大连理工大学传感器与执行器课件第二章 传感器设计通则
合集下载
传感器与执行器基础课程课件
2012-10
3
课程目标
完成本次课程后，学员能够：
➢ 解释传感器的工作原理，并检测其性能； ➢ 解释执行器的工作原理，并检测其性能。
2012-10
4
课程内容
➢ 传感器的工作原理和诊断 ➢ 执行器工作原理与诊断
2012-10
5
第一章：传感器的工作原理和诊断 第二章：执行器的工作原理和诊断
2012-10
2012-10
14
温度传感器的特点
2012-10
15
温度传感器工作原理
2012-10
16
温度传感器的应用
2012-10
17
温度传感器的检测
2012-10
18
实操练习二
温度传感器的检测
➢ 实操目标：
– 能够进行温度传感器的性能检测
➢ 操作时间：
– 30min
➢ 注意事项：
– 强调安全注意事项，如：车辆的使用注意事项，万用表的使用 ，设备的维护，连接器的测量
➢ 实操准备：
– 车辆，开关，电路图，拆装工具 – 万用表，探针，三件套
2012-10
19
滑动电阻式传感器工作原理
2012-10
20
滑动电阻式传感器的应用
2012-10
21
滑动电阻式传感器的检测
2012-10
22
实操练习三
滑动电阻式传感器的检测
➢ 实操目标：
– 能够进行滑动电阻式传感器的性能检测
– 强调安全注意事项，如：车辆的使用注意事项，万用表的使用 ，设备的维护，连接器的测量
➢ 实操准备：
– 车辆，开关，电路图，拆装工具 – 万用表，探针，三件套
2012-10
传感器技术--ppt课件优选全文
分辨率高 抗干扰能力强
数字量传感器
便于信号处理 实现自动化测量
稳定性好
适宜于远距离传输
一种能把被测模拟量直接转 换为数字量输出的装置，可 直接与计算机系统连接。
在一些精度要求较高的场合应用 极为普遍。工业装备上常用的数 字量传感器主要有数字编码器、 数字光栅和感应同步器等。
1.3.2 数字量传感器概述
1.3.3 模拟量传感器概述
电流变 送器
温湿度 变送器
压力变 送器
温度变 送器
各种变送器的实物图
液位变 送器
第二章：接近开关
第二章：接近开关
接近开关简介
接近开关又称无触点行程开关，它能在一定的距离内（零点几毫米
至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就 可以发出『动作』信号。
空
空
电容式接近开关
OOFNF
空
电容式接近开关工特点和应用 第二章：接近开关
特点
小功率、高阻抗。 小的静电引力和良好的动态特性。 本身发热影响小。 可进行非接触测量。
应用 压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和
成分含量等测量之中。
第二章：接近开关
接近开关常见术语
接近开关术语
第二章：接近开关
有用
非电量
传感 元件
电量
信号调节 转换电路
电量
辅助电路
1.3传感器分类
传
开关量传感器
感
器 种
输出电信号 的类型不同
数字量传感器
类
模拟量传感器
1.3.1开关量传感器概述
开关量传感器
又称接近开关，是一种采用非接触式检测、 输出开关量的传感器。在自动化设备中应用 较为广泛的主要有磁感应式接近开关、电感 式接近开关、电容式接近开关和光电式接近 开关等。
传感器技术完整ppt课件
作用：将被测量转换成电信号,传送给测试系统中的后续环节。
最新课件
2
激励装置
被测 对象
传 感 器
信号 调理
信号 处理
显示 纪录
观察者
反馈、控制
简单测试系统(红外体温)
复杂测试系统(振动测量)
最新课件
3
3. 传感器的构成
（1）组成：振动膜片、刚 性极板、电源和负载电阻
（2）原理 ： 振膜—一次敏感元件 电容器—敏感元件
最新课件
15
（3）分辨力：测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量。 通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。 数字测试系统－－输出显示系统的最后一位 模拟测试系统－－输出指示标尺最小分度值的一半
（4）回程误差：同一输入量的两条定度曲线之差的最大值 hi max 与标称的输出范围A之比。
即 回程误差 ＝hi max 100% A
