《常用传感器》课件

常用传感器概述传感器技术作为现代工业自动化、信息化和智能化的核心技术之一，在国民经济各个领域发挥着越来越重要的作用课程目标和学习要点本课程旨在帮助学员深入理解常用传感器的基本原理、分传感器的定义、工作原理和分类方法-类方法、主要特性参数以及应用场景学习本课程后，学常见温度、压力、位移、力、湿度、光电、磁、气体、-员将能够掌握声波、加速度等传感器的工作原理和应用场景智能传感器、生物传感器等新型传感器的发展趋势-什么是传感器？传感器是一种能够将非电量信号转换为电量信号的器件它可以感知各种物理量，例如温度、压力、位移、力、湿度、光、磁场、气体浓度等，并将这些信息转化为可供测量和处理的电信号传感器的基本工作原理传感器的基本工作原理是利用敏感元件将被测物理量转换为可测量的物理量（通常是电量），然后通过转换电路将该物理量转化为电信号传感器系统的组成部分敏感元件直接感受被测物理量的元件转换电路将敏感元件输出的信号转换为电信号12信号处理电路对电信号进行放大、滤波、线性化输出电路将处理后的电信号输出到控制系统或显34等处理示设备传感器的主要特性参数灵敏度指传感器输出信号变化量与输入物理量变化量之比线性度指传感器输出信号与输入物理量之间的线性程度重复性指传感器在相同条件下多次测量同一物理量时，输出信号的重复程度稳定性指传感器在一段时间内输出信号的变化程度静态特性与动态特性的区别静态特性动态特性描述传感器在稳态条件下输入量与输出量之间的关系，主描述传感器在非稳态条件下输入量与输出量之间的关系，要包括灵敏度、线性度、重复性、稳定性等参数主要包括响应时间、频率特性、相位特性等参数传感器分类方法概述传感器可以根据不同的标准进行分类，常见的分类方法包括按测量对象分类•按工作原理分类•按应用领域分类•按输出信号形式分类•按测量对象分类温度传感器测量温压力传感器测量压位移传感器测量位度力移力传感器测量力按工作原理分类电阻式1利用敏感元件的电阻值随被测物理量变化而变化的原理电容式2利用敏感元件的电容值随被测物理量变化而变化的原理电感式3利用敏感元件的电感值随被测物理量变化而变化的原理压电式4利用敏感元件在机械压力下产生电荷的原理光电式5利用光束的折射、反射或散射变化来感知被测物理量温度传感器概述温度传感器是用来测量温度的传感器，其工作原理是将温度变化转换为电信号常见的温度传感器类型包括热电偶•热电阻•半导体温度传感器•红外温度传感器•热电偶的工作原理热电偶是利用两种不同金属材料的接点温度变化产生热电势差的原理工作的当两种不同金属材料的接点温度不同时，在回路中就会产生一个热电势差，其大小与温度差成正比通过测量热电势差，可以反推出温度热电阻的特点与应用特点线性度好-稳定性高-精度高-应用工业过程温度控制-科研实验-气象观测-半导体温度传感器半导体温度传感器是利用半导体材料的电阻值随温度变化而变化的原理工作的其特点是体积小、价格低廉，但精度较低，主要应用于家用电器、医疗设备等领域红外温度传感器红外温度传感器是利用物体辐射的红外线来测量温度的其特点是非接触式测量，可以测量远距离物体的温度，但受环境因素影响较大，主要应用于工业生产、环境监测等领域压力传感器概述压力传感器是用来测量压力的传感器，其工作原理是将压力变化转换为电信号常见的压力传感器类型包括电阻式压力传感器•电容式压力传感器•压电式压力传感器•电阻式压力传感器电阻式压力传感器利用敏感元件的电阻值随压力变化而变化的原理工作的其特点是结构简单、成本低廉，但精度和稳定性较差，主要应用于一般工业测量和控制电容式压力传感器电容式压力传感器利用敏感元件的电容值随压力变化而变化的原理工作的其特点是精度和稳定性较高，但成本较高，主要应用于航空航天、医疗器械等高精度领域压电式压力传感器压电式压力传感器利用敏感元件在压力作用下产生电荷的原理工作的其特点是响应速度快、灵敏度高，但易受环境影响，主要应用于冲击、振动等瞬态测量压力传感器的应用场景1工业自动化控制生