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传感器的主要知识点

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绪论

一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势

能够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构成。

如果传感器信号经信号调理后，输出信号为规定的标准信号（0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…），通常称为变送器，

分类：

按照工作原理分，可分为：物理型、化学型与生物型三大类。物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。

按照输入量信息：

按照应用范围：

传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术.

发展趋势: 一是开展基础研究，探索新理论，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。

1．发现新现象；

2．发明新材料；

3．采用微细加工技术；

4．智能传感器；

5．多功能传感器；

6．仿生传感器。

二、信息技术的三大支柱

现在信息科学（技术）的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术，即传感器技术、通信技术和计算机技术。

课后习题

1、什么叫传感器，它由哪几部分组成？它们的作用与相互关系？

传感器(transducer/sensor)：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（国标GB7665—2005）。通常由敏感元件和转换元件组成。

敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。

转换元件：指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号(一般为电信号)部分。

信号调理电路(Transduction circuit) ：由于传感器输出电信号一般较微弱，而且存在非线性和各种误差，为了便于信号处理，需配以适当的信号调理电路，将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。

第一章 传感器的一般特性

1. 传感器的基本特性

动态特性 静态特性

2. 衡量传感器静态特性的性能指标

（1） 测量范围、量程

（2） 线性度

。

精选资料，欢迎下载 %100maxSFLy

传感器静态特性曲线及其获得的方法

传感器的静态特性曲线是在静态标准条件下进行校准的。

静态标准条件

（传感器校准时，包括零点在内的压力校准点数K 不应少于6 点，校准的循环次数R不应少于3 次。校准点数和校准循环数的多少取决于被校传感器的精度和使用要求，通常K=6～11，R=3～5。每次校准共可获得2RK 个校准数据。

正行程校准曲线、反行程校准曲线，传感器的校准曲线。

RjCijCiYRY11 RjfijfiYRY11 )(21fiCiiYYY

经校准的传感器，应给出特性方程、线性、迟滞、重复性以及精度值。）

1）最小二乘法拟合直线

22222)()(,)()(,iiiiiiiiiiiiiiiixxnyxxyxbxxnyxyxnkbkxybkxy

2）端点法拟合直线

000101,)(,kxybxxyykbkxybkxyiii

（3） 灵敏度

dxdySn输入量的变化量输出量的变化量

（4） 分辨率、分辨力

（5） 迟滞

%100maxSFHy

（6） 重复性

1）%100maxSFRy

2）%100)3~2(SFHy

1)(12nyynii

。

精选资料，欢迎下载 （7） 精度

RHLSFy%100max

精度等级

思考题与习题

1、传感器的定义、组成、分类、发展趋势。

2、何为传感器的基本特性

3、传感器的静态特性是如何定义的，其主要技术指标由哪些？如何测出它们的数据？

4、某传感器的给定精度为2%F.S。

11、某压力传感器的校准数据如表1-5所示。

压力/Mpa 第一次循环（mV） 第二次循环（mV） 第三次循环（mV）

第一正 第一反 第二正 第二反 第三正 第三反

0 -2.73 -2.71 -2.71 -2.68 -2.68 -2.69

0.02 0.56 0.66 0.61 0.68 0.64 0.69

0.04 3.96 4.06 3.99 4.09 4.03 4.11

0.06 7.4 7.49 7.43 7.53 7.45 7.52

0.08 10.88 10.95 10.89 10.93 10.94 10.99

0.1 14.42 14.42 14.47 14.47 14.46 14.46

线性度、重复性、迟滞按照书中公式计算即可。

主要习题：

第一章1、2、3、5，11

第二章 1、2、5、6、7、10、11

第三章 1、3

第四章 1、2

第五章 1、3、12、13、14

第七章 1 、2、3、5、6、9、11、13、14、16、21、24

第2章 电阻应变式传感器

工作原理：

电阻应变式传感器的基本原理是将被测非电量转换成与之有确定对应关系的电阻值，再通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。

