1、第第4章章 傳感器技術(shù)概論傳感器技術(shù)概論4.1 傳感器的基本概念 4.2 彈性敏感元件 4.3 傳感器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢4.1 4.1 傳感器的基本概念傳感器的基本概念1.傳感器的定義傳感器的定義：根據(jù)GB 7665規(guī)定能感受 （或響應(yīng)）規(guī)定的被測 量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換 成可用信號輸出的器件 或裝置。 定義的內(nèi)涵：1、從傳感器的輸入端：只能感受規(guī)定的被測量，有最大的靈敏度和最好的選擇性；2、從傳感器的輸出端：輸出信號為“可有信號”-便于處理和傳輸（或更實(shí)用的形式，如：語音等）；3、從輸入與輸出之間的關(guān)系：應(yīng)具有一定的規(guī)律（可以用確定的數(shù)學(xué)模型來描述，也就是具有確定規(guī)律的靜態(tài)和動態(tài)特性）。2.傳感

2、器的組成敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測量電量3.敏感元件的定義的定義：根據(jù)GB 7665規(guī)定是指 傳感器中能直接感受 或響應(yīng)被測量的部分。 從其結(jié)構(gòu)和功能角度看，傳感器是包含敏感元件及其輔助電路在內(nèi)的功能器件。敏感元件是內(nèi)藏于傳感器中的元件。 當(dāng)傳感器的輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)，則稱作變送器。 傳感器的命名 命名：由主題詞加四級修飾語構(gòu)成 主題詞傳感器 第一級修飾語被測量，包括修飾 被測量的定語 第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理，一般可 后續(xù)以“式”字補(bǔ)充知識 第三級修飾語特征描述，指必須強(qiáng)調(diào)的傳 感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特 征、敏感元件及其它必要的 性能特征，一般可后續(xù)以 “型”字 第四級修飾語主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精

3、確 度、靈敏度等） 補(bǔ)充知識 例： 題目中的用法：在有關(guān)傳感器的統(tǒng)計(jì)表格、圖書索引、檢索以及計(jì)算機(jī)漢字處理等特殊場合，應(yīng)采用上述之順序： 如：傳感器，位移，應(yīng)變計(jì)式，100mm補(bǔ)充知識 正文中的用法：在技術(shù)文件、產(chǎn)品樣本、學(xué)術(shù)論文、教材及書刊的陳述句子中，作為產(chǎn)品名稱應(yīng)采用與上述相反的順序 如：10mm 應(yīng)變式 位移 傳感器補(bǔ)充知識 傳感器的代號 代號：依次為主稱（傳感器） 被測 量轉(zhuǎn)換原理序號 主稱傳感器 代號C 被測量用一個或兩個漢語拼音的第 一個大寫字母標(biāo)記補(bǔ)充知識 轉(zhuǎn)換原理用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記 序號用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品

4、系列等補(bǔ)充知識 若產(chǎn)品性能參數(shù)不變，僅在局部有改動或變動時(shí)，其序號可在原序號后面順序地加注大寫字母A、B、C等，（其中I、Q不用）補(bǔ)充知識 例： 應(yīng)變式位移傳感器： C WY-YB-20 光纖壓力傳感器：C Y-GQ-2 補(bǔ)充知識 傳感器的圖用圖形符號 傳感器圖用圖形符號是電氣圖用圖形符 號的一個組成部分。 GBT 1447993規(guī)定，傳感器圖用圖 形符號由符號要素正方形和等邊三角形 組成。補(bǔ)充知識補(bǔ)充知識圖中：正方形表示轉(zhuǎn)換元件，三角形表示敏感元件 在使用這種圖形符號時(shí)應(yīng)注意以下幾個問題： （1）表示轉(zhuǎn)換原理的限定符號應(yīng)寫進(jìn)正方形內(nèi)，表示被測量的限定符號應(yīng)寫進(jìn)三角形內(nèi)。 （2）當(dāng)無需強(qiáng)調(diào)具體

5、的轉(zhuǎn)換原理時(shí)，傳感器圖用圖形符號亦可簡化。 （3）對于傳感器的電氣引線，應(yīng)根據(jù)接線圖設(shè)計(jì)需要，從正方形的三個邊線垂直引出。補(bǔ)充知識補(bǔ)充知識補(bǔ)充知識國標(biāo)GBT 1447993給出了43種常用傳感器的圖用圖形符號示例 4.傳感器的分類 常用的分類法有兩種： 一種是按照傳感器的用途區(qū)分 另一種是按傳感器的工作原理區(qū)分 按照傳感器的用途區(qū)分，如位移傳感器、力傳感器、荷重傳感器、速度傳感器、振動傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和密度傳感器等。 按傳感器的工作原理區(qū)分，如電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、磁彈性式傳感器、振頻式傳感

