什么是传感器,如何区分传感器种类及功能?
2020-08-20 11:04:08
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今天我们来分析下主题:什么是传感器,如何区分传感器种类及功能?

由于被测参量种类繁多,其工作原理和使用条件又各不相同,因此传感器的种类和规格十分繁杂,分类方法也很多。

  现将常采用的分类方法归纳如下:

  1、按输入量及测量对象的不同分: 如输入量分别为:问题、压力、位移、速度、湿度、光线、气体等非电量时,则相应的传感器称为温度传感器压力传感器称重传感器等。

  这种分类方法明确地说明了传感器的用途,给使用者提供了方便,容易根据测量对象来选择所需要的传感器,缺点是这种分类方法是将原理互不相同的传感器归为一类,很难找出每种传感器在转换机理上有何共性和差异,因此,对掌握传感器的一些基本原理及分析方法是不利的。因为同一种型式的传感器,如压电式传感器,它可以用来测量机械振动中的加速度、速度和振幅等,也可以用来测量冲击和力,但其工作原理是一样的。

图片素材来源网络:传感器图片分类

  这种分类方法把种类最多的物理量分为:基本量和派生量两大类.例如力可视为基本物理量,从力可派生出压力、重量,应力、力矩等派生物理量.当我们需要测量上述物理量时,只要采用力传感器就可以了。所以了解基本物理量和派生物理量的关系,对于系统使用何种传感器是很有帮助的。

  2、按工作(检测)原理分类 检测原理指传感器工作时所依据的物理效应、化学效应和生物效应等机理。有电阻式、电容式、电感式、压电式、电磁式、磁阻式、光电式、压阻式、热电式、核辐射式、半导体式传感器等。

  如根据变电阻原理,相应的有电位器式、应变片式、压阻式等传感器;如根据电磁感应原理,相应的有电感式、差压变送器、电涡流式、电磁式、磁阻式等传感器;如根据半导体有关理论,则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏、磁敏等固态传感器。 这种分类方法的优点是便于传感器专业工作者从原理与设计上作归纳性的分析研究,避免了传感器的名目过于繁多,故最常采用。缺点是用户选用传感器时会感到不够方便。 有时也常把用途和原理结合起来命名,如电感式位移传感器,压电式力传感器等,以避免传感器名目过于繁多.

  3、按照传感器的结构参数在信号变换过程中是否发生变化可分为:

  a、物性型传感器:在实现信号的变换过程中,结构参数基本不变,而是利用某些物质材料(敏感元件)本身的物理或化学性质的变化而实现信号变换的。 这种传感器一般没有可动结构部分,易小型化,故也被称作固态传感器,它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。如:热电偶、压电石英晶体、热电阻以及各种半导体传感器如力敏、热敏、湿敏、气敏、光敏元件等。

  b、结构型传感器:依靠传感器机械结构的几何形状或尺寸(即结构参数)的变化而将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化,实现信号变换,从而检测出被测信号。 如:电容式、电感式、应变片式、电位差计式等。

  4、根据敏感元件与被测对象之间的能量关系(或按是否需外加能源)来分:

  a、能量转换型(有源式、自源式、发电式):在进行信号转换时不需要另外提供能量,直接由被测对象输入能量,把输入信号能量变换为另一种形式的能量输出使其工作。有源传感器类似一台微型发电机,它能将输入的非电能量转换成电能输出,传感器本身无需外加电源,信号能量直接从被测对象取得。因此只要配上必要的放大器就能推动显示记录仪表。 如:压电式、压磁式、电磁式、电动式、热电偶、光电池、霍尔元件、磁致伸缩式、电致伸缩式、静电式等传感器。 这类传感器中,有一部分能量的变换是可逆的,也可以将电能转换为机械能或其它非电量。如压电式、压磁式、电动式传感器等。

  b、能量控制型(无源式、他源式、参量式):在进行信号转换时,需要先供给能量即从外部供给辅助能源使传感器工作,并且由被测量来控制外部供给能量的变化等。对于无源传感器,被测非电量只是对传感器中的能量起控制或调制作用,得通过测量电路将它变为电压或电流量,然后进行转换、放大,以推动指示或记录仪表。配用测量电路通常是电桥电路或谐振电路。 如:电阻式、电容式、电感式、差动变压器式、涡流式、热敏电阻、光电管、光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等。

图片素材来源网络:工业传感器图片

  5、按输出信号的性质分:

  a、模拟式传感器:将被测非电量转换成连续变化的电压或电流,如要求配合数字显示器或数字计算机,需要配备模/数(A/D)转换装置。 上面提到的传感器基本上属于模拟传感器。

  b、数字式传感器:能直接将非电量转换为数字量,可以直接用于数字显示和计算,可直接配合计算机,具有抗干扰能力强,适宜距离传输等优点。 目前这类传感器可分为脉冲、频率和数码输出三类。如光栅传感器等。

  6、按照传感器与被测对象的关联方式(是否接触)可分为:

  a、接触式:如:电位差计式、应变式、电容式、电感式等;

  b、非接触式:接触式的优点是传感器与被测对象视为一体,传感器的标定无须在使用现场进行,缺点是传感器与被测对象接触会对被测对象的状态或特性不可避免地产生或多或少的影响。非接触式则没有这种影响; 非接触化测量可以消除传感器介入而使被测量受到的影响,提高测量的准确性,同时,可使传感器的使用寿命增加。但是非接触式传感器的输出会受到被测对象与传感器之间介质或环境的影响。因此传感器标定必须在使用现场进行。

  7、按传感器构成来分:

  a、基本型传感器:是一种最基本的单个变换装置。

  b、组合型传感器:是由不同单个变换装置组合而构成的传感器。

  c、应用型传感器:是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。 例如:热电偶是基本型传感器,把它与红外线辐射转为热量的热吸收体组合成红外线辐射传感器,即一种组合传感器;把这种组合传感器应用于红外线扫描设备中,就是一种应用型传感器。有其他技术问题请联系广州迪川仪器仪表有限公司

  8、按作用形式来分: 按作用形式可分为主动型和被动型传感器。 主动型传感器又有作用型和反作用型,此种传感器对被测对象能发出一定探测信号,能检测探测信号在被测对象中所产生的变化,或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型,检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例,而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号,如红外辐射温度计、红外摄像装置等.

  9、按传感器的特殊性来分: 上面介绍的分类是传感器的基本类型,按特殊性可分以下类型: 按检测功能可分为检测温度、压力、温度、流量计、流速、加速度、磁场、光通量等的传感器; 按传感器工作的物理基础可分为机械式、电气式、光学式、液体式等; 按转换现象的范围可分为化学传感器、电磁学传感器、力学传感器和光学传感器; 按材料可分为金属、陶瓷、有机高分子材料、半导体传感器等;按应用领域分为工业,民用、科研、医疗,农用,军用等传感器; 按功能用途分为计测用、监视用、检查用,诊断用、控制用,分析用等传感器.

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