A()
1
0
()
1 2
0
1t0
2t0
－t0
最新课件
30
A()
1
0
()
0
4
例2:已知系统的输入 x(t)co 1 ts co 2ts，判断是否失真。
例3:已知系统的输入 x(t)cos0t ，判断是否失真。
最新课件
31
电阻式传感器
一、变阻式传感器 1.结构：
R l
A
R kl x
S
dR dx
3.类型：半导体应变式传感器、扩散型压阻式传感器
最新课件
37
三、应变片的应用 1.直接测定结构的应变或应力。 2.作为传感器的测量参数。
四、转换电路
应变 R 电压或电流的变化
《传感器技术》教学课件第1-2章
13
由上例可见，传感器通常由敏感元件、转换元件和信号调解 与转换电路三部分组成，如图1-5所示。
14
在图1-5中，敏感元件起感受被测量的作用，图1-2中的称 重传感器的弹性梁就属于敏感元件，用它上面材料最薄的部分 感受被测力值的大小而产生应变，其几何参数需要设计，用经 过处理的、性能稳定的金属材料制成。传感元件可将响应到的 被测量转换为电量，粘贴在弹性梁易变形部位的电阻应变片就 属于传感元件。基本电路的作用是使输出信号达到后续处理电 路的接口要求，称重传感器的基本电路为电桥，实现对应变片 输出的信号进行放大的功能，以达到满足后续电路接口对信号 强度的要求的目的。
15
二、传感器的分类
（1）按传感器的输入量分类
按输入的被测物理量如温度、位移、力值、速度、湿度等 进行分类，相应地称为温度传感器、位移传感器等。由于直观 简便，所以习惯于用这种分类称呼的传感器使用者占有相当的 比例。
（2）按传感器的转换原理分类
目前在常规传感器中应用的物理原理主要有基于电学、固 体物理学、光学等原理，例如根据电磁感应原理的有电感式、 差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体理论有热敏、磁 敏、光敏传感器等。
11
四、我国标准对传感器的定义 我国国家标准GB/T 7665-2005《传感器通用术语》中传感
器是这样定义的：能够感受被测量并按照一定的规律转换成可 用输出信号的器件与装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
以上定义均表明，传感器是由敏感元件和转换元件所构成 的一种检测装置，能按一定规律将被测量转换为电信号输出， 输出信号与输入信号间存在确定的关系。
19
1.2.2传感器的静态特性 在描述传感器的静态特性时，其输出量y与输入量x之间的函
数关系可以描述为
由上例可见，传感器通常由敏感元件、转换元件和信号调解 与转换电路三部分组成，如图1-5所示。
14
在图1-5中，敏感元件起感受被测量的作用，图1-2中的称 重传感器的弹性梁就属于敏感元件，用它上面材料最薄的部分 感受被测力值的大小而产生应变，其几何参数需要设计，用经 过处理的、性能稳定的金属材料制成。传感元件可将响应到的 被测量转换为电量，粘贴在弹性梁易变形部位的电阻应变片就 属于传感元件。基本电路的作用是使输出信号达到后续处理电 路的接口要求，称重传感器的基本电路为电桥，实现对应变片 输出的信号进行放大的功能，以达到满足后续电路接口对信号 强度的要求的目的。
15
二、传感器的分类
（1）按传感器的输入量分类
按输入的被测物理量如温度、位移、力值、速度、湿度等 进行分类，相应地称为温度传感器、位移传感器等。由于直观 简便，所以习惯于用这种分类称呼的传感器使用者占有相当的 比例。
（2）按传感器的转换原理分类
目前在常规传感器中应用的物理原理主要有基于电学、固 体物理学、光学等原理，例如根据电磁感应原理的有电感式、 差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体理论有热敏、磁 敏、光敏传感器等。
11
四、我国标准对传感器的定义 我国国家标准GB/T 7665-2005《传感器通用术语》中传感
器是这样定义的：能够感受被测量并按照一定的规律转换成可 用输出信号的器件与装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
以上定义均表明，传感器是由敏感元件和转换元件所构成 的一种检测装置，能按一定规律将被测量转换为电信号输出， 输出信号与输入信号间存在确定的关系。
