传感器以及敏感元件 什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 ②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、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（还有人曾将传感器分46类）。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。 一温度传感器及热敏元件 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。 1半导体热敏电阻的工作原理 按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。 ⑴正温度系数热敏电阻的工作原理 此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的…温度控制点?一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。 ⑵负温度系数热敏电阻的工作原理 负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。 热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55℃～+315℃，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55℃，可达-273℃。 2热敏电阻的型号 我国产热敏电阻是按部颁标准SJ1155-82来制定型号，由四部分组成。 第一部分：主称，用字母…M?表示敏感元件。 第二部分：类别，用字母…Z?表示正温度系数热敏电阻器，或者用字母…F?表示负温度系数热敏电阻器。 第三部分：用途或特征，用一位数字（0-9）表示。一般数字…1?表示普通用途，…2?表示稳压用途（负
机电一体化技术常用传感器及其原理 班级：机械设计制造及其自动化姓名： 学号：
一、传感器的分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参
数的测量。
3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光
一、简答题 1、 从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。 答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、 稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。 2、 在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可以确定那些静态特性? 答：在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特性：灵敏度，非线性度，回程误差。 3、 简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。 答：布置原则有：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳； (2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用； 单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用 4、 涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡流传感器能否测量大位移量?为什么? 答：优点：能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。 涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。 5、 传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置 和作用。 答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定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。 传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 组成框图：自动控制系统原理框图： 传感器的作用：感受被测量并转换成可用输出信号传送给控制对象。 6、 光电效应可分为哪三种类型。 答：光电效应可分为：外光电效应，内光电效应，光生伏特效应。 7、 传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，请问标 被测量 敏感元件 信号调节转换电路 辅助电源 传感元件 传感器 对象 给定 + e 反馈装置 扰动 ﹣
真空传感器是工业实践中最常用的一种压力传感器，现已广泛应用于各种工业自控环境。每种仪器在使用的时候，我们都力求能够使其测量结果精准，而首要的就是对该产品相关信息要有了如指掌，才能够为其安装使用奠定坚实的基础。下面就让艾驰商城小编对传感器常用参数的含义来一一为大家做介绍吧。 1、传感器：能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。通常有敏感元件和转换元件组成。 （1）敏感元件是指传感器中能直接（或响应）被测量的部分。 （2）转换元件指传感器中能较敏感元件感受（或响应）的北侧量转换成是与传输和（或）测量的电信号部分。 （3）当输出为规定的标准信号时，则称为变送器。 2、测量范围：在允许误差限内被测量值的范围。 3、量程：测量范围上限值和下限值的代数差。 4、精确度：被测量的测量结果与真值间的一致程度。 5、从复性：在所有下述条件下，对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度： 6、分辨力：传感器在规定测量范围圆可能检测出的被测量的最小变化量。 7、阈值：能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的最小变化量。 8、零位：使输出的绝对值为最小的状态，例如平衡状态。 9、激励：为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压或电流）。 10、最大激励：在市内条件下，能够施加到传感器上的激励电压或电流的最大值。 11、输入阻抗：在输出端短路时，传感器输入的端测得的阻抗。 12、输出：有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。 13、输出阻抗：在输入端短路时，传感器输出端测得的阻抗。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品
