傳感器的原理與應用

1、傳感器的原理與應用,V1.002006年5月,傳感器的基本概念,根據(jù)國家標準GB 7665-87，定義傳感器（Transducer/Senor）為：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。 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)換為適合傳輸和測量的

2、電信號部分。,傳感器的應用,傳感器的作用相當于人的五官，系統(tǒng)的自動化程度、智能化越來越高，系統(tǒng)對傳感器的依賴性越大，傳感器對系統(tǒng)的功能起決定性的作用。 傳感器現(xiàn)在已廣泛應用于各學科和工程領域。工業(yè)自動化、航天技術、軍事、機器人、環(huán)境監(jiān)測、安全保衛(wèi)、醫(yī)療、家用電器、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等,iCAN教學實驗開發(fā)平臺上應用的傳感器,在iCAN教學實驗開發(fā)平臺上集成了不同類型的傳感器接近開關光電開關熱電阻、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,接近開關性能特點,接近開關性能特點在各類開關中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關通或斷的目的 ，這就是接近開關。當有物體移向接近開關，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。不同的接近開關檢出距離也不同。有時被檢測物體是按一定的時間間隔，一個接一個地移向接近開關，又一個一個地離開，這樣不斷地重復

4、。不同的接近開關，對檢測對象的響應能力是不同的。這種響應特性被稱為“響應頻率”。,接近開關分類,接近開關分類：電感式接近開關 電容式接近開關 霍爾接近開關,電感式接近開關,它是利用導電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。,電容式接近開關,這種開關的測量通常是構(gòu)成電容器

5、的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，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，由此便可控制開關的接通或斷開。電容式接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。,霍爾接近開關,霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫做霍爾開關。當磁性物件移近霍爾開關時

6、，開關檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應而使開關內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。,接近開關選用注意事項,在一般的工業(yè)生產(chǎn)場所，通常都選用渦流式接近開關和電容式接近開關。因為這兩種接近開關對環(huán)境的要求條件較低。當被測對象是導電物體或可以固定在一塊金屬物上的物體時，一般都選用渦流式接近開關，因為它的響應頻率高、抗環(huán)境干擾性能好、應用范圍廣、價格較低。若所測對象是

7、非金屬（或金屬）、液位高度、粉狀物高度、塑料、煙草等。則應選用電容式接近開關。這種開關的響應頻率低，但穩(wěn)定性好。若被測物體為導磁材料或者為了區(qū)別和它在一同運動的物體而把磁鋼埋在被測物體內(nèi)時，應選用霍爾接近開關，它的價格最低。無論選用哪種接近開關，都應注意對工作電壓、負載電流、響應頻率、檢測距離等各項指標的要求。,光電開關,光電開關原理,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：首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號（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。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，接收器和檢測電路。,光電開關分類,對射式光電開關直接反射式光電開關反射板型反射式光電開關會聚型反射式光電開關,對射式光電開關,對射式光電開關原理對射式光電開關是將投光器與受光器置于相對的兩個裝置，光束也是在相對的兩個裝置之間，穿過投光器與受光器之間的物體會阻斷光束并啟動受光器。,,直接反射式光電開關,直接反射式光電開關原理

9、直接反射式光電開關將投光器與受光器置于一體內(nèi)，光電開關反射的光被檢測物體返回受光器。,,反射板型反射式光電開關,反射板型反射式光電開關原理反射板型反射式光電開關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，光電開關與反射板之間的物體雖然也會反射光線，但其效率遠低于反射板，因而切斷反射光束。,,會聚型反射式光電開關,會聚型反射式光電開關原理會聚型反射式的光電開關的工作原理類似于直接反射式光電開關，

10、其投光器與受光器置于一體，只有當物體出現(xiàn)在聚焦點時，光電開關才會有動作。,,光電開關選用注意事項,在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場合，可采用光電接近開關。光電接近開關工作時對被測對象幾乎無任何影響。因此，在要求較高的傳真機上，在煙草機械上都被廣泛地使用。,熱電阻、熱電偶,熱電阻,電阻溫度探測器(RTD)實際上是一根特殊的導體，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，但在使用時需要施加外部激勵。,,熱電阻測溫原理,熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的。作為測量用的熱電阻材料必須具備以下特點：電阻溫度系數(shù)要盡可能大和穩(wěn)定；電阻率高，電阻與溫度之間關系最好成線性，并且在較寬的測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì)。目前應用得較多的熱電阻材料有鉑和銅等。熱電阻由電阻體、保護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，當這兩個連接

12、點的溫度（有一個溫差）時，會在該回路中產(chǎn)生一個電動勢而流過一個電流。這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應（Seebek effect），所產(chǎn)生的電動勢稱為熱電動勢（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制成的溫度傳感器。,,熱電偶測溫原理,用電壓表測量熱電偶的熱電動勢，就能求出連接點的溫差，由此可以計算出被測物體的溫度。當冷接點為非0℃的常溫時，如果不對熱

13、電偶進行溫度補償就不能得到正確的測量結(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其輸出電壓進行線性補償?shù)碾娐芳稍谝粋€芯片上制成IC溫度傳感器。,,測溫范圍在2-150℃的LM35DZ芯片測量溫度,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)殡娦盘柕难b置。濕度傳感器種類繁多：按輸出的電學量分為電阻型、電容型、頻率型等；按探測功能氛圍相對濕度型、絕對濕度型、結(jié)露型等；按材料分為陶瓷式、有機高分子式、半導體式、電解質(zhì)式等。,濕度傳感器選用,濕度傳感器種類很多，應用環(huán)境較復雜。要使傳感器適應各種工作環(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)測量使用，應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、溫場合應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、有機氣體等。在低功耗電路中可選擇高分子濕度傳感器或半導體濕度傳感器。,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所有類別的氣體，因此，能實現(xiàn)氣—電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多。氣體傳感器有半導體式、接觸燃燒式、固體電解質(zhì)式、電化學式、集成式等類型