安全監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)-常用傳感器

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1、第3章安全檢測常用傳感器3.1傳感器的作用及分類3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.3物性傳感器3.4其他類型傳感器3.5傳感器的選用原則3.1傳感器的作用及分類3.1.1傳感器的作用傳感器是實現(xiàn)檢測與自動控制(包括遙感、遙測、遙控)的首要環(huán)節(jié)，而傳感技術(shù)是衡量科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。如果沒有傳感器對原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕獲與轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的檢測與控制將無法實現(xiàn)。當(dāng)今的世界正處在信息革命的新時代，而信息革命的兩大重要支柱是信息采集與信息處理。信息的采集(捕獲)與轉(zhuǎn)換主要依賴于各種類型的傳感器，信息的處

2、理主要依靠電子技術(shù)和各種計算機(jī)。計算機(jī)與各種智能儀器將很快地在各個科學(xué)技術(shù)部門發(fā)揮巨大作用。然而，如果沒有各種類型的傳感器去準(zhǔn)確地捕獲并轉(zhuǎn)換信息，即使最現(xiàn)代化的計算機(jī)也無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。目前，傳感器的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個學(xué)科領(lǐng)域，從高新技術(shù)直到每個家庭日常生活。如空間技術(shù)、海洋開發(fā)、資源探測、生物工程、人體科學(xué)等高技術(shù)領(lǐng)域中許多新的進(jìn)展和突破，都是以實驗檢測為基礎(chǔ)并與傳感器技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的；工業(yè)生產(chǎn)過程的現(xiàn)代化，幾乎主要依靠各種傳感器來監(jiān)測與控制生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運行

3、在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率與高質(zhì)量；在生活領(lǐng)域中已進(jìn)人每一個家庭，據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)代高級轎車中所應(yīng)用的傳感器可達(dá)56種之多。又如目前常用的19種家用電器中，總共應(yīng)用了53個(21種)傳感器。傳感器應(yīng)用的技術(shù)水平成為衡量一個國家的科技和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。傳感器技術(shù)已形成一個完整獨立的科學(xué)體系，相信在不久的將來，對傳感器的研究將進(jìn)人一個嶄新的階段。3.1.2　傳感器的分類1.按輸入量（被測對象）分類輸入量即被測對象，按此方法分類，傳感器可分為物理量傳感器、化學(xué)量傳感器和生物量傳感器三大類。其

4、中，物理量傳感器又可分為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等等。這種分類方法給使用者提供了方便，容易根據(jù)被測對象選擇所需要的傳感器。2.按轉(zhuǎn)換原理分類從傳感器的轉(zhuǎn)換原理來說，通常分為結(jié)構(gòu)型、物性型兩大類。結(jié)構(gòu)型傳感器是利用機(jī)械構(gòu)件（如金屬膜片等）在動力場或電磁場的作用下產(chǎn)生變形或位移，將外界被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻、電感、電容等物理量，它是利用物理學(xué)運動定律或電磁定律實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。物性型傳感器是利用材料的固態(tài)物理特性及其各種物理、化學(xué)效應(yīng)（即物質(zhì)定律，如虎克定律、歐姆定律等）實現(xiàn)非電量的轉(zhuǎn)換。

5、它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電體等作為敏感材料的固態(tài)器件。3.按能量轉(zhuǎn)換的方式分類按轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換方式，傳感器可分為有源型和無源型兩類。有源型也稱能量轉(zhuǎn)換型或發(fā)電型，它把非電量直接變成電壓量、電流量、電荷量等(如磁電式、壓電式、光電池、熱電偶等)；無源型也稱能量控制型或參數(shù)型，它把非電量變成電阻、電容、電感等量。4.按輸出信號的形式分類按輸出信號的形式，傳感器可分為開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。5.按輸入和輸出的特性分類按輸入、輸出特性，傳感器可分為線性和非線性兩類。3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.1電

6、阻式傳感器1.電阻式傳感器原理金屬體都有一定的電阻，電阻值因金屬的種類而異。同樣的材料，越細(xì)或越薄，則電阻值越大。當(dāng)加有外力時，金屬若變細(xì)變長，則阻值增加；若變粗變短，則阻值減小。如果發(fā)生應(yīng)變的物體上安裝有（通常是粘貼）金屬電阻，當(dāng)物體伸縮時，金屬體也按某一比例發(fā)生伸縮，因而電阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化。設(shè)有一根長度為l，截面積為A，電阻率為ρ的金屬絲，則它的電阻值R可用下式表示：（3-1）從上式可見，若導(dǎo)體的三個參數(shù)（電阻率、長度和截面積）中的一個或數(shù)個發(fā)生變化，則電阻值隨著變化，因此可利用此原理來

7、構(gòu)成傳感器。例如，若改變長度l，則可形成電位器式傳感器；改變l、A和ρ則可做成電阻應(yīng)變片；改變ρ，則可形成熱敏電阻、光導(dǎo)性光檢測器等。2.電位器式傳感器電位器式傳感器通過滑動觸點把位移轉(zhuǎn)換為電阻絲的長度變化，從而改變電阻值大小，進(jìn)而再將這種變化值轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化值。電位器式傳感器分為線繞式和非線繞式兩大類。線繞電位器是最基本的電位器式傳感器；非線繞式電阻傳感器則是在線繞電位器的基礎(chǔ)上，在電阻元件的形式和工作方式上有所發(fā)展，包括薄膜電位器、導(dǎo)電塑料電位器和光電電位器等。線繞電位器式傳感器的

8、核心，即轉(zhuǎn)換元件是精密電位器。它可實現(xiàn)機(jī)械位移信號與電信號的模擬轉(zhuǎn)換，是一種重要的機(jī)電轉(zhuǎn)換元件。線繞電位器式傳感器原理圖如圖3-1所示。圖3-1線繞電位器式傳感器原理圖工作時，在電阻元件的兩端，即Ui端加上固定的直流工作電壓，從Uo端就有電壓輸出，并且，這個輸出電壓的大小與電刷所處的位置相關(guān)。當(dāng)電刷臂隨著被測量產(chǎn)生位移x時，輸出電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化，這是精密電位器的基本工作原理。易見（3-2）線繞電位器式傳感器又分為直線位移型、角位移型和非線性型等。不管是哪種類型的傳感器，都由線圈、骨架和滑動觸