第1章 传感器的基本概念

2. 转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转换成适
于传输或测量的可用输出信号（一般为电信号）的部分。
3. 信号调理电路：是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、
处理和控制的有用电信号的电路。 类型视转换元件的分类而定，经常采用的有电桥电路、放大器、 振荡器、阻抗变换、补偿及其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲调 宽电路等。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
传感器市场结构
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
90年代国内市场各主要行业传感器的用量
电力系统 化工系统 钢铁系统 能源管理与炉窑控制 汽车行业 机床行业 文化办公机械 各类仪器仪表 140 万件 80 万件 130 万件 4000 万件 4400 万件 1500 万件 200 万件 3 亿件
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
组成：
被测量 非电量
敏感元件
其他量 非电量
转换元件
电信号 电量
信号调理电路
标准信号 电量
辅助电路
传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电路组 成。 并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。 如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件，因 此，敏感元件和转换元件两者合一的传感器பைடு நூலகம்很多的。例如：压电 晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等都是这种形式的传感器。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
世界传感器的种类约有2万种，而我国经过“八五”、“九五”的发展 目前也仅有3000多种，尚有大量的品种需要我们去开发。同时，我国传感 器产品的技术水平与国外有较大差距，主要是长期稳定性和可靠性较差， 限制了其应用领域和产业的发展。 虽然我国传感器产业的现状还不能适应国民经济发展的需要，产品技 术水平与国外相差15年左右，但是从统一市场的观点看，我国具有传感器 的广阔市场，所以我国传感器产业发展的前途还是光明的。 国家科委于1987年4月制定的《传感器发展政策》白皮书中确定了“必 须大力发展传感器技术，特别是要把新型传感器技术作为信息技术中优先 领域予以发展”。1991年12月30日《中共中央关于制定国民经济和社会发 展的十年规划和“八五”计划的建议》中第21条明确了要“大力加强传感 器的开发和在国民经济中的普遍应用”。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
我国传感器行业的状况
传感器技术是涉及国民经济及国防科研各领域的重要技术。如果不建 立我国自己的传感器产业，而一味依赖从国外进口传感器来满足需要，将 使我国国民经济及国防力量的加强受到制约，因此必须尽快地发展我国的 传感器产业。 我国传感器的产业结构存在的主要问题是企业分散、实力不强、市场 开拓不力。我国从事传感器研究和生产的单位约1300家，居世界第一，但 真正形成一定规模的却寥寥无几。多数企业是低水平的重复，处在生产的 初级阶段。 传感器属于多学科交叉、技术密集的高技术产品，其技术水平决定于 科学研究的水平，而我国在传感器研究方面科研投入强度偏低，科研设备 落后，加之我国存在科研和生产脱节的现象，所以影响了传感器科研成果 的转化，造成了我国传感器产品综合实力较低，阻碍了传感器产业的发展。
所以说，传感器的市场需求非常庞大。其根本原因就 是因为“传感器位于系统之首”，“是现代信息技术系统 的源头”。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
自动化过程都包括有三种主要功能块：传感器、计算机(或微处理 器)、执行器。 传感器相当于人的五官，时时检测“对象”的状态及其相应的物 理参量，并及时馈送给计算机； 计算机相当于人的大脑，经过运算、分析、判断，根据“对象” 状态偏离设定值的方向与程度，对执行器下达修正动作的命令； 执行器相当于人的手脚，按大脑的命令对“对象”进行操作。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性) 透视人类自动化的历史进程，我们看到： 首先，人们发展了执行器，如水磨、蒸汽机、内燃机、电机、 各种阀体等。然后，计算机的出现，通过扩展计算机程序的“智 能”，产生了“信息革命”。现在，人们正在通过应用传感器来扩 展“感觉”，去获得信息数据，以便校正自动化过程中的偏差，并 能根据各种情况的变化做出实时正确的处理。 在实际应用中，需要三个功能块（传感器、计算机、执行器） 都经济耐用，有良好的性能价格比。 目前随着计算机、执行器的的迅猛发展，传感器的价格性能比 相对来说却居高不下，传感器、计算机、执行器性能价格比的下降 幅度为 3 : 10 : 1000，传感器与其它两个功能块的发展形势不相适应， 制约了自动化的发展。 需要大力发展传感器。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
一个电站 一个钢铁厂 大型石油化工厂 大型发电机组 一部汽车 一架飞机
需要 5000 台传感器及其仪表； 需要 20000 台传感器及其仪表； 需要 6000 台传感器及其仪表； 需要 3000 台传感器及其仪表； 需要 30 至 100 台传感器； 需要 3600 台传感器；
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
