看出， 其电阻值即会发生改变， 假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻 值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加， 电阻值则会减小。 只要测出加在电阻的变化 （通常是测量电阻两端的 电压），即可获得应变金属丝的应变情况。2 2、 电容式传感器电容式传感器是一个具有可变参数的电容器。 多数场合下， 电容 是有两个金属平行板组成并且以空气为介质，如图 1 1 所示图 1 1有两个平行板组成的电容器的电容量为式中板间介质的电容常数；A A两平行板所覆盖的面积；d d两平行板间的距离C C电

5、容量当被测参数使得上式中的A d或发生变化时，电容量 C C 也随之 变化。如果保持其中两个参数不变而仅改变其中一个参数， 就可把该 参数的变化转换为电容量的变化。因此，电容量的变化的大小与被测 参数的大小成比例。在实际使用中电容式传感器常以改变平行板间距 d d 来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高于改变其它参数的电容 传感器的灵敏度。改变平行板间距 d d 的传感器可以测量微米数量级的 位移，而改变面积 A A 的传感器只适用于测量厘米数量级的位移。3 3、脉冲式编码器脉冲式编码器的圆盘上等角距地开有两道缝隙，内外圈（A,BA,B）的相邻两缝距离错开半条缝宽；另外在某一径向位置，一般在内

6、外两 圈之内外，开有一狭缝，表示码盘的零位。在它们的相对两侧面分别 安装光源和光电接收元件，如图 2 2 所示。当转动盘时，光线经过透光 和不透光的区域，每个码道将有一系列光电脉冲由光电元件输出，码道上有多少缝隙就有多少个脉冲输出。图 2 2脉冲式编码器4 4、热电偶传感器热电偶工作原理是基于赛贝克 （seebackseeback）效应，即两种不同成分 的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电 流的物理现象。热电偶测温基本原理：将两种不同材料的导体或半导体 A A 和 B B 焊 接起来，构成一个闭合回路，如图 3 3 所示。当导体 A A 和 B B 的两个执着 点 1

7、1 和 2 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形 成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效 应来工作的5 5、光电传感器光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。 光敏二极管 是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它 的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口， 以便于光线射入，为增加受光面 积，PNPN 结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态 下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向 电流很小（卩；A A）称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子 被激发，产生电子- -空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光 电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称 为光电流。光电流的大小与光照强度成正比， 于是在负载电阻上就能 得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外， 还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不 大，一般光敏三极管只引出两个极发射极和集电极， 基极不引出， 管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大， 发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正 偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流 IceoIceo二(1 1 + +B)IcboIcbo (很小)