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德國(guó)IFM易福門(mén)傳感器原理及工程應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù)：2710 發(fā)布時(shí)間：2010-12-30
德國(guó)IFM易福門(mén)傳感器原理及工程應(yīng)用
德國(guó) IFM傳感器的定義：
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置,，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”,。傳感器是一種檢測(cè)裝置,，能感受到被測(cè)量的信息,，并能將檢測(cè)感受到的信息,，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,，以滿足信息的傳輸,、處理,、存儲(chǔ),、顯示、記錄和控制等要求,。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié),。
德國(guó) IFM傳感器的作用：
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官,。而單靠人們自身的感覺(jué)器官,，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況,，就需要傳感器,。因此可以說(shuō),，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官,。
• 新技術(shù)革命的到來(lái),，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中,，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
• 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù),，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或*狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到的質(zhì)量,。因此可以說(shuō),，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ),。
• 在基礎(chǔ)學(xué)科研究中,，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙,，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化,，短到 s的瞬間反應(yīng),。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí),、開(kāi)拓新能源,、新材料等具有重要作用的各種技術(shù)研究，如超高溫,、超低溫,、超高壓、超高真空,、*磁場(chǎng),、超弱磁碭等等。顯然,，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息,，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙,，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難,，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展,，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的,。
• 德國(guó) IFM傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā),、海洋探測(cè),、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查,、醫(yī)學(xué)診斷,、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域,?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空,，到浩瀚的海洋,，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目,，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器,。
• 由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì),、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用,，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展,。相信不久的將來(lái),，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平,。
德國(guó)IFM易福門(mén)傳感器原理及工程應(yīng)用
敏感元件的分類(lèi)
①物理類(lèi),，基于力、熱,、光,、電、磁和聲等物理效應(yīng),。②化學(xué)類(lèi),，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類(lèi),，基于酶、抗體,、和激素等分子識(shí)別功能,。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件,、力敏元件,、磁敏元件、濕敏元件,、聲敏元件,、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等類(lèi)（還有人曾將敏感元件分46類(lèi)）,。
[編輯本段]傳感器的分類(lèi)
可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類(lèi)：它們的轉(zhuǎn)換原理（傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng)）,；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類(lèi)型以及制作它們的材料和工藝等,。
根據(jù)德國(guó) IFM傳感器工作原理,，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類(lèi) ：
德國(guó) IFM傳感器工作原理的分類(lèi)物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng),，磁致伸縮現(xiàn)象,，離化、極化,、熱電,、光電、磁電等效應(yīng),。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào),。
化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器,，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào),。
有些傳感器既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi),。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的,。化學(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多,，例如可靠性問(wèn)題,，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等,，解決了這類(lèi)難題,，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和工作原理列于下表,。
1.按照其用途,，傳感器可分類(lèi)為：
壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器
液面?zhèn)鞲衅?能耗傳感器
速度傳感器 加速度傳感器
射線輻射傳感器 熱敏傳感器
2.按照其原理，傳感器可分類(lèi)為：
振動(dòng)傳感器 濕敏傳感器
磁敏傳感器 氣敏傳感器
真空度傳感器 生物傳感器等,。
以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：
模擬傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào),。
數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）,。
膺數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）。
開(kāi)關(guān)傳感器——當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí),，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào),。
在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的,、具有特征性的反應(yīng),。它們中的那些對(duì)外界作用zui敏感的材料，即那些具有功能特性的材料,，被用來(lái)制作傳感器的敏感元件,。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將德國(guó) IFM傳感器分成下列幾類(lèi)：
（1）按照其所用材料的類(lèi)別分
金屬 聚合物 陶瓷 混合物
（2）按材料的物理性質(zhì)分 導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 磁性材料
（3）按材料的晶體結(jié)構(gòu)分
單晶 多晶 非晶材料
與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開(kāi)發(fā)工作，可以歸納為下述三個(gè)方向：
（1）在已知的材料中探索新的現(xiàn)象,、效應(yīng)和反應(yīng),，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。
（2）探索新的材料,，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象,、效應(yīng)和反應(yīng)來(lái)改進(jìn)傳感器技術(shù)。
（3）在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象,、新效應(yīng)和反應(yīng),，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。
現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度,。傳感器開(kāi)發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的,。表1.2中給出了一些可用于傳感器技術(shù)的、能夠轉(zhuǎn)換能量形式的材料,。
按照其制造工藝,，可以將傳感器區(qū)分為：
集成傳感器薄膜傳感器厚膜傳感器陶瓷傳感器
集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上,。
薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的,，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí),，同樣可將部分電路制造在此基板上,。
厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的,，基片通常是Al2O3制成的,，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形,。
陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠-凝膠等）生產(chǎn),。
完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié),。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性,，在某些方面,，可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型,。
每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足,。由于研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低,，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因,，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
[編輯本段]傳感器靜態(tài)特性
傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào),，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系,。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系,，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程,，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述,。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度,、靈敏度、遲滯,、重復(fù)性,、漂移等。
（1）線性度：指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度,。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的zui大偏差值與滿量程輸出值之比,。
（2）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比,。用S表示靈敏度,。
（3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯,。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào),，傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值,。
（4）重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí),，所得特性曲線不一致的程度。
（5）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下,，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化,，次現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù),；二是周?chē)h(huán)境（如溫度,、濕度等）。
[編輯本段]傳感器動(dòng)態(tài)特性
所謂動(dòng)態(tài)特性,，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí),，它的輸出的特性,。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示,。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得,，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者,。zui常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種,，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。
[編輯本段]傳感器的線性度
通常情況下,，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線,。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù),，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線,、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。
擬合直線的選取有多種方法,。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線,；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為zui小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為zui小二乘法擬合直線,。
[編輯本段]傳感器的靈敏度
靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值,。
它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系,，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù),。否則，它將隨輸入量的變化而變化,。
靈敏度的量綱是輸出,、輸入量的量綱之比。例如,，某位移傳感器,，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV,，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm,。
當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí),，靈敏度可理解為放大倍數(shù),。
提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度,。但靈敏度愈高,，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差,。
[編輯本段]傳感器的分辨力
分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的zui小變化的能力,。也就是說(shuō),，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí),，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化,，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí),，其輸出才會(huì)發(fā)生變化,。
通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同,，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的zui大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo),。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率,。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性,。
產(chǎn)品關(guān)鍵詞：德國(guó) IFM傳感器