傳感器的原理與應(yīng)用

1、傳感器的原理與應(yīng)用,V1.002006年5月,傳感器的基本概念,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7665-87，定義傳感器（Transducer/Senor）為：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 通常傳感器由敏感元件或轉(zhuǎn)換元件組成：敏感元件（Sensing element）指傳感器中能直接感受被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件（Transduction element）指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適合傳輸和測(cè)量的

2、電信號(hào)部分。,傳感器的應(yīng)用,傳感器的作用相當(dāng)于人的五官，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、智能化越來越高，系統(tǒng)對(duì)傳感器的依賴性越大，傳感器對(duì)系統(tǒng)的功能起決定性的作用。 傳感器現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于各學(xué)科和工程領(lǐng)域。工業(yè)自動(dòng)化、航天技術(shù)、軍事、機(jī)器人、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全保衛(wèi)、醫(yī)療、家用電器、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等,iCAN教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)上應(yīng)用的傳感器,在iCAN教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)上集成了不同類型的傳感器接近開關(guān)光電開關(guān)熱電阻、熱電偶溫濕度傳感器超聲波傳感器

3、煤氣傳感器,接近開關(guān),接近開關(guān)性能特點(diǎn),接近開關(guān)性能特點(diǎn)在各類開關(guān)中，有一種對(duì)接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的 ，這就是接近開關(guān)。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時(shí)，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會(huì)動(dòng)作。通常把這個(gè)距離叫“檢出距離”。不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。有時(shí)被檢測(cè)物體是按一定的時(shí)間間隔，一個(gè)接一個(gè)地移向接近開關(guān)，又一個(gè)一個(gè)地離開，這樣不斷地重復(fù)

4、。不同的接近開關(guān)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的響應(yīng)能力是不同的。這種響應(yīng)特性被稱為“響應(yīng)頻率”。,接近開關(guān)分類,接近開關(guān)分類：電感式接近開關(guān) 電容式接近開關(guān) 霍爾接近開關(guān),電感式接近開關(guān),它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)接近開關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無導(dǎo)電物體移近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電體。,電容式接近開關(guān),這種開關(guān)的測(cè)量通常是構(gòu)成電容器

5、的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是開關(guān)的外殼。這個(gè)外殼在測(cè)量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時(shí)，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。電容式接近開關(guān)檢測(cè)的對(duì)象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。,霍爾接近開關(guān),霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時(shí)

6、，開關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。,接近開關(guān)選用注意事項(xiàng),在一般的工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所，通常都選用渦流式接近開關(guān)和電容式接近開關(guān)。因?yàn)檫@兩種接近開關(guān)對(duì)環(huán)境的要求條件較低。當(dāng)被測(cè)對(duì)象是導(dǎo)電物體或可以固定在一塊金屬物上的物體時(shí)，一般都選用渦流式接近開關(guān)，因?yàn)樗捻憫?yīng)頻率高、抗環(huán)境干擾性能好、應(yīng)用范圍廣、價(jià)格較低。若所測(cè)對(duì)象是

7、非金屬（或金屬）、液位高度、粉狀物高度、塑料、煙草等。則應(yīng)選用電容式接近開關(guān)。這種開關(guān)的響應(yīng)頻率低，但穩(wěn)定性好。若被測(cè)物體為導(dǎo)磁材料或者為了區(qū)別和它在一同運(yùn)動(dòng)的物體而把磁鋼埋在被測(cè)物體內(nèi)時(shí)，應(yīng)選用霍爾接近開關(guān)，它的價(jià)格最低。無論選用哪種接近開關(guān)，都應(yīng)注意對(duì)工作電壓、負(fù)載電流、響應(yīng)頻率、檢測(cè)距離等各項(xiàng)指標(biāo)的要求。,光電開關(guān),光電開關(guān)原理,光電傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。工作原理是：首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)（光通量或

8、光參數(shù)）的變化，然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號(hào)。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器，接收器和檢測(cè)電路。,光電開關(guān)分類,對(duì)射式光電開關(guān)直接反射式光電開關(guān)反射板型反射式光電開關(guān)會(huì)聚型反射式光電開關(guān),對(duì)射式光電開關(guān),對(duì)射式光電開關(guān)原理對(duì)射式光電開關(guān)是將投光器與受光器置于相對(duì)的兩個(gè)裝置，光束也是在相對(duì)的兩個(gè)裝置之間，穿過投光器與受光器之間的物體會(huì)阻斷光束并啟動(dòng)受光器。,,直接反射式光電開關(guān),直接反射式光電開關(guān)原理

9、直接反射式光電開關(guān)將投光器與受光器置于一體內(nèi)，光電開關(guān)反射的光被檢測(cè)物體返回受光器。,,反射板型反射式光電開關(guān),反射板型反射式光電開關(guān)原理反射板型反射式光電開關(guān)也將投光器與受光器置于一體，它不同于其他模式的是它采用反射板將光線反射到光電開關(guān)，光電開關(guān)與反射板之間的物體雖然也會(huì)反射光線，但其效率遠(yuǎn)低于反射板，因而切斷反射光束。,,會(huì)聚型反射式光電開關(guān),會(huì)聚型反射式光電開關(guān)原理會(huì)聚型反射式的光電開關(guān)的工作原理類似于直接反射式光電開關(guān)，