浅谈传感器敏感材料发展动态 1 微型化（Micro）为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标（包括精确性、可靠性、灵敏性等）的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。 1.1 由计算机辅助设计（CAD）技术和微机电系统（MEMS）技术引发的传感器微型化目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计（CAD）的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。对于微机电系统（MEMS）的研究工作始于20世纪60年代，其研究范畴涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多种学科，是一个极具前景的新兴研究领域。MEMS的核心技术是研究微电子与微机械加工与封装技术的巧妙结合，期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展，尤其最近十多年的研究与发展，MEMS技术已经显示出了巨大的生命力，此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。在当前技术水平下，微切削加工技术已经可以生产出来具有不同层次的3D微型结构，从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件，象毒气传感器、离子传感器、光电探测器这样的以硅为主要构成材料的传感/探测器都装有极好的敏感元件[1]，[2]。目前，这一类元器件已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的研究领域中。 1. 2 微型传感器应用现状就当前技术发展现状来看，微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响；目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量，如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等 2 智能化（Smart）智能化传感器（Smart Sensor）是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。 2.1 智能化传感器的特点智能化传感器是指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体一样，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。如智能化压力传感器，主传感器为压力传感器，用来探测压力参数，辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器。采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差，而环境压力传感器测量工作环境的压力变化并对测定结果进行校正；而硬件系统除了能够对传感器的弱输出信号进行放大、处理和存储外，还执行与计算机之间的通信联络。通常情况下，一个通用的检测仪器只能用来探测一种物理量，其信号调节是由那些与主探测部件相连接着的模拟电路来完成的；但智能化传感器却能够实现所有的功能，而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好。与传统的传感器相比，智能化传感器具有以下优点：1．智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。此外，还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿，以改进测量精度。2．智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输入
温度传感器敏感材料 温度是国际单位七个基本物理量之一。温度测量在物理学中占有重要地位，在 国民经济、国防建设和科学研究以至人们生活中也十分重要?因而得到广泛应用。贵金属,特别是铂及其合金具有优良的抗氧化性能。热电势高且与温度的单值函数关系好，热电特性稳定,具有大的电阻温度系数，电阻与温度的关系接近线性，是特别重要的温度测量材料和温度敏感材料，已广泛用于对温度的精确测量并用作沮度基准和高温定点。 贵金属测温材料主要有两大类：热电偶材料和铂电阻温度计材料。 ①贵金属热电偶材料 1821年Z'. J. Seeback发现热电效应，即将A和B两种不同的金属线连成回路, 其两端温度保持不同，则电路中产生电流，存在由温差引起电动势的现象。这一效应被称为Seeback效应或Seeback温差效应.是热电偶测温的基本原理.闭合电路中存在热电动势VAB = WAR -OT ,式中.OT为沮差；W"a=(WA--W,为Seeback系数(W和W。为金属A和B的绝对热电动势率》。W。决定了热电偶侧沮材料的基本性能.作为热电偶测温材料,要求有尽可能大的WM,即选用W和W。相差较大的材料作两极，并要求w 胡和温度丁的关系尽可能呈线性。且保持稳定. 贵金属铂的绝对热电势率为负值，与温度呈线性关系。Pt-Rh合金具有高而稳定的热电势.且热电势与沮度呈线性关系,因此,纯铂与Pt-Rh合金可配对制作热电偶,且对铂热电势随佬含量增加而增加。继1885年第一支Pt-lORh/Pt热电偶制作成功后，对贵金属热电偶材料的研究发展很快，贵金属成为重要的高温热电偶测沮材料.常用的铂基合金热电偶材料及性能如表6.5所列.贵金属高沮热电偶广泛用于炼钢工业、玻璃工业、化学工业以及金属材料和非金属材料加工等过程温度测量。对炼钢工业来说,Pt-PtRh热电偶不仅用于测量钢液温度，而且根据钢液温度与碳含量的关系可测定钢液含碳量,其作用十分重要.Pt-PtlORh热电偶还用作温度基准。
