1认识传感器

第一章传感器的基本知识

复习思考题

1. 简述传感器的概念、作用及组成。

2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？

3. 传感器是如何命名的？其代号包括哪几部分？在各种文件中如何应用？

4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？

5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述？采用什么样的激励信号？其含义是什么？

1.1 传感器的作用与地位

 世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。

 人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能，人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。

 人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。

电量和非电量

 表征物质特性及运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。

 电量——一般是指物理学中的电学量，例如电压、电流、电阻、电容及电感等；

 非电量——则是指除电量之外的一些参数，例如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度及酸碱度等等。

 人类为了认识物质及事物的本质，需要对物质特性进行测量，其中大多数是对非电量的测量。

传感器的作用

 非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量，要求输入的信号为电信号。

 非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。

 传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。

传感器的定义 传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。

传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。

无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。

传感器原理结构 在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着：

（1）激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路

工作过程

向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。

传感器技术与应用

1.3温度的检测引导文

引导文1.3 温度的检测项目引导文 姓 名 页 数： 7 余克农

一、项目描述

设计制作一个简单的温度计，能够进行室内、空调等温度的检测。

二、项目资讯

1、生活中进行温度测量的方法有哪些？你见过哪些温度传感器？请简单描述。

1.水银温度计2.某些花朵颜色的变化3.热敏电阻阻值的变化

1.自动门，利用人体的红外微波来开关门2.烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的3.手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象4.电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的5.水位报警，温度报警，湿度报警

2、在进行工业炉温的检测能够使用哪些温度传感器？为什么？你知道它们的测温安装方式吗？

0-100度的可以用铜热电阻，0-500度的可以用铂热电阻，超过500度到1100度的可以用K分度热电偶，1000以上到1300度用S分度铂铑热电偶，1300度到1600度用B分度铂铑30-铂铑6热电偶，1600-2300度用钨铼热电偶

温度传感器的安装，也就是置入深度必须不得小于温度传感器保护管直径的8-10倍

可以是垂直安装管道轴线，也可以倾斜安装管道轴线，弯管位置安装时最好是平行一个管道的轴线。

3、家用电冰箱中后有温控器，请简述其工作原理，目前比较流行的多开门多温度的冰箱其温度控制有什么特点？

电冰箱控制方法一般分为两种； 一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制，多采用电子式温度控制器。

工作原理： 蒸气压力式 波纹管的动作作用于弹簧，弹簧的弹力是由控制板上的旋钮

传感器技术与应用

所控制的，毛细管放在冰箱冷藏室，对室内循环回风的温度起反应。当温上升至调定的温度时，毛细管和波纹管中的感温剂气体膨胀，使波纹管伸长并克服弹簧的弹力把开关触点接通，此时压缩机运转，系统制冷，直到又降至设定的温度时，感温包气体收缩，波纹管收缩与弹簧一起动作，将开关置于断开位置，使压缩机的电动机电路切断。以此反复动作，从而达到控制温度的目的。

通过对传感器与执行器工程学课程的学习以及阅读相关书籍资料，我对这门学科有了一定的了解。它是一门综合性的技术基础学科，需要数学、物理学、电子学、力学、机械等相关知识。传感器应用极其广泛，而且种类繁多，这一个学期的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、磁敏式、光电式传感器与光纤传感器的结构、工作原理及应用。

传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时，其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时，其关系为动态特性。

传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量，并按一定规律将其转换成有用输出，特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。

我们所研究的课题主要是跟盾构机相关。我们平时研究工作中应用的数据都是由企业人员或者我们自己去工作现场利用传感器测出。由于入学的时间有限，目前我所接触的科研项目尚未涉及到太多的传感器内容，只是最近教研室新添了一些不同量程的测力传感器。这些传感器通过无限网关以及节点来进行数据传输，不过需要人工进行标定。在标定的过程中，我们发现测量误差很大，我们分析是由于标定过程中的实物质量远远小于传感器的量程的原因。