传感技术绪论

5、品种繁多、应用广泛 从航天、航空、兵器、交通、冶金、机 械、电子、化工、轻工、能源、医疗卫生等 领域到人们日常生活的方方面面，几乎无处 不使用传感器。
例：一架飞机有 一千多个传感器。
二、传感器的发展趋势
传感技术的发展分为两个方面： ●提高与改善传感器的技术性能 提高与改善传感器的技术性能； 提高与改善传感器的技术性能 寻找新原理、 ●寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。 寻找新原理 新材料、新工艺及新功能等。
能量控制型传感器，又称为无源型，在信息变 化过程中，传感器将从被测对象获取的信息能量用 于调制或控制外部激励源，使外部激励源的部分能 量载运信息而形成输出信号，这类传感器必须由外 部提供激励源，如电阻、电感、电容等电路参量传 感器都属于这一类传感器。基于应变电阻效应、磁 阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等的传感 器也属于此类传感器。 能量转换型传感器，又称有源型或发生器型， 传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换成输 出信号能量，主要由能量变换元件构成，它不需要 外电源。如基于压电效应、热电效应、光电动势效 应等的传感器都属于此类传感器。
五、按照传感器的用途分类 ：位移、压力、振 动、温度传感器 六、根据转换过程可逆与否 ：单向和双向 七、根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号 八、位式作用和连续作用：位式作用也称开关， 这类传感器多用于被测变量的越限报警、连锁保 护、顺序控制及位式调节领域。如：冰箱压缩机 的间歇启动，电饭锅的自动保温都是位式作用的 温度传感器。汽车电打气的压力机是用位式作用 的压力传感器。需要连续检测或调节某些变量就 必须用连续作用的传感器。
转换元件是 可变电感线 圈3，它把 输入的位移 量转换成电 感的变化。 例1：一种气体压力传感器的示意图。膜盒2的下半 部与壳体1固接，上半部通过连杆与磁芯4相连，磁 芯4置于两个电感线圈3中，后者接入转换电路5。 这里的膜盒就是敏感元件，其外部与大气压力相通， 内部感受被测压力。当变化时，引起膜盒上半部移 动，即输出相应的位移量。
三、在基础学科研究中，传感器更具有突出 的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域： 例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上 要观察小到 nm的粒子世界，纵向上要观察长达数 十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还 出现了对各种极端技术研究，如超高温、超低温、 超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显 然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没 有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究 的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而 一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往 会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往 是一些边缘学科开发的先驱。
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第一章 传感器的基本概念
一节 传感器的定义与组成
一、传感器的定义
传感器是指那些对被测对象的某一 确定的信息具有感受（或响应）与检出 功能，并使之按照一定规律换成与之对 应的有用输出信号的元器件或装置。
国家标准（GB7665-87）中传感器 （Transducer/Sensor）的定义：
能够感受规定的被测量并按照一定规律转 换成可用输出信号的器件或装置。 换成可用输出信号的器件或装置。
传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送 出去。
传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测 传感器名称：发送器、传送器、变送器、 器、探头
不少场合，人们将传感器定义为 敏感于待测非电量并可将它转换成 与之对应的电信号的元器件或装置。
特殊离子浓 度测量仪 可测量离子 包括： Br溴（Br-） 钙（Ca+） 氯（Cl-） 氟（F-） 钾（K+） 银（Ag+） 钠（Na+） 硫（S-）
氯离子计
三、按敏感材料分类
如：半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维 传感器、高分子材料传感器、金属传感器等。
四、按能量的关系分类
根据传感器的能量转换情况，可分为能 量控制型传感器和能量转换型传感器
二、传感器的组成
被测量 电量
敏感元件
转换元件
基本转换电路
辅助电源
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定 关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入 转换成电路参量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简 称转换电路），便可转换成电量输出。
实际上，有些传感器很简单，有些则较复杂，大多数 是开环系统 开环系统，也有些是带反馈的闭环系统 闭环系统。 开环系统 闭环系统
四、实验装置
五、本课程的任务和学习方法
本课程的任务是：在阐明传感器基 本原理的基础上，逐一分析各种传感器 是如何将非电量转换为电量的，并介绍 相应的测量转换电路、信号处理电路及 各种传感器在工业中的应用。
参考教材
传感器原理与应用 传感器技术 感测技术基础 传感器与变送器 自动检测技术 黄贤武 贾伯年 孙传友 王家桢 王绍纯 高等教育出版社 东南大学出版社 电子工业出版社 清华大学出版社 冶金工业出版社
