傳感(gǎn)器(qì)的原(yuán)理(lǐ)及應(yīng)用(yòng)

核(hé)心(xīn)提示：傳感(gǎn)器(qì)技(jì)術是(shì)測量技(jì)術，半導體技術，計(jì)算機技(jì)術，信息處理技(jì)術，微電子學(xué)，光學，聲學，精密(mì)機(jī) 械，仿(fǎng)生(shēng)學(xué)和材料科學(xué)等(děng)眾多學(xué)科(kē)相(xiāng)互(hù)交叉(chā)的綜合性和(hé)高(gāo)新(xīn)技術(shù)密集型前沿(yán)技(jì)術(shù)之(zhī)一，是現(xiàn)代(dài)新技(jì)術革(gé)命和信息(xī)社會的重要(yào)基礎，是自動檢測和自動控製(zhì)技術(shù)不可缺 少的重要組(zǔ)成(chéng)部(bù)分(fēn)。目前，傳感器技術已(yǐ)成為我國國(guó)民經濟*的支(zhī)柱產(chǎn)業的(dí)一(yī)部分(fēn)。傳感器在工(gōng)業部門的(dí)應用普(pǔ)及(jí)率(shuài)己被(bèi)社(shè)會作(zuò)為衡(héng)量一(yī)個智(zhì)能化， 數字化，網絡化(huà)的重要(yào)標誌(zhì)。

《傳(chuán)感器檢測技術(shù)及(jí)應用》介紹了傳(chuán)感器(qì)的(dí)基(jī)本知(zhī)識(shí)，傳感(gǎn)器組成與分類，傳感(gǎn)器(qì)的材(cái)料及特性，傳感(gǎn)器標定(dìng)與(yǔ)，傳(chuán)感檢測技(jì)術(shù)的(dí)作用(yòng)和發展(zhǎn)，重(zhòng)點講解(jiě)了(liǎo)位(wèi) 移，力，視(shì)覺(jué)，觸(chù)覺(jué)，溫度，氣敏，濕(shī)度，光電(diàn)，智能，生物(wù)，微波，超聲波(bō)，機器(qì)人等各種(zhǒng)傳感器(qì)的工作(zuò)原理(lǐ)與應(yīng)用方法，對傳感(gǎn)器(qì)檢(jiǎn)測的輸出(chū)信號處理(lǐ)，傳感器(qì) 與(yǔ)微(wēi)機的接口(kǒu)，傳感(gǎn)器網絡進(jìn)行了(liǎo)詳細敘(xù)述。書中列舉了傳感器(qì)在工(gōng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學研(yán)究(jiū)，醫(yī)療衛(wèi)生，家(jiā)用電器(qì)等(děng)許(xǔ)多方(fāng)麵的(dí)應用(yòng)實(shí)例(lì)，特別是介(jiè)紹(shào)了(liǎo)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)在機(jī)電(diàn) 一體(tǐ)化(huà)係統中(zhōng)的具(jù)體(tǐ)應用(yòng)。《傳(chuán)感器(qì)檢(jiǎn)測(cè)技(jì)術及應用》介根據工學(xué)結合課(kè)程的教(jiào)學(xué)安排(pái)，還(huán)編寫了(liǎo)與內容相(xiāng)關(guān)的綜合實訓課題(tí)。《傳(chuán)感器檢(jiǎn)測技(jì)術及應用》介(jiè)共10 個(gè)項(xiàng)目(mù)，每(měi)個項目(mù)前(qián)後(hòu)均(jūn)附(fù)有知(zhī)識目(mù)標(biāo)，能(néng)力(lì)目標及習(xí)題(tí)。

《傳感(gǎn)器(qì)檢(jiǎn)測技(jì)術(shù)及應(yīng)用(yòng)》介選材(cái)廣泛，圖(tú)文並(bìng)茂，層次(cì)分明(míng)，條理清(qīng)晰(xī)，結構合(hé)理(lǐ)，重點突(tū)出，深(shēn)入淺(qiǎn)出，通俗易懂，通過(guò)大量(liáng)的傳感器(qì)實例(lì)分析(xī)和(hé)綜合實(shí)訓(xùn)課(kè)題來幫助讀(dú)者理解(jiě)傳(chuán)感(gǎn)器的工作(zuò)原理。

