传感器的分类
2025-04-22 17:59:59 4 举报AI智能生成
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大纲/内容
传感器分类
被测物理量
位移传感器
力传感器
温度传感器
传感器的工作原理
机械式传感器
电气式传感器
光学式传感器
流体式传感器
信号变换特征
物性型传感器
依靠敏感元件材料本身的物理性质的变化来实现信号变换
结构型传感器
依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的
敏感元件与被测对象间的能量关系
能量转换型传感器
直接由被测对象输入能量使其工作的
能量控制型传感器
从外部供给能量使传感器工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化
输出信号
模拟式传感器
数字式传感器
机械式传感器
原理
利用弹性体作为敏感元件，输入量为力、压力、温度等物理量，输出为弹性元件本身的弹性形变（应变）。
优缺点
优点：具有结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等
缺点：惯性大、固有频率低，只宜用于检测缓变或静态被测量
代表器件
微型探测开关、测力计、压力计、温度计
电阻式、电容式、电感式传感器
电阻式传感器
原理
把被测量转换成电阻的变化
分类
变阻器式传感器
原理
通过改变电位器触电的位置，实现将位移转换为电阻R的变化。R=p*l/A。
分类
直线位移型
角位移型
非线性型
优缺点
优点：结构简单、性能稳定、使用方便
缺点：分辨力不高、因为受到电阻丝直径的限制
应用
用于线位移、角位移测量，在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等
电阻应变式传感器
原理
基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械形变时其电阻值相应发生变化
分类
金属电阻应变片
工作原理
基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化
分类
有丝式(金属丝电阻应变片)
箔式（金属箔式应变片）
半导体应变片
工作原理
基于半导体材料的压阻效应，即单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时其电阻率p发生变化的现象
优缺点
优点：灵敏度高，由于机械滞后小、横向效应小以及本身体积小等特点，扩大了半导体应变片的使用范围
缺点：温度稳定性差、灵敏度离散度大、以及在较大的应变作用下，非线性误差大等
应用
直接用来测量结构的应变或应力
将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器
固态压阻式传感器
原理
基于半导体材料的电阻效应，由基地{单晶硅}（弹性元件）和导电层（敏感元件）组成
应用
用于测量压力和加速度
典型动态电阻应变仪
工作原理
电桥输出信号与载波信号的乘积，经过交流放大后，再经过同步解调和低通滤波，可得到与原来极性相同但经过放大处理的信号
电容式传感器
基本原理
将被测量的变化转换成传感器电容量的变化，从而再转换成电信号的输出。电容量=相对介电系数*真空介电常数*极板面积/极板间距离
类型
极距变化型
分类
单极型
差动·式
优缺点
优点： 可进行动态非接触式测量，对被测系统的影响小；灵敏度高，适用于较小位移的测量
缺点：有非线性特征、传感器的杂散电容也对灵敏度和测量精度有影响，电子线路也较为复杂
面积变化型
分类
平面线位移变面积型
柱位移变面积型
角位移变面积型
优缺点
优点：输入与输出呈线性关系
缺点：灵敏度较低，适用于较大直线位移和角位移测量
介质变化型
用来测量电介质的液位或某些材料的温度、湿度和厚度等
测量电路
电桥型电路
直流极化电路
谐振电路
调频电路
运算放大电路
典型应用
电容式测厚传感器
电容式指纹识别传感器
指纹识别
电感式传感器
基本原理
利用电磁感应定律将被测非电量（位移、压力、流量等）转换成电感或互感的变化。
分类
自感型
可变磁阻式
自感=线圈匝数的平方*空气磁导率*空气气隙导磁截面积/（2*气隙长度)
典型结构
可变导磁面积型
差动型
单螺管线圈型
双螺管线圈差动型
涡流式
原理
利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应
影响高频线圈阻抗Z的因素
线圈与金属板间距离
金属板电阻率
磁导率
线圈励磁圆频率
测量电路
阻抗分压式调幅电路
调频电路
优点
结构简单、使用方便、不受油污等介质影响
应用实例
径向振摆测量、轴心轨迹测量、转速测量、穿透式测厚、零件计数器、表面裂纹测量
互感型
差动变压器式
原理
将被测位移量转换成线圈互感的变化
互感M的变化
两线圈的相对位置
周围介质的导磁能力
测量电路
交流电桥带你路、调频电路
应用
电感式压力传感器
测转速
磁电式、压电式、热电式传感器
磁电式传感器
原理
将被测物理量转换成感应电动势。
分类
动圈式
线速度型
e=NBlv*sin角
角速度型
e=KNBAw
磁阻式
线圈和磁铁彼此不作相对运动，由运动的物体改变磁路的磁阻，而引起磁力线增强和减弱，使线圈产生感应电动势
应用实例
测频数、测转速、偏心测量、振动测量
优点:使用简单、结构简单，在不同场合下可用来测量转速、偏心量、振动等
压电式传感器·
原理
利用某些物质的压电效应，即在外力作用下，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。
压电材料
压电单晶体、压电陶瓷、有机压电薄膜
特性参数
压电常数、电阻压电材料的绝缘电阻、居里点、弹性常数
等效电路
压片式晶片等效成电容（串、并联）
测量电路
前置放大电路
电压放大器、电荷放大器
应用
用来测量应力、压力、振动的加速度和声、超声、声的发射测量
应用实例
压电式单向测力传感器
压电式加速度传感器
压电式压力传感器
热电式传感器
原理
把被测量（主要是温度）转换为电量的变化，基于金属的热电效应
分类
热电偶传感器
原理
双金属温差热电势效应，有接触电动势和温差电动势
必要条件
两种不同的导体
两端接点温度不同
中间导体定律、标准电极定律
分类
铂铑—铂热电偶
1300以下长时间使用，1600左右短期测量
镍铬—镍硅（镍铝)
氧化性和中性介质，900以下长，1200短。还原性介质只用于500以下测量
镍铬---考铜
还原性或中性介质，600以下长，800短
铂铑30---铂铑6
1600长，1800短
热电阻传感器
原理
利用电阻随温度变化的特点制成的传感器
分类
金属热电阻
铂电阻
精度高、稳定性好、性能可靠
铜电阻
线性度好、电阻温度系数高以及价格便宜等，但只能在低温和没有浸蚀性介质中工作
其他热电阻
铟电阻、碳电阻、锰电阻
半导体热电阻
光电传感器
原理
将其他非电量转换为光信号，从而再转换成电信号。
优点
结构简单、可靠性高、精度高、非接触和反应快等
光电效应
用光照射某一物体，即光子与物体的能量交换过程
分类
外光电效应
原理
在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象。
器件
光电管、光电倍增管
光电特性、伏安特性
内光电效应
原理
在光照作用下，物体的导电性能如电阻率发生改变的现象
器件
光敏电阻、光敏二、三极管、光电池
光生伏特效应
光电元件
真空光电管或光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏晶体管
应用
输出特性
模拟量光电传感器
开关量光电传感器
实列
光电码盘
绝对编码码盘
二进制码
十进制码
循环格雷码
增量式编码码盘
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