传感器材料是传感器技术的重要基础，是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步，传感器技术日臻成熟，其种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外，光导纤维以及超导材料的开发，为传感器的发展提供了物质基础。例如，根据以硅为基体的许多半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化，以及半导体光热探测仪器有灵敏度高、精度高、非接触性等特点，发展红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器在敏感材料中，陶瓷材料、有机材料发展很快，可采用不同的配方混合原料，在精密调配化学成分的基础上，经过高精度成型烧结，得到对某一种或某几种气体具有识别功能的敏感材料，用于制成新型气体传感器。 此外，高分子有机敏感材料，是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型敏感材料，可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。传感器技术的不断发展，也促进了更新型材料的开发，如纳米材料等。美国NRC 公司已开发出纳米ZrO2气体传感器，控制机动车辆尾气的排放，对净化环境效果很好，应用前景比较广阔。由于采用纳米材料制作的传感器，具有庞大的界面，能提供大量的气体通道，而且导通电阻很小，有利于传感器向微型化发展，随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。 在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新兴传感器联系特别密切的微细加工技术。该技术又称微机械加 工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域，例如溅射、蒸镀、等离子体刻蚀、化学气体淀积、外延、扩散、腐蚀、光刻等，迄今已有大量采用上述工艺制成的传感器的国内外报道。智能材料是指设计和控制材料的物理、化学、机械、电学等参数，研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料。有人认为，具有下述功能的材料可称之为智能材料：具备对环境的判断可自适应功能具备自诊断功能具备自修复功能具备自增强功能或称为时基功能。 生物体材料的最突出特点是具有时基功能，因此这种传感器特性是微分型的，它对变分部分比较敏感。反之，长期处于某一环境并习惯了此环境，则灵敏度下降。一般说来，它能适应环境调节其灵敏度。除了生物体材料外，最引人注目的智能材料是形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。https://www.doczj.com/doc/843324358.html,/
《传感器与传感器技术》计算题 解题指导（仅供参考） 第1章 传感器的一般特性 1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F ?S ）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为： ?m ＝40?2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： %4%10021408.01=??= γ %16%10081408.02=??=γ 1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 （1） T y dt dy 5105.1330-?=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。 （2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K=1.5′10-5/3=0.5′10-5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1—7 已知一热电偶的时间常数τ=10s ，如果用它来测
量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s ，静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x (t) =520+20sin(ωt)℃ 由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃ 热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为 ()()7860104011112022.B A =???? ???π+=ωτ+==ω 因此，热电偶输出信号波动幅值为 B=20?A(ω)=20?0.786=15.7℃ 由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 ?(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80?10)= -38.2? 相应的时间滞后为 ?t =()s 4.82.3836080=? 1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即 x y dt dy dt y d 1010322100.111025.2100.3?=?+?+ 式中，y ——输出电荷量，pC ；x ——输入加速度，m/s 2。试求其固有振荡频率ωn 和阻尼比ζ。 解: 由题给微分方程可得 ()()s rad n /105.11/1025.2510?=?=ω 01.011025.22100.3103 =????=ξ
《传感器敏感材料及器件》课程主要内容 1.传感器与检测技术的发展趋势； 2.霍尔效应定义，霍尔电势，霍尔式位移传感器的工作原理图，霍尔式转速传感器原理图及测量原理； 置于磁场中的静止载流导体, 当它的电流方向与磁场方向不一致时, 载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势, 这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。
图（a）是磁场强度相同的两块永久磁铁，同极性相对地放置，霍尔元件处在两块磁铁的中间。由于磁铁中间的磁感应强度B=0，因此霍尔元件输出的霍尔电势也等于零，此时位移Δx=0。若霍尔元件在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件U H 感受到的磁感应强度也随之改变，这时U 不为零，其量值大小反映出霍尔元件 H 与磁铁之间相对位置的变化量
磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。 3.磁阻效应定义，半导体InSb磁敏无接触电位器原理图及测量原理； 磁阻效应 若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值就增加。称此种现象为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。 半导体InSb磁敏无接触电位器是基于半导体InSb磁阻效应原理，由半导体InSb 磁敏电阻元件和偏置磁钢组成；其结构与普通电位器相似。由于无电刷接触，故称无接触电位器。 该电位器的核心是差分型结构的两个半圆形磁敏电阻；它们被安装在同一旋转轴