《傳感(gǎn)器檢(jiǎn)測技術及(jí)應用》介深(shēn)度適(shì)宜，實用性強，可(kě)作為高(gāo)職院(yuàn)校，大專院(yuàn)校(xiào)，成(chéng)人高校及(jí)本(běn)科(kē)院校舉辦的(dí)二級職業(yè)技術(shù)學院(yuàn)和(hé)民(mín)辦高(gāo)校機電(diàn)一體化，應用(yòng)電(diàn)子技(jì) 術，自動控製，儀器(qì)儀(yí)表(biǎo)測(cè)量，計算(suàn)機(jī)應(yīng)用，機械(xiè)製(zhì)造，數控(kòng)加(jiā)工，模(mó)具(jù)技術等(děng)專業的(dí)教(jiào)學(xué)用書，也可作(zuò)為相關專業培(péi)訓教材或相關工程技(jì)術人員(yuán)的(dí)參考學習(xí)用書。

隨著(zhuó)這些(xiē)係(xì)統能(néng)力的(dí)增(zēng)強，作(zuò)為(wéi)信息(xī)采集係統(tǒng)的前端(duān)單元(yuán)，傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的作(zuò)用越來越重要。傳(chuán)感器已成(chéng)為自(zì)動化係(xì)統(tǒng)和機器(qì)人(rén)技術中(zhōng)的關鍵(jiàn)部(bù)件，作為(wéi)係統(tǒng)中的(dí)一(yī)個結構組(zǔ)成，其重(zhòng)要性變得越(yuè)來越明顯。下麵為大家介(jiè)紹傳感(gǎn)器(qì)技(jì)術(shù)的相關內(nèi)容(róng)。

傳感器技術

一，傳感器技(jì)術(shù)特(tè)性(xìng)

(1)傳感器的動態性(xìng)。動(dòng)特性是指傳感(gǎn)器對隨時(shí)間(jiān)變(biàn)化的輸(shū)入(rù)量(liáng)的(dí)響(xiǎng)應(yīng)特(tè)性。動態特(tè)性輸(shū)入(rù)信號(hào)變(biàn)化時(shí)，輸(shū)出信(xìn)號(hào)隨時間變(biàn)化(huà)而相應地變(biàn)化，這個過(guò)程稱為響(xiǎng)應(yīng)。 傳(chuán)感器的(dí)動態(tài)特性是指傳(chuán)感(gǎn)器對隨(suí)時間變(biàn)化的輸入(rù)量的(dí)響應(yīng)特性。動態特性好(hǎo)的(dí)傳感器(qì)，當輸入(rù)信號(hào)是隨時(shí)間(jiān)變化(huà)的動(dòng)態信(xìn)號時(shí)，傳感器能及(jí)時地跟蹤輸(shū)入(rù)信 號，按照(zhào)輸入信(xìn)號的變化規(guī)律輸(shū)出信(xìn)號。當傳(chuán)感器輸入信號的(dí)變化(huà)緩慢(màn)時，是容(róng)易跟(gēn)蹤(zōng)的，但隨(suí)著(zhuó)輸(shū)入(rù)信號的變化加快(kuài)，傳感器(qì)的(dí)及時跟(gēn)蹤會逐漸下降。通(tōng)常(cháng)要 求(qiú)傳感器(qì)不(bù)僅能地(dì)顯示被測(cè)量的(dí)大小(xiǎo)，而且還能(néng)復(fù)現被(bèi)測(cè)量隨(suí)時間變化的規(guī)律(lǜ)，這也是傳(chuán)感器的(dí)重要(yào)特性之(zhī)一。

