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廣測傳感�
閱讀�896時間�2022-02-11 16:40:10

基本�(nèi)�

  可以用不同的觀�(diǎn)對傳感器�(jìn)行分類:它們的�(zhuǎn)換原�(傳感器工作的基本物理或化�(xué)效應(yīng));它們的用�;它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等�
  根據(jù)傳感器工作原�,可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類 �
  傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效�(yīng),諸如壓電效�(yīng),磁致伸縮現(xiàn)象,離化、極�、熱電、光�、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信��
  化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果�(guān)系的傳感�,被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號�
  有些傳感器既不能劃分到物理類,也不能劃分為化�(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)�(yùn)作的?;瘜W(xué)傳感器技�(shù)問題較多,例如可靠性問題,�(guī)模生�(chǎn)的可能�,價格問題等,解決了這類難題,化�(xué)傳感器的�(yīng)用將會有巨大增長�
  按照其用�,傳感器可分類為�
  壓力敏和力敏傳感� 位置傳感器
  液面?zhèn)鞲衅?能耗傳感器
  速度傳感� 熱敏傳感器
  加速度傳感� 射線輻射傳感器
  振動傳感器 濕敏傳感�
  磁敏傳感器 氣敏傳感�
  真空度傳感器� 生物傳感器等�
  以其輸出信號為標(biāo)�(zhǔn)可將傳感器分為:
  模擬傳感器——將被測量的非電�(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信��
  �(shù)字傳感器——將被測量的非電�(xué)量轉(zhuǎn)換成�(shù)字輸出信�(包括直接和間接轉(zhuǎn)�)�
  膺數(shù)字傳感器——將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號的輸�(包括直接或間接轉(zhuǎn)�)�
  開關(guān)傳感器——當(dāng)一個被測量的信號達(dá)到某個特定的閾值時,傳感器相應(yīng)地輸出一個設(shè)定的低電平或高電平信號�
  在外界因素的作用�,所有材料都會作出相�(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對外界作用敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用來制作傳感器的敏感元件。從所�(yīng)用的材料觀�(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類:
  (1)按照其所用材料的類別分:
  金屬;聚合物� 陶瓷� 混合物;
  (2)按材料的物理性質(zhì)分: �(dǎo)�;絕緣體;半�(dǎo)體;磁性材��
  (3)按材料的晶體�(jié)�(gòu)分:
  單晶; 多晶� 非晶材料�
  與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開發(fā)工作,可以歸納為下述三個方向: 
  (1)在已知的材料中探索新的現(xiàn)�、效�(yīng)和反�(yīng),然后使它們能在傳感器技�(shù)中得到實(shí)際使��
  (2)探索新的材料,應(yīng)用那些已知的�(xiàn)�、效�(yīng)和反�(yīng)來改�(jìn)傳感器技�(shù)�
  (3)在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新�(xiàn)�、新效應(yīng)和反�(yīng),并在傳感器技�(shù)中加以具體實(shí)��
  �(xiàn)代傳感器制造業(yè)的�(jìn)展取決于用于傳感器技�(shù)的新材料和敏感元件的開發(fā)�(qiáng)�。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半�(dǎo)體以及介�(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)�(lián)�。表1.2中給出了一些可用于傳感器技�(shù)的、能夠轉(zhuǎn)換能量形式的材料�
  按照其制造工�,可以將傳感器區(qū)分為�
  集成傳感器;薄膜傳感�;厚膜傳感器;陶瓷傳感器
  集成傳感器是用標(biāo)�(zhǔn)的生�(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技�(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片��
  薄膜傳感器則是通過沉積在介�(zhì)襯底(基板)上的,相�(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時,同樣可將部分電路制造在此基板上�
  厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿�,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成�,然后�(jìn)行熱處理,使厚膜成形�
  陶瓷傳感器采用標(biāo)�(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工�(溶膠-凝膠�)生產(chǎn)�
  完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之�,已成形的元件在高溫中�(jìn)行燒�(jié)。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特�,在某些方面,可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變��
  每種工藝技�(shù)都有自己的優(yōu)�(diǎn)和不�。由于研�、開�(fā)和生�(chǎn)所需的資本投入較�,以及傳感器參數(shù)的高�(wěn)定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合��
  傳感器靜�(tài)特�
  傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號,傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互�(guān)系。因?yàn)檫@時輸入量和輸出量都和時間無關(guān),所以它們之間的�(guān)�,即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程,或以輸入量作橫坐標(biāo),把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。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�
  傳感器動�(tài)特�
  所謂動�(tài)特�,是指傳感器在輸入變化時,它的輸出的特性。在�(shí)際工作中,傳感器的動�(tài)特性常用它對某些標(biāo)�(zhǔn)輸入信號的響�(yīng)來表�。這是�?yàn)閭鞲衅鲗�?biāo)�(zhǔn)輸入信號的響�(yīng)容易用實(shí)�(yàn)方法求得,并且它對標(biāo)�(zhǔn)輸入信號的響�(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的�(guān)�,往往知道了前者就能推定后�。常用的�(biāo)�(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種,所以傳感器的動�(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響�(yīng)來表示�
  傳感器的線性度
  通常情況�,傳感器的實(shí)際靜�(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在�(shí)際工作中,為使儀表具有均勻刻度的讀�(shù),常用一條擬合直線近似地代表�(shí)際的特性曲�、線性度(非線性誤差)就是這個近似程度的一個性能指標(biāo)�
  擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出�(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)偏差的平方和為小的理論直線作為擬合直線,此擬合直線稱為小二乘法擬合直��
  傳感器的靈敏�
  靈敏度是指傳感器在穩(wěn)�(tài)工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△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)�,則靈敏度S是一個常�(shù)。否則,它將隨輸入量的變化而變��
  靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之�。例�,某位移傳感�,在位移變化1mm�,輸出電壓變化為200mV,則其靈敏度�(yīng)表示�200mV/mm�
  �(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時,靈敏度可理解為放大倍數(shù)�
  提高靈敏�,可得到較高的測量精度。但靈敏度愈�,測量范圍愈�,穩(wěn)定性也往往愈差�
  傳感器的分辨�
  分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的小變化的能力。也就是�,如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未某一�(shù)值時,傳感器的輸出不會發(fā)生變化,即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來�。只有當(dāng)輸入量的變化分辨力時,其輸出才會�(fā)生變��
  通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同,因此常用滿量程中能使輸出量�(chǎn)生階躍變化的輸入量中的大變化值作為衡量分辨力的指�(biāo)。上述指�(biāo)若用滿量程的百分比表�,則稱為分辨��
  電阻式傳感器
  電阻式傳感器是將被測�,如位移、形�、力、加速度、濕�、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器�。主要有電阻�(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱�、氣�、濕敏等電阻式傳感器��
  電阻�(yīng)變式傳感�
  傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效�(yīng),即在外力作用下�(chǎn)生機(jī)械形�,從而使電阻值隨之發(fā)生相�(yīng)的變�。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩�,金屬應(yīng)變片有金屬絲�、箔式、薄膜式之分。半�(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高(通常是絲�、箔式的幾十倍)、橫向效�(yīng)小等�(yōu)�(diǎn)�
  壓阻式傳感器
  壓阻式傳感器是根�(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半�(dǎo)體材料的基片上經(jīng)�(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件,�(kuò)散電阻在基片�(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時,各電阻值將�(fā)生變�,電橋就會產(chǎn)生相�(yīng)的不平衡輸出�
  用作壓阻式傳感器的基片(或稱膜片)材料主要為硅片和鍺片,硅片為敏� 材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視,尤其是以測量壓力和速度的固�(tài)壓阻式傳感器�(yīng)用為普遍�
  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測量溫度及與溫度有關(guān)的參�(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合,這種傳感器比較適�。目前較為廣泛的熱電阻材料為�、銅、鎳等,它們具有電阻溫度系�(shù)�、線性好、性能�(wěn)�、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測�-200℃~+500℃范圍內(nèi)的溫��
  傳感器的遲滯特�
  遲滯特性表征傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程間輸�-一輸入特性曲線不一致的程度,通常用這兩條曲線之間的大差值△MAX與滿量程輸出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�
  傳感�
  一、傳感器的定�
  國家�(biāo)�(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是:“能感受�(guī)定的被測量并按照一定的�(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和�(zhuǎn)換元件組成�。傳感器是一種檢測裝�,能感受到被測量的信息,并能將檢測感受到的信�,按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸�,以滿足信息的傳輸、處�、存儲、顯�、記錄和控制等要�。它是實(shí)�(xiàn)自動檢測和自動控制的首要�(huán)節(jié)�
  �、傳感器的分�
  目前對傳感器尚無一個統(tǒng)一的分類方法,但比較常用的有如下三種:
 ?。薄磦鞲衅鞯奈锢砹糠诸?,可分為位移、力、速度、溫�、流�、氣體成份等傳感�
 ?。病磦鞲衅鞴ぷ髟矸诸?,可分為電阻、電�、電�、電壓、霍�、光�、光柵、熱電偶等傳感器�
 ?�?、按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類,可分為:輸出為開關(guān)量(“1”和'0”或“開”和“關(guān)”)的開�(guān)型傳感器;輸出為模擬型傳感器;輸出為脈沖或代碼的�(shù)字型傳感��
