傳感器技術論文范文
傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是直接作用于被測量、并能按一定規(guī)律將其轉化為同種或別種量值輸出的器件。這是學習啦小編為大家整理的傳感器技術論文范文，僅供參考!
傳感器技術論文范文篇一
傳感器及其概述
摘 要
傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是直接作用于被測量、并能按一定規(guī)律將其轉化為同種或別種量值輸出的器件。目前，傳感器轉換后的信號大多是電信號，因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉換為電信號的裝置。
【關鍵詞】傳感器 種類 新型
1 前言
傳感器是測試系統(tǒng)的一部分，其作用類似于人類的感覺器官，也可以認為是人類感官的延伸。人們借助傳感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(tài)及植被的分布等。因此，可以說傳感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接口。通常情況下，傳感器處于測試裝置的輸入端，是測試系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，其性能直接影響著整個測試系統(tǒng)，對測試精度有很大影響。
2 傳感器的分類
按被測物理量的不同，可以分為位移、力、溫度、流量傳感器等;按工作的基礎不同，可以分為機械式傳感器、電氣式傳感器、光學式傳感器、流體式傳感器等;按信號變換特征可以分為物性型傳感器和結構型傳感器;根據敏感元件與被測對象直接的能量關系，可以分為能量轉換型傳感器與能量控制型傳感器。
3 常見傳感器介紹
3.1 電阻應變式傳感器
電阻應變式傳感器又叫電阻應變計，其敏感元件是電阻應變。應變片是在用苯酚，環(huán)氧樹脂等絕緣材料浸泡過的玻璃基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成。敏感元件也叫敏感柵。其具有體積小、動態(tài)響應快、測量精度高、使用簡單等優(yōu)點。在航空、機械、建筑等各行業(yè)獲得了廣泛應用。電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應，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(yōu)點。它們的主要區(qū)別在于：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 電容式傳感器
電容式傳感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參數的電容器。由于電容與極距成反比，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。極距變化型電容傳感器的優(yōu)點是可進行動態(tài)非接觸式測量，對被測系統(tǒng)的影響小，靈敏度高，適用于較小位移的測量，但這種傳感器有非線性特性，因此使用范圍受到一定限制。面積變化型傳感器的優(yōu)點是輸出與輸入成線性關系，但與極距型傳感器相比，靈敏度較低，適用于較大的直線或角位移的測量。介質變化型則多用于測量液體的高度等場合。
3.3 電感式傳感器
電感式傳感器是將被測物理量，如力、位移等，轉換為電感量變換的一種裝置，其變換是基于電磁感應原理。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。
電感式傳感器具有以下特點：結構簡單，傳感器無活動電觸點，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。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數百毫伏的輸出。線性度和重復性都比較好，在一定位移范圍(幾十微米至數毫米)內，傳感器非線性誤差可達0.05%～0.1%。同時，這種傳感器能實現信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。
3.4 磁電式傳感器
磁電式傳感器是把被測物理量轉換為感應電動勢的一種傳感器，又稱電磁感應式或電動力式傳感器。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、恒定磁場中線圈面積的變化，因此可制造出不同類型的傳感器用于測量速度、扭矩等。
3.5 壓電式傳感器
壓電式傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，是利用某些物質的壓電效應進行工作的器件。最簡單的壓電式傳感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。因此壓電傳感器可以看成是電荷發(fā)生器，又可以看作電容器。
4 新型傳感器
4.1 生物傳感器
生物傳感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(fā)展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質分子水平的快速、微量分析方法。各種生物傳感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信號轉換為電信號的物理或化學換能器(傳感器)，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信號的再加工，構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。生物傳感器的原理：待測物質經擴散作用進入生物活性材料，經分子識別，發(fā)生生物學反應，產生的信息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信號，再經二次儀表放大并輸出，便可知道待測物濃度。
4.2 激光傳感器
激光傳感器：利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)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。激光傳感器原理：激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉化為相應的電信號。
5 結束語
隨著科技的飛速發(fā)展，人們不斷提高著自身認知世界的能力。傳感器在獲取自然和生產領域中發(fā)揮著巨大上的作用。目前，傳感器技術在發(fā)展經濟、推動社會進步方面起到重要的推動作用。相信未來，傳感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?，F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
傳感器技術論文范文篇二
溫度傳感器
