传感器课件绪论2用于合班

1、课课 程程 简简 介介北京化工大学信息科学与技术学院测控系北京化工大学信息科学与技术学院测控系 传感器原理传感器原理专业必修专业必修 专业选修专业选修64学时（授课学时（授课44学时学时 实验实验20学时）学时）48学时（授课学时（授课40学时学时 实验实验8学时）学时）4学分学分 3学分学分学期末闭卷考试学期末闭卷考试课程名称：课程名称：课程性质：课程性质：课程总学时：课程总学时：课程总学分：课程总学分：考试方法：考试方法：著译者：王化祥、张淑英著译者：王化祥、张淑英出版社：天津大学出版社出版社：天津大学出版社书号：书号：ISBN 7-5618-1142-X版次：版次：0209 开本：开本：

2、185mm260mm 页数：页数：328 装帧：平装装帧：平装 课程用教材课程用教材传感器原理及应用传感器原理及应用（修订版）（修订版） 王化祥王化祥 天津大学出版社天津大学出版社教材与上课内容的衔接问题教材与上课内容的衔接问题课上内容与教材不同步、不能完全覆课上内容与教材不同步、不能完全覆盖、图书馆借不到参考书目等问题盖、图书馆借不到参考书目等问题可参考课件可参考课件 推荐参考书目推荐参考书目课程内容课程内容讲课学时讲课学时实验学时实验学时绪论绪论 第第1章章 传感器的一般特性传感器的一般特性 第第2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 第第3章章 电电容容式传感器式传感器 第第4章章 电

3、电感感式传感器式传感器第第5章章 磁电式传感器磁电式传感器 第第6章章 压电式传感器压电式传感器 第第7章章 光电式传感器光电式传感器 第第8章章 光纤传感器光纤传感器第第9章章 热电式传感器热电式传感器第第10章章 波式传感器波式传感器复习复习 考试考试授课方式授课方式本课程讲课内容以传感器的本课程讲课内容以传感器的基本原理及应用为主，分析以定性基本原理及应用为主，分析以定性分析为主、定量分析为辅；分析为主、定量分析为辅；不深入讲解所涉及的电路。不深入讲解所涉及的电路。教学手段教学手段采用电化教学采用电化教学教学实验教学实验本次教学，实验室配备了传感器综合实验设备，为学生提供良好本次教学，实

4、验室配备了传感器综合实验设备，为学生提供良好的实验条件。的实验条件。要求要求听课、记笔记、交作业；做实验、交实验报告。听课、记笔记、交作业；做实验、交实验报告。学习成绩（百分制）学习成绩（百分制）成绩成绩 = 作业成绩作业成绩 + 实验成绩实验成绩 + 考试成绩考试成绩 10% 15% 75%绪绪 论论北京化工大学信息科学与技术学院测控系绪论绪论一、传感器的概念一、传感器的概念二、传感器的定义二、传感器的定义三、传感器的组成三、传感器的组成四四、传感器的分类及要求、传感器的分类及要求 五、传感器的发展趋势五、传感器的发展趋势 绪论绪论一、传感器的概念一、传感器的概念绪论在工业生产过程和科学实验

5、中，为了对各种变量进行检测和控制，首在工业生产过程和科学实验中，为了对各种变量进行检测和控制，首先要感受到这些变量，然后再把其转换成便于传送的信号，完成这一先要感受到这些变量，然后再把其转换成便于传送的信号，完成这一工作的装置称为工作的装置称为“传感器传感器”。 现代工业生产即自动化生产过程中，用各种传感器测取生产过程中的现代工业生产即自动化生产过程中，用各种传感器测取生产过程中的各个参数，采用自动控制，使生产过程处在正常状态，使产品质量达各个参数，采用自动控制，使生产过程处在正常状态，使产品质量达到最好、数量达到最多。同时获得最大效益。到最好、数量达到最多。同时获得最大效益。没有传感器无法实

6、现现代化生产没有传感器无法实现现代化生产。传感器是现代测控系统中的关键环节，它传感器是现代测控系统中的关键环节，它 处于处于被测控对象和测控系统被测控对象和测控系统之间的位置，之间的位置，是系统信息输入的源头（即原始信息），是系统进行分是系统信息输入的源头（即原始信息），是系统进行分析、判断、处理、调控和决策的依据。析、判断、处理、调控和决策的依据。信息时代的今天，利用、使用信息，首先要解决的就是获取信息，传信息时代的今天，利用、使用信息，首先要解决的就是获取信息，传感器是获取自然科学领域中信息的主要途径和手段。感器是获取自然科学领域中信息的主要途径和手段。现场控制室现场生产过程生产过程控控

