传感器技术课件ch01-1技术基础.ppt

主要选讲主要选讲 内容内容 1 1、传感器的基本概念、传感器的基本概念 2 2、传感器的静态数学模型和基本特性指标、传感器的静态数学模型和基本特性指标 1 1-1 1-1 传感器的基本概念传感器的基本概念 一、传感器的定义一、传感器的定义 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成 某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。 四层含义：四层含义： （1 1）传感器是一种）传感器是一种测量测量器件或装置器件或装置 测速发电机测速发电机: :发电机测速传感器发电机测速传感器 （2 2）“ “特定的被测量信息特定的被测量信息” ”：非电量非电量 发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？ 物理量物理量 化学量化学量 生物量生物量 电量电量 2 （3 3）“ “某种某种可用信号可用信号输出输出 ” ” 把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系 的电量输出的器件或装置。的电量输出的器件或装置。 非电量电测技术非电量电测技术 把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件 。 （4 4）“ “转换转换” ”：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、 转换器、探测器转换器、探测器 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成 某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。 工业测工业测 量量 标准输出标准输出 信号信号 能量转能量转 换换 转换效转换效 率率 3 二、传感器的物理定律二、传感器的物理定律 （1 1）守恒定律）守恒定律 （2 2）统计法则）统计法则 物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变 。 能量守恒、动量守恒、电荷守恒能量守恒、动量守恒、电荷守恒 传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。 常和传感器的工作状态有关。常和传感器的工作状态有关。 运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。 如：热力学第二定律如：热力学第二定律 4 （3 3）场的定律）场的定律 描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时 间上的变换规律。间上的变换规律。 静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器 利用场的定律构成的传感器称为：利用场的定律构成的传感器称为：结构型传感器结构型传感器 物理方程物理方程 传感器工作的数学模型传感器工作的数学模型 （4 4）物质定律）物质定律 表示各种物质内在客观性质的定律。表示各种物质内在客观性质的定律。 虎克定律虎克定律 F = k x F = k x 、欧姆定律欧姆定律 U = R IU = R I 基于物质定律构成的传感器称为：基于物质定律构成的传感器称为：物性型传感器物性型传感器 半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏 5 例例1-1 1-1 举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别 。 （1 1）电容式传感器）电容式传感器结构型传感器结构型传感器 化简得化简得 ： 输出灵敏度输出灵敏度 结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，结构型传感器的特性主要由其结构参数决定， 与构成传感器的物质的性质无关。与构成传感器的物质的性质无关。 固定极板固定极板 活动极板活动极板 L L b b d d L L 6 （2 2）压敏传感器）压敏传感器物性型传感器物性型传感器 物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。 电阻率的变化电阻率的变化 压力大小压力大小 材料性质材料性质 压阻效应压阻效应 半导体材料半导体材料 压力压力 P P 7 三、传感器的组成三、传感器的组成 敏感敏感 元件元件 辅助电路辅助电路 传感传感 元件元件 被被 测测 非电量非电量 有有 用用 非电量非电量 有有 用用 电电 量量 信号调节信号调节 转换电路转换电路 电电 量量 传感元件传感元件 被测非电量被测非电量有用电量有用电量 物性型物性型 传感器传感器 结构型结构型 传感器传感器 敏感敏感 元件元件 传感传感 元件元件 被测非电量被测非电量 有用电量有用电量有用非电量有用非电量 8 例例1-2 1-2 大吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器 被测非电量：被测非电量： 敏感元件：敏感元件： 有用非电量：有用非电量： 传感元件：传感元件： 有用电量：有用电量：电容量电容量C C 弹性体弹性体 外界压力外界压力 极板间距变化极板间距变化 电容传感器电容传感器 弹性体弹性体 极板极板 支架支架 绝缘材料绝缘材料 定极板定极板 动极板动极板 9 转换元件转换元件 输入输入输出输出 （1 1）自源型）自源型 特点：不需要外能源特点：不需要外能源 ， 输出电量较弱输出电量较弱 例例1-31-3：热电偶传感器热电偶传感器 温度场的能量（热量）温度场的能量（热量） 电量电量 能量角度能量角度 自源型自源型 带激励源型带激励源型 外源型外源型 能量转换型能量转换型 有源型有源型 能量控制型能量控制型 无源型无源型 A A B B T T TT 10 （2 2）带激励源型）带激励源型 特点：不需要变换电路特点：不需要变换电路 ， 有较大电量输出有较大电量输出 例例1-4 1-4 霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器 转换元件转换元件 输入输入输出输出 辅助能源辅助能源 被测量：被测量：磁场磁场 辅助能源：辅助能源：激励电流激励电流 B B I I U U HH B B A A C C D D b b d d L L x x y y z z 11 例例1-51-5：磁电式传感器磁电式传感器 （3 3）外源型）外源型 特点：通过带外电源的特点：通过带外电源的 变换电路，才能获得有变换电路，才能获得有 用的电量输出用的电量输出 输入输入输出输出 电源电源 变换电路变换电路 转换元件转换元件 电磁感应定律：电磁感应定律： 能量控制型能量控制型 线圈线圈 永久磁铁永久磁铁 动铁芯（衔铁动铁芯（衔铁 ） 12 四、传感器的分类四、传感器的分类 电容式、电感式、热电式传感器电容式、电感式、热电式传感器 位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器 分类方法分类方法 按输入物理量按输入物理量 ： 按工作原理：按工作原理： 按按能量关系：能量关系： 按按输出信号性质：输出信号性质： 按按构成原理：构成原理： 按按构成传感器的功能材料：构成传感器的功能材料： 按按高新技术：高新技术： 能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器） 能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器） 模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器 结构型、物性型传感器结构型、物