传感器
简述传感器定义
简述传感器定义传感器是一种能够感知和测量环境中各种物理量并将其转化为可供人类理解或机器处理的信号的设备。
传感器的作用类似于人类的感官系统，能够帮助我们感知世界并做出相应的反应。
传感器广泛应用于各个领域，如工业生产、医疗保健、环境监测、交通运输等，发挥着重要的作用。
传感器的工作原理基本上是通过将某种物理量转化为电信号，然后通过电路处理这些信号并输出结果。
传感器可以感知的物理量包括温度、压力、光线强度、声音等，不同的传感器可以感知不同的物理量。
传感器的种类也非常多样，包括光学传感器、压力传感器、温度传感器、声音传感器等等。
每种传感器都有其特定的工作原理和应用场景。
在工业生产领域，传感器被广泛应用于监测生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等，以确保生产过程稳定运行并提高生产效率。
在医疗保健领域，传感器被用于监测患者的生理参数，如心率、血压等，帮助医生及时了解患者的健康状况并采取相应的治疗措施。
在环境监测领域，传感器被用于监测大气污染、水质污染等环境参数，以帮助监管部门及时采取措施保护环境。
在交通运输领域，传感器被用于监测交通流量、道路状态等信息，以帮助交通管理部门优化交通流动并提高交通效率。
随着科技的不断发展，传感器技术也在不断创新和进步。
传感器不仅变得更加精确和灵敏，还变得更加智能化和多功能化。
例如，智能手机上的各种传感器可以实现重力感应、光线感应、陀螺仪等功能，为用户提供更加便利的体验。
随着物联网技术的普及，传感器还可以实现设备之间的互联互通，实现智能家居、智慧城市等应用，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
总的来说，传感器作为一种重要的感知设备，已经深入到人类社会的各个角落。
它不仅帮助人类更好地了解和控制周围的环境，还推动了社会的科技进步和发展。
随着科技的不断发展和创新，传感器技术也将不断进步，为人类创造出更加美好的未来。
传感器的定义可能会随着技术的不断发展而有所变化，但其作为一种感知和测量设备的基本作用将不会改变。
传感器概述
dy(t ) y(t ) x(t ) dt
1.2 传感器的一般特性
(1)一阶传感器的单位阶跃响应
一阶传感器单位阶跃响应的通式：
dy(t ) y(t ) x(t ) dt
式中 x(t ) 、 (t ) 分别为传感器的输入量和输出 y 量，均是时间的函数，表征传感器的时间常数， 具有时间“秒”的量纲。 一阶传感器的传递函数：
1.1 基本概念
附：传感器组成示意图
敏感元件的输出作 为转换元件的输入
被测量
敏感 元件
转换 元件
转换 电路
电量
直接感受被测量
转化为电量参数
传感器组成示意图
1.1 基本概念
1.1.3 传感器的分类
物质定律如虎克定律 F = k x主要由物 质的性质决定
按工作机理分类 可分为物理型、化学型、生物型 按构成原理又分为：结构型、物性型和复合型三大类 无源传感器 按能量的转换分类 场的定律，如电场、磁场、物质场主 要由其结构参数决定 可分为能量控制型和能量转换型 按输入量分类 有源传感器 常用的有机、光、电和化学等传感器 按输出信号的性质分类 可分为模拟式传感器和数字式传感器
1.2 传感器的一般特性
以动态测温的问题为例说明传感器动态特性。 在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测 介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的 温度分布等情况下，都存在动态测温问题，如 图所示:
动态测温
1.2 传感器的一般特性
传感器的种类和形式很多，但它们一般可以 简化为一阶或二阶系统。 高阶可以分解成若干个低阶环节。 对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率 响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称 为传感器的阶跃响应或瞬态响应。
《传感器介绍》课件
压力传感器
用于测量液体或气体的压力， 广泛应用于汽车、工业和医疗 设备。
光线传感器
测量光的强度和光谱，用于照 明、自动化和电子设备。
位置传感器
检测物体的位置和运动，用于 机器人、船舶和航空航天领域。
传感器如何工作？
1
传感器的基本原理
传感器利用物理、化学或其他原理感知并测量外部量，如电阻、电流或频率。
什么是传感器？
传感器是一种能够感知并测量外部物理量、化学量或其他特定信息的器件。 它们可靠地将这些信息转换为与之相关的电信号或数字信号，用于监测、控 制和应用。
传感器的应用
温度传感器
用于监测和控制温度，广泛应 用于工业、医疗和家居领域。
湿度传感器
测量空气中的湿度，用于气象、 农业和建筑领域的监测和控制。
1 传感器的作用
2 传感器的应用
传感器起着感知和测量外部信息的关键作用， 为现实世界与数字世界的交互提供基础。