上的半园形永磁钢上，其面积恰好覆盖其中一个磁敏电阻；随着旋转轴的转动，磁钢覆盖于磁阻元件的面积发生变化，引起磁敏电阻值发生变化，旋转转轴，即能调节其阻值。其工作原理和输出电压随旋转角度变化的关系曲线如图所示。
磁感应传感器 词条简介 磁感应传感器是一种测量空间中磁场的传感器，具有将磁学量信号转换为电信号功能。利用磁学量与其它物理量的变换关系，以磁场作为媒介，也可将其它非电物理量转变为电信号。常用于测量永磁铁附近以及通电螺线管内部的磁场等。既可以测量磁感应强度的大小，又可以粗略判定磁感应强度的方向。 目录 磁感应传感器的原理>磁感应传感器的驱动磁感应传感器的种类磁感应传感器的相关术语>磁感应传感器的典型应用 磁感应传感器的原理 磁感应传感器其内部结构类似于我们通常所说的干簧继电器，如图 3-2所示。它是一种触点传感器。它由两片具有高导磁率μ和低矫玩力 Hc 的合金簧片组成；并密封在一个充满惰性气体的玻璃管中。两个簧片之间保持一定的重叠和适当的间隙，末端镀金作为触点，管外焊接引线。当干簧管所处位置的磁场强度足够大，使触点弹簧片磁化后所产生的磁性吸引力克服起矫玩力时，两弹簧片互相吸引而使触点导通。当磁场减弱到一定程度，借助弹簧片本身的弹力使它释放。磁感应传感器体积小、惯性小、动作快是它的突出的优点。 >磁感应传感器的驱动磁感应传感器有两种驱动方式。一是用永久磁铁驱动，二是用电磁线圈驱动。前者多用于检测，如用磁铁做成运动部件，一旦接近磁感应传感器便可使它吸合发出信号。后者多用于控制，若电磁线圈通电，触点便可吸合。用磁感应传感器来取代靠碰撞接触的行程开关，可提高系统的可靠性和使用寿命；因而在可编程序控制器中常用 来作为行程到位的发讯装置。 磁感应传感器的种类 磁感应传感器的种类很多，一般可分为物性型和结构型两种类型。物性型磁传感器，如霍尔器件、霍尔集成电路、磁敏二极管和三极管、半导体磁敏电阻与传感器、强性金属磁敏器件与传感器等。结构型磁传感器，如电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器等。 磁感应传感器的相关术语 (1) 磁感应强度：霍尔传感器在工作时，它所要求磁钢具有的磁场强度的大小。一般磁感应强度值 B 为 0.02 ~ 0.05T。 (2) 响应频率：按规定的 1秒的时间间隔内，允许霍尔传感器动作循环的次数。 (3) 输出状态：分常开、常闭、锁存。例如当无检测物体时，常开型的霍尔传感器所接通的负载，由于霍尔传感器内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。 (4)输出形式：分 NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的形式输出。 (5) 动作距离：动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置（霍尔传感器的感应表面）到传感器动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离指霍尔传感器动作距离的标称值。 (6) 回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。>磁感应传感器的典型应用 一、转速检测
第3章传感器基本特性 一、单项选择题 1、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（ A ）。 A. 时域响应 3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（ A ）。 A. 延迟时间 4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（ B ）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（ C ） C．迟滞、重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（ B ） A．迟滞、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性 7、不属于传感器静态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（ C ） A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统
B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数 C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好 D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围 9、属于传感器动态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（ B ） A. 0° B.90° 11、传感器的精度表征了给出值与( B )相符合的程度。 A.估计值 B.被测值 C.相对值 D.理论值 12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( A )变化时，其输出-输入的特性。 A.时间 13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( C )关系的一种度量。 A.相等 B.相似 C.理想比例 D.近似比例 14、回程误差表明的是在( C )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 A.多次测量 B.同次测量 C.正反行程 D.不同测量
通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，是能把外界非电量转换成电量的器件和装置 金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。 3.螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。 4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。 5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。 6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应；入射光强改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称光生伏特效应。 7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称电涡流传感器；这种传感器只能测量金属物体。 8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称热电效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势E =0。
