传感器的类型有哪些?

一、传感器的定义

传感器是一种检测装置,能感知被测量信息,并将其按规律转换为电信号或其他形式输出,用于信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制。

二、传感器的分类

目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:

1、按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器

2、按工作原理分类,传感器可分为电阻式、电容式、电感式、电压式、霍尔式、光电式、光栅式、热电偶式等。

3、按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和"0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。

关于传感器的分类:

1.按被测物理量分:如:力,压力,位移,温度,角度传感器等;

2.按照传感器的工作原理分:如:应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等;

3.按照传感器转换能量的方式分:

1)能量转换型:如:压电式、热电偶、光电式传感器等;

2)能量控制型:如:电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等;

4.按照传感器工作机理分:

1)结构型:如:电感式、电容式传感器等;

2)物性型:如:压电式、光电式、各种半导体式传感器等;

5.按照传感器输出信号的形式分:

1)模拟式:传感器输出为模拟电压

2)数字式:传感器输出为数字量,如:编码器式传感器。

三、传感器的静态特性

传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。传感器静态特性主要参数包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性和漂移等。

四、传感器的动态特性

动态特性指的是,传感器在输入信号变化时,其输出所展现的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。常用的标准输入信号包括阶跃信号和正弦信号两种,因此,传感器的动态特性通常通过阶跃响应和频率响应来表示。

五、传感器的线性度

通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。

拟合直线的选择有多种方法,例如,可以将零输入和满量程输出点相连得到的理论直线作为拟合直线;或者,选择与特性曲线上各点偏差的平方和小的理论直线作为拟合直线,这种拟合直线被称为小二乘法拟合直线。

六、传感器的灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态工作条件下,输出量变化△y与输入量变化△x之间的比值。

它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系,则灵敏度 S 是一个常数。否则,它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如,某位移传感器,在位移变化 1mm 时,输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为 200mV/mm。

当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。

提高灵敏度,可得到较高的测量精度。然而,灵敏度的提升往往伴随着测量范围的缩小,以及稳定性的下降。

七、传感器的分辨力

分辨力是指传感器能够感知到的被测量微小变化的能力。也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生变化,即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。仅当输入量的变化幅度超过传感器的分辨力时,其输出信号才会发生相应的变化。

通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同,因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示,则称为分辨率。

八、电阻式传感器

电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

九、电阻应变式传感器

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。

十、压阻式传感器

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。基片直接作为测量传感元件,内部扩散电阻构成电桥。受外力形变时,电阻值变化,导致电桥输出不平衡。

压阻式传感器基片材料主要为硅片和锗片,其中硅片制成的硅压阻传感器备受重视,特别是用于测量压力和速度的固态压阻式传感器应用广泛。

十一、热电阻传感器

热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合,这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等,这些材料电阻温度系数大、线性优良、性能稳定,使用温度范围广,易于加工,适用于测量-200℃至+500℃的温度。

十二、传感器的迟滞特性

迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出-一输入特性曲线不一致的程度,通常用这两条曲线之间的大差值△MAX 与满量程输出 F·S 的百分比表示。

迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。

 

 


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