19
1.2.2传感器的静态特性 在描述传感器的静态特性时，其输出量y与输入量x之间的函
数关系可以描述为
现代传感器与执行器(S_A)工程学(上).pptx
逆压电效应：S j
Ei
d
' ji
,
(i
1,2,3；j
1,2,...6)
（2－33）
交叉效应分别为压电正逆效应与电磁正逆效应，而且都 是双向可逆，互为正逆效应。其矩阵表达式分别为
电磁效应：Bk Em mkm 磁电效应：Dm H k mmk
（2－34）
d’，m’分别为d，m的转置矩阵。
b.既然是双向可逆效应，除一次效应外都存在着二次、 三次…感生效应。电磁场效应早已为麦克斯韦电磁感应 定律所证明，即变动的磁场产生电场，变动的电场产生 磁场。同理，压电效应也应存在二次、三次…感生效应。 压电效应与电磁效应的相关性，根据以下的能量（热平 衡）守恒和麦克斯韦关系式也可说明。
1.1.1 传感器的定义 过去一机部、七机部、国标等 对传感器都有各自的定义。
“为测量目的将感受到的物理量（一般为非电量） 按照相应的关系转化成另一种物理量（一般为电量） 输出的装置叫传感器。在传感器中直接感受被测物理 量部分叫做敏感元件。”（QJ30-81标准）
“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规 律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由 直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的 转换元件以及相应的电子线路所组成。”（GB766587）。该定义同美国仪表协会（ISA）的定义相似。
第十二章 声学量S&A
12.1 X/声 效应的统一性与可逆性 12.2 超声波传感器与换能器 12.3 超声波执行器 12.4 超声波微电机及其应用 12.5 声发射（AE）传感器 12.6 声表面波传感器及其应用
第十三章 化学量传感器 第十四章 仿声传感器与执行器 第十五章 微S&A及其系统
2-10压电传感器与位移执行器（逆效应）
精品课件-传感器原理及应用技术-第2章
EAC(T，T0)=eAC(T)－eAC(T0) EBC(T，T0)=eBC(T)－eBC(T0)
EAC(T, T0)－EBC(T, T0)=eAC(T)－eAC(T0)－eBC(T)+eBC(T0)
=［eAC(T)－eBC(T)］－［eAC(T0)－
eBC(T0)］
(2.11)
由式(2.8)有
eBC(T0)－eAC(T0)=－eAB(T0) eAC(T)－eBC(T)=eAB(T)
(2.3)
(1) 若热电偶两电极材料相同，则无论两接点温度如何, 总热电势为零。
(2) 若热电偶两接点温度相同，则尽管A、B材料不同，
第2章 热电传感器
(3) 热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关，与
热电极的尺寸、形状等无关。同样材料的热电极，其温度和电
势的关系是一样的。因此，热电极材料相同的热电偶可以互换。
热电偶有各种各样的规格，且形状各异。图2.7～图2.9 给出了包头永华仪器仪表有限公司生产的几种热电偶/阻。图 2.10所示为无锡惠鑫热工仪表有限公司生产的小型热电偶。
第2章 热电传感器 图2.7 防爆热电偶/阻
第2章 热电传感器 图2.8 装配热电偶/阻
第2章 热电传感器 图2.9 铠装热电偶/阻
第2章 热电传感器
表2.10 K、J、E、T型热电偶产生的相对于基准点冷端 (0℃)的温差电势
第2章 热电传感器 以600 ℃的输出作为满刻度，绘出其非线性误差曲线， 如图2.12所示。
图2.12 K型热电偶的非线性误差
第2章 热电传感器 线性校正电路有多种实现方法，这里介绍高次多项式线性
热电偶的温差电势可近似表示为 EAB(T1，0)=a0+a1T+a2T2+…+aNTN
EAC(T, T0)－EBC(T, T0)=eAC(T)－eAC(T0)－eBC(T)+eBC(T0)
=［eAC(T)－eBC(T)］－［eAC(T0)－
eBC(T0)］
(2.11)
由式(2.8)有
eBC(T0)－eAC(T0)=－eAB(T0) eAC(T)－eBC(T)=eAB(T)
(2.3)