10、其投光器與受光器置于一體，只有當(dāng)物體出現(xiàn)在聚焦點(diǎn)時(shí)，光電開關(guān)才會(huì)有動(dòng)作。,,光電開關(guān)選用注意事項(xiàng),在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場(chǎng)合，可采用光電接近開關(guān)。光電接近開關(guān)工作時(shí)對(duì)被測(cè)對(duì)象幾乎無任何影響。因此，在要求較高的傳真機(jī)上，在煙草機(jī)械上都被廣泛地使用。,熱電阻、熱電偶,熱電阻,電阻溫度探測(cè)器(RTD)實(shí)際上是一根特殊的導(dǎo)體，通常呈繞線或者薄膜螺旋管的形狀，它的電阻值隨溫度變化而變化。目前使用最廣泛的熱電阻材料是銅、鉑、鎳以及鎳鐵合

11、金。熱電阻成本較低，線性良好，但在使用時(shí)需要施加外部激勵(lì)。,,熱電阻測(cè)溫原理,熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的特性來測(cè)量溫度的。作為測(cè)量用的熱電阻材料必須具備以下特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)要盡可能大和穩(wěn)定；電阻率高，電阻與溫度之間關(guān)系最好成線性，并且在較寬的測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。目前應(yīng)用得較多的熱電阻材料有鉑和銅等。熱電阻由電阻體、保護(hù)套和接線盒等部件組成。,,熱電偶,兩種不同金屬的兩端相連接構(gòu)成閉合回路，當(dāng)這兩個(gè)連接

12、點(diǎn)的溫度（有一個(gè)溫差）時(shí)，會(huì)在該回路中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)而流過一個(gè)電流。這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)（Seebek effect），所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)（thermoelectromortiv force），流過的電流稱為熱電流。熱電偶（thermo couple）就是利用塞貝克效應(yīng)制成的溫度傳感器。,,熱電偶測(cè)溫原理,用電壓表測(cè)量熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，就能求出連接點(diǎn)的溫差，由此可以計(jì)算出被測(cè)物體的溫度。當(dāng)冷接點(diǎn)為非0℃的常溫時(shí)，如果不對(duì)熱

13、電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償就不能得到正確的測(cè)量結(jié)果。不同材料的熱電偶被分為B、R、S、E、J、T幾種類型。,,,其他溫度傳感器：IC溫度傳感器,二極管的正向偏壓閥值及晶體管基極與發(fā)射極間的正向偏壓閥值都是具有溫度敏感特性。利用這種特性，可以將二極管或晶體管以及能對(duì)其輸出電壓進(jìn)行線性補(bǔ)償?shù)碾娐芳稍谝粋€(gè)芯片上制成IC溫度傳感器。,,測(cè)溫范圍在2-150℃的LM35DZ芯片測(cè)量溫度,濕度傳感器,濕度傳感器介紹,濕敏傳感器是由濕敏元件及轉(zhuǎn)換電路組

14、成的，具有把環(huán)境濕度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。濕度傳感器種類繁多：按輸出的電學(xué)量分為電阻型、電容型、頻率型等；按探測(cè)功能氛圍相對(duì)濕度型、絕對(duì)濕度型、結(jié)露型等；按材料分為陶瓷式、有機(jī)高分子式、半導(dǎo)體式、電解質(zhì)式等。,濕度傳感器選用,濕度傳感器種類很多，應(yīng)用環(huán)境較復(fù)雜。要使傳感器適應(yīng)各種工作環(huán)境，滿足性能要求，必須正確選擇濕度傳感器。在潔凈環(huán)境常溫下，尤其作為連續(xù)測(cè)量使用，應(yīng)選擇高分子濕度傳感器，因其精度高，穩(wěn)定性好。在惡歷的環(huán)境和高

15、溫場(chǎng)合應(yīng)選擇加熱清洗的陶瓷濕度傳感器，因這類傳感器耐高溫，通過定期清洗能除去吸附于敏感體表的水汽、油霧、灰塵、有機(jī)氣體等。在低功耗電路中可選擇高分子濕度傳感器或半導(dǎo)體濕度傳感器。,氣體傳感器,氣體傳感器,氣體傳感器是用來測(cè)量氣體的類別、濃度和成份的傳感器。由于氣體種類繁多，性質(zhì)各不相同，不可能用一種傳感器檢測(cè)所有類別的氣體，因此，能實(shí)現(xiàn)氣—電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多。氣體傳感器有半導(dǎo)體式、接觸燃燒式、固體電解質(zhì)式、電化學(xué)式、集成式等類型