传感器的概述
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温度传感器概述应用及原理温度传感器的应用非常广泛。
在工业领域中,温度传感器常用于热处理、制冷、暖通空调、燃气等系统中,以确保设备运行正常和生产过程的控制。
在农业领域中,温度传感器可以用于测量土壤温度、水温和气温等,以帮助农民制定合理的农作计划。
在科学研究中,温度传感器常用于实验室实验中,以监测和控制物体的温度。
在家庭生活中,温度传感器可以用于温度控制器、家用电器中,例如空调、冰箱等。
1.电阻温度传感器(RTD):RTD基于材料的电阻随温度变化的特性。
常见的材料有铜、镍、铂等。
通过测量电阻的变化,可以推算出温度的变化。
2. 热敏电阻温度传感器(thermistor):热敏电阻的电阻随温度的变化非常敏感。
常见的热敏电阻材料有氧化物、硅酸盐等。
通过测量热敏电阻的电阻值的变化,可以计算出温度的变化。
3. 热电偶(thermocouple):热电偶是由两根金属导线组成的,它们的焊接点处形成一个热电势。
当焊接点的温度发生变化时,热电势也会发生变化。
通过测量热电偶之间的热电势差,可以推算出温度的变化。
热电偶具有较宽的测量范围和较高的测量精度,比较适用于高温和充满腐蚀性的环境。
4.光学温度传感器:光学温度传感器利用物体发射的红外辐射来测量温度。
当物体的温度升高时,其发射的红外辐射也增加。
通过测量红外辐射的强度,可以计算出温度的变化。
光学温度传感器无需接触被测物体,因此可以用于高温、难以接触物体的温度测量。
总结起来,温度传感器是一种广泛应用于各个领域的设备,用于测量和控制环境或物体的温度。
它们基于不同的物理原理工作,包括电阻、热敏电阻、热电偶和红外辐射等。
通过测量不同原理的物理量的变化,可以推算出温度的变化。
随着技术的不断发展,温度传感器的精度和可靠性不断提高,将在更多的领域中发挥重要作用。
NDIR红外气体传感器的基本概述NDIR红外气体传感器(Non-dispersive Infrared Gas Sensor)是一种利用红外辐射原理检测气体浓度的传感器。
它由红外光源、气体室、红外滤波器、检测器以及电子信号处理电路等组成。
这种传感器主要用于测量空气中的气体浓度,如CO2、CO、CH4等。
NDIR传感器的工作原理是通过红外吸收特性来检测气体浓度。
当红外光源照射到气体室中的气体时,气体中的特定组分会吸收特定波长的红外光,吸收光的强度与气体浓度成正比。
检测器接收红外光,并通过与光源的参考信号进行比较,计算出气体的浓度值。
为了提高传感器的性能,NDIR传感器通常使用窄带滤波器,以选择性地传递特定波长的红外光。
这样可以排除其他波长的干扰光,提高气体浓度的测量精度。
NDIR传感器有许多优点。
首先,它具有高度可选择性。
通过选择不同的滤波器,可以检测多种气体,从而适应不同的应用需求。
其次,NDIR传感器灵敏度高,可检测到极低浓度的气体。
同时,它对温度和湿度的依赖性也较小,可以在不同的环境条件下进行可靠的气体浓度测量。
此外,NDIR传感器具有快速响应时间和长寿命的特点。
然而,NDIR传感器也存在一些局限性。
首先,由于传感器本身的设计和结构复杂,其制造成本较高。
另外,一些特定的气体分子如氧气(O2)和水蒸气(H2O)具有较高的红外吸收能力,这可能会导致测量上的干扰。
此外,NDIR传感器的响应时间较慢,无法实现实时监测。
为了克服这些问题,研究者们正在不断改进NDIR传感器的设计和技术。
他们提出了多通道测量、温湿度补偿和智能算法等方法来提高传感器的性能。
此外,一些新型材料的应用也为NDIR传感器的发展提供了新的可能性。
总之,NDIR红外气体传感器是一种重要的气体浓度检测工具。
它通过利用红外光的吸收特性来测量气体浓度,具有高度可选择性、高灵敏度和稳定性等优点。
随着技术的发展,NDIR传感器在环境监测、工业安全和室内空气质量监测等领域的应用将会越来越广泛。
传感器在智能物流中的应用随着科技的发展,传感器在各个领域中的应用越来越广泛。
其中,在智能物流方面,传感器的应用起到了至关重要的作用。
本文将探讨传感器在智能物流中的应用,并阐述其带来的益处。
1. 传感器概述传感器是一种能够感知和测量物理量的器件,它能够将感知到的信号转化为可供电子设备识别和处理的电信号。
传感器分为各种类型,包括光学传感器、温度传感器、压力传感器等等。
这些传感器能够采集到不同的数据,并将其传输给智能系统进行处理与分析。
2. 运输中的传感器应用在物流过程中,传感器起到了监测和管理的关键作用。
首先,通过在货物包装上安装传感器,可以实时监测货物的温度、湿度和震动等数据,确保货物在运输过程中的安全。
此外,传感器还能够检测货物是否遭受到撞击或摔落,及时采取措施避免质量损坏。
3. 仓储中的传感器应用传感器在仓储环节中同样发挥着重要的作用。