(2)傳(chuán)感(gǎn)器的(dí)綫(xiàn)性度。通(tōng)常情況下(xià)，傳感器的實際靜(jìng)態(tài)特性(xìng)輸出(chū)是條曲(qū)綫而非直綫。在(zài)實際工(gōng)作中，為使儀表(biǎo)具有均匀刻度的讀數，常用一(yī)條擬合直綫近似地(dì)代(dài)表(biǎo) 實(shí)際的(dí)特(tè)性(xìng)曲(qū)綫(xiàn)，綫(xiàn)性(xìng)度(dù)(非(fēi)綫性(xìng)誤差)就是(shì)這個近似程度(dù)的(dí)一個指標。擬(nǐ)合直綫的(dí)選取有多種方法(fǎ)。如將零(líng)輸(shū)入(rù)和滿量程(chéng)輸(shū)出(chū)點相連(lián)的理論直綫作為(wéi)擬合直 綫;或將(jiāng)與特性曲綫上各點(diǎn)偏(piān)差的(dí)平方和為(wéi)zui小(xiǎo)的理(lǐ)論直綫(xiàn)作為(wéi)擬合直(zhí)綫，此(cǐ)擬(nǐ)合直綫稱(chēng)為(wéi)zui小(xiǎo)二(èr)乘(chéng)法(fǎ)擬合直綫。

(3)傳(chuán)感器的靈敏(mǐn)度(dù)。靈敏度(dù)是指(zhǐ)傳感器在穩態工作情況(kuàng)下輸(shū)出量變化(huà)△y對輸入量變化△x的比值。它(tā)是(shì)輸出一輸入特性曲(qū)綫的(dí)斜率。如果傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的輸出和輸入(rù) 之(zhī)間顯(xiǎn)綫性(xìng)關(guān)係，則靈(líng)敏度S是一個常(cháng)數。否則(zé)，它將隨(suí)輸入(rù)量的(dí)變化而(ér)變化。靈敏(mǐn)度(dù)的量綱是(shì)輸出，輸入(rù)量的量綱之(zhī)比。例如，某(mǒu)位移傳感(gǎn)器，在位移變化1mm 時，輸(shū)出電壓變(biàn)化為200mV,則其(qí)靈(líng)敏度應表示(shì)為(wéi)200mV/mm.當(dāng)傳感(gǎn)器(qì)的輸出，輸入量的量綱相同(tóng)時，靈敏(mǐn)度(dù)可理(lǐ)解為放(fàng)大(dà)倍(bèi)數。

(4)傳感器的(dí)穩定(dìng)性。穩定(dìng)性(xìng)表示(shì)傳感(gǎn)器在(zài)一(yī)個較長(cháng)的時間內保持(chí)其參(cān)數(shù)的(dí)能力(lì)。理想的情況(kuàng)是不(bù)論(lùn)什麼時(shí)候，傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的(dí)特性參數都不(bù)隨(suí)時(shí)間(jiān)變化(huà)。但實(shí)際 上(shàng)，隨(suí)著時(shí)間(jiān)的推(tuī)移，大(dà)多數(shù)傳感器的(dí)特(tè)性會(huì)發(fā)生改(gǎi)變(biàn)。這(zhè)是因為(wéi)敏感(gǎn)器(qì)件或構成(chéng)傳感(gǎn)器(qì)的部件，其特性會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，從(cóng)而(ér)影(yǐng)響(xiǎng)傳(chuán)感器(qì)的穩定性(xìng)。

(5)傳感(gǎn)器的(dí)分辨力。分辨力是指(zhǐ)傳感器(qì)可能感(gǎn)受到的被測量的(dí)zui小變化的能(néng)力(lì)。也就(jiù)是說，如(rú)果(guǒ)輸(shū)入量從某一(yī)非(fēi)零值緩慢(màn)地變化。當輸(shū)入變化(huà)值(zhí)未超過某(mǒu)一(yī)數(shù)值(zhí) 時，傳感器的(dí)輸出不會發生(shēng)變化(huà)，即傳感器對此輸入(rù)量(liáng)的變化(huà)是(shì)分辨不出來的(dí)。隻有當輸入量的變化超過(guò)分(fēn)辨力(lì)時(shí)，其輸(shū)出才會發生變化。通(tōng)常傳感(gǎn)器(qì)在滿(mǎn)量(liáng)程範圍 內(nèi)各(gè)點的(dí)分(fēn)辨力(lì)並(bìng)不(bù)相同，因(yīn)此常用滿量(liáng)程(chéng)中能(néng)使輸出(chū)量(liáng)產生(shēng)階躍變化的(dí)輸入(rù)量(liáng)中的zui大(dà)變(biàn)化(huà)值作(zuò)為衡量分(fēn)辨(biàn)力的指(zhǐ)標(biāo)。上(shàng)述指標若(ruò)用滿量程的(dí)百分(fēn)比表(biǎo)示，則稱(chēng)為 分辨率。

