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1、传感器技术课件技术基础1第1页，共14页，编辑于2022年，星期四（3 3）“某种某种某种某种可用信号可用信号可用信号可用信号输出输出输出输出”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。的器件或装置。的器件或装置。的器件或装置。非电量电测技术非电量电测技术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。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
2、一定规律转换成电信号输出的器件。（4 4）“转换转换转换转换”：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、：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某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。种可用信号输出的器件或装置。工业测量工业测量工业测量工业测量标准输出信标准输出信标准输出信标准输出信号号号号能量转换能量转换能量转换能量转换转换效率转换效率转换效率转换效率2第2页，共14页，编辑于2022年，星期四二、传感器的物理定律二、传感
3、器的物理定律（1 1）守恒定律）守恒定律）守恒定律）守恒定律（2 2）统计法则）统计法则）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。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。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。
4、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。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：热力学第二定律如：热力学第二定律如：热力学第二定律3第3页，共14页，编辑于2022年，星期四（3 3）场的定律）场的定律）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间上描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时间上描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时间上描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时间上的变换规律。的变换规律。的变换规律。的变换规律。
5、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：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结构型传感器结构型传感器物理方程物理方程物理方程物理方程 传感器工作的数学模型传感器工作的数学模型传感器工作的数学模型传感器工作的数学模型（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。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
6、质的定律。虎克定律虎克定律虎克定律虎克定律 F=k x F=k x 、欧姆定律、欧姆定律、欧姆定律、欧姆定律 U=R I U=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：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4第4页，共14页，编辑于2022年，星期四例例例例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
7、别。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）电容式传感器）电容式传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器化简得：化简得：化简得：化简得：输出灵敏度输出灵敏度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，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。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。固定极板固定极板固定极板固定极板活动极板活动极板
8、活动极板活动极板L Lb bd dL L5第5页，共14页，编辑于2022年，星期四（2 2）压敏传感器）压敏传感器）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。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电阻率的变化电阻率的变化压力大小压力大小压力大小压力大小材料性质材料性质材料性质材料性质压阻效应压阻效应压阻效应压阻效应半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料压力压力压力压力 P P6第6页，共14页，
9、编辑于2022年，星期四三、传感器的组成三、传感器的组成三、传感器的组成三、传感器的组成敏感敏感敏感敏感元件元件元件元件辅助电路辅助电路辅助电路辅助电路传感传感传感传感元件元件元件元件被被被被 测测测测非电量非电量非电量非电量有有有有 用用用用非电量非电量非电量非电量有有有有 用用用用电电电电 量量量量信号调节信号调节信号调节信号调节转换电路转换电路转换电路转换电路电电电电 量量量量传感元件传感元件传感元件传感元件被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量有用电量有用电量有用电量有用电量物性型物性型物性型物性型传感器传感器传感器传感器结构型结构型结构型结构型传感器传感器传感器传感器敏感敏感敏感敏
10、感元件元件元件元件传感传感传感传感元件元件元件元件被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量有用电量有用电量有用电量有用电量有用非电量有用非电量有用非电量有用非电量7第7页，共14页，编辑于2022年，星期四例例1-2 大吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器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：被测非电量：被测非电量：敏感元件：敏感元件：敏感元件：敏感元件：有用非电量：有用非电量：有用非电量：有用非电量：传感元件：传感元件：传感元件：传感元件：有用电量：有用电量：有用电量：有用电量：电容量电容量电容量电容量C C弹性体弹性体弹性体弹性体外界压力外界压力外界压力
11、外界压力极板间距变化极板间距变化极板间距变化极板间距变化电容传感器电容传感器电容传感器电容传感器弹性体弹性体弹性体弹性体极板极板极板极板支架支架支架支架绝缘材料绝缘材料绝缘材料绝缘材料定极板定极板定极板定极板动极板动极板动极板动极板8第8页，共14页，编辑于2022年，星期四转换元件转换元件输入输入输入输入输出输出输出输出（1 1）自源型）自源型）自源型）自源型特点：不需要外能源，特点：不需要外能源，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输出电量较弱输出电量较弱例例例例1-31-3：热电偶传感器热电偶传感器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
12、）温度场的能量（热量）温度场的能量（热量）电量电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能量转换型能量转换型有源型有源型有源型有源型能量控制型能量控制型能量控制型能量控制型无源型无源型无源型无源型A AB BT TTT9第9页，共14页，编辑于2022年，星期四（2 2）带激励源型）带激励源型）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，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有较大电量输出有较大电量输出例例例例1-4 1-4 霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器霍尔
13、电磁感应式传感器转换元件转换元件转换元件转换元件输入输入输入输入输出输出输出输出辅助能源辅助能源辅助能源辅助能源被测量：被测量：被测量：被测量：磁场磁场磁场磁场辅助能源：辅助能源：辅助能源：辅助能源：激励电流激励电流激励电流激励电流B BI IU UHHB BA AC CD Db bd dL Lx xy yz z10第10页，共14页，编辑于2022年，星期四例例例例1-51-5：磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器（3）外源型）外源型特点：通过带外电源的变换特点：通过带外电源的变换特点：通过带外电源的变换特点：通过带外电源的变换电路，才能获得有用的电量电路，才能获得有用的电量电路
14、，才能获得有用的电量电路，才能获得有用的电量输出输出输出输出输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：能量控制型能量控制型能量控制型能量控制型线圈线圈线圈线圈永久磁铁永久磁铁永久磁铁永久磁铁动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）11第11页，共14页，编辑于2022年，星期四四、传感器的分类四、传感器的分类四、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
15、、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器分类方法分类方法分类方法分类方法按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按输出信号性质：按输出信号性质：按输出信号性质：按输出信号性质：按构成原理：按构成原理：按构成原理：按构成原理：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按高新技术：按高新技术：按高新技术：按高新技术：能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量
16、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）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、物性型传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器12第12页，共14页，编辑于2022年，星期四13第13页，共14页，编辑于2022年，星期四1、比较结构型传感器和物性型传感器。、比较结构型传感器和物性型传感器。2、举例说明传感器在家用电器中的应用。、举例说明传感器在家用电器中的应用。14第14页，共14页，编辑于2022年，星期四