傳感器技術(shù)論文范文
傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是直接作用于被測(cè)量、并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種量值輸出的器件。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的傳感器技術(shù)論文范文，僅供參考!
傳感器技術(shù)論文范文篇一
傳感器及其概述
摘 要
傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是直接作用于被測(cè)量、并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種量值輸出的器件。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多是電信號(hào)，因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。
【關(guān)鍵詞】傳感器 種類 新型
1 前言
傳感器是測(cè)試系統(tǒng)的一部分，其作用類似于人類的感覺(jué)器官，也可以認(rèn)為是人類感官的延伸。人們借助傳感器可以去探測(cè)那些人們無(wú)法用或不便用感官直接感知的事物，如用熱電偶可以測(cè)量熾熱物體的溫度;用超聲波換能器可以測(cè)海水深度;用紅外遙感器可從高空探測(cè)地面形貌、河流狀態(tài)及植被的分布等。因此，可以說(shuō)傳感器是人們認(rèn)識(shí)自然界事物的有力工具，是測(cè)量?jī)x器與被測(cè)量物體之間的接口。通常情況下，傳感器處于測(cè)試裝置的輸入端，是測(cè)試系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，其性能直接影響著整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)測(cè)試精度有很大影響。
2 傳感器的分類
按被測(cè)物理量的不同，可以分為位移、力、溫度、流量傳感器等;按工作的基礎(chǔ)不同，可以分為機(jī)械式傳感器、電氣式傳感器、光學(xué)式傳感器、流體式傳感器等;按信號(hào)變換特征可以分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器;根據(jù)敏感元件與被測(cè)對(duì)象直接的能量關(guān)系，可以分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器與能量控制型傳感器。
3 常見傳感器介紹
3.1 電阻應(yīng)變式傳感器
電阻應(yīng)變式傳感器又叫電阻應(yīng)變計(jì)，其敏感元件是電阻應(yīng)變。應(yīng)變片是在用苯酚，環(huán)氧樹脂等絕緣材料浸泡過(guò)的玻璃基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成。敏感元件也叫敏感柵。其具有體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量精度高、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在航空、機(jī)械、建筑等各行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻值隨機(jī)械變形的變化而變化。其可以分為：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片式兩類。金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高(通常是絲式、箔式的幾十倍)、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。它們的主要區(qū)別在于：金屬電阻應(yīng)變片式是利用導(dǎo)體形變引起電阻變化，而半導(dǎo)體應(yīng)變片式則是利用電阻率變化引起電阻的變化。
3.2 電容式傳感器
電容式傳感器是將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成電容量變化的裝置，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。由于電容與極距成反比，與正對(duì)面積和介質(zhì)成正比，因此其可以分為極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型三類。極距變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可進(jìn)行動(dòng)態(tài)非接觸式測(cè)量，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響小，靈敏度高，適用于較小位移的測(cè)量，但這種傳感器有非線性特性，因此使用范圍受到一定限制。面積變化型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極距型傳感器相比，靈敏度較低，適用于較大的直線或角位移的測(cè)量。介質(zhì)變化型則多用于測(cè)量液體的高度等場(chǎng)合。
3.3 電感式傳感器
電感式傳感器是將被測(cè)物理量，如力、位移等，轉(zhuǎn)換為電感量變換的一種裝置，其變換是基于電磁感應(yīng)原理。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。
電感式傳感器具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳感器無(wú)活動(dòng)電觸點(diǎn)，因此工作可靠壽命長(zhǎng)。靈敏度和分辨力高，能測(cè)出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出。線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍(幾十微米至數(shù)毫米)內(nèi)，傳感器非線性誤差可達(dá)0.05%～0.1%。同時(shí)，這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。
3.4 磁電式傳感器
磁電式傳感器是把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器，又稱電磁感應(yīng)式或電動(dòng)力式傳感器。其工作原理是一個(gè)匝數(shù)為N的線圈，當(dāng)穿過(guò)它的磁通量變化時(shí)，線圈產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁通量的變化可通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如磁鐵與線圈做切割磁力線運(yùn)動(dòng)、磁路的磁阻變化、恒定磁場(chǎng)中線圈面積的變化，因此可制造出不同類型的傳感器用于測(cè)量速度、扭矩等。