(6)傳感器的(dí)遲(chí)滯性(xìng)。遲(chí)滯特(tè)性表(biǎo)征傳感(gǎn)器在正(zhèng)向(輸入量增(zēng)大(dà))和(hé)反(fǎn)向(xiàng)(輸入(rù)量減小)行程(chéng)間輸(shū)出-輸入特(tè)性(xìng)曲綫不一致的程度(dù)，通(tōng)常(cháng)用(yòng)這(zhè)兩條曲綫之間(jiān)的zui大(dà)差值△MAX與(yǔ)滿(mǎn)量程輸出F·S的(dí)百分比(bǐ)表示(shì)。遲滯可由(yóu)傳感器內(nèi)部元件(jiàn)存在能量(liáng)的(dí)吸收造成。

(7)傳感器的(dí)重復(fù)性。重復(fù)性是指傳(chuán)感器在輸(shū)入量按(àn)同(tóng)一方向作全量(liáng)程連續多次(cì)變動時所得特性曲綫不(bù)一致的程度。各條特性曲綫越靠近，說(shuō)明重復性越好(hǎo)，隨機誤差就越(yuè)小。

傳感器技術(shù)

二，傳感器(qì)技術(shù)參(cān)數(shù)

(1)額(é)定載荷：傳感(gǎn)器的(dí)額(é)定載荷是(shì)指(zhǐ)在(zài)設計此(cǐ)傳(chuán)感器(qì)時(shí)，在規定(dìng)技術指(zhǐ)標範圍內能(néng)夠丈(zhàng)量(liáng)的zui大軸向(xiàng)負(fù)荷(hé)。但實際使用時(shí)，一(yī)般(bān)隻用額(é)定量程(chéng)的2/3~1/3。

(2)答(dá)應(yīng)使用負荷(或稱過(guò)載(zǎi))：傳感器答(dá)應施加的zui大軸(zhóu)向負荷。答應在(zài)一(yī)定範圍(wéi)內超(chāo)負荷(hé)工作。一般(bān)為(wéi)120%~150%。

(3)極(jí)限(xiàn)負荷(或稱(chēng)極限(xiàn)過(guò)載(zǎi))：傳感(gǎn)器能(néng)承受的不使其(qí)喪(sāng)失工(gōng)作能(néng)力(lì)的zui大(dà)軸(zhóu)向負(fù)荷。意(yì)即(jí)當(dāng)工作超(chāo)過此(cǐ)值時，傳(chuán)感器將(jiāng)會受到損壞(huài)。

(4)靈敏(mǐn)度：輸出增量與(yǔ)所(suǒ)加(jiā)的(dí)負荷(hé)增(zēng)量之(zhī)比。通常每輸(shū)進(jìn)1V電壓(yā)時額(é)定輸出的mV。本公(gōng)司產品(pǐn)與(yǔ)其它公(gōng)司(sī)產品(pǐn)配(pèi)套(tào)時，其靈(líng)敏(mǐn)係數必須一致(zhì)。

(5)非綫(xiàn)性：這是(shì)表征此(cǐ)傳感器(qì)輸出的電(diàn)壓信號與(yǔ)負(fù)荷之間對應(yīng)關係的(dí)程度的(dí)參數。

(6)重(zhòng)復性：重(zhòng)復性(xìng)表征傳感(gǎn)器在(zài)同一負(fù)荷在同樣條件下反復(fù)施加時，其(qí)輸(shū)出值是否(fǒu)能重復一(yī)致(zhì)，這項特(tè)性(xìng)重(zhòng)要，能(néng)反映(yìng)傳感器的。對(duì)重(zhòng)復(fù)性的(dí)誤差 的表述(shù)：重復性誤差(chà)可(kě)與非綫性同時測定。傳(chuán)感器(qì)的(dí)重復性(xìng)誤(wù)差(R)按下(xià)式(shì)計(jì)算：R=ΔθR/θn×100%。ΔθR--同(tóng)一試驗(yàn)點上(shàng)3次丈量的(dí)實際輸(shū)出(chū)信 號(hào)值(zhí)之(zhī)間(jiān)的(dí)zui大(dà)差值(zhí)(mv)。

