传感器应用实例--模拟式检测仪表设计实例
传感器设计与应用实例
传感器设计与应用实例一、引言随着科技的进步和社会的发展，传感器在各个领域的应用也变得越来越广泛。
传感器作为一种用于检测和测量物理量的设备，可以感知环境中的各种参数并将其转换为可用的电信号。
本文将就传感器的设计与应用实例进行全面、详细、完整且深入地探讨，旨在了解传感器的设计原理和各个领域的典型应用案例。
二、传感器的分类传感器可以按照测量参数的类型进行分类。
常见的传感器分类包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光学传感器等。
不同类型的传感器具有不同的工作原理和应用场景。
2.1 温度传感器温度传感器可将环境温度转换为电信号。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻和温度芯片等。
它们在智能家居、工业自动化和气象监测等领域有着广泛的应用。
2.2 湿度传感器湿度传感器用于测量环境中的湿度水分含量。
常见的湿度传感器有电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器等。
应用场景包括空调系统、农业温室和食品保鲜等。
2.3 压力传感器压力传感器可感知环境中的压力变化。
常见的压力传感器有压电传感器、扩散硅传感器和谐振式压力传感器等。
它们广泛应用于工业制造、汽车安全和医疗领域。
2.4 光学传感器光学传感器是一种能够感知光的强度、波长和方向的传感器。
常见的光学传感器有光电传感器、光耦合器和光纤传感器等。
它们被广泛用于光通信、图像识别和光学测量领域。
三、传感器的设计原理传感器的设计需要对各种物理量进行准确测量，并将其转换为可用的电信号输出。
设计传感器的关键在于选择合适的感知元件、信号处理电路和输出接口。
3.1 感知元件感知元件的选择直接影响传感器的灵敏度和测量范围。
常见的感知元件包括电容器、电磁线圈和光敏二极管等。
例如，温度传感器可以使用热敏电阻来感知温度变化。
3.2 信号处理电路传感器的信号处理电路用于将感知元件输出的模拟信号转换为数字信号或放大处理。
信号处理电路的设计需要考虑噪声抑制、放大增益和滤波等因素。
数字信号处理可以更好地适应现代化的数据处理要求。
光电传感器的应用举例
测转速
n=f/N
n—转速； f—脉冲频率； N—圆盘孔数。
5
测速也可以采用反射式：只要用白纸画上
黑道的圆纸贴在旋转体上即可。
其测量电路与透射式相同
调制盘
()
()
()
6
传感器应用实例
六、光传感器的应用——鼠标器
鼠标中的红外接收管就是光传感器。鼠标移动时，
滚球带动 x、y 方向两个码盘转动，红外管接收到一
安全警戒
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扩散反射式光电开关
料位控制
烟雾报警
带材对中控制
缺料检测
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扩散反射式光电开关
斜度检测
裂缝检测
透明玻璃瓶检测
长度控制
镜面反射式光电开关
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限距式光电开关
产品计数
气流量监测
液位检测
检测有无盖
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限距式光电开关
料径控制
行程控制
转速监测
超速或滞速判别
31
槽型光电开关
定长剪切
起重机位置控制
例13：条形码扫描笔
光敏三极管
发光二极管
扫描笔
条形码卡片
条形码
扫描方向
光电扫描笔
OUT
脉冲列
21
例15：大米分选机
大米及杂质
在光照下，
发出不同
光信号
放
大
器
探头 光源
振动机
控制
电路
滑槽
光箱
光传感器
杂质
驱动器
背景板
气动电磁阀
废弃箱
气源
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例17：吸收式烟尘浊度检测仪
白炽平
行光源
6.4 传感器的应用实例
输出 信号 E
敏感 元件
R
例题5：（2003上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示， 物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压 表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的， 则下列说法正确的是( B ) A 物体M运动时，电源内的电流会发生变化 B 物体M运动时，电压表的示数会发生变化 C 物体M不动时，电路中没有电流
P U
10
0
10
D. 方向向右，大小为 2k S/m
(2)若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压 电源U0上，当导弹以加速度 a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑 动片 P产生位移，此时可输出一个电信号 U ，作为导弹惯性制导系 统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a 的函数 关系式。 解：a=2kS/m
例3(1)惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元 件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长 度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分 别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。 滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测 出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿 水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内导弹 的加速度 （ D ） A. 方向向左，大小为 k S/m B．方向向右，大小为 k S/m C．方向向左，大小为 2k S/m
10
0
10
∴ S=ma/2k
U=U0 Rx / R = U0 S / L =maU0 / 2kL =mU0 a / 2kL∝a
P U
U0
例题4：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、 潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图， 当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件 由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感 元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动 时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感元件的 质量为m，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E，内电阻不计， 滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为L，静态时输出电压为U0。 试求加速度a与输出电压U的关系式。 ①滑动触头左右移动过程中， 电路中电流如何变化？ ②若车的加速度大小为a，则 两弹簧的形变量是多少？ ③求加速度a与输出电压U的 关系式