3.5 壓電式傳感器
壓電式傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎抢媚承┪镔|(zhì)的壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的器件。最簡(jiǎn)單的壓電式傳感器是在壓電晶片的兩個(gè)工作面上進(jìn)行金屬蒸鍍，形成金屬膜，構(gòu)成兩個(gè)電極。當(dāng)晶片受壓力時(shí)，兩個(gè)極板上聚集數(shù)量相等而極性相反的電荷，形成電場(chǎng)。因此壓電傳感器可以看成是電荷發(fā)生器，又可以看作電容器。
4 新型傳感器
4.1 生物傳感器
生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測(cè)方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。各種生物傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu)：包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的物理或化學(xué)換能器(傳感器)，二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。生物傳感器的原理：待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物活性材料，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的物理或化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào)，再經(jīng)二次儀表放大并輸出，便可知道待測(cè)物濃度。
4.2 激光傳感器
激光傳感器：利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。激光傳感器原理：激光傳感器工作時(shí)，先由激光發(fā)射二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。
5 結(jié)束語(yǔ)
隨著科技的飛速發(fā)展，人們不斷提高著自身認(rèn)知世界的能力。傳感器在獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大上的作用。目前，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面起到重要的推動(dòng)作用。相信未來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍。
作者簡(jiǎn)介
楊天娟(1991-)，女，河北省邯鄲市人。現(xiàn)為鄭州大學(xué)本科生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程及自動(dòng)化。
作者單位
鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 河南省鄭州市 450001
傳感器技術(shù)論文范文篇二
溫度傳感器
摘 要：溫度傳感器是最早開發(fā)、也是應(yīng)用最廣泛的一種傳感器。據(jù)調(diào)查，早在1990年，溫度傳感器的市場(chǎng)份額就大大超出了其它傳感器。從17世紀(jì)初，伽利略發(fā)明溫度計(jì)開始，人們便開始了溫度測(cè)量。而真正把溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，是1821年德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，也就是我們現(xiàn)在使用的熱電偶傳感器。隨后，鉑電阻溫度傳感器、半導(dǎo)體熱電偶溫度傳感器、PN結(jié)溫度傳感器、集成溫度傳感器相繼而生。也使得溫度傳感器更加廣泛的應(yīng)用到我們的生產(chǎn)和生活中。本文主要介紹了溫度傳感器的分類、工作原理及應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：溫度傳感器;溫度;攝氏度
中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2014) 02-0000-01
溫度傳感器(temperature transducer)，利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類?，F(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無(wú)數(shù)的便利和功能。
一、溫度的相關(guān)知識(shí)
溫度是用來(lái)表征物體冷熱程度的物理量。溫度的高低要用數(shù)字來(lái)量化，溫標(biāo)就是溫度的數(shù)值表示方法。常用溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。
攝氏溫標(biāo)是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，沸水的溫度定為100攝氏度，冰水混合物的溫度定為0攝氏度，在100攝氏度和0攝氏度之間進(jìn)行100等份，每一等份為1攝氏度。熱力學(xué)溫標(biāo)是威廉湯姆提出的，以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)而與物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。由于是開爾文總結(jié)出來(lái)的，所以又稱為開爾文溫標(biāo)。
二、溫度傳感器的分類
根據(jù)測(cè)量方式不同，溫度傳感器分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度傳感器是指?jìng)鞲衅髦苯优c被測(cè)物體接觸，從而進(jìn)行溫度測(cè)量。這也是溫度測(cè)量的基本形式。其中接觸式溫度傳感器又分為熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、半導(dǎo)體熱敏電阻溫度傳感器等。
非接觸式溫度傳感器是測(cè)量物體熱輻射發(fā)出的紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可以進(jìn)行遙測(cè)。
三、溫度傳感器的工作原理
(一)熱電偶溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由兩根不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接而成，是應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。
熱電偶溫度傳感器是根據(jù)熱電效應(yīng)原理制成的：把兩種不同的金屬A、B組成閉合回路，兩接點(diǎn)溫度分別為t1和t2，則在回路中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。