传感器分类
传感器种类繁多，功能各异。 由于同一被测量可用不同转换原理实 现探测，利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不 同被测量的传感器，而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领 域，故传感器有不同的分类法。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
2. 知识密集程度甚高、边缘学科色彩极浓
由于传感器技术是以材料的电、磁、光、声、热、力等功能效应和 功能形态变换原理为基础，并综合了物理学、化学、生物工程、微电子 学、材料科学、精密机械、微细加工、试验测量等方面的知识和技术而 形成的一门科学。由此可见，传感器技术是学科交错应用极多，知识密 集极高，与许多基础科学和专业工程学有着极为密切关系的技术。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
传感器应用领域
传感器的应用范围很广，从航天、航空、兵器、 船舟、交通、冶金、机械、电子、化工、轻工、能 源、环保、煤炭、石油、医疗卫生、生物工程、宇 宙开发等领域至农、林、牧、副、渔业，甚至人们 日常生活的各个方方面面，几乎无处不使用传感器， 无处不需要传感器技术。 也可以说，传感器已几乎应用到各个领域。
什么是传感器
传感器是获取信息的工具。 传感器（ Transducer 或 Sensor ），俗称探头，有时 亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器。 是指那些对某一确定的信息具有感受（或响应）与 检出功能，并按照一定规律转换成与之对应的有用输出 信号的元器件或装置。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
传感器的作用和地位
作用：
自动测控系统
传感器位于系统之首，其作用相当于人的五官，直接敏感外 界信息。是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动 控制的主要环节，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要 通过它转换成便于传输、处理、记录、显示和控制的可用信号 （一般为电信号）。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
传感器技术的特点
传感器技术包括传感器的研究、设计、试制、生产、检测与应用。它 已逐渐形成了一门相对独立的专门学科。与其它学科相比，它具有如下技 术特点:
1. 内容范围广且离散
传感器可涉及到的内容广而离散的特点主要体现在传感器技术可利 用的物理学、化学、生物学、电子学等学科中的基础“效应”、“反 应”、“机理”不仅为数甚多，而且它们往往彼此独立、甚至是完全不 相关。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
传感器定义和组成
国家标准GB 7665-87对传感器下的定义是： 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用 输出信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组 成。
传感器定义：传感器是将各种非电量（包括物理量、
化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输 的另一种物理量（一般为电量）的装置。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
3. 技术复杂、工艺要求高
传感器的制造涉及了许多高新技术，如集成技术、薄膜技术、超导 技术、微细或纳米加工技术、粘合技术、高密封技术、特种加工技术以 及多功能化、智能化技术等。因此，传感器的制造工艺难度很大，要求 很高。
4. 功能优、性能好
传感器功能优良主要体现在其功能的扩展性好、适应性强。具体地 说，传感器不但具备人类“五官”所具有的视、听、触、嗅、味觉功能， 而且还能检测五官不能感觉到的信息，同时还能在人类无法忍受的高温、 高压等恶劣环境下工作。性能好体现在传感器的量程宽、精度高、可靠 性好等方面。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
其它分类：
1) 按输出信号的传送方式：电传送、气传送（易燃、易爆环境） 和光传送（抗干扰、绝缘能力强）； 2) 位式作用（开关作用）和连续作用； 3) 有触点及无触点（利用晶体管或晶闸管的通断发出信号）； 4) 常规式及灵巧式（Smart， 处理电路使用单片机，功能丰富、使 用灵活）； 5) 接触式（敏感元件必须和被测物质接触）及非接触式； 6) 普通型、隔爆型（在内部电路和周围易燃气体之间采取了隔离 措施，允许使用在有一定危险性的环境里）及本安型（本质安 全型，依靠特殊设计的电路保证在正常工作及故障状态下都不 会引起燃爆事故，可用在十分易燃易爆的场所）。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
第1章 传感器的基本概念
什么是传感器 传感器的作用和地位 传感器应用领域 传感器的定义和组成 传感器分类 传感器技术的特点 传感器的需求、水平、 传感器的需求、水平、现状 传感器与传感器技术发展趋势 传感器的一般特性
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性)
4. 辅助电路：通常指电源，即交、直流供电系统。
第1章 传感器的基本概念(绪论 一般特性) 例如，应变式压力传感器是由弹性膜片和电阻应变片组成。其中弹 性膜片就是敏感元件，它能将压力转换成弹性膜片的应变（形变）；弹 性膜片的应变施加在电阻应变片上，它能将应变量转换成电阻的变化量， 电阻应变片就是转换元件。