(7)滯後：滯(zhì)後(hòu)的通(tōng)俗(sú)意思是(shì)：逐級施(shī)加負荷再依(yī)次(cì)卸下(xià)負(fù)荷時(shí)，對(duì)應(yīng)每一(yī)級負(fù)荷，理想情(qíng)況下應有一樣的讀(dú)數，但(dàn)事實上下一致(zhì)，這(zhè)不一致(zhì)的程度用滯後(hòu)誤(wù)差這 一(yī)指標來(lái)表(biǎo)示。中(zhōng)是(shì)這樣(yàng)來計(jì)算(suàn)滯後誤差的：傳(chuán)感器(qì)的(dí)滯(zhì)後(hòu)誤(wù)差(H)按(àn)下式計算(suàn)：H=ΔθH/θn×100%。ΔθH--同一試(shì)驗(yàn)點(diǎn)上3次行程實(shí)際輸出 信號值(zhí)的(dí)算術均匀與3次上行程實際輸(shū)出信(xìn)號(hào)值(zhí)的(dí)算術均(jūn)匀之間的zui大(dà)差值(zhí)(mv)。

(8)蠕變和蠕變(biàn)恢(huī)復：要求從兩(liǎng)個(gè)方麵檢驗傳(chuán)感(gǎn)器的(dí)蠕(rú)變誤(wù)差：其(qí)一(yī)是蠕變(biàn)：在(zài)5-10秒時間無(wú)衝擊(jī)地加(jiā)上(shàng)額(é)定(dìng)負(fù)荷，在加荷(hé)後(hòu)5~10秒讀數(shù)，然後(hòu)在(zài)30分(fēn) 鐘內(nèi)按一定(dìng)的(dí)時間(jiān)間隔(gé)依(yī)次(cì)記下輸(shū)出值(zhí)。傳感器(qì)蠕(rú)變(CP)按(àn)下(xià)式計(jì)算(suàn)：CP=θ2-θ3/θn×100%。其(qí)二(èr)是(shì)蠕變(biàn)恢(huī)復(fù)：盡快(kuài)往掉額(é)定負荷(在5~10 秒(miǎo)時(shí)間內)，卸(xiè)荷後在5~10秒內立即讀數，然後(hòu)在(zài)30分(fēn)鐘(zhōng)內按一定的(dí)時間間(jiān)隔依(yī)次記下輸出值。傳(chuán)感(gǎn)器的(dí)蠕變恢復(fù)(CR)按下(xià)式計算(suàn)：CR=θ5- θ6/θn×100%。

(9)答應使用溫(wēn)度：規定了此(cǐ)傳(chuán)感器能(néng)適(shì)用(yòng)的(dí)場(cháng)合。例常溫傳(chuán)感器一般(bān)標注(zhù)為：-20℃---+70℃。高(gāo)溫傳感(gǎn)器(qì)標注為(wéi)：-40℃---250℃。

(10)溫度補償範圍：說明此(cǐ)傳(chuán)感器在生(shēng)產(chǎn)時已在這樣(yàng)的溫度範(fàn)圍(wéi)內(nèi)進行了(liǎo)補償。例(lì)常(cháng)溫傳感器(qì)一(yī)般標(biāo)注為-10℃-+55℃。

(11)零(líng)點溫度影(yǐng)響(俗稱零點溫(wēn)漂(piāo))：表(biǎo)征(zhēng)此(cǐ)傳(chuán)感(gǎn)器在環(huán)境溫度變化時它的(dí)零(líng)點的穩(wěn)定性(xìng)。一般以(yǐ)每10℃範圍內產生(shēng)的(dí)漂(piāo)移為計(jì)量單(dān)位(wèi)。

(12)輸出(chū)靈敏(mǐn)係數的(dí)溫度影響(俗稱係(xì)數溫漂)：此參(cān)數表征此(cǐ)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)在環境溫(wēn)度變化(huà)時輸出靈敏度的穩定性。一般(bān)以每(měi)10℃範(fàn)圍(wéi)內產(chǎn)生(shēng)的(dí)漂移(yí)為計量單位。