(1) 若热电偶两电极材料相同，则无论两接点温度如何, 总热电势为零。
(2) 若热电偶两接点温度相同，则尽管A、B材料不同，
第2章 热电传感器
(3) 热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关，与
热电极的尺寸、形状等无关。同样材料的热电极，其温度和电
势的关系是一样的。因此，热电极材料相同的热电偶可以互换。
热电偶有各种各样的规格，且形状各异。图2.7～图2.9 给出了包头永华仪器仪表有限公司生产的几种热电偶/阻。图 2.10所示为无锡惠鑫热工仪表有限公司生产的小型热电偶。
第2章 热电传感器 图2.7 防爆热电偶/阻
第2章 热电传感器 图2.8 装配热电偶/阻
第2章 热电传感器 图2.9 铠装热电偶/阻
第2章 热电传感器
表2.10 K、J、E、T型热电偶产生的相对于基准点冷端 (0℃)的温差电势
第2章 热电传感器 以600 ℃的输出作为满刻度，绘出其非线性误差曲线， 如图2.12所示。
图2.12 K型热电偶的非线性误差
第2章 热电传感器 线性校正电路有多种实现方法，这里介绍高次多项式线性
热电偶的温差电势可近似表示为 EAB(T1，0)=a0+a1T+a2T2+…+aNTN
传感器与执行器共92页
传感器与执行器
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
46、我们若已接受最坏的，就再没ห้องสมุดไป่ตู้什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
46、我们若已接受最坏的，就再没ห้องสมุดไป่ตู้什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
《传感器技术》教学课件第2章
35
电阻应变片的特性
弹性敏感元件及其基本特性 物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，
而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种 变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
弹性元件在应变片测量技术中占有极其重要的地位。它首 先把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移，然后传递给粘 贴在弹性元件上的应变片，通过应变片将力、力矩或压力转换 成相应的电阻值。 弹性元件的基本特性有：
由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴 向伸长， 沿径向缩短， 令dl/l=ε为金属电阻丝的轴向应变，那 么轴向应变和径向应变的关系可表示为
dr dl
r
l
（2-5）
式中, μ为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。
21
dR
d
R (1 2)
（2-7）
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为
一般情况下，电位器输出端是接有负载的。当 接入负载时，由于负载电阻和电位器的比值为有限 值，此时所得的特性为负载特性。
带负载的电位器的电路如图所示，电位器的负 载电阻为RL，可理解为测量仪表的内阻或放大器的 输入电阻，则此电位器的输出电压为
UL
U max
RL Rx RL Rx
(Rmax
Rx )
34
常用的粘结剂类型有硝化纤维素型、氰基丙稀酸型、聚酯 树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型等。
粘贴工艺包括被测件粘贴表面处理、贴片位置确定、涂底 胶、 贴片、干燥固化、贴片质量检查、引线的焊接与固定以及 防护与屏蔽等。粘结剂的性能及应变片的粘贴质量直接影响应 变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏系数、线性以及 它们受温度变化影响的程度。可见，选择粘结剂和正确的粘结 工艺与应变片的测量精度有着极重要的关系。
电阻应变片的特性