最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组 成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些 传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路， 如压电式加速度传感器，其中质量块是敏感元件，压 电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只 一个，要经过若干次转换。
由于空间的限制或者其他原因,转换电路常装入电 箱中。然而，因为不少传感器要在通过转换电路后才 能输出电信号，从而决定了转换电路是传感器的组成 环节之一。
1、改善传感器的性能的技术途径 、 a．差动技术
差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应 用可显著地减小温度变化 电源波动 外界干扰 温度变化、电源波动 外界干扰等 温度变化 电源波动、外界干扰 对传感器精度的影响，抵消了共模误差 共模误差，减小非线 非线 共模误差 性误差等。不少传感器由于采用了差动技术，还可 性误差 使灵敏度增大 灵敏度增大。 灵敏度增大
例2：热电偶就是一种最简单的传感器。由一 个敏感元件（兼转换元件）组成，它感受被测 量时直接输出电量。两种不同的金属材料 和 , 一端联接在一起，放在被测温度中，另一端为 参考温度, 则在回路中将产生一个与温度 、 有 关的电动势，从而进行温度测量。
例3：如图所示的压电式加速度传感器， 其中质量块 是敏感元件，压电片（块） 是转换元件。因转换元件的输出已是电 量，无需转换电路。
例：测温度的传感器，有膨胀式、 热电式、电阻式、半导体热敏电 阻的、PN结温度传感器等。
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、智能化技术等。 4、功能优、性能好 功能优良体现在其功能的扩展性好、适 应性强。 性能好体现在传感器的量程宽、精度高、 可靠性好等方面。
第三节 传感器的技术特点 及发展趋势
一、传感器的技术特点 1、内容范围广且离散 在传感器技术中可利用的物理学、 化学、生物学、电子学等学科中的基 础“效应”、“反应”、“机理”为 数甚多，而且是彼此独立，完全不相 关的。
2、知识密集程度甚高，边缘学科色彩极浓。
传感器技术是综合了物理学、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学科。
二、按被测量分类 分为物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器等 。 按照物理量分类： 按照物理量分类： ★电学量传感器：电压、电流量、电场等； ★磁学量传感器：磁场强度、磁通密度等； ★声学量传感器：声压传感器、超声波传感器； ★光学量传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光 电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等； ★机械量传感器：电位器式、应变式、差动变压器等 ； ★射线式传感器：热辐射式、γ射线式； 有些传感器的工作原理具有两种以上原理的复合 形式,如不少半导体式传感器，也可看成电参量式传感 器。
参考网站
仪表技术与传感器 传感器世界
中国传感器 传感器技术 21IC中国电子网 中国电子网 传感技术学报网 传感器资讯网 中国传感器交易网
感应式 流量表
电容式 物位检 测
2、物性型传感器是利用物质定律构成的, 物性型传感器 如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表 示物质某种客观性质的法则。这种法则， 大多数是以物质本身的常数形式给出。这 些常数的大小，决定了传感器的主要性能。 因此，物性型传感器的性能随材料的不同 而异。如，光电管，它利用了物质法则中 的外光电效应。显然，其特性与涂覆在电 极上的材料有着密切的关系。又如，所有 半导体传感器，以及所有利用各种环境变 化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等 性能变化的传感器，都属于物性型传感器。
一、传感器技术 传感器技术包括传感器的研究、设 计、试制、生产、监测与应用。 许多被测量都是非电量的，如位移、 液位高度、速度、流量等。一般情况下， 传感器就是要把这些非电量转换为电量。 这在现代科学技术中占有重要的地位。
二、传感技术在国民经济中的地位和作用
传感技术是现代化领域中很有发展前途的 技术，它在国民经济中起着极其重要的作用。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。 在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获 取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生 产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中， 要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各 个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态， 并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有 众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了 基础。
第二节
传感器的分类
传感器是知识密集、技术密集的行业，它 与许多学科有关，它的种类十分繁多。为了很 好地掌握它、应用它，需要有一个科学的分类 方法。下面将目前广泛采用的分类方法作一简 单介绍。 一、按传感器的工作机理，可分为结构型、物 性型与复合型。
1、结构型传感器 结构型传感器是利用物理学中的 结构型传感器 定律等构成的，包括动力场的运动定 律，电磁场的电磁定律等。这类传感 器的特点是传感器的工作原理是以传 感器中元件的几何尺寸随被测量变化 为基础，而不是以材料特性变化为基 础。 例如：电容式、电感式等。