感測器技術論文範文
感測器***英文名稱：transducer/sensor***是直接作用於被測量、並能按一定規律將其轉化為同種或別種量值輸出的器件。這是小編為大家整理的，僅供參考!
篇一
感測器及其概述
摘 要
感測器***英文名稱：transducer/sensor***是直接作用於被測量、並能按一定規律將其轉化為同種或別種量值輸出的器件。目前，感測器轉換後的訊號大多是電訊號，因而從狹義上講，感測器是把外界輸入的非電訊號轉換為電訊號的裝置。
【關鍵詞】感測器 種類 新型
1 前言
感測器是測試系統的一部分，其作用類似於人類的感覺器官，也可以認為是人類感官的延伸。人們藉助感測器可以去探測那些人們無法用或不便用感官直接感知的事物，如用熱電偶可以測量熾熱物體的溫度;用超聲波換能器可以測海水深度;用紅外遙感器可從高空探測地面形貌、河流狀態及植被的分佈等。因此，可以說感測器是人們認識自然界事物的有力工具，是測量儀器與被測量物體之間的介面。通常情況下，感測器處於測試裝置的輸入端，是測試系統的第一個環節，其效能直接影響著整個測試系統，對測試精度有很大影響。
2 感測器的分類
按被測物理量的不同，可以分為位移、力、溫度、流量感測器等;按工作的基礎不同，可以分為機械式感測器、電氣式感測器、光學式感測器、流體式感測器等;按訊號變換特徵可以分為物性型感測器和結構型感測器;根據敏感元件與被測物件直接的能量關係，可以分為能量轉換型感測器與能量控制型感測器。
3 常見感測器介紹
3.1 電阻應變式感測器
電阻應變式感測器又叫電阻應變計，其敏感元件是電阻應變。應變片是在用苯酚，環氧樹脂等絕緣材料浸泡過的玻璃基板上，貼上直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔製成。敏感元件也叫敏感柵。其具有體積小、動態響應快、測量精度高、使用簡單等優點。在航空、機械、建築等各行業獲得了廣泛應用。電阻應變片的工作原理是基於金屬的應變效應，即金屬導體在外力作用下產生機械形變，其電阻值隨機械變形的變化而變化。其可以分為：金屬電阻應變片和半導體應變片式兩類。金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高***通常是絲式、箔式的幾十倍***、橫向效應小等優點。它們的主要區別在於：金屬電阻應變片式是利用導體形變引起電阻變化，而半導體應變片式則是利用電阻率變化引起電阻的變化。
3.2 電容式感測器
電容式感測器是將被測物理量轉換成電容量變化的裝置，它實質是一個具有可變引數的電容器。由於電容與極距成反比，與正對面積和介質成正比，因此其可以分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三類。極距變化型電容感測器的優點是可進行動態非接觸式測量，對被測系統的影響小，靈敏度高，適用於較小位移的測量，但這種感測器有非線性特性，因此使用範圍受到一定限制。面積變化型感測器的優點是輸出與輸入成線性關係，但與極距型感測器相比，靈敏度較低，適用於較大的直線或角位移的測量。介質變化型則多用於測量液體的高度等場合。
3.3 電感式感測器
電感式感測器是將被測物理量，如力、位移等，轉換為電感量變換的一種裝置，其變換是基於電磁感應原理。電感式感測器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。
電感式感測器具有以下特點：結構簡單，感測器無活動電觸點，因此工作可靠壽命長。靈敏度和分辨力高，能測出0.01微米的位移變化。感測器的輸出訊號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數百毫伏的輸出。線性度和重複性都比較好，在一定位移範圍***幾十微米至數毫米***內，感測器非線性誤差可達0.05%～0.1%。同時，這種感測器能實現資訊的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業自動控制系統中廣泛被採用。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態測控等缺點。
3.4 磁電式感測器
磁電式感測器是把被測物理量轉換為感應電動勢的一種感測器，又稱電磁感應式或電動力式感測器。其工作原理是一個匝數為N的線圈，當穿過它的磁通量變化時，線圈產生了感應電動勢。磁通量的變化可通過多種方式來實現，如磁鐵與線圈做切割磁力線運動、磁路的磁阻變化、恆定磁場中線圈面積的變化，因此可製造出不同型別的感測器用於測量速度、扭矩等。
3.5 壓電式感測器