弹性敏感元件及其基本特性 物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，
而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种 变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
弹性元件在应变片测量技术中占有极其重要的地位。它首 先把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移，然后传递给粘 贴在弹性元件上的应变片，通过应变片将力、力矩或压力转换 成相应的电阻值。 弹性元件的基本特性有：
由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴 向伸长， 沿径向缩短， 令dl/l=ε为金属电阻丝的轴向应变，那 么轴向应变和径向应变的关系可表示为
dr dl
r
l
（2-5）
式中, μ为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。
21
dR
d
R (1 2)
（2-7）
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为
一般情况下，电位器输出端是接有负载的。当 接入负载时，由于负载电阻和电位器的比值为有限 值，此时所得的特性为负载特性。
带负载的电位器的电路如图所示，电位器的负 载电阻为RL，可理解为测量仪表的内阻或放大器的 输入电阻，则此电位器的输出电压为
UL
U max
RL Rx RL Rx
(Rmax
Rx )
34
常用的粘结剂类型有硝化纤维素型、氰基丙稀酸型、聚酯 树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型等。
粘贴工艺包括被测件粘贴表面处理、贴片位置确定、涂底 胶、 贴片、干燥固化、贴片质量检查、引线的焊接与固定以及 防护与屏蔽等。粘结剂的性能及应变片的粘贴质量直接影响应 变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏系数、线性以及 它们受温度变化影响的程度。可见，选择粘结剂和正确的粘结 工艺与应变片的测量精度有着极重要的关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例2：用磁束量子为单位测超导体中的磁通量 （量子干涉仪）
• 霍耳效应：有电流通过的导体或半导体放 置在与电流方向垂直的磁场中时，在垂直 于电流和磁场方向上的两个侧面间产生电 势差的现象。可做成磁场传感器
霍耳常数： VH
H
（半导体>金属）
4.统计法则：
与传感器有关的统计法则是重要的奈奎斯特定 理，利用热噪声电压V直接测量温度T。
一机、七机都有各自定义(→机械委员会 “QJ30-81”标准：“为测量的目的将感受到的 物理量（一般为非电量）按照相应的关系转化
成另一种物理量（一般为电量）输出的装置叫
传感器，在传感器中直接感受被测物理量的部 分叫敏感元件”。
味觉传感器并非物理量……
广义：可感知信息并能进行转换的器件和
装置。
信息转换 电 非电
温度T。若独立变量中有若干示强变量，
则麦氏方程可取下式：
X X
i j
k
x j
xi
k
或
xi X
j
k
x j X i
k
不需用勒让德变换，如压电……
（2）输送现象：
示容变量（热量、电荷量、质量）随时间变化，而产生“流动” 的现象。其原因是由于存在示强变量差，“斜率”、“亲和力” 等。 例：热电偶中的热流与电流就是因为存在温差与电位差的结果。
2
V 4kBTRB
k
－波耳兹曼常数
B
B－频带宽
二、物性型（材料型）——传感器工作的物理基础
揭示“力、热、电、磁”的内在联系，是物性法则的具体应用。
电场 E
机 电 效 应
电位移 D
电 热 效 应
应变
热变形
熵
S
S*
弹
性
应力 T
热弹效应
温度 q
三种能量间的物质效应（示强、示量变量关系）
将前述热平衡现象（物性法则）应用到“物性型”传感器的研究
第二章 传感器设计通则
§2-1 传感器定义与概念
1 名称与定义 中：传感器、变换器、敏感元件、换能器、