(完整版)基于DS18B20数字温度传感器的仿真与设计应用
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、声光报警电路等构成。
3.1温度传感器
3.1.1温度传感器选用细则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1.2温度传感器的发展趋势
进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
1.3传感器在温控系统中的应用
目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。此种产品测温范围大都在-200℃~800℃之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.001~0.01之间。自带LED显示模块，显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。
传感器的应用实例
1、实验原理及知识准备
工作电路，使路灯自动开启；天明后，R 阻值减 G 白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；
怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？
1、实验原理及知识准备
器的输入端A电压达到某个值（如1.6V），就需要
RG的阻值达到更大，即天色更暗。
2、用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？ 由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽
灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电 路．
如图所示电磁继电器工作电路，图中虚 线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为 静触点．试分析电磁继电器的工作原理．
上一节我们学习了火灾报警器，它是利 温度报警器的工作电路，如图所示：
白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通； 怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？
用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的光 试分析其工作原理。
1、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？ 温度报警器的工作电路，如图所示：
器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线 6V），就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。 圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；
由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路．
传感器设计及应用实例论文
压力传感器（压力变送器）的原理及应用概述：压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用1、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
传感器的应用案例
传感器的应用案例
传感器是一种用于感知、监测与测量环境中特定物理量的装置，广泛应用于各个领域。
下面列举了10个传感器的应用案例：
1. 温度传感器：用于测量环境温度，常见于空调、冰箱、热水器等家电设备中，以控制温度在合适的范围内。
2. 光敏传感器：用于感知光线强度的变化，常见于自动照明系统、摄像机中，以实现自动调节光线亮度和拍摄质量。
3. 湿度传感器：用于测量环境湿度，常见于气象仪器、温室、空气净化器中，以监控和控制湿度水平。
4. 压力传感器：用于测量压力变化，广泛应用于汽车、工业设备、医疗器械等领域，以实现压力监测和控制。
5. 加速度传感器：用于测量物体的加速度，常见于汽车、智能手机、运动设备中，以实现运动检测和姿态跟踪。
6. 位移传感器：用于测量物体的位移变化，常见于机械设备、机器人、汽车制动系统中，以实现位置控制和安全监测。
7. 气体传感器：用于检测环境中的气体浓度，常见于煤气报警器、空气质量监测仪器中，以实现气体泄漏和污染监测。
8. 声音传感器：用于感知环境中的声音变化，常见于安防系统、智
能家居中，以实现声音检测和警报。
9. 触摸传感器：用于感知物体的触摸或接近，常见于智能手机、电子设备中，以实现触摸操作和接近检测。
10. 水位传感器：用于测量液体的水平高度，常见于水箱、洗衣机、污水处理设备中，以实现水位监测和控制。
这些传感器应用案例涵盖了生活、工业、安全、医疗等多个领域，展示了传感器在实际应用中的重要性和广泛性。
通过传感器的监测与测量，我们能够更好地了解和控制环境中的物理量，提高生活质量和工作效率。
传感器技术的发展不仅为我们带来了便利，也为各行各业提供了更多的创新机会。
传感器应用案例
传感器应用案例【案例2.1】图2.12所示是一种可插入人体心内导管的微型压阻式压力传感器，为了导入方便，在传感器端部加一塑料壳6。
当被测压力p作用于金属波纹膜片7上时，将压力转换为集中力，使硅片梁5产生变形，从而使硅片梁上扩散的电阻4发生变化，再由电桥输出获得心内导管的压力。
这种传感器可用于人体心血管、颅内、眼球内等压力的测量。
1－引线；2－硅橡胶导管；3－金属外壳；4－扩散电阻；5－硅片梁；6－塑料壳；7－金属波纹膜片；8－推杆图2.12 微型压阻式压力传感器图2.13所示为压阻式加速度传感器的结构示意图。
图中悬臂梁用单晶硅制成，在悬臂梁的根部扩散四个阻值相同的电阻，构成差动全桥。
在悬臂梁的自由端装一质量块，当传感器受到加速度作用时，质量块的惯性力使悬臂梁发生变形产生应力，该应力使扩散电阻的阻值发生变化，由电桥输出获得加速度的大小。
图2.13 压阻式加速度传感器【案例2.2】图2.18所示为热敏电阻在温度自动控制中的应用。
当实际温度低于设定温度时，热敏电阻R T较大，A点电位升高，晶体管V1和V2导通，继电器K线圈通电，常开触点K1吸合，电热丝加热，发光二极管LED指示电路处于加热状态。
当实际温度高于设定温度时，热敏电阻R T较小，A点电位降低，晶体管V1和V2截止，继电器K线圈断电，常开触点K1断开，加热丝停止加热。
二极管V D为继电器K提供放电回路，保护晶体管V2。
电位器R p调节设定温度。
CCU +图2.18 热敏电阻温度控制器【案例2.3】图2.27所示为电容式测厚仪用于金属带材扎制过程中厚度的在线检测，在金属带材的上下两侧各放置一块面积相等的圆形极板，两极板与金属带材之间形成两个电容1C 和2C ，当金属带材在轧制过程中的厚度发生变化时，将引起电容量变化。
电容1C 和2C 分别接入运算放大器A 1和A 2的负反馈回路，就可将电容变化转换成电压输出，只要测得输出电压u o1和u o2，由式（2.27）就可得到两极板与金属带材之间的间距1δ和2δ。