7、制制 仪仪 表表基基地地式式调调节节器器气气动动单单元元组组合合仪仪表表电电动动单单元元组组合合仪仪表表组组装装式式仪仪表表可可编编程程控控制制器器PLC可可编编程程调调节节器器分分散散型型控控制制系系统统DCS紧紧急急停停车车系系统统ESD安安全全控控制制系系统统FSC显显 示示 仪仪 表表指指示示仪仪表表记记录录仪仪累累积积仪仪表表报报警警器器屏屏幕幕显显示示执行器执行器气动调节阀气动调节阀电动调节阀电动调节阀检检 测测 仪仪 表表流流量量压压力力物物位位温温度度成分分析成分分析传感器传感器在基础科学研究中，传感器具有更重要的地位在基础科学研究中，传感器具有更重要的地位绪论现代科学技术的发

8、展开拓了许多新领域现代科学技术的发展开拓了许多新领域如：如：宏观上观察上千亿光年的茫茫宇宙，宏观上观察上千亿光年的茫茫宇宙，微观观察小到微观观察小到10的负几十次立方米（的负几十次立方米（M3）的粒子；）的粒子；纵向（时间跨度）要观察长达数十亿万年的天体演化，短到纵向（时间跨度）要观察长达数十亿万年的天体演化，短到10-24秒的瞬间反应。秒的瞬间反应。蜘蛛星云 暗物质的直接证据 目前，传感器的应用早已渗透到各个领域，目前，传感器的应用早已渗透到各个领域，如工业农业生产、宇宙探索、海洋开发、环境保护、资源勘探、医如工业农业生产、宇宙探索、海洋开发、环境保护、资源勘探、医疗卫生等极其广泛的领域中。

9、疗卫生等极其广泛的领域中。在基础科学研究中，传感器具有更重要的地位在基础科学研究中，传感器具有更重要的地位绪论此外，人类极大发展了对物质、事物的此外，人类极大发展了对物质、事物的深化深化认识，认识，出现新能源、新材料等具有重要作用的各种尖端技术的研究，出现新能源、新材料等具有重要作用的各种尖端技术的研究，如：如：超高温、超低温、超高压、超真空、超强磁场、超弱磁场、超重超高温、超低温、超高压、超真空、超强磁场、超弱磁场、超重力、超失重等。力、超失重等。显然，要取得尖端技术方面的研究成果，必须获取相关信息，没有显然，要取得尖端技术方面的研究成果，必须获取相关信息，没有相应的传感器是不可能的。相应的

10、传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，甚至阻碍了人类对事物的认识。甚至阻碍了人类对事物的认识。传感器原理是一门综合科学传感器原理是一门综合科学绪论本门课涉及本门课涉及数学数学化学化学物理（核物理学、量子物理、力学、光学等）物理（核物理学、量子物理、力学、光学等）电学（电工学、电子学、微电子学、电磁学等）电学（电工学、电子学、微电子学、电磁学等）电化学电化学材料学材料学仿生学仿生学计算机（微型计算机）计算机（微型计算机）微电子加工微电子加工通讯通讯总线技术等科学总线技术等科学正是这个原因，也是不易掌握

11、的一门课程正是这个原因，也是不易掌握的一门课程二、传感器的定义二、传感器的定义传感器的定义：传感器的定义：能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。摘自国标 GB 665-87绪论传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。便于应用的某种物理量的测量装置。 包含了以下几方面的意思：包含了以下几方面的意思：传感器是测量装置，能完成规定的检测任务；传感器是测量装置，能完成规定的检测任务；它的输入量是

12、某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等物量等它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电物理量，通常是电物理量；示等，这种量可以是气、光、电物理量，通常是电物理量；输出输入有对应关系（一般要求为线性关系），且应有一定的精度。输出输入有对应关系（一般要求为线性关系），且应有一定的精度。三、传感器的组成三、传感器的组成传感器的组成：通常由敏感元件、转换元件和测量电路传感器的组成：通常由敏感元件、转换元件和测量电路组成，有时还需要加辅助电

