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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)。

　　“傳感器”在新韋式大詞典中定義為:

　?。?ldquo;從一個(gè)系統(tǒng)接受功率,，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”,。

　　根據(jù)這個(gè)定義,，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式,，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來(lái)稱謂“傳感器－Sensor”。

　　敏感元件的分類

　?、傥锢眍?，基于力、熱,、光,、電、磁和聲等物理效應(yīng),。②化學(xué)類,，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類,，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（還有人曾將敏感元件分46類）,。

　　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,。

　?。?）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。

　?。?）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,。

　?。?）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,。

　?。?）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,。

　?。?）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)；二是周圍環(huán)境（如溫度,、濕度等）,。

　　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。

　　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。

　　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,。

　　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,。

　　電阻式傳感器
　　電阻式傳感器是將被測(cè)量，如位移、形變,、力,、加速度、濕度,、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件,。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式,、熱電阻,、熱敏、氣敏,、濕敏等電阻式傳感器件,。

　　稱重傳感器

　　[1]稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力--電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件,。

　　能夠?qū)崿F(xiàn)力--電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種,，常見(jiàn)的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等,。電磁力式主要用于電子天平,，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱重傳感器,。電阻應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,，準(zhǔn)確度高，適用面廣,，且能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下使用,。因此電阻應(yīng)變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。

　　電阻應(yīng)變式傳感器
　　傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng),，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變,，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類,，金屬應(yīng)變片有金屬絲式,、箔式、薄膜式之分,。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式,、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn),。

　　壓阻式傳感器
　　壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件,。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式,。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí),，各電阻值將發(fā)生變化,，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。

　　用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片,，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視,，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用zui為普遍。

　　熱電阻傳感器
　　熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的,。熱電阻大都由純金屬材料制成,，目前應(yīng)用zui多的是鉑和銅，此外,，現(xiàn)在已開始采用鎳,、錳和銠等材料制造熱電阻。

　　熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù),。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合,，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑,、銅,、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大,、線性好、性能穩(wěn)定,、使用溫度范圍寬,、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度,。

　　熱電阻傳感器分類：

　　1.NTC熱電阻傳感器：

　　該類傳感器為負(fù)溫度系數(shù)傳感器,，即，傳感器阻值隨溫度的升高而減??；

　　2.PTC熱電阻傳感器：

　　該類傳感器為正溫度系數(shù)傳感器，即,，傳感器阻值隨溫度的升高而增大,。

　　溫度傳感器
　　1、室溫管溫傳感器：

　　室溫傳感器用于測(cè)量室內(nèi)和室外的環(huán)境溫度,，管溫傳感器用于測(cè)量蒸發(fā)器和冷凝器的管壁溫度,。室溫傳感器和管溫傳感器的形狀不同，但溫度特性基本一致,。按溫度特性劃分,，目前美的使用的室溫管溫傳感器有二種類型：1、常數(shù)B值為4100K±3%,，基準(zhǔn)電阻為25℃對(duì)應(yīng)電阻10KΩ±3%,。溫度越高，阻值越小,；溫度越低,，阻值越大。離25℃越遠(yuǎn),，對(duì)應(yīng)電阻公差范圍越大,；在0℃和55℃對(duì)應(yīng)電阻公差約為±7%；而0℃以下及55℃以上,，對(duì)于不同的供應(yīng)商,，電阻公差會(huì)有一定的差別。茲附“南韓新基”傳感器的溫度與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系表（中間為標(biāo)稱值,左右分別為zui小zui大值）：-10℃→（57.1821─62.2756─67.7617）KΩ,；-5℃→（48.1378─46.5725─50.2355）KΩ,；0℃→（32.8812─35.2024─37.6537）KΩ；5℃→（25.3095─26.8778─28.5176）KΩ,；10℃→（19.6624─20.7184─21.8114）KΩ,；15℃→（15.4099─16.1155─16.8383）KΩ；20℃→（12.1779─12.6431─13.1144）KΩ,；30℃→（7.67922─7.97078─8.26595）KΩ,；35℃→（6.12564─6.40021─6.68106）KΩ；40℃→（4.92171─5.17519─5.43683）KΩ,；45℃→（3.98164─4.21263─4.45301）KΩ,；50℃→（3.24228─3.45097─3.66978）KΩ；55℃→（2.65676─2.84421─3.04214）KΩ,；60℃→（2.18999─2.35774─2.53605）KΩ,。除個(gè)別老產(chǎn)品外，美的空調(diào)電控使用的室溫管溫傳感器均使用這種類型的傳感器,。常數(shù)B值為3470K±1%,，基準(zhǔn)電阻為25℃對(duì)應(yīng)電阻5KΩ±1%。同樣,，溫度越高,，阻值越小,；溫度越低,，阻值越大。離25℃越遠(yuǎn),，對(duì)應(yīng)電阻公差范圍越大,。茲附“日本北陸”傳感器的溫度與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系表（中間為標(biāo)稱值,左右分別為zui小zui大值）：-10℃→（22.1498─22.7155─23.2829）KΩ；0℃→（13.9408─14.2293─14.5224）KΩ,；10℃→（9.0344─9.1810─9.3290）KΩ,；20℃→（6.0125─6.0850─6.1579）KΩ,；30℃→（4.0833─4.1323─4.1815）KΩ；40℃→（2.8246─2.8688─2.9134）KΩ,；50℃→（1.9941─2.0321─2.0706）KΩ,；60℃→（1.4343─1.4666─1.4994）KΩ。這種類型的傳感器僅用于個(gè)別老產(chǎn)品,，如RF7.5WB,、T-KFR120C、KFC23GWY等,。