传感器应用广泛，涵盖温度、湿度、压力、 光线等多个领域，为各行各业提供关键数据。
3 传感器的原理
传感器基于不同的物理或化学原理工作，将 外部信息转换为电信号或数字信号。
4 传感器的未来
传感器的发展将继续创新和突破，促进科技 和社会的进步与发展。
传感器的未来发展
传感器的发展趋势
新型传感器技术的出现，如纳 米传感器和柔性传感器，将拓 展传感器应用的边界。
传感器的应用前景
智能城市、医疗健康、工业自 动化等领域将成为传感器应用 的重点开发方向。
传感器的未来发展方向
传感器将更加小型化、智能化， 并融合其他技术，实现更广泛 的应用和更高的性能。
总结
Байду номын сангаас
对传感器的认识
对传感器的认识传感器是一种能够将物理量转化为电信号的装置，它可以感知周围环境的变化，并将这些变化转化为电信号，以便于计算机或其他设备进行处理和分析。
传感器的应用范围非常广泛，涉及到工业、医疗、农业、环保等多个领域。
在本文中，我们将对传感器的认识进行详细的介绍。
一、传感器的种类传感器的种类非常多，根据其测量的物理量不同，可以分为以下几类：1. 温度传感器：用于测量物体的温度，常见的有热电偶、热敏电阻等。
2. 压力传感器：用于测量物体的压力，常见的有压力传感器、压力变送器等。
3. 光学传感器：用于测量光的强度、颜色等，常见的有光电二极管、光敏电阻等。
4. 电磁传感器：用于测量电磁场的强度、方向等，常见的有霍尔传感器、电感传感器等。
5. 气体传感器：用于测量气体的浓度、压力等，常见的有气体传感器、气体检测器等。
6. 液体传感器：用于测量液体的流量、压力等，常见的有流量传感器、液位传感器等。
二、传感器的工作原理传感器的工作原理基本上都是将物理量转化为电信号，然后通过电路进行处理和分析。
以温度传感器为例，它的工作原理是利用热电效应，将温度转化为电信号。
当两个不同金属的接触处受到温度变化时，会产生电势差，这个电势差就是温度传感器输出的电信号。
三、传感器的应用传感器的应用非常广泛，下面列举几个常见的应用场景：1. 工业自动化：在工业生产中，传感器可以用于测量温度、压力、流量等参数，以便于控制生产过程，提高生产效率和质量。
2. 医疗设备：在医疗设备中，传感器可以用于测量患者的体温、心率、血压等参数，以便于医生进行诊断和治疗。
3. 农业领域：在农业领域，传感器可以用于测量土壤湿度、温度、光照强度等参数，以便于农民进行农作物的种植和管理。
4. 环保领域：在环保领域，传感器可以用于测量空气质量、水质等参数，以便于监测环境污染情况。
四、传感器的发展趋势随着科技的不断发展，传感器也在不断地发展和创新。
未来的传感器将具有以下几个特点：1. 小型化：未来的传感器将越来越小，可以嵌入到更多的设备中，以便于实现更多的功能。
传感器种类大全
传感器种类大全一、光学传感器光学传感器利用光的特性来探测物体的性质或运动。
典型的光学传感器包括光电二极管（photodiode）、光电晶体管（phototransistor）、激光传感器等。
二、压力传感器压力传感器可以测量物体受力的压力大小，常用于工业控制、医疗设备等领域。
常见的压力传感器包括压阻式传感器、电容式传感器、压电传感器等。
三、温度传感器温度传感器用于测量物体的温度，广泛应用于恒温控制、气象观测等领域。
常见的温度传感器有热敏电阻、热电偶、红外线温度传感器等。
四、湿度传感器湿度传感器用于测量空气或物体中的湿度水分含量，对于农业、气象等领域有重要作用。
典型的湿度传感器有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器等。
五、加速度传感器加速度传感器可以测量物体的加速度和振动情况，广泛应用于运动检测、车辆安全等领域。
常见的加速度传感器有压电式传感器、MEMS加速度传感器等。
六、液位传感器液位传感器可以用于测量液体或粉体物料的液位高度，常见于工业控制、化工等领域。
典型的液位传感器有浮子式传感器、电容式传感器、超声波液位传感器等。
七、位置传感器位置传感器用于测量物体的位置或运动信息，适用于机器人、GPS导航等领域。
常见的位置传感器有编码器、光电开关、GPS接收机等。
八、气体传感器气体传感器可以检测环境中各种气体的浓度，常用于空气质量监测、工业安全等领域。
典型的气体传感器包括气体探测器、电化学传感器、红外吸收传感器等。
九、力传感器力传感器可用于测量物体受力大小，广泛应用于起重机、材料测试等领域。
常见的力传感器包括应变式传感器、压力传感器等。
十、声音传感器声音传感器用于检测环境中的声音波动，常见于语音识别、安防监控等场景。
典型的声音传感器有麦克风传感器、声卡传感器等。
以上便是一些常见的传感器种类，它们在不同领域发挥着重要作用，推动着科技的不断进步。
高中物理--传感器
C. 物体M不动时，电路中没有电流
D. 物体M不动时，电压表没有示数
2、热电传感器
热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，