13、源。组成，有时还需要加辅助电源。敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分转换元件是指将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输转换元件是指将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分或测量的电信号部分绪论敏感元件敏感元件 被测量被测量传感器的组成传感器的组成转换元件转换元件 非电量非电量测量电路测量电路 电量电量辅助电源辅助电源 测量电路是指将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控测量电路是指将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路制和处理的有用电信号的电路四、传感器的分类及要求四、传感器的分类及要求传感器种类繁

14、多，分类的方法五花八门。传感器种类繁多，分类的方法五花八门。被测量被测量 派派 生生 的的 被被 测测 量量 热工量热工量 温度、热量、比热、压力、真空度、流量、流速、风速温度、热量、比热、压力、真空度、流量、流速、风速 机械量机械量 位移、尺寸、形状、力、应力、力矩、振动、加速度、位移、尺寸、形状、力、应力、力矩、振动、加速度、 噪音、角度、表面粗糙度噪音、角度、表面粗糙度 物理量物理量 粘度、湿度、密度、分子量粘度、湿度、密度、分子量 化学量化学量 气体（液体）化学成分、浓度、盐度、气体（液体）化学成分、浓度、盐度、PH 值值 生物量生物量 心音、血压、体温、心电流、眼压、脑电波、气流量、

15、脉搏心音、血压、体温、心电流、眼压、脑电波、气流量、脉搏 光学量光学量 光强、光通量、辐射能量光强、光通量、辐射能量 绪论按被测量分类按被测量分类:按测量原理分类：按测量原理分类：测量原理测量原理 传传 感感 器器 变电阻变电阻 电位器式、应变式、压阻式、光敏、热敏电位器式、应变式、压阻式、光敏、热敏 变磁阻变磁阻 电感式、差动变压器式、涡流式电感式、差动变压器式、涡流式 变电容变电容 电容式、湿敏电容式、湿敏 变谐振频率变谐振频率 振动膜（筒、弦、梁）式振动膜（筒、弦、梁）式 变电荷变电荷 压电式压电式 变电势变电势 霍尔式、感应式、热电式霍尔式、感应式、热电式 核放射核放射 射线式射线式

16、超声、微波超声、微波 波式波式 绪论讲课是按测量原理分类安排其章节的。讲课是按测量原理分类安排其章节的。按构成原理分类：按构成原理分类：结构型传感器和物性型传感器结构型传感器和物性型传感器结构型传感器：是以其转换元件结构参数变化实现信号转换结构型传感器：是以其转换元件结构参数变化实现信号转换的，主要有：应变电阻式、电感式、电容式及磁电式等。的，主要有：应变电阻式、电感式、电容式及磁电式等。物性型传感器：是以其转换元件物理特性变化实现信号转换，物性型传感器：是以其转换元件物理特性变化实现信号转换，主要包括：光电式、压电式、热电式等。主要包括：光电式、压电式、热电式等。无论何种传感器，作为测量和控

17、制系统的首要环节，通常都必无论何种传感器，作为测量和控制系统的首要环节，通常都必须具有快速、准确、可靠的性能和低廉的价格。须具有快速、准确、可靠的性能和低廉的价格。 测量范围或量程足够大，有一定的过载能力测量范围或量程足够大，有一定的过载能力 输出输入信号成线性关系输出输入信号成线性关系 静态响应和动态响应能满足使用要求静态响应和动态响应能满足使用要求 成本低，寿命长，易于使用、维修和调校成本低，寿命长，易于使用、维修和调校 自检、自诊断、通信、智能、微功耗功能自检、自诊断、通信、智能、微功耗功能绪论对传感器的要求对传感器的要求 测量精度高、性能稳定可靠测量精度高、性能稳定可靠五、传感器的发展

18、趋势五、传感器的发展趋势现代科学技术的迅猛发展为传感器及检测技术的进步和发展创造了条现代科学技术的迅猛发展为传感器及检测技术的进步和发展创造了条件。同时，也不断地向传感器提出更新更高的要求。件。同时，也不断地向传感器提出更新更高的要求。计算机、电子、通讯、微电子加工技术以及基础理论的发展，使得传计算机、电子、通讯、微电子加工技术以及基础理论的发展，使得传感器得到了划时代的进步和发展。感器得到了划时代的进步和发展。绪论传感器向高性能高指标方向发展传感器向高性能高指标方向发展智能化智能化数字化数字化微型化微型化网络化网络化多功能化多功能化一体化一体化集成化集成化微功耗微功耗绪论传感器的发展与自动化装置的发展相比差距较大。其原因是：