通过在仓库内部安装传感器,可以实时监测库存量,并通过智能系统预测和规划补货策略,避免库存过剩或不足的情况发生。
此外,传感器还能够监测货物的存储环境,如温度、湿度等,以确保货物的质量和保存期限。
4. 运输路线的传感器应用智能物流还可以利用传感器监测运输的路线和交通状况,提供最优的路线规划。
通过在货车或运输工具上安装传感器,可以实时获取交通信息,并进行智能导航和路径优化。
这能够提高物流的效率和准确性,节省时间和成本。
5. 数据分析与管理传感器所采集到的数据,需要经过分析和管理才能发挥最大的作用。
通过对传感器数据的分析,可以提取有价值的信息和趋势,用于制定决策和优化物流运输过程。
同时,传感器数据的管理也是至关重要的,需要建立健全的数据库和信息管理系统,确保数据的安全和可靠性。
综上所述,传感器在智能物流中的应用对提升物流的效率和准确性起到了重要的推动作用。
通过在运输、仓储和路径规划等环节中应用传感器技术,可以实现对货物状态、运输过程和路线情况的实时监测和管理。
这将帮助企业提高运营效率、降低成本,并提供更好的物流服务。
第一章 传感器的概述 1.传感器的定义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叫做传感器。 2.传感器的共性:利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性,将非电量(位移、速度、加速度、力等)转换成 电量(电压、电流、电容、电阻等)输出。 3.传感器的组成:传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分,分别完成检测和转换两个基本功能。 第二章 传感器的基本特性 1.传感器的基本特性:静态特性、动态特性。 2.衡量传感器静态特性的主要指标有:线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。 3.迟滞产生原因:传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。 4.产生漂移的原因:①传感器自身结构参数老化;②测试过程中环境发生变化。 5.例题: 1.用某一阶环节传感器测量100Hz的正弦信号,如要求幅值误差限制在±5%以内,时间常数应取多少?如果用该传感器测量50Hz的正弦信号,其幅值误差和相位误差各为多少? 解:一阶传感器的频率响应特性: 幅频特性:
2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现,谐振发生在频率为216Hz处,并得到最大福祉比为1.4比1,试估算该
传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银,可用一阶微分方程来表示。现已知某玻璃水银温度计特性的微分方
1)(1)(jjH)(11)(A
sradfnn/13572162236.014.121)(A)(4)(1)(Anmaxn21222所以,时共振,则当解:二阶系统程是xydtdy310224 ,y代表水银柱的高度,x代表输入温度(℃)。求该温度计的时间常数及灵敏度。 解:原微分方程等价于:xydtdy3102 所以:时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3
第三章 电阻式传感
1.应变式电阻传感器的特点: 1)优点: ①结构简单,尺寸小,质量小,使用方便,性能稳定可靠;②分辨力高,能测出极微小的应变;③灵敏度 高,测量范围广,测量速度快,适合静、动态测量;④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测;⑤价格便宜,品种多样,工艺较成熟,便于选择和使用,可以测量多种物理量。 2)缺点:①具有非线性,输出信号微弱,抗干扰能力较差,因此信号线需要采取屏蔽措施; ②只能测量一点或应变栅范围内的平均效应,不能显示应力场中应力梯度的变化; ③不能用于过高温度场合下的测量。 2.应变式电阻传感器灵敏度系数K受两个因素影响:
①应变片受力后材料几何尺寸的变化,即1+2μ; ②应变片受力后材料的电阻率发生的变化,即(∆ρ/ρ)/ε。 3.常用的电阻应变片有两种:金属电阻应变片 、半导体应变片 4.产生电阻应变片温度误差的主要因素:电阻温度系数的影响和试件材料与电阻丝材料的线膨胀系数的影响。 5.电阻应变片的温度误差补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两种。其中电桥补偿是最常用且效果较好的电阻应 变片温度误差补偿方法。 6.例题 1、如果将100Ω的应变片贴在弹性试件上,若试件截面积S=0.5×10-4m2,弹性模量E=2×1011N/m2,若由5×104N拉力引起的应变片电阻变化1Ω,试求该应变片的灵敏系数?