产过程中的压力、液位等参数2医疗器械测量血压、血氧等生理参数3航空航天测量飞行器的气动压力4气象监测测量大气压力位移传感器概述位移传感器是用来测量物体位置变化的传感器，其工作原理是将位移变化转换为电信号常见的位移传感器类型包括电阻式位移传感器•电感式位移传感器•光电式位移传感器•磁电式位移传感器•电阻式位移传感器电阻式位移传感器利用敏感元件的电阻值随位移变化而变化的原理工作的其特点是结构简单、成本低廉，但精度和稳定性较差，主要应用于一般工业测量和控制电感式位移传感器电感式位移传感器利用敏感元件的电感值随位移变化而变化的原理工作的其特点是精度和稳定性较高，但成本较高，主要应用于精密测量和控制光电式位移传感器光电式位移传感器利用光束的折射、反射或散射变化来感知被测物体的位移变化的其特点是非接触式测量，可以测量远距离物体的位移，但受环境因素影响较大，主要应用于工业生产、环境监测等领域磁电式位移传感器磁电式位移传感器利用磁场和线圈之间的相互作用来感知被测物体的位移变化的其特点是精度和稳定性较高，但成本较高，主要应用于精密测量和控制力传感器原理力传感器是用来测量力的传感器，其工作原理是将力变化转换为电信号常见的力传感器类型包括应变式力传感器•压电式力传感器•应变式力传感器应变式力传感器利用敏感元件在力的作用下发生形变，从而引起电阻变化的原理工作的其特点是精度和稳定性较高，但成本较高，主要应用于工业生产、科研实验等领域压电式力传感器压电式力传感器利用敏感元件在力的作用下产生电荷的原理工作的其特点是响应速度快、灵敏度高，但易受环境影响，主要应用于冲击、振动等瞬态测量力传感器应用实例1工业自动化测量机器人的负载力，控制机器人的动作2医疗器械测量人体肌肉的力量，评估康复情况3航空航天测量飞机机翼的载荷，评估飞行安全4建筑工程测量桥梁、大坝等结构的应力，评估结构安全力矩传感器特点特点应用高精度机器人控制--响应速度快自动化生产--稳定性高汽车发动机控制--湿度传感器类型湿度传感器是用来测量空气湿度的一种传感器，其工作原理是将湿度变化转换为电信号常见的湿度传感器类型包括电阻式湿度传感器•电容式湿度传感器•电阻式湿度传感器电阻式湿度传感器利用敏感元件的电阻值随湿度变化而变化的原理工作的其特点是结构简单、成本低廉，但精度和稳定性较差，主要应用于一般工业测量和控制电容式湿度传感器电容式湿度传感器利用敏感元件的电容值随湿度变化而变化的原理工作的其特点是精度和稳定性较高，但成本较高，主要应用于高精度测量和控制湿度传感器应用1农业监测温室、大棚内的湿度，控制灌溉系统2工业生产控制生产过程中的湿度，保证产品质量3生活环境监测室内湿度，调节空调系统4气象监测测量空气湿度，预测天气变化光电传感器概述光电传感器是利用光束的折射、反射或散射变化来感知被测物体的存在、位置、速度等信息的传感器其特点是非接触式测量，可以测量远距离物体的信息，但受环境因素影响较大，主要应用于工业生产、环境监测等领域光电传感器分类光电传感器可以根据不同的标准进行分类，常见的分类方法包括按光电元件类型分类光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管等•按光束照射方式分类透射式、反射式、漫射式等•按应用领域分类工业自动化、安防监控、医疗器械等•光电开关原理光电开关利用光束的遮挡或反射来感知被测物体，是一种典型的光电传感器应用它由发射器、接收器和控制电路组成当光束被遮挡时，接收器接收到的光信号减弱，控制电路就会输出信号光纤传感器光纤传感器利用光纤作为敏感元件，通过测量光纤传输的光信号的变化来感知被测物理量其特点是体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强，主要应用于恶劣环境下的测量和控制图像传感器图像传感器是一种能够将光信号转换为电信号的传感器，它可以捕捉到物体的图像信息常见的图像传感器类型包括传感器•CCD传感器•CMOS与对比CCD