6、器和電化學(xué)式傳感器等。 有時(shí)也常把原理和用途結(jié)合起來命名，如電感式位移傳感器和電容式壓力傳感器等。 # 按信號變換特征分類：結(jié)構(gòu)型（結(jié)構(gòu)發(fā)生變化）；物理型（物理性能）例如：電阻發(fā)生變化（半導(dǎo)體、電阻絲）；電容式、水銀溫度計(jì)等#按能量關(guān)系分類：能量轉(zhuǎn)換型、能量控制型#按輸出形式：模擬、數(shù)字#按接觸與否： 5、常見技術(shù)性能指標(biāo)：輸入 、量程、過載能力、動態(tài)、靜態(tài)、可靠性、靈敏度、溫漂等 在彈性范圍內(nèi)大多數(shù)材料服從虎克定律，即變形與受力成正比。縱向應(yīng)力與縱向應(yīng)變的比例常數(shù)就是材料的彈性模量E（modulus of elasticity），也叫楊氏模量。補(bǔ)充知識什么是材料的彈性和塑性什么是材料的彈性和

7、塑性? ? 物體在外力的作用下，會產(chǎn)生形變，當(dāng)外力消失后，恢復(fù)原形的形變稱為彈性形變，在沒有破碎的情況下，不能恢復(fù)原形的稱為塑性形變 一般在外力超過了材料彈性變形能力后就會產(chǎn)生塑性形變，材料抵抗外力的這種性質(zhì)就是他的彈性和塑性 材料能恢復(fù)原狀所能接受的最大外力就是它的彈性極限補(bǔ)充知識應(yīng)變 strain 應(yīng)變又稱“相對變形”。物體由于外因(載荷、溫度變化等）使它的幾何形狀和尺寸發(fā)生相對改變的物理量。物體某線段單位長度內(nèi)的形變（伸長或縮短），即線段長度的改變與線段原長之比，稱為“正應(yīng)變”或“線應(yīng)變”，用符號表示；補(bǔ)充知識 兩相交線段所夾角度的改變，稱為“切應(yīng)變”或“角應(yīng)變”，用符號表示。在變形前為

8、六面體形狀的單元體，其形變可分解為六個獨(dú)立的分量，故應(yīng)變也有六個獨(dú)立的分量即三個線應(yīng)變分量（x、y、z）和三個角應(yīng)變分量(x、y、z）。變形后單元體積元素的改變值與原單元體積的比值稱為“體積應(yīng)變”。補(bǔ)充知識4.2 4.2 彈性敏感元件彈性敏感元件1.彈性敏感材料的基本特性 （1）剛度； （2）靈敏度； （3）彈性滯后； （4）彈性后效； （5）溫度特性； （6）固有頻率； （7）機(jī)械品質(zhì)因素。（1）剛度 是彈性敏感元件在外力作用時(shí)抵抗變形的能力，一般用k表示0limxFdFkxdx （2）靈敏度 通常用剛度的倒數(shù)來表示彈性元件的特性，稱為彈性元件的靈敏度，一般用S表示，其表達(dá)式為： 靈敏度就是

9、單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小，靈敏度大，表明彈性元件軟，變形大。與剛度相似，如果彈性特性是線性的，則靈敏度為一常數(shù)，若彈性特性是非線性的，則靈敏度為一變數(shù)，即表示此彈性元件在彈性變形范圍內(nèi)，各處由單位力產(chǎn)生的變形大小是不同的。 1dxSkdF常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性 通常使用的彈性元件的材料為合金鋼（40Cr，35CrMnSiA等）、鈹青銅（Qbe2，QBr2.5等）、不銹鋼（1Cr18Ni9Ti等）。 傳感器中彈性元件的輸入量是力或壓力，輸出量是應(yīng)變或位移。在力的變換中，彈性敏感元件通常有實(shí)心或空心圓柱體、等截面圓

10、環(huán)、等截面或等強(qiáng)度懸臂梁等；變換壓力的彈性敏感元件有彈簧管、膜片、膜盒、薄臂圓桶等。 （3）彈性滯后（4）彈性后效（5）溫度特性 線膨脹系數(shù) 溫度對彈性模量的影響001tlltt001tEEtt（6）固有頻率12ekfm（7）機(jī)械品質(zhì)因素 每個振動周期存儲的能量與由阻尼等消耗的能量之比SCEQE2.彈性敏感元件的材料 金屬材料 非金屬材料3.彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)型式 （1）柱式彈性敏感元件 （2）梁式彈性敏感元件 （3）環(huán)式彈性敏感元件 （4）扭轉(zhuǎn)軸 （5）膜片和膜盒 （6）彈簧管 （7）波紋管 （8）薄壁圓筒什么是數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則什么是數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則? ?答：數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則是：答：數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則是： 1)擬定舍棄數(shù)字最左一位數(shù)字小于5時(shí)，則舍去，保留的各位數(shù)字不變。例：將12.1498修約到一位小數(shù)，得12.1，因45。 2)擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于5；或者是5，而其后接并非全部為O的數(shù)字時(shí)，則進(jìn)l，即保留的末位數(shù)字加l。 例l：將1268修約到“百”位，得13 x 102。 例2：將1268修約到“十”位，得127 x 10。 例3：將lO.502修約到個位，得ll。 補(bǔ)充知識3)擬舍棄數(shù)字最左一位數(shù)字為5，而后面無數(shù)字或皆為O時(shí)，若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)則進(jìn)l，為偶數(shù)則舍棄。 例：將1.050，