2、如图所示,设负载电阻为无穷大(开路),图中E=4V,R1=R2=R3=R4=100Ω。 (1)R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量△R1=1.0Ω时,试求电桥的输出电压UO; (2)R1,R2都是应变片,且批号相同,感应应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻,试求电桥的输出电压UO;(3)R1,R2都是应变片,且批号相同,感应应变的大小为△R1=△R2=1.0Ω,但极性相反,其余为外接电阻,试求电桥的输出电压UO。
21051/100R/RK105102101EEN/m101N/m100.51050AF1001RR1RR/RK3-31192924-3所以得由Ω,已知解: 第四章 电感式传感器 1.根据工作原理电感式传感器可以分为:变磁阻式(自感式)、变压器式、涡流式(互感式)等。 2.变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。 3.变磁阻式传感器可以分为:变气隙厚度传感器和变气隙面积传感器。 4.电感式传感器的测量电路有交流电桥式、 变压器式交流电桥以及谐振式等。 5.差动变压器结构形式:变隙式、变面积式和螺线管式等。在非电量测量中,应用最多的是螺线管式差动变压器, 它 可以测量1~100mm机械位移,并具有测量精度高、灵敏度高、 结构简单、性能可靠等优点。 6.变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾,因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。 7.零点残余误差产生的原因:①传感器的两个二次绕组的电气参数与几何尺寸不对称,导致它们产生的感应电动势幅 值不等、相位不同,构成了零点残余电压的基波;②由于磁性材料磁化曲线的非线性(磁饱和、磁滞),产生了零 点残余电压的高次谐波(主要是三次谐波);③励磁电压本身含高次谐波。 8.零点残余电压产生原因:主要是由传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称,以及磁性材料的非线性等引 起的。 9.零点残余电压的消除方法:①尽可能保证传感器的几何尺寸、绕组线圈电气参数和磁路的对称; ②采用适当的测量电路,如相敏整流电路。 例题: 已知变气隙厚度电传感器的铁心截面积25.1cms,磁路长度L=20cm,相对磁导率Ur=5000,气隙求单线圈式传感器的灵敏度。若将其做成差动结构,灵敏度将如何变化?
R1R2
R4
R
3
AC
B
EDI
o
RLUo
+
-
20mV0.02VV)21-20099(4]RRR-)R(R)R(RRRE[URR20mV0.02VV)21-200101(4]RRR-)R-(R)R(RRRE[URR(3)0]RRR-)R(R)R(RRRE[(2)U0.01V0.00995V)V21-201101(4]RRR-R)R(RRRE[U1433221111O21433221111O21433221111O43321111O
受拉应变时:受压应变,当受压应变时:受拉应变,当)解:( 第五章 电容式传感器 1.电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。 2.电容式传感器的特点:①结构简单、体积小、分辨率高;②可实现非接触式测量;③动态响应好;④能在高温、 辐射和强振动等恶劣条件下工作;⑤电容量小,功率小,输出阻抗高,负载能力差,易受外界干扰产生不稳定现象。
3.电容式传感器的调频测量电路的特点:①灵敏度高,可测量0.01μm级位移变化量;②抗干扰能力强 ③性能稳定; ④能取得高电平的直流信号(伏特级),易于数字仪器测量和与计算机接口。 4.根据电容式传感器工作时变换参数的不同,可以将电容式传感器分为: ①变极板间距离的变极距型:特点:电容改变量ΔC与极板间距的改变量Δd为近似线性关系。 ②改变极板面积的变面积型:特点:A线位移变面积型的 电容改变量ΔC与水平位移Δx成线性系。 B角位移变面积型的 电容改变量与角位移呈线性关系。 ③改变介质介电常数的变介质型:特点:电容增量与被测液位的高度成线性关系 。 4.二极管双T形测量电路的特点: ①电源、传感器电容、负载均可同时在一点接地,线路简单,可全部放在探头内,大大缩短了电容引线,减小了分布电容的影响;②电源周期、幅值直接影响灵敏度,要求它们高度稳定;③输出阻抗与R1、R2和RL的阻值有关,而与电容无关,只要适当选择电阻,可使输出阻抗控制在1~100kΩ之间,克服了电容式传感器高内阻的特点;④输出电压较高。 第六章 压电式传感器 1.压电式传感器的定义:是以某些介质的压电效应作为工作基础,利用逆压电效应可以制成电激励的制动器(执行器); 基于正压电效应可以制成机械能得敏感器(检测器),即为压电式传感器。其科技名词定义为:将被测量的变化转 换成由于材料受机械力产生的静电荷或电压变化的传感器。 2.压电式传感器的特点: ①结构简单、体积小、重量轻;工作频带宽;②灵敏度高;信噪比高;③工作可靠;测量范围广等。
3.压电式传感器的用途:主要用于与力相关的动态参数测试,如动态力、机械冲击、振动等,它可以把 加速度、压力、位移、温度等许多非电量转换为电量。 4.前置放大器的两种形式是电荷放大器 和电压放大器。 5.压电式传感器的敏感元件——压电元件受力时将发生形变,按其受力及变形方式的不同,一般可分为 厚度变形、 长度变形、体积变形和厚度剪切变形等几种形式。目前最常用的是厚度变形和厚度剪切变形两种。 第七章 磁敏式传感器 1.磁敏式传感器分为磁电感应式传感器和霍尔式传感器。 2.磁电式传感器只用于测量动态量,可以直接测量振动物体的线速度或旋转体的角速度,加入积分或者微分电路后, 可以测量位移和加速度。 3.霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑兹力作用的结果。 4.霍尔元件的基本结构比较简单,它由霍尔片、4根引线和壳体三部分组成。