  三、傳感器的靜�(tài)特�
  傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信�,傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互�(guān)系。因?yàn)檫@時輸入量和輸出量都和時間無關(guān),所以它們之間的�(guān)�,即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程,或以輸入量作橫坐標(biāo),把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。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�
  �、傳感器的動�(tài)特�
  所謂動�(tài)特�,是指傳感器在輸入變化時,它的輸出的特�。在�(shí)際工作中,傳感器的動�(tài)特性常用它對某些標(biāo)�(zhǔn)輸入信號的響�(yīng)來表�。這是�?yàn)閭鞲衅鲗�?biāo)�(zhǔn)輸入信號的響�(yīng)容易用實(shí)�(yàn)方法求得,并且它對標(biāo)�(zhǔn)輸入信號的響�(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的�(guān)�,往往知道了前者就能推定后者。常用的�(biāo)�(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種,所以傳感器的動�(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響�(yīng)來表示�
  �、傳感器的線性度
  通常情況�,傳感器的實(shí)際靜�(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在�(shí)際工作中,為使儀表具有均勻刻度的讀�(shù),常用一條擬合直線近似地代表�(shí)際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個近似程度的一個性能指標(biāo)�
  擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出�(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)偏差的平方和為小的理論直線作為擬合直線,此擬合直線稱為小二乘法擬合直��
  �、傳感器的靈敏度
  靈敏度是指傳感器在穩(wěn)�(tài)工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比�
  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)�,則靈敏度S是一個常�(shù)。否�,它將隨輸入量的變化而變��
  靈敏度的量綱是輸�、輸入量的量綱之�。例�,某位移傳感�,在位移變化1mm�,輸出電壓變化為200mV,則其靈敏度�(yīng)表示�200mV/mm�
  �(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時,靈敏度可理解為放大倍數(shù)�
  提高靈敏�,可得到較高的測量精度。但靈敏度愈�,測量范圍愈窄,�(wěn)定性也往往愈差�
  �、傳感器的分辨力
  分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的小變化的能力。也就是�,如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未某一�(shù)值時,傳感器的輸出不會發(fā)生變�,即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化分辨力時,其輸出才會�(fā)生變��
  通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同,因此常用滿量程中能使輸出量�(chǎn)生階躍變化的輸入量中的大變化值作為衡量分辨力的指�(biāo)。上述指�(biāo)若用滿量程的百分比表示,則稱為分辨率�
  八、電阻式傳感�
  電阻式傳感器是將被測�,如位移、形�、力、加速度、濕�、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器�。主要有電阻�(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱�、氣�、濕敏等電阻式傳感器��
  九、電阻應(yīng)變式傳感�
  傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效�(yīng),即在外力作用下�(chǎn)生機(jī)械形變,從而使電阻值隨之發(fā)生相�(yīng)的變�。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩�,金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔�、薄膜式之分。半�(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高(通常是絲�、箔式的幾十倍)、橫向效�(yīng)小等�(yōu)�(diǎn)�
  十、壓阻式傳感�
  壓阻式傳感器是根�(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半�(dǎo)體材料的基片上經(jīng)�(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元�,擴(kuò)散電阻在基片�(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時,各電阻值將�(fā)生變�,電橋就會產(chǎn)生相�(yīng)的不平衡輸出�
  用作壓阻式傳感器的基片(或稱膜片)材料主要為硅片和鍺片,硅片為敏� 材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視,尤其是以測量壓力和速度的固�(tài)壓阻式傳感器�(yīng)用為普遍�
  十一、熱電阻傳感�
  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測量溫度及與溫度有關(guān)的參�(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合,這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為�、銅、鎳�,它們具有電阻溫度系�(shù)�、線性好、性能�(wěn)�、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測�-200℃~+500℃范圍內(nèi)的溫��
  十二、傳感器的遲滯特�
  遲滯特性表征傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程間輸�-一輸入特性曲線不一致的程度,通常用這兩條曲線之間的大差值△MAX與滿量程輸出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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