熱電偶也是由兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B焊接而成，焊接的一端稱為工作端或熱端。與導(dǎo)線連接的一端稱為自由端或冷端，導(dǎo)體A、B稱為熱電極，總稱熱電偶。測(cè)量時(shí)，工作端與被測(cè)物相接觸，測(cè)量?jī)x表為電位差計(jì)，用來(lái)測(cè)出熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，連接導(dǎo)線為補(bǔ)償導(dǎo)線及銅導(dǎo)線。
從測(cè)量?jī)x表上，我們觀測(cè)到的便是熱電動(dòng)勢(shì)，而要想知道物體的溫度，還需要查看熱電偶的分度表。
為了保證溫度測(cè)量結(jié)果足夠精確，在熱電極材料的選擇方面也有嚴(yán)格的要求：物理、化學(xué)穩(wěn)定性要高;電阻溫度系數(shù)小;導(dǎo)電率高;熱電動(dòng)勢(shì)要大;熱電動(dòng)勢(shì)與溫度要有線性或簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系;復(fù)現(xiàn)性好;便于加工等。根據(jù)我們常用的熱電極材料，熱電偶溫度傳感器可分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。鉑銠-鉑熱電偶是常用的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，熔點(diǎn)高，可用于測(cè)量高溫，誤差小，但價(jià)格昂貴，一般適用于較為精密的溫度測(cè)量。鐵-康銅為常用的非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，測(cè)溫上限為600攝氏度，易生銹，但溫度與熱電動(dòng)勢(shì)線性關(guān)系好，靈敏度高。
(二)電阻式溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，但僅適用于測(cè)量500攝氏度以上的高溫。而要測(cè)量-200攝氏度到500攝氏度的中低溫物體，就要用到電阻式溫度傳感器。
電阻式溫度傳感器是利用導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的。大多數(shù)金屬在溫度升高1攝氏度時(shí)，電阻值要增加0.4%到0.6%。電阻式溫度傳感器就是要將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻值的變化，再通過(guò)測(cè)量電橋轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至顯示儀表。
(三)半導(dǎo)體熱敏電阻。半導(dǎo)體熱敏電阻的特點(diǎn)是靈敏度高，體積小，反應(yīng)快，它是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成的?？煞譃槿N類型：(1)NTC熱敏電阻，主要是Mn，Co，Ni，F(xiàn)e等金屬的氧化物燒結(jié)而成，具有負(fù)溫度系數(shù)。(2)CTR熱敏電阻，用V，Ge，W，P等元素的氧化物在弱還原氣氛中形成燒結(jié)體，它也是具有負(fù)溫度系數(shù)的。(3)PTC熱敏電阻，以鈦酸鋇摻和稀土元素?zé)Y(jié)而成的半導(dǎo)體陶瓷元件，具有正溫度系數(shù)。也正是因?yàn)镻TC熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，也制作成溫度控制開關(guān)。
(四)非接觸式溫度傳感器。非接觸式溫度傳感器的測(cè)溫元件與被測(cè)物體互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。這種測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)是：可測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對(duì)象，也可用來(lái)測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布，但受環(huán)境溫度影響比較大。
四、溫度傳感器的應(yīng)用舉例
(一)溫度傳感器在汽車上的應(yīng)用。溫度傳感器的作用是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣，冷卻水，燃油等的溫度，并把測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸送給ECU.對(duì)于所有的汽油機(jī)電控系統(tǒng)，進(jìn)氣溫度和冷卻水溫度是ECU進(jìn)行控制所必須的兩個(gè)溫度參數(shù)，而其他的溫度參數(shù)則隨電控系統(tǒng)的類型及控制需要而不盡相同。進(jìn)氣溫度傳感器通常安裝在空氣流量計(jì)或從空氣濾清器到節(jié)氣門體之間的進(jìn)氣道或空氣流量計(jì)中，水溫傳感器則布置在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水路，汽缸蓋或機(jī)體上上的適當(dāng)位置.可以用來(lái)測(cè)量溫度的傳感器有繞線電阻式，擴(kuò)散電阻式，半導(dǎo)體晶體管式，金屬芯式，熱電偶式和半導(dǎo)體熱敏電阻式等多種類型，目前用在進(jìn)氣溫度和冷卻水溫度測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的是熱敏電阻式溫度傳感器。
(二)利用溫度傳感器調(diào)節(jié)衛(wèi)生間的溫度。溫度傳感器還能調(diào)節(jié)衛(wèi)生間內(nèi)的溫度，尤其是在洗澡的時(shí)候，能自動(dòng)調(diào)節(jié)衛(wèi)生間內(nèi)的溫度是很有必要的。通過(guò)溫濕度傳感器和氣體傳感器就能很好的控制衛(wèi)生間內(nèi)的環(huán)境從而使我們能夠擁有一個(gè)舒適的生活?，F(xiàn)在大部分旅館和一些公共場(chǎng)所都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)，而普通家庭的衛(wèi)生間都還是人工操作，尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)這主要是一般客戶不知道能夠利用傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，隨著未來(lái)人們的進(jìn)一步了解，普通家庭的衛(wèi)生間也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
參考文獻(xiàn)：
[1]周琦.集成溫度傳感器的設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué)，2007.
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