　　2,、排氣溫度傳感器：

　　排氣溫度傳感器用于測(cè)量壓縮機(jī)頂部的排氣溫度，常數(shù)B值為3950K±3%,基準(zhǔn)電阻為90℃對(duì)應(yīng)電阻5KΩ±3%,。茲附“日本芝蒲”傳感器的溫度與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系表（中間為標(biāo)稱值,左右分別為zui小zui大值）：-30℃→（823.3─997.1─1206）KΩ,；-20℃→（456.9─542.7─644.2）KΩ；-10℃→（263.7─307.7─358.8）KΩ,；0℃→（157.6─180.9─207.5）KΩ,；10℃→（97.09─109.8─124.0）KΩ；20℃→（61.61─68.66─76.45）KΩ,；25℃→（49.59─54.89─60.70）KΩ,；30℃→（40.17─44.17─48.53）KΩ；40℃→（26.84─29.15─31.63）KΩ,；50℃→（18.35─19.69─21.12）KΩ,；60℃→（12.80─13.59─14.42）KΩ；70℃→（9.107─9.589─10.05）KΩ,；80℃→（6.592─6.859─7.130）KΩ；100℃→（3.560─3.702─3.846）KΩ,；110℃→（2.652─2.781─2.913）KΩ,；120℃→（2.003─2.117─2.235）KΩ；130℃→（1.532─1.632─1.736）KΩ,。

　　3.,、模塊溫度傳感器：模塊溫度傳感器用于測(cè)量變頻模塊（IGBT或IPM）的溫度，目前用的感溫頭的型號(hào)是602F-3500F,，基準(zhǔn)電阻為25℃對(duì)應(yīng)電阻6KΩ±1%,。幾個(gè)典型溫度的對(duì)應(yīng)阻值分別是：-10℃→（25.897─28.623）KΩ；0℃→（16.3248─17.7164）KΩ,；50℃→（2.3262─2.5153）KΩ,；90℃→（0.6671─0.7565）KΩ。

　　溫度傳感器的種類很多,，現(xiàn)在經(jīng)常使用的有熱電阻：PT100,、PT1000,、Cu50、Cu100,；熱電偶：B,、E、J,、K,、S等。溫度傳感器不但種類繁多,，而且組合形式多樣,，應(yīng)根據(jù)不同的場(chǎng)所選用合適的產(chǎn)品。

　　測(cè)溫原理：根據(jù)電阻阻值,、熱電偶的電勢(shì)隨溫度不同發(fā)生有規(guī)律的變化的原理,，我們可以得到所需要測(cè)量的溫度值。

　　光敏傳感器
　　光敏傳感器是zui常見(jiàn)的傳感器之一,，它的種類繁多,，主要有：光電管、光電倍增管,、光敏電阻,、光敏三極管、太陽(yáng)能電池,、紅外線傳感器,、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器,、色彩傳感器,、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)附近,，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng),。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器,，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè),，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量zui多,、應(yīng)用zui廣的傳感器之一,，它在自動(dòng)控制和非電量電測(cè)技術(shù)[2]中占有非常重要的地位。zui簡(jiǎn)單的光敏傳感器是光敏電阻,，當(dāng)光子沖擊接合處就會(huì)產(chǎn)生電流,。

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