第3章常用传感器的工作原理及应用 3．1电阻式传感器 填空： 1、常用的电阻应变片分为两大类：和。 2、金属电阻的是金属电阻应变片工作的物理基础。 3、金属电阻应变片有、及等结构形式。 4、电位器式传感器都是由、和三部分构成。 5、半导体应变片是利用半导体材料制成的一种纯电阻性元件。 6、半导体应变片与金属电阻应变片相比较: 其灵敏度更高，温度稳定性差。 7、弹性元件在传感器中起什么作用？ 8、试列举金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。 9、绘图说明如何利用电阻应变片测量未知的力。 10、电阻应变片阻值为120Ω，灵敏系数K＝2，沿纵向粘贴于直径为0.05m的圆 μ=。求钢柱受10t拉力作用时，应形钢柱表面，钢材的112 E N m 210 =?，0.3 变片的相对变化量。又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴、受同样拉力作用时，应变片电阻的相对变化量为多少？ 11、采用阻值为120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的 固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1με和1000με时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥以及全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。 3.2电容式传感器 1、电容式传感器采用作为传感元件，将不同的变化转换为的 变化。 2、根据工作原理的不同，电容式传感器可分为、和三种。 3、电容式传感器常用的转换电路有：、、运算放大器
电路、 和 等 。 4、电容式传感器有什么特点？试举出你所知道的电容传感器的实例。 5、试分析电容式物位传感器的灵敏度？为了提高传感器的灵敏度可采取什么措 施并应注意什么问题？ 6、为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的？采取什么措施可改善其非线 性特征？ 7、变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。传感器的起始 电容量pF C x 200=，定动极板距离mm d 5.10=，pF C 100=，运算放大器为理想放大器（即∞→∞→i Z K ，），f R 极大，输入电压t u i ωsin 5=V 。求当电容传感器动极板上输入一位移量mm x 15.0=?使0d 减小时，电路输出电压0u 为多少？ 8、 如图所示正方形平板电容器，极板长度cm a 4=，极板间距离mm 2.0=δ。 若用此变面积型传感器测量位移x ，试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线。极板间介质为空气，m F /1085.8120-?=ε。 9、一电容式传感器的两个极板均为边长为10cm 的正方形，间距为1mm ，两极板 间气隙恰好放置一边长为10cm ，厚度为1mm ，相对介电常数为4的正方形介质。该介质可在气隙中自由滑动。若用该电容式传感器测量位移， 试计算当
红外感应材料 作者：adverlouis 红外线是一类电磁波的统称，广泛用于指代波长从1mm到770nm之间的电磁波。在自然界中，任何物体都能够发射红外线，任何物体都会吸收红外线。红外线在自然界中主要起传播能量的作用，其在物体上的效应主要是热效应。良好的红外线发射物体同时也是良好的红外线吸收物体。 由于红外线在自然界中的广泛存在，决定了它在自然界和人类社会中的广泛应用。而对红外线的任何利用离不开对红外线的检测，或者说感应。在自然界中，很多动物都能够利用红外线来获取信息，正如人类利用可见光来接收信息一样。蛇类利用舌头上的热感器官来捕捉红外线，蚊子利用头部的红外线感应器来确定猎物位置。这些是自然界历经千百年变化而衍生出来的生物红外感应器，其精巧型是超出人类解析范围的。而进入二十世纪以来，自红外线被发现以来，人类也在寻找各种技术来检测红外线，设计了多种多样的红外线传感器。 红外传感器的先进与否由制造传感器采用的红外感应材料决定。历经接近两百年的发展，红外感应技术也发生了翻天覆地的变化。最初的时候，人们曾利用红外线的热效来检测红外线，由于当没有半导体材料，人们只好采用热电偶来检测红外线，由于热电偶较低的灵敏性和红外线微弱的热效应，当时的检测效果可想而知。也有人采用感光胶片来对红外线进行检测，但是红外线的波长较长，光子能量较低，胶片的感光效果并不理想。直到半导体材料出现，红外检测技术才真正的开始发展起来。 从工作机理上来分，红外感应材料可分为热探测仪和光子型探测仪。 热探测仪利用了红外线的热效应，当红外线照射到热探测仪的敏感材料时，敏感材料的温度就会发生变化，而温度的变化可以转化成一定的电信号输出出来，从而实现了红外信号到电信号的转化。因为是利用红外线的热效应，热探测的响应时间较长。但是对波长的要求，即对单光子能量的要求较低，因此热探测的响应范围较广，对于波长超过200um的红外线，热探测仪是唯一的选择。 光子型探测仪利用了光子的能量效应。当红外线照射到光子敏感材料上时，材料中的电子就会接收红外光子的能量，改变其能量状态，由此改变了材料的电学性质。通过对材料电学性质的检验，就可以得到入射红外线的相关信息，事实上也是一种由红外信号到电信号的转化。光子型探测仪的感应材料从种类上来划分可以划分为三种，分别是半导体探测材料，超导探测材料和超巨磁电阻探测材料。其中半导体探测材料是发展历史最长的红外感应材料，也是发展最为完善的红外感应材料。超导探测材料技术发展时间较短，技术工艺尚不成熟，但是，随着近年来的高温超导材料的不断发展，超导材料显示出了巨大的前景。超巨磁电阻探测技术更是刚起步的领域，目前仍处于探索研究阶段。半导体红外探测材料包括硫化铅，锑化yin，锗掺杂(金，汞)，碲锡铅，碲镉汞，硫酸三甘酞，钮酸铿，锗酸铅，氧化镁等。其中锑化yin和碲镉汞是目前红外光电体系使用
