傳感器自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)論文

1、吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院電氣信息工程系自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)第 1 頁 共 19 頁第 1 章 緒論 緒論1.1 傳感器的定義能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置， 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息， 按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出， 以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器是信

2、息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生等領(lǐng)域，尤其是溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下 3 個(gè)階段;(1) 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件);主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。(2) 模擬集成溫度傳感器/控制器;(3) 智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。1.2 傳感器的分類可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類

3、：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。根據(jù)傳感器工作原理， 可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類： 傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)， 諸如壓電效應(yīng)， 磁致伸縮現(xiàn)象， 離化、 極化、 熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、 電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器， 被測信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。有

4、些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。 化學(xué)傳感器技術(shù)問題較多， 例如可靠性問題， 規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長。1.2.1 傳感器按照其用途分類壓力敏和力敏傳感器位置傳感器液面?zhèn)鞲衅髂芎膫鞲衅魉俣葌鞲衅骷铀俣葌鞲衅骷纸ㄖこ虒W(xué)院城建學(xué)院電氣信息工程系自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)第 3 頁 共 19 頁現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和

5、敏感元件的開發(fā)強(qiáng)度。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。 表 1.2 中給出了一些可用于傳感器技術(shù)的、能夠轉(zhuǎn)換能量形式的材料。1.2.5 傳感器按照其制造工藝分類集成傳感器薄膜傳感器 厚膜傳感器陶瓷傳感器集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。 通常還將用于初步處理被測信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的， 相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。 使用混合工藝時(shí)，

6、同樣可將部分電路制造在此基板上。厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是 Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后， 已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。 厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性， 在某些方面， 可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。 由于研究、 開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本

7、投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。1.3 傳感器的特性傳感器的特興奮偽靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性。1.3.1 傳感器靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)， 傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程， 或以輸入量作橫坐標(biāo)， 把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要