如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火
警报警器、恒温箱等。
例5：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2 为用半导
器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性
膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体
的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号 转变为电信号。下列说法正确的是
(B
)
A 该传感器是根据电流的磁效应工作的
B 该传感器是根据电磁感应原理工作的
C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
受热时电阻值小，ab间电流大，电磁继电器磁性强，衔铁与下触点接 触，电铃响。
①将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b 端，如图示：
②将学生用电源与绿灯泡分别接入c、e之 间。
③将学生用电源与电铃分别接入c、d、之 间。
t° 变式：提高灵敏度，应该如何调节
滑动变阻器？
a bc d e
①风力大小F与θ的关系式； F=Mg·tanθ①
②风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。思路？ tanθ=L//h②
I/=E/[R0+k(L-L/）] ③ E=I(R0+kL) ④ ③由此①装到置④所得测：F定 的Mhg最• (大kL风 Rk力0I)(/ 是I / 多I )少⑤？
F Mg L ⑥ 两种理解
例7.如图示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的
传感器的典型组成
传感器的典型组成
传感器的典型组成包括：
1. 传感元件（Sensor Element）：用于将被测量的物理量转变
为电信号的元件，常见的传感元件包括光敏元件、压力传感器、温度传感器等。
2. 信号处理电路（Signal Processing Circuit）：用于对传感元
件输出的电信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号质量和准确度。
3. 连接电缆（Connection Cable）：连接传感元件和信号处理
电路，将传感元件采集到的电信号传输到信号处理电路。
4. 接口电路（Interface Circuit）：将信号处理电路处理后的电
信号转换为适合外部设备的信号输出，如模拟信号、数字信号或通信接口。
5. 外壳（Housing）：将传感器元件、信号处理电路、连接电
缆等封装在一起，起到保护传感器免受外部环境影响的作用。
6. 供电电路（Power Supply Circuit）：为传感器提供电源，保
证传感器能正常工作。
7. 校准装置（Calibration Device）：用于校准传感器的输出信号，提高传感器的准确性和稳定性。
以上是传感器的典型组成，不同类型的传感器在组成上可能会有所不同，适当调整和组合这些组成部分可满足不同传感器的需求。
传感器简介与分类
传感器简介与分类
传感器是指将非电学量转换为电学信号输出的设备，它具有广泛的应用领域，包括但不限于自动化控制、测试与测量、监测与诊断、生产与制造等。
传感器按照其测量物理量的性质可分为以下几类：
1. 光学传感器：通过光电元件或光学成像技术实现对光、热、电磁辐射等的测量。
2. 电磁传感器：主要测量电磁场的强度、磁感应强度等。
3. 声学传感器：一般应用于声压、声强、声速等的测量。
4. 热传感器：包括热电偶、热敏电阻等，能够测量物体的温度。
5. 机械量传感器：能够对压力、重量、力等机械量进行测量。
6. 流量传感器：用于测量气体或液体的流速、流量等。
7. 气体传感器：包括氧气传感器、二氧化碳传感器等，用于气体成分和浓度的检测。
传感器按照其转换方式可分为以下两类：
1. 模拟量传感器：输出模拟信号，其大小与测量量成比例。
如热电偶、电感、电容等。
2. 数字量传感器：输出数字信号，输出类型为离散的0/1信号或数字表示的模拟信号。
如光电开关、磁性编码器等。
以上是传感器的一些基本分类和简介，传感器的类型繁多，根据不同的应用需要选择不同类型的传感器进行测量和监测。
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答案： 当励磁线圈接到 10Hz 左右的交流激励源 u i 上时，电磁铁心产生20Hz （两 倍的激励频率）的交变 振动 ，并对 悬臂梁产生交变吸力。由于它的上端被 固定，所以它将带动振动板在粘性液体里来回振动。 液体的粘性越大，对振动板的阻力就越大，振动板的振幅就越小，所以它 的振动加速度就越小，因此质量块对压电片所施加的惯性力也就越小，压电 片的输出电荷量Q或电压uo也越小，压电片的输出电压反映了液体的粘度。