关于传感器材料 【摘要】 材料、信息和能源这三大资源是现代文明的三大支柱。 传感器材料包括结构材料和敏感材料。 敏感材料是对电、光、声、力、热、磁、气体分布等场的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料(通常称之为第二代材料)。 传感器敏感材料大致可分为金属系、无机系、有机系及复合系四种功能材料，敏感材料首先应具有良好的敏感特性,其次还应具有良好的重复性和互换性。 【关键字】材料传感器 一、导电材料 导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类 金属材料，引线键合工艺中所用导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝。 通用高分子材料与各种导电性物质,如金属粉、炭黑等通过填充复合、表面复合等方式可以制成:导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂及透明导电薄膜等。 二、绝缘材料 介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。
具有压电效应的材料叫做压电材料，通过压电材料可以将机械能和电能相互转换。 铁电材料是一种特殊的介电材料，即具有电畴和电滞回线，通常称为铁电体。 三、半导体材料 硅(Si)是当前微电子技术的基础材料，预计其统治地位至少到21世纪中叶都不会改变。 一维量子线、零维量子点材料是一种人工构造(通过能带工程实施)的新型半导体材料，是新一代量子器件的基础。 半导瓷的半导化机理，在于陶瓷材料成分中化学计量比的偏离或杂质缺陷对晶粒的影响，以及施主和受主在晶界形成的界面势垒。 热敏电阻可分为正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)两大类。。 氧化锌晶体具有纤锌矿结构。室温下满足化学计量比的纯净氧化锌应是绝缘体，但由于本征缺陷的存在，使之具有n 型电导，而搀杂使电导率产生巨大变化。 稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析 稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析 一、稀土催化材料的种类 众所周知，我国稀土矿以轻稀土组分为主，其中镧、铈等组分约占60%以上。随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、
《传感器与传感器技术》计算题答案 第1章 传感器的一般特性 1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F ?S ）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为： ?m ＝40?2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： %4%10021408 .01=??= γ % 16%10081408 .02=??=γ 1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个 微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 （1） T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。 （2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 （1） τ=30/3=10(s)， K=1.5?10-5/3=0.5?10-5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1—7 已知一热电偶的时间常数τ=10s ，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s ，静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x (t) =520+20sin(ωt)℃ 由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃
一、温度传感器 1、热敏电阻： 分类：正温度系数（PTC）、负温度系数（NTC）、临界温度热敏电阻（CTR）实验室使用的是电阻值随温度的增加而减小的热敏电阻（负温度系数热敏电阻），常温状态下热敏电阻阻值约为9.3K。 应该指出，由于热敏电阻的线性不好，现在已基本不再用来作温度测量使用了。但 是由于成本低，在定点温度控制等场合中还有较大的应用市场。 单点测温电路如下：（电路中R2的作用是改善 2、温控开关： 按开关类型分为常开可逆、常闭可逆和常开不可逆、常闭不可逆四种。还可以按照临界温度分，温控开关的临界温度一般标称在开关体上。 二、声电式传感器 1、压电陶瓷片： 工作原理：当压电陶瓷片上受到外加压力时，陶瓷片发生机械变形，其极化强度随之变小，使一部分附加在陶瓷片表面的电荷释放出来，而产生放电现象。当压力取消后，又恢复原状，极化强度增大，电极上又吸附一部分电荷，出现充电现象。这种由机械能转变为电能的现象，称为“正压电效应”。反之，当在压 电陶瓷片上加一电场，陶瓷片则发生机械变形。当外加电场方向陶瓷片极化方向相同时，极化强度增大，使陶瓷片沿极化方向伸长。当外加电场方向与陶瓷片极化方向相反时，陶瓷片沿极化方向缩短。这种由电能转变为机械能的现象，称为“反压电效应”。 测试电路图如下：（电路连接时注意区分正负极，与背面金属铜连接的为负端，涂银层为正端） 常用传感器应用 RT随温度变化的非线性性）
驻极体话筒及其 电路的接法有两种： 源极输出与漏极 输出。 源极输出类似晶 体三极管的射极输出。需用三根引出线。漏极D接电源正极。源极S 与地之间接一电阻Rs 来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。 漏极输出类似晶 体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。 o D 外形鈿 離1 S o S 内部电路 1 --------- D G D G
传感器及敏感元件 什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、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（还有人曾将传感器分46类）。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。 一温度传感器及热敏元件 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。 1半导体热敏电阻的工作原理 按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。 ⑴正温度系数热敏电阻的工作原理 此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。 ⑵负温度系数热敏电阻的工作原理 负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。 热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。