(13)輸(shū)出(chū)阻(zǔ)抗：本公司傳(chuán)感器(qì)與其它廠感器(qì)並聯(lián)使用時，必須弄(nòng)清該公司(sī)產品(pǐn)的輸出阻(zǔ)抗(kàng)，此(cǐ)值必(bì)須(xū)與(yǔ)其(qí)一致，否(fǒu)則它會直接(jiē)影響電(diàn)子秤的輸(shū)出特征和四(sì)角誤差的調試(shì)。

(14)輸進(jìn)阻(zǔ)抗(kàng)：由(yóu)於傳感器(qì)的輸(shū)進端(duān)彈(dàn)模(mó)補償電阻和(hé)靈敏係數調整電(diàn)阻(zǔ)，所(suǒ)以傳感(gǎn)器(qì)的輸(shū)進電阻都(dū)大(dà)於輸出電阻(zǔ)，但可通(tōng)過並聯(lián)電(diàn)阻(zǔ)方法(fǎ)使其變化(huà)。要(yào)求各(gè)傳(chuán)感 器(qì)的(dí)輸(shū)進(jìn)阻(zǔ)抗(kàng)一致，若(ruò)與其(qí)它(tā)廠(chǎng)家(jiā)的傳感器匹配。則應使(shǐ)輸(shū)進阻抗與其(qí)一(yī)致，否(fǒu)則在調試四角(jiǎo)誤差時會(huì)增(zēng)加工時(shí)，由於傳感(gǎn)器的輸進阻抗(kàng)對(duì)穩壓(yā)電(diàn)源而言(yán)是(shì)一個負 載(zǎi)，隻有負(fù)載一樣，同一(yī)穩壓(yā)電源才會提供(gōng)一(yī)樣(yàng)的(dí)電源(yuán)電(diàn)壓。

(15)盡緣(yuán)阻抗(kàng)：盡(jìn)緣(yuán)阻(zǔ)抗相(xiāng)當(dāng)於(yú)傳感(gǎn)器(qì)橋路(lù)與地之(zhī)間串(chuàn)了(liǎo)一個(gè)阻(zǔ)值與其相(xiāng)當(dāng)的(dí)的(dí)電(diàn)阻，盡(jìn)緣電阻(zǔ)的大(dà)小會影響(xiǎng)傳(chuán)感器的各(gè)項。而當(dāng)盡緣(yuán)阻抗低(dī)於某一個(gè)值(zhí)時(shí)，電(diàn)橋將(jiāng)無(wú)法正常(cháng)工作。

(16)推薦(jiàn)激(jī)勵(lì)電壓：一般(bān)為(wéi)5~10伏(fú)。因一(yī)般(bān)稱重(zhòng)儀表(biǎo)內配的(dí)穩(wěn)壓(yā)電源為5或10伏。

(17)答應zui大激勵電壓：為了進步輸(shū)出(chū)信(xìn)號，在某(mǒu)些情況下(xià)(例如大皮(pí)重(zhòng))要(yào)求(qiú)利用(yòng)加(jiā)大(dà)激(jī)勵電壓(yā)來(lái)獲得較(jiào)大的(dí)信(xìn)號。

(18)電纜(lǎn)長(cháng)度(dù)：它(tā)與(yǔ)現(xiàn)場布(bù)局(jú)有關(guān)，定貨(huò)前必須看(kàn)清(qīng)楚公司(sī)產品的(dí)常規電纜長(cháng)度。另(lìng)外，留意環境(jìng)是(shì)否有腐蝕性，是(shì)否(fǒu)有衝(chōng)擊(jī)情況，是否(fǒu)高溫(wēn)或低(dī)溫(wēn)。

(19)密(mì)封防(fáng)護等級IP67：防浸水影(yǐng)響，以規(guī)定(dìng)的(dí)壓力和時間(jiān)浸進水中不受影響(xiǎng)。灌膠保(bǎo)護的(dí)傳(chuán)感(gǎn)器可(kě)達(dá)到(dào)IP67。除(chú)可防(fáng)油(yóu)，防水外，還(huán)可防一般(bān)的腐(fǔ)蝕性氣(qì)體，腐蝕(shí)性(xìng)介質(zhì)。