传感器原理与应用.ppt

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1、传感器的原理与应用,传感器的基本概念,根据国家标准GB 7665-87，定义传感器（Transducer/Senor）为：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件或转换元件组成：敏感元件（Sensing element）指传感器中能直接感受被测量的部分；转换元件（Transduction element）指传感器中能将敏感元件输出量转换为适合传输和测量的电信号部分。,传感器的应用,传感器的作用相当于人的五官，系统的自动化程度、智能化越来越高，系统对传感器的依赖性越大，传感器对系统的功能起决定性的作用。传感器现在已广泛应用于各学科和工程领域。工业自动

2、化、航天技术、军事、机器人、环境监测、安全保卫、医疗、家用电器、农业现代化等,iCAN教学实验开发平台上应用的传感器,在iCAN教学实验开发平台上集成了不同类型的传感器接近开关光电开关热电阻、热电偶温湿度传感器超声波传感器煤气传感器,接近开关,接近开关性能特点,接近开关性能特点在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测物体是按一定的时间间隔，一个接一

3、个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。,接近开关分类,接近开关分类：电感式接近开关 电容式接近开关 霍尔接近开关,电感式接近开关,它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。,电容式接近开关,这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不

4、论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。电容式接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。,霍尔接近开关,霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。,接近开关选用注意事项,在一般的工业生产场所，通常都选用涡流式接近开关和电容式接近开关。因为这两种接近开关对环境的要求条件较

5、低。当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物上的物体时，一般都选用涡流式接近开关，因为它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围广、价格较低。若所测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等。则应选用电容式接近开关。这种开关的响应频率低，但稳定性好。若被测物体为导磁材料或者为了区别和它在一同运动的物体而把磁钢埋在被测物体内时，应选用霍尔接近开关，它的价格最低。无论选用哪种接近开关，都应注意对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指标的要求。,光电开关,光电开关原理,光电传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号（光通量或光参数）的

6、变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。,光电开关分类,对射式光电开关直接反射式光电开关反射板型反射式光电开关会聚型反射式光电开关,对射式光电开关,对射式光电开关原理对射式光电开关是将投光器与受光器置于相对的两个装置，光束也是在相对的两个装置之间，穿过投光器与受光器之间的物体会阻断光束并启动受光器。,直接反射式光电开关,直接反射式光电开关原理直接反射式光电开关将投光器与受光器置于一体内，光电开关反射的光被检测物体返回受光器。,反射板型反射式光电开关,反射板型反射式光电开关原理反射板型反射式光电开关也将投光器与受光器置于一

7、体，它不同于其他模式的是它采用反射板将光线反射到光电开关，光电开关与反射板之间的物体虽然也会反射光线，但其效率远低于反射板，因而切断反射光束。,会聚型反射式光电开关,会聚型反射式光电开关原理会聚型反射式的光电开关的工作原理类似于直接反射式光电开关，其投光器与受光器置于一体，只有当物体出现在聚焦点时，光电开关才会有动作。,光电开关选用注意事项,在环境条件比较好、无粉尘污染的场合，可采用光电接近开关。光电接近开关工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在要求较高的传真机上，在烟草机械上都被广泛地使用。,热电阻、热电偶,热电阻,电阻温度探测器(RTD)实际上是一根特殊的导体，通常呈绕线或者薄膜螺旋管的

8、形状，它的电阻值随温度变化而变化。目前使用最广泛的热电阻材料是铜、铂、镍以及镍铁合金。热电阻成本较低，线性良好，但在使用时需要施加外部激励。,热电阻测温原理,热电阻是利用导体的电阻随温度变化而变化的特性来测量温度的。作为测量用的热电阻材料必须具备以下特点：电阻温度系数要尽可能大和稳定；电阻率高，电阻与温度之间关系最好成线性，并且在较宽的测量范围内具有稳定的物理和化学性质。目前应用得较多的热电阻材料有铂和铜等。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。,热电偶,两种不同金属的两端相连接构成闭合回路，当这两个连接点的温度（有一个温差）时，会在该回路中产生一个电动势而流过一个电流。这种现象称为塞贝克

9、效应（Seebek effect），所产生的电动势称为热电动势（thermoelectromortiv force），流过的电流称为热电流。热电偶（thermo couple）就是利用塞贝克效应制成的温度传感器。,热电偶测温原理,用电压表测量热电偶的热电动势，就能求出连接点的温差，由此可以计算出被测物体的温度。当冷接点为非0的常温时，如果不对热电偶进行温度补偿就不能得到正确的测量结果。不同材料的热电偶被分为B、R、S、E、J、T几种类型。,其他温度传感器：IC温度传感器,二极管的正向偏压阀值及晶体管基极与发射极间的正向偏压阀值都是具有温度敏感特性。利用这种特性，可以将二极管或晶体管以及能对其输

10、出电压进行线性补偿的电路集成在一个芯片上制成IC温度传感器。,测温范围在2-150的LM35DZ芯片测量温度,湿度传感器,湿度传感器介绍,湿敏传感器是由湿敏元件及转换电路组成的，具有把环境湿度转变为电信号的装置。湿度传感器种类繁多：按输出的电学量分为电阻型、电容型、频率型等；按探测功能氛围相对湿度型、绝对湿度型、结露型等；按材料分为陶瓷式、有机高分子式、半导体式、电解质式等。,湿度传感器选用,湿度传感器种类很多，应用环境较复杂。要使传感器适应各种工作环境，满足性能要求，必须正确选择湿度传感器。在洁净环境常温下，尤其作为连续测量使用，应选择高分子湿度传感器，因其精度高，稳定性好。在恶历的环境和高

11、温场合应选择加热清洗的陶瓷湿度传感器，因这类传感器耐高温，通过定期清洗能除去吸附于敏感体表的水汽、油雾、灰尘、有机气体等。在低功耗电路中可选择高分子湿度传感器或半导体湿度传感器。,气体传感器,气体传感器,气体传感器是用来测量气体的类别、浓度和成份的传感器。由于气体种类繁多，性质各不相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气体，因此，能实现气电转换的传感器种类很多。气体传感器有半导体式、接触燃烧式、固体电解质式、电化学式、集成式等类型。目前常用的为前两种类型。,超声波传感器,超声波传感器,超声波传感器是实现声、电转换的装置，又称超声换能器或超声波探头按照作用原理的不同，超声波传感器可以分为：压电式磁致伸缩式电磁式,