2016/3/3
30
请你做一做
超市收银台用激光扫描器检测商品的条形码是利用 了图7-22中 的原理；用光电传感器检测复印机走 纸故障（两张重叠，变厚）是利用了图7-22中 的原理；放电影时，利用光电元件读取影片胶片边缘 “声带”的黑白宽度变化来还原声音，是利用了图722中 的原理；而洗手间红外反射式干手机又是利 用了图7-22中 的原理。 A．图a B．图b C．图c D．图d
请你做一做
1）光敏二极管属于 ，光电池属于 。 A．外光电效应 B．内光电效应 C．光生伏特效应 2）光敏二极管在测光电路中应处于 偏置状 态，而光电池通常处于 偏置状态。 A．正向 B．反向 C．零 3）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三 极管的暗电流 。 A．上升 B．下降 C．不变
2016/3/3
答案：1.B、C 2.B、C 3.A28烟雾报警器外形
（参考
报警
南京千里通公司 无线烟雾报警器资料）
无烟雾时，光敏 元件接收到LED发射 的恒定红外光。而在 火灾发生时，烟雾进 入检测室，遮挡了部 分红外光，使光敏三 极管的输出信号减弱， 经阀值判断电路后， 发出报警信号。
2016/3/3
烟雾
29
答案提示： 0.5级表的可能出现的最大示值相对误差为1.875% 1.0级表的可能出现的最大示值相对误差为1.25% 选用1.0级的仪表好。 注意：选用仪表要兼顾精度等级和量程，通常示值落在仪表满刻度的2/3以上。
2016/3/3
2
请你做一做1
1.某压力仪表厂生产的压力表引用相对误差均控制在0.4%—0.6%，该压力表的精 度等级应定为（ ）级，另一仪器厂需要购买压力表，希望压力表的引用相对误 差小于0.9%，应该买（ ）压力表。 A：0.2 B: 0.5 C: 1.0 D: 1.5
答案：C、B、B、C
2016/3/3 31
（三）霍尔开关的集中使用型式
1.碰头式
B ≥ BOP(导通点）,开关霍 尔传感器导通, 输出低电 平 。 B ≤ BRP（释放点） , 开 关霍尔传感器断开。输出高 电平
2016/3/3
23
请你做一做
请设计一种霍尔式液位控制器，要求： 1）当液位高于某一设定值时，水泵停止运 转。 2）储液罐是密闭的，只允许在储液罐的玻 璃连通器外壁和管腔内设置磁路和安装霍尔 元件。 3）画出磁路和霍尔元件及水泵的设置图； 画出控制电路原理框图；简要说明该检测、 控制系统的工作过程。
例1 某压力表精度为2.5级，量程为0~1.5MPa，测量结果显示为0.7MPa，试求： 1）可能出现的最大引用相对误差？ 2）可能出现最大绝对误差？ 3）可能出现的最大示值相对误差？ 答案：1）2.5% 2）37.5KPa 3）5.36%
2016/3/3
1
例2 现有0.5级的0~300℃的和1.0级的0~100 ℃的两个温度计，要测量 80 ℃的温度， 试问采用哪一个温度计好？
2016/3/3
18
请你做一做
人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子_____。
A. 从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵
B. 在原来的平衡位置前后振动而产生横波 C. 在原来的平衡位置上下振动而产生横波
D.在原来的平衡位置前后振动而产生纵波
答案：D
2016/3/3 19
请你做一做
将超声波（f>20KHZ的机械振动波）转 换成电信号是利用压电材料的______；蜂 鸣器中发出“嘀„„嘀„„”声的压电片 发声原理是利用压电材料的______。 A. 应变效应 B. 电涡流效应 C.压电效应 D. 逆压电效应
答案：C 、D
2016/3/3
14
请你做一做 在实验室作检验标准用的压电仪表应采用 ____压电材料；能制成薄膜，粘贴在一个微小 探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用 ____；用在压电加速度传感器中测量振动的压 电材料应采用_____。 A. PTC B. PZT C .PVDF D. SiO2
答案：A、D、E
2016/3/3 10
请你做一做
镍铬-镍硅热电偶的分度号为_____，铂铑13 -铂热电偶的分度号是_____， 铂铑30 - 铂铑6热电偶的分度号是______。 A. R B. B C. S D. K E. E
答案：D、A、B
2016/3/3
11
练习：
测量CPU散热片的温度应选用______型的热电偶；测量锅炉烟道中的烟气温度，应 选用______型的热电偶；测量100m深的岩石钻孔中的温度，应选用______型的热电偶。 A.普通 C. 薄膜 B. 铠装 D. 热电堆
请你做一做