2.1 金属电阻应变式传感器

1. 电阻—应变效应

当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相应地发生变化，这种现象称

。

精选资料，欢迎下载 为金属导体的电阻—应变效应。

概念：轴向应变、径向应变、微应变（）

应变灵敏系数

/)21(///RRllRRK

KRR/

金属导体的灵敏系数与半导体的灵敏系数的区别。

2. 应变片

概念：应力

应力与应变的关系

E E 试件材料的弹性模量。

应变片

金属电阻应变片由敏感栅、基底、盖片、引线和粘结剂组成。

根据敏感栅材料形状和制造工业的不同，应变片的结构形式有金属丝式、箔式和金属薄膜式三种类型。

3. 金属电阻应变片的主要特征

（1）应变片的电阻值，已标准化。

（2）绝缘电阻

（3）灵敏系数

（4）允许电流

（5）横向效应与横向灵敏系数

（6）机械滞后

（7）应变极限

（8）零漂和蠕变

（9）动态特性

1sinooll

4. 温度误差及补偿

（1）引起温度误差的主要因素

（2）温度补偿的方法

5. 测量电路

。

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对于等臂电桥

)(4)4(44321321kUURRRRRRRRUUioio （2-36，37）

单臂桥的非线性误差K21

6．金属电阻应变片的应用——电阻应变式传感器

（1）电阻应变式力传感器

柱（筒）式力传感器

SEFEll

悬臂梁式力传感器

等截面悬臂梁 EbhFlExx26

等强度悬臂梁 EhbFlEox26

薄壁圆环式力传感器

轮辐式力传感器

轴剪切力传感器

（2）电阻应变式压力传感器

筒式压力传感器

膜片式压力传感器

))(1(83)3)(1(8322222222rREhprREhptr

组合式压力传感器

（3）电阻应变式加速度传感器

（4）电阻应变式加速传感器应用示例

2.2 半导体应变片及压阻式传感器

半导体片

。

精选资料，欢迎下载 压阻效应 半导体晶体材料的电阻率随作用应力而变化的“压阻效应”

(piezoresistive effct) 。

半导体应变片有两种制作方法：

（1） 体型半导体应变片

（2） 扩散硅应变片

压阻式传感器

压阻式传感器依然是基于半导体材料的压阻效应，在半导体材料底片上选择一定的晶向位置，利用集成电路工艺制成扩散电阻，作为测量传感器元件，基片直接作为测量敏感元件（甚至有的可包括某些信号调理电路），也称为扩散型压阻式传感器或固态压阻式传感器。

（1） 压阻式压力传感器

])31()1[(83])3()1[(8322022202rrEhprrEhptr

h=50~500m,mmr10~8.10,30.0~01.00rh

（2） 压阻式加速度传感器

为了保证输出线性度，悬臂梁根部的应变不要超过400~500。

应用示例

2.3 电位计式传感器

2.4 思考题与习题

1. 何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？

2. 什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？

3. 用应变片测量时，为什么必须采取温度不成措施？有何种温度补偿方法？

4. 一个应变片的电阻值1200R，K=2.05，用作应变800的传感原件。

（1） 求R与RR/；

KRR/=2.05*800*10-6

=31064.1

R=31064.1R=31064.1120 =197.0

（2） 若电源电压VUi3，求其惠斯通电桥的非平衡输出电压。

mVRRUUio23.11064.14343

5. 一试件的轴向应变为0.0015，表示多大微应变？该试件的轴向相对伸长率为百分之几？

6. 假设惠斯通直流电桥的桥臂1是一个120Ω的金属电阻应变片（K=2.00，检测用），桥臂

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传感器知识点总结

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一、 传感器的基本概念

传感器是将感知到的信息转化为电信号或其他可识别形式的装置。传感器可以感知物理量、化学量、生物量等，并将其转换为电信号输出。传感器是现代科技发展中不可或缺的重要组成部分，广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗诊断和智能家居等领域。传感器的种类繁多，包括压力传感器、温度传感器、光学传感器、湿度传感器等。

二、 传感器的分类

根据传感原理的不同，传感器可以分为多种类型。常见的传感器分类包括：

1. 按照感知物理量不同分类

- 压力传感器：用于测量压力的传感器，常用于工业控制和汽车行业。

- 温度传感器：用于测量温度的传感器，广泛应用于空调、冰箱、热水器等设备中。

- 湿度传感器：用于测量湿度的传感器，常用于气象观测和温室控制等场合。

- 光学传感器：用于测量光的强度和波长的传感器，广泛应用于光电设备和光学仪器中。

- 力传感器：用于测量物体受力情况的传感器，常用于机械测试和体重秤等设备中。

2. 按照传感原理不同分类

- 电阻式传感器：利用电阻值的变化来感知物理量的传感器，包括压敏电阻、热敏电阻等。

- 电容式传感器：利用电容值的变化来感知物理量的传感器，包括湿度传感器和接近开关等。

- 光电式传感器：利用光电效应来感知物理量的传感器，包括光敏电阻、光电开关等。

3. 按照工作原理不同分类

- 主动式传感器：需要外部能量源来激励的传感器，如光电传感器、超声波传感器等。

- 被动式传感器：不需要外部能量源来激励的传感器，如压力传感器、温度传感器等。

4. 按照测量方式不同分类

- 直接测量传感器：直接测量感知物理量的传感器，如温度计、湿度计等。

- 间接测量传感器：通过其他物理量的变化间接测量感知物理量的传感器，如电磁流量计、毫米波雷达等。 三、 传感器的工作原理

传感器的工作原理多种多样，其中常见的包括电阻变化原理、电容变化原理、光电效应原理、霍尔效应原理等。不同类型的传感器采用不同的工作原理来感知物理量，并将其转化为电信号输出。以下是常见工作原理的简要介绍：

