传感器概述 :
传感器的概念:指能感受规定的物理量,并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。简单的说,传感器即使把非电量转换成电量的装置。 压力传感器是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称,也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计。
传感器原理——基础效应
传感器的原理基于材料的物理效应(物理现象)、化学效应、生物效应等,如材料的压阻效应、光电效应、压电效应、热电效应、形状记忆效应、磁(电)致伸缩效应、电磁效应、光弹性效应、压磁效应等。
分类依据 | 传感器分类 | 举例 |
利用材料的物性和结构 | 结构型传感器 | 应变式压力传感器 |
物性型传感器 | 电阻应变计 | |
是否利用外加能源 | 主动传感器(有源) | 电阻应变计 |
被动传感器(无源) | 压电传感器 | |
输出量特征 | 模拟量传感器 | — |
数字传感器 | — | |
工作原理 | 应变式传感器、压阻式传感器、压电式传感器、光电式传感器、 | |
测量对象 | 力传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器 | |
综合原理和测量对象 | 应变式力传感器、压电式加速度传感器压阻式位移传感器。 |
组成
传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成。敏感元件是指能直接感受被测量的部分。转换元件是指能将非电量转换成电量的部分。有些敏感元件可以直接输入电量。测量电路是指将转换元件输入的电量经过处理,以便进行显示、记录和控制的部分。测量电路中较多的使用电桥电路。比如后面要讲到的热线式空气流量计。
电气知识
磁耦合:一个线圈的电流变化,在相邻的线圈产生感应电动势,它们在电的方面彼此独立,之间的相互影响是靠磁场将其联系起来的,电子学上,称为磁耦合。
感应电动势:我们知道,要使闭合电路中有电流,这个电路中必须有电源,因为电流是由电源的电动势引起的。在电磁感应现象里,既然闭合电路里有感应电流,那么这个电路中也必定有电动势,在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。
模拟量和数字量:模拟量和开关量在控制系统中很常见。不论输入还是输出,一个参数要么是模拟量,要么是开关量。模拟量指控制系统量的大小是一个在一定范围内变化的连续数值,比如温度,从0-100度,压力从0-10MPA,液位从1-5米,电动阀门的开度从0-100%,等等,这些量都是模拟量。而开关量指该物理量只有两种状态,如开关的导通和断开的状态,继电器的闭合和打开,电磁阀的通和断,等等。对控制系统来说,由于CPU是二进制的,数据的每位有“0”和“1”两种状态,因此,开关量只要用CPU内部的一位即可表示,比如,用“0”表示开,用“1”表示关。而模拟量则根据精度,通常需要8位到16为才能表示一个模拟量。最常见的模拟量是12位的,即精度为2-12,最高精度约为万分之二点五。当然,在实际的控制系统中,模拟量的精度还要受模拟/数字转换器和仪表的精度限制,通常不可能达到这么高。