一束频率为1MHz的超声波（纵波）在钢板中传播时，它的波长约为_____，声速 约为_____。 A. 5.9m D. 1.2mm B. 340m E.5.9km/s C. 5.9mm F.340m/s
答案：C 、 E
2016/3/3 20
请你做一做
大面积钢板探伤时，耦合剂应选_____为宜；机床床身探伤时，耦合剂应选_____为 宜。 A.自来水 B.机油 C.液体石蜡 D.化学浆糊
2016/3/3 25
连通器及传感器的安装
连通器内的水位与 容器中的水位相等，可 将霍尔传感器安装在非 磁性的连通器外壁上。 A、B、C三点可接交 流电压，与大地之间构 成“电接点水位计”。 在D、E两处可安装光电 和电容等传感器，请读 者自行考虑。
50Hz激励
低电位 高电位 高电位
D
电接点
E
以玻璃为介质的 电容传感器 外壳接地
答案：A、B
2016/3/3 21
开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
回差越大， 抗振动干扰 能力就越强。
特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔 IC， 到多少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？
2016/3/3 22
请同学们思考：当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少
答案：0.023T，0.016T，0.007T，70GS，回差 （迟滞）越大，抗机械振动干扰能力就越强， 实际应用抗噪音效果。
如图是振动式粘度计的原理示意图。导磁的悬臂梁 6 与铁心 3 组成激振器。压电片 4 粘贴于悬臂梁上，振动板 7 固定在悬臂梁的下端，并插入到被测粘度的粘性液体中。 请分析该粘度计的工作原理
1.交流励磁电源 2.励磁线圈 3.电磁铁心 4.压电片 5.质量块 6.悬臂梁 7.振动板 8.粘性液体 9.容器
答案：C、B
2016/3/3 3
（2）某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主 要因素是（ ） A.绝对误差 B.示值相对误差 答案：B C.满度相对误差 D.精度等级 3）在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到 应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（ ）左右为宜。 A.3倍 B.10倍 C.1.5倍 D.0.75倍
答案：C、A、B
2016/3/3 12
在实验室中测量金属的熔点时，冷端温度补偿采用_____，可减小测量误差；而在 车间，用带微机的数字式测温仪表测量炉膛的温度时，应采用_____较为妥当。 A. 计算修正法 B. 仪表机械零点调整法 C. 冰浴法 D. 冷端补偿器法（电桥补偿法）
答案：C、A
2016/3/3 13
答案：D
2016/3/3 5
练习：
正常人的体温为37C，则此时的华氏温 度约为_____，热力学温度约为______。 A. 32F，100K B. 99F，236K C .99F，310K D. 37F，310K
答案：C
2016/3/3
6
根据公式
EAB （t , t0 ) EAB (t , tn） EAB （tn , t0 )
2016/3/3
答案：D、C、B
15
请你做一做 动态力传感器中，两片压电片多采用____接法， 可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点 火装置中，多片压电片采用____接法，可使输 出电压达上万伏，从而产生电火花。 A. 串联 B.并联 C. 既串联又并联 答案：B、A
2016/3/3 16
请你做一做
2016/3/3 24
霍尔式液位控制器设计提示
1.首先要了解玻璃连通器的原理，在此基础上，对储液罐 液位的测量就转换为对连通器中液位的测量。 2. 确定霍尔 IC 是开关型的还是线性的。霍尔 IC 须有磁性 元件才能产生霍尔电势，为此，在连通器内设置一磁性浮子， 在玻璃外壁相应高度设置霍尔IC。 3.当水泵将液体泵入储液罐后，连通器内的液位也相应上 升，当磁性浮子与霍尔 IC 持平时，霍尔 IC 的输出突变，表示 液位已达到设定高度。该信号经控制电路使水泵停止运转。 4.在连通器外壁平行设置一标尺杆，霍尔IC可在标尺杆上 移动并固定，这样就可以控制不同的液位高度了。 5.本装置只能控制液位的状态量，请读者考虑如何对液位 进行远程监控和数字显示。
排水阀
2016/3/3
液面
26
请你做一做
1）晒太阳取暖利用了 ；人造卫星的光电池板利用了 ；植物的生长利用 了 。 A．光电效应 B．光化学效应 C．光热效应 D．感光效应 2）蓝光的波长比红光 ，相同光通量的蓝光能量比红光 。 A．长 B．短 C．大 D．小