CMOS传感器传感器CCD CMOS成像质量较高成像质量略低--对光线敏感度高对光线敏感度略低--价格相对较高价格相对较低--磁传感器种类磁传感器是用来测量磁场的传感器，其工作原理是将磁场变化转换为电信号常见的磁传感器类型包括霍尔传感器•磁阻传感器•磁感应传感器•霍尔传感器原理霍尔传感器利用霍尔效应来感知磁场的存在和方向当电流通过半导体材料，并且该材料处于磁场中时，在材料的垂直方向上会产生一个霍尔电压，其大小与磁场强度成正比磁阻传感器应用1汽车行业测量汽车发动机转速、车速、车轮转速等参数2工业自动化测量电机转速、位置、角度等参数3安防监控用于门禁系统、防盗报警系统等4医疗设备用于心电图仪、脑电图仪等医疗设备磁感应传感器特点特点应用灵敏度高无线充电--响应速度快无线通信--抗干扰能力强物联网应用--气体传感器概述气体传感器是用来测量气体浓度的传感器，其工作原理是将气体浓度变化转换为电信号常见的氣体传感器类型包括半导体气体传感器•电化学气体传感器•催化燃烧式气体传感器•半导体气体传感器半导体气体传感器利用敏感元件的电阻值随气体浓度变化而变化的原理工作的其特点是结构简单、成本低廉，但精度和稳定性较差，主要应用于一般气体检测和报警电化学气体传感器电化学气体传感器利用气体与电解质之间的化学反应来感知气体浓度其特点是精度和稳定性较高，但成本较高，主要应用于工业生产、环境监测等领域催化燃烧式气体传感器催化燃烧式气体传感器利用气体在催化剂作用下燃烧释放热量来感知气体浓度其特点是灵敏度高，但响应速度较慢，主要应用于可燃气体泄漏报警气体传感器应用场景1工业生产监测生产过程中的有害气体浓度，保护工人安全2环境监测监测大气、水体等环境中的有害气体浓度3食品安全监测食品中残留气体，保障食品安全4医疗设备监测人体呼吸气体，诊断疾病声波传感器原理声波传感器利用声波的传播特性来感知被测物体的存在、距离、速度等信息其特点是非接触式测量，可以测量远距离物体的信息，但受环境因素影响较大，主要应用于工业生产、环境监测等领域超声波传感器应用1工业自动化测量物体的距离、厚度、液位等参数，控制生产过程2汽车行业用于倒车雷达、自动泊车等系统3医疗器械用于超声诊断仪、超声治疗仪等4环境监测用于水质监测、大气监测等加速度传感器概述加速度传感器是用来测量加速度的传感器，其工作原理是将加速度变化转换为电信号常见的加速度传感器类型包括压电式加速度传感器•电容式加速度传感器•加速度传感器•MEMS压电式加速度传感器压电式加速度传感器利用敏感元件在加速度作用下产生电荷的原理工作的其特点是响应速度快、灵敏度高，但易受环境影响，主要应用于冲击、振动等瞬态测量电容式加速度传感器电容式加速度传感器利用敏感元件的电容值随加速度变化而变化的原理工作的其特点是精度和稳定性较高，但成本较高，主要应用于精密测量和控制加速度传感器MEMS加速度传感器利用微机电系统技术制造的加速度传感器，其特点MEMS是体积小、重量轻、价格低廉，主要应用于手机、平板电脑、游戏机等消费电子产品生物传感器发展生物传感器是利用生物材料或生物学原理来感知被测物质或生物信号的传感器其特点是灵敏度高、选择性强、响应速度快，主要应用于医疗诊断、环境监测、食品安全等领域流量传感器类型流量传感器是用来测量流体流量的传感器，其工作原理是将流体流量变化转换为电信号常见的流量传感器类型包括涡轮流量传感器•电磁流量传感器•超声波流量传感器•智能传感器特点智能传感器是一种集传感器、信号处理电路、微处理器等功能于一体的传感器其特点是具有自诊断、自校准功能•可以进行数据处理和分析•可以与其他设备进行通信•传感器选型要点选择合适的传感器，需要考虑以下因素被测物理量类型•测量范围•精度要求•响应速度•工作环境•成本•传感器安装维护正确安装和维护传感器是保证传感器正常工作的重要环节安装时，需要根据传感器类型和工作环境选择合适的安装方式，并确保传感器连接牢固日常维护包括清洁传感器、定期校准等。