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中文名传感器
外文名transducer/sensor
特 点微型化、数字化、智能化等
首要环节实现自动检测和自动控制
性 质检测装置
传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、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。
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)的被测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、重复性
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:
相同测量方法
相同观测者
相同测量仪器
相同地点
相同使用条件
在短时期内的重复。
6、分辨力
传感器在规定测量范围内可能检测出的被测量的*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*小变化量。
8、零位
使输出的**值为*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、*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*大值。
11、输入阻抗
在输出端短路时,传感器输入端测得的阻抗。
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。
14、零点输出
在室内条件下,所加被测量为零时传感器的输出。
15、滞后
在规定的范围内,当被测量值增加和减少时,输出中出现的*大差值。
16、迟后
输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。
17、漂移
在一定的时间间隔内,传感器输出中有与被测量无关的不需要的变化量。
18、零点漂移
在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。
19、灵敏度
传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。
20、灵敏度漂移
由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。
21、热灵敏度漂移
由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。
22、热零点漂移
由于周围温度变化而引起的零点漂移。
23、线性度
校准曲线与某一规定直线一致的程度。
24、非线性度
校准曲线与某一规定直线偏离的程度。
25、长期稳定性
传感器在规定的时间内仍能保持不超过允许误差的能力。
26、固有频率
在无阻力时,传感器的自由(不加外力)振荡频率。
27、响应
输出时被测量变化的特性。
28、补偿温度范围
使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。
29、蠕变
当被测量机器多有环境条件保持恒定时,在规定时间内输出量的变化。
30、绝缘电阻
如无其他规定,指在室温条件下施加规定的直流电压时,从传感器规定绝缘部分之间测得的电阻值。
公式如下:
C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N
C—单个传感器的额定量程
W—秤体自重
Wmax—被称物体净重的*大值
N—秤体所采用支撑点的数量
K-0—保险系数,一般取值在1.2~1.3之间
K-1—冲击系数
K-2—秤体的重心偏移系数
K-3—风压系数
压力敏和力敏传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。
按原理
振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。
按输出信号
模拟传感器:将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
数字传感器:将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。
膺数字传感器:将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。
开关传感器:当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
按其制造工艺
集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。
传感器(图3)
传感器(图3)
通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。
厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。
陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶、凝胶等)生产。
完成适当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。
每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低,以及传感器参数的高稳定性等原因,采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
按测量目
物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的。
化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化成电学量的敏感元件制成的。
生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的,用以检测与识别生物体内化学成分的传感器
要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。[6]
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。
灵敏度的选择
通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的干扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真。实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应越高,可测的信号频率范围就越宽。
在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过大的误差。
线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上,任何传感器都不能保证**的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。