壓電式感測器是一種可逆感測器，是利用某些物質的壓電效應進行工作的器件。最簡單的壓電式感測器是在壓電晶片的兩個工作面上進行金屬蒸鍍，形成金屬膜，構成兩個電極。當晶片受壓力時，兩個極板上聚集數量相等而極性相反的電荷，形成電場。因此壓電感測器可以看成是電荷發生器，又可以看作電容器。
4 新型感測器
4.1 生物感測器
生物感測器是用生物活性材料***酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等***與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科，是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監控方法，也是物質分子水平的快速、微量分析方法。各種生物感測器有以下共同的結構：包括一種或數種相關生物活性材料***生物膜***及能把生物活性表達的訊號轉換為電訊號的物理或化學換能器***感測器***，二者組合在一起，用現代微電子和自動化儀表技術進行生物訊號的再加工，構成各種可以使用的生物感測器分析裝置、儀器和系統。生物感測器的原理：待測物質經擴散作用進入生物活性材料，經分子識別，發生生物學反應，產生的資訊繼而被相應的物理或化學換能器轉變成可定量和可處理的電訊號，再經二次儀表放大並輸出，便可知道待測物濃度。
4.2 鐳射感測器
鐳射感測器：利用鐳射技術進行測量的感測器。它由鐳射器、鐳射檢測器和測量電路組成。鐳射感測器是新型測量儀表，它的優點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。鐳射感測器原理：鐳射感測器工作時，先由鐳射發射二極體對準目標發射鐳射脈衝。經目標反射後激光向各方向散射。部分散射光返回到感測器接收器，被光學系統接收後成像到雪崩光電二極體上。雪崩光電二極體是一種內部具有放大功能的光學感測器，因此它能檢測極其微弱的光訊號，並將其轉化為相應的電訊號。
5 結束語
隨著科技的飛速發展，人們不斷提高著自身認知世界的能力。感測器在獲取自然和生產領域中發揮著巨大上的作用。目前，感測器技術在發展經濟、推動社會進步方面起到重要的推動作用。相信未來，感測器技術將會出現一個飛躍。
作者簡介
楊天娟***1991-***，女，河北省邯鄲市人。現為鄭州大學本科生，主要研究方向為機械工程及自動化。
作者單位
鄭州大學機械工程學院 河南省鄭州市 450001
篇二
溫度感測器
摘 要：溫度感測器是最早開發、也是應用最廣泛的一種感測器。據調查，早在1990年，溫度感測器的市場份額就大大超出了其它感測器。從17世紀初，伽利略發明溫度計開始，人們便開始了溫度測量。而真正把溫度轉換成電訊號的感測器，是1821年德國物理學家賽貝發明的，也就是我們現在使用的熱電偶感測器。隨後，鉑電阻溫度感測器、半導體熱電偶溫度感測器、PN接面溫度感測器、整合溫度感測器相繼而生。也使得溫度感測器更加廣泛的應用到我們的生產和生活中。本文主要介紹了溫度感測器的分類、工作原理及應用。
關鍵詞：溫度感測器;溫度;攝氏度
中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 ***2014*** 02-0000-01
溫度感測器***temperature transducer***，利用物質各種物理性質隨溫度變化的規律把溫度轉換為可用輸出訊號。溫度感測器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。現代的溫度感測器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產實踐的各個領域中，也為我們的生活提供了無數的便利和功能。
一、溫度的相關知識
溫度是用來表徵物體冷熱程度的物理量。溫度的高低要用數字來量化，溫標就是溫度的數值表示方法。常用溫標有攝氏溫標和熱力學溫標。
攝氏溫標是把標準大氣壓下，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攝氏度之間進行100等份，每一等份為1攝氏度。熱力學溫標是威廉湯姆提出的，以熱力學第二定律為基礎，建立溫度僅與熱量有關而與物質無關的熱力學溫標。由於是開爾文總結出來的，所以又稱為開爾文溫標。
二、溫度感測器的分類
根據測量方式不同，溫度感測器分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度感測器是指感測器直接與被測物體接觸，從而進行溫度測量。這也是溫度測量的基本形式。其中接觸式溫度感測器又分為熱電偶溫度感測器、熱電阻溫度感測器、半導體熱敏電阻溫度感測器等。