一次仪表… 英：Sensor、Transducer、Detecter、Pick-up、
Detecting element… 日：センサ.トランズデューサ. 敏感素子？ 俄：Датчик
定义 ：（国际国内尚未有统一）
变换
▲结构紧凑、比较简单、多为“物性型”，没有工业 仪表可动件（杠杆、连杆、齿轮）机械磨损小←“结 构型” ▲精度高、灵敏度高 力传感器分辨率为最大量程↑ 压传感器分辨率为最大量程0.004% ▲性能稳定、寿命长； ▲电信号传输，便于处理； ▲成本较高，工艺复杂？
3 传感器的分类 对几千种传感器分类是一门科学 几种分类法：
液体流动的守恒定律——伯努力方程式
1 2 p 常数
2
2.场的定律：
电磁场（法拉第定律、霍耳效应）、力场（运动准则）
例：速度计。（电磁场、运动法则） 电磁感应定律：速度传感器 电动式速度计（速度传感器）
U v
U d 法拉第定律
dt
静电感应定律：
电容式位移传感器
C S
d
d
1 C
光栅式位移传感器 距离 莫尔
示强变量（温度、压力、场强、密度、比热……） 示容变量（质量、体积、能量、熵、变位、电荷……）
当若干示容变量 xi的微小变化为 dxi
则系统的能量变化 du Xidxi
其中是Xi u / xi xi 对xi 的示强变量。
系统由 U U du，因此热平衡状态与路线无关
2u 2u
u
Q xix j xk x jxi xk , Xi xi
可得
X i x j
xk
Hale Waihona Puke X xijxk
——麦克斯韦关系式，对传感器的一个重要公式
是若作式为中独示立容变变量量给（出x（i 如， x熵j )等）不易求得，所
以需要“勒让德”变换把不易测量的示容变量 转换成示强变量（见 H.B.Callen:Thermodynamics.P90 John wiley &sons(1960) 如准静态的热力学方程（热力学第二定律） 内能变化：
du Tds Xidxi
式中独立变量为熵s，不能直接测量。
勒让德变换为：
G(n)
1
1
f
x
Pn
x dx, n
1, 2,...
Pn x为勒让德多项式
Pn
x
＝
1 2n n!
dn dxn
x2 1 n
n
2 k 0
2n
1k 2n 2k k !n k !n
!
2k
!
xn2k
查 Pn x 表。必须通过勒让德变换变成可测量的
3.物质法则：
是表示物质某种客观性质的法则。 （虎克、欧姆定律）。例如压电、压阻、光电、霍耳效应等等。 可制成物性型传感器，其性能受相关物理常数支配着。 与物理常数相关的现象分为三类，即热平衡现象、输送现象与量 子现象
（1）热平衡现象：
热平衡状态中基本物理量是能量，系统的物理量叫状态量
状态量
（成对性）
能量转换
2 传感器一般概念
传感器与仪表、测器
一般测器（机械秤、尺…）不叫传感器 一般仪表（波登管式压力表、电表…） 也不叫传感器，但现代测器（光栅…） 和仪表（电子秤、硅集成压力表…）中 包含有传感器或敏感元件。
一般测器直接比对法… 一般仪表多为构造型…
传感器特征（充要条件）
▲利用某种物理、化学、生物的法则定律、效应等原 理而制成 感知
半导体计数器
半导体应变计
听觉（耳）：位移→电
压敏二极管 霍尔元件
触觉（皮）：热→电
热电偶 压电元件 热敏电阻
嗅觉（鼻）：气 湿
电 电
味觉（舌）：未开发
湿敏电阻 气敏电阻
§2-2 传感器的物理基础
加深对传感器理解，有利于传感器开发 一、物理四大定律与法则的应用 1 守恒定律（能、动量、电荷） 最基本的定律、传感器与被测量间能量交换必须遵 守此法则 例：空速管（Pilot）
结构型（空间） 按工作机理 物性型（材料型）
按能量关系 按物理效应
能量控制型（光电效应、电阻效应） 能量转换型（压电、热电效应）
应变式 电压容电式式 压阻式 电动式
位移传感器
按使用要求测压力力传传感感器器
测温传感器 测振加速度传感器
按功能分类
光电池（太阳能）
视觉（眼）：光→电（电→光）发光二极管、光电晶体
温差 电流：塞贝克效应 电流 热流：珀耳帖效应（互逆效应）
热电偶效应
塞贝克效应 珀耳帖效应
（3）量子现象
构成物质的原子，对于单个分子来说其能量为离散阶跃的数值。
例1：光电效应
外光电效应：受光照射的金属表面放出电子（光电管）
内光电效应：晶体中的电子被激化（电子—空穴）
（CCD、pin光电二极管）