高一物理传感器知识点总结

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一、传感器的基本工作原理

1. 传感器的基本组成

传感器通常由感测元件、信号处理电路、输出电路和外壳等部分组成。感测元件是传感器的核心部分，它根据测量的物理量不同而有所不同，如温度传感器可采用热电偶、电阻温度计、半导体热敏电阻等感测元件；压力传感器可采用压阻式、电容式、压电式等感测元件。感测元件感知到的物理量会通过信号处理电路进行放大、滤波和线性化处理，最终输出给用户。

2. 传感器的工作原理

传感器的工作原理主要遵循以下两种基本原理：

（1）传感器的感测元件受到外界物理量的作用，产生相应的物理量，如电阻、电压、电流等发生变化；

（2）感测元件感测到的物理量被转换为电信号，进行放大、滤波和线性化处理，最终输出为可观测的信号。

3. 传感器的分类

根据测量的不同物理量，传感器可以分为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、光敏传感器、声音传感器等。根据感测元件的不同，温度传感器有热电偶、电阻温度计、热电阻、热敏电阻等；压力传感器有电容式、压阻式、压电式等；光敏传感器有光电二极管、光敏电阻等。

二、常见传感器的工作原理和应用

1. 温度传感器

（1）工作原理：温度传感器是一种测量温度的传感器，它们可以使用热电偶、电阻温度计、半导体热敏电阻等感测元件。其中，热电偶是利用两种不同金属在不同温度下产生的电动势来测量温度的；电阻温度计则是根据材料的电阻随温度的变化特性来测量温度的；半导体热敏电阻利用半导体的导电性随温度的变化来测量温度。

（2）应用：温度传感器在工业生产和生活中有着广泛的应用。在工业领域，温度传感器通常用于监测各种设备和工艺的温度，以确保生产过程的正常进行。在生活中，温度传感器也被广泛应用于家用电器、空调、汽车等领域。

2. 湿度传感器 （1）工作原理：湿度传感器是一种测量空气湿度的传感器，它们通常使用湿度敏感材料（如聚合物、电介质等）或电容式传感元件来感知空气中的湿度。当湿度传感器暴露在潮湿的环境中时，敏感材料的导电性会发生变化，从而测量出空气的湿度。

传感器基础知识

传感器基础知识

物理教材中涉及的传感器件知识简介

北京教育学院 孔令鑫

在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在社会生活、自动控制及信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，越来越多的传感器服务于我们的生活和工作，可以说当今社会，几乎没有任何一种科学技术的发展及应用能够离得开传感器和信号探测技术的支持。新教材中增加实验《传感器的简单应用》，体现重视和加强了对学生科技意识和动手能力的培养。

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。下面对常用的热敏、光敏和气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而成。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。

传感器与检测技术重点知识点总结

传感器与检测技术重点知识点总结

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1. 传感器的基本概念及分类

传感器是一种能够将被检测物理量转换为可被检测设备处理的电信号输出的器件。根据被检测物理量的不同，传感器可分为光学传感器、声学传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器等。

2. 传感器的检测原理

传感器的检测原理通常分为以下几种：电学检测、磁学检测、光学检测、化学检测、声学检测、机械检测等。

3. 传感器的基本参数

传感器的基本参数包括：灵敏度、线性度、分辨率、重复性、稳定性、响应时间等。

4. 传感器的生产工艺

传感器的生产工艺主要包括晶体生长、半导体制备、陶瓷材料制备、薄膜技术、微加工技术等。

5. 传感器的应用领域

传感器广泛应用于工业控制、仪器仪表、环境监测、医疗设备、航空航天等领域。

6. 传感器与物联网技术的结合

传感器与物联网技术的结合，将传感器与互联网技术相结合，实现远程监测、智能控制与预警等功能，具有广泛的应用前景。

7. 检测技术的应用

除了传感器技术，还有其他的检测技术，如光谱分析、物质检测、图像识别等，在环境监测、工业检测与医疗诊断等领域有着重要的应用。