非接觸式溫度感測器是測量物體熱輻射發出的紅外線，從而測量物體的溫度，可以進行遙測。
三、溫度感測器的工作原理
***一***熱電偶溫度感測器。熱電偶溫度感測器結構簡單，僅由兩根不同材料的導體或半導體焊接而成，是應用最廣泛的溫度感測器。
熱電偶溫度感測器是根據熱電效應原理製成的：把兩種不同的金屬A、B組成閉合迴路，兩接點溫度分別為t1和t2，則在迴路中產生一個電動勢。
熱電偶也是由兩種不同材料的導體或半導體A、B焊接而成，焊接的一端稱為工作端或熱端。與導線連線的一端稱為自由端或冷端，導體A、B稱為熱電極，總稱熱電偶。測量時，工作端與被測物相接觸，測量儀表為電位差計，用來測出熱電偶的熱電動勢，連線導線為補償導線及銅導線。
從測量儀表上，我們觀測到的便是熱電動勢，而要想知道物體的溫度，還需要檢視熱電偶的分度表。
為了保證溫度測量結果足夠精確，在熱電極材料的選擇方面也有嚴格的要求：物理、化學穩定性要高;電阻溫度係數小;導電率高;熱電動勢要大;熱電動勢與溫度要有線性或簡單的函式關係;復現性好;便於加工等。根據我們常用的熱電極材料，熱電偶溫度感測器可分為標準化熱電偶和非標準化熱電偶。鉑銠-鉑熱電偶是常用的標準化熱電偶，熔點高，可用於測量高溫，誤差小，但價格昂貴，一般適用於較為精密的溫度測量。鐵-康銅為常用的非標準化熱電偶，測溫上限為600攝氏度，易生鏽，但溫度與熱電動勢線性關係好，靈敏度高。
***二***電阻式溫度感測器。熱電偶溫度感測器雖然結構簡單，測量準確，但僅適用於測量500攝氏度以上的高溫。而要測量-200攝氏度到500攝氏度的中低溫物體，就要用到電阻式溫度感測器。
電阻式溫度感測器是利用導體或者半導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的。大多數金屬在溫度升高1攝氏度時，電阻值要增加0.4%到0.6%。電阻式溫度感測器就是要將溫度的變化轉化為電阻值的變化，再通過測量電橋轉換成電壓訊號送至顯示儀表。
***三***半導體熱敏電阻。半導體熱敏電阻的特點是靈敏度高，體積小，反應快，它是利用半導體的電阻值隨溫度顯著變化的特性製成的。可分為三種類型：***1***NTC熱敏電阻，主要是Mn，Co，Ni，Fe等金屬的氧化物燒結而成，具有負溫度係數。***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體，它也是具有負溫度係數的。***3***PTC熱敏電阻，以鈦酸鋇摻和稀土元素燒結而成的半導體陶瓷元件，具有正溫度係數。也正是因為PTC熱敏電阻具有正溫度係數，也製作成溫度控制開關。
***四***非接觸式溫度感測器。非接觸式溫度感測器的測溫元件與被測物體互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。這種測溫方法的主要特點是：可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的物件，也可用來測量溫度場的溫度分佈，但受環境溫度影響比較大。
四、溫度感測器的應用舉例
***一***溫度感測器在汽車上的應用。溫度感測器的作用是測量發動機的進氣，冷卻水，燃油等的溫度，並把測量結果轉換為電訊號輸送給ECU.對於所有的汽油機電控系統，進氣溫度和冷卻水溫度是ECU進行控制所必須的兩個溫度引數，而其他的溫度引數則隨電控系統的型別及控制需要而不盡相同。進氣溫度感測器通常安裝在空氣流量計或從空氣濾清器到節氣門體之間的進氣道或空氣流量計中，水溫感測器則佈置在發動機冷卻水路，汽缸蓋或機體上上的適當位置.可以用來測量溫度的感測器有繞線電阻式，擴散電阻式，半導體電晶體式，金屬芯式，熱電偶式和半導體熱敏電阻式等多種型別，目前用在進氣溫度和冷卻水溫度測量中應用最廣泛的是熱敏電阻式溫度感測器。
***二***利用溫度感測器調節衛生間的溫度。溫度感測器還能調節衛生間內的溫度，尤其是在洗澡的時候，能自動調節衛生間內的溫度是很有必要的。通過溫溼度感測器和氣體感測器就能很好的控制衛生間內的環境從而使我們能夠擁有一個舒適的生活。現在大部分旅館和一些公共場所都實現了自動調節，而普通家庭的衛生間都還是人工操作，尚未實現自動調節這主要是一般客戶不知道能夠利用感測器實現自動化，隨著未來人們的進一步瞭解，普通家庭的衛生間也能實現自動調節。
參考文獻：
[1]周琦.整合溫度感測器的設計[D].西安電子科技大學，2007.
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