摘 要：溫度傳感器是最早開發(fā)、也是應用最廣泛的一種傳感器。據調查，早在1990年，溫度傳感器的市場份額就大大超出了其它傳感器。從17世紀初，伽利略發(fā)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信號的傳感器，是1821年德國物理學家賽貝發(fā)明的，也就是我們現在使用的熱電偶傳感器。隨后，鉑電阻溫度傳感器、半導體熱電偶溫度傳感器、PN結溫度傳感器、集成溫度傳感器相繼而生。也使得溫度傳感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傳感器的分類、工作原理及應用。
關鍵詞：溫度傳感器;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
溫度傳感器(temperature transducer)，利用物質各種物理性質隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉換為可用輸出信號。溫度傳感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?，F代的溫度傳感器外形非常得小，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
溫度是用來表征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。由于是開爾文總結出來的，所以又稱為開爾文溫標。
二、溫度傳感器的分類
根據測量方式不同，溫度傳感器分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度傳感器是指傳感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。其中接觸式溫度傳感器又分為熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、半導體熱敏電阻溫度傳感器等。
非接觸式溫度傳感器是測量物體熱輻射發(fā)出的紅外線，從而測量物體的溫度，可以進行遙測。
三、溫度傳感器的工作原理
(一)熱電偶溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器結構簡單，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傳感器。
熱電偶溫度傳感器是根據熱電效應原理制成的：把兩種不同的金屬A、B組成閉合回路，兩接點溫度分別為t1和t2，則在回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。與導線連接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，連接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，還需要查看熱電偶的分度表。
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(wěn)定性要高;電阻溫度系數小;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數關系;復現性好;便于加工等。根據我們常用的熱電極材料，熱電偶溫度傳感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，可用于測量高溫，誤差小，但價格昂貴，一般適用于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，易生銹，但溫度與熱電動勢線性關系好，靈敏度高。
(二)電阻式溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器雖然結構簡單，測量準確，但僅適用于測量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傳感器。
電阻式溫度傳感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%。電阻式溫度傳感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信號送至顯示儀表。
(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制成的?？煞譃槿N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，具有負溫度系數。(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，它也是具有負溫度系數的。(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，具有正溫度系數。也正是因為PTC熱敏電阻具有正溫度系數，也制作成溫度控制開關。
(四)非接觸式溫度傳感器。非接觸式溫度傳感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(tài)的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可用來測量溫度場的溫度分布，但受環(huán)境溫度影響比較大。
四、溫度傳感器的應用舉例
(一)溫度傳感器在汽車上的應用。溫度傳感器的作用是測量發(fā)動機的進氣，冷卻水，燃油等的溫度，并把測量結果轉換為電信號輸送給ECU.對于所有的汽油機電控系統(tǒng)，進氣溫度和冷卻水溫度是ECU進行控制所必須的兩個溫度參數，而其他的溫度參數則隨電控系統(tǒng)的類型及控制需要而不盡相同。進氣溫度傳感器通常安裝在空氣流量計或從空氣濾清器到節(jié)氣門體之間的進氣道或空氣流量計中，水溫傳感器則布置在發(fā)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傳感器有繞線電阻式，擴散電阻式，半導體晶體管式，金屬芯式，熱電偶式和半導體熱敏電阻式等多種類型，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傳感器。
(二)利用溫度傳感器調節(jié)衛(wèi)生間的溫度。溫度傳感器還能調節(jié)衛(wèi)生間內的溫度，尤其是在洗澡的時候，能自動調節(jié)衛(wèi)生間內的溫度是很有必要的。通過溫濕度傳感器和氣體傳感器就能很好的控制衛(wèi)生間內的環(huán)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(jié)，而普通家庭的衛(wèi)生間都還是人工操作，尚未實現自動調節(jié)這主要是一般客戶不知道能夠利用傳感器實現自動化，隨著未來人們的進一步了解，普通家庭的衛(wèi)生間也能實現自動調節(jié)。
參考文獻：
[1]周琦.集成溫度傳感器的設計[D].西安電子科技大學，2007.
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