12常用传感器工作原理及测量电路

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常见传感器及工作原理

常见传感器及工作原理

常见传感器及工作原理传感器是现代科技中不可或缺的一部分,它们负责将物理量转换成电信号或其他可以被处理的形式,从而实现对环境变化的感知和监测。

以下是一些常见传感器及其工作原理的介绍。

1. 温度传感器温度传感器是用来测量环境温度的设备。

它们可以基于不同的工作原理来实现。

其中一种常见的工作原理是热敏电阻。

热敏电阻的电阻值随温度的变化而变化,通过测量电阻值的变化来确定温度。

还有一种常见的工作原理是热电偶。

热电偶利用两种不同金属的热电效应产生电势差,通过测量电势差来确定温度。

2. 湿度传感器湿度传感器用于测量环境的湿度水分含量。

一种常见的湿度传感器是电容式湿度传感器。

它利用物质在不同湿度下的电容变化来测量湿度。

当空气中的湿度增加时,电容值也会增加。

另一种常见的湿度传感器是电阻式湿度传感器。

它利用湿度对电阻值的影响来测量湿度。

3. 光照传感器光照传感器用于测量环境中的光照强度。

一种常见的光照传感器是光敏电阻。

光敏电阻的电阻值随光照强度的变化而变化,通过测量电阻值的变化来确定光照强度。

另一种常见的光照传感器是光电二极管。

光电二极管利用光的能量来产生电流,通过测量电流的变化来确定光照强度。

4. 气体传感器气体传感器用于检测环境中的气体浓度。

一种常见的气体传感器是电化学传感器。

电化学传感器利用气体与电极之间的化学反应来测量气体浓度。

不同的气体会引起不同的化学反应,从而产生不同的电流信号。

另一种常见的气体传感器是光学传感器。

光学传感器利用气体对特定波长的光的吸收程度来测量气体浓度。

5. 压力传感器压力传感器用于测量环境中的压力变化。

一种常见的压力传感器是压阻式传感器。

压阻式传感器利用压力对电阻值的影响来测量压力变化。

当受到压力时,电阻值会发生变化。

另一种常见的压力传感器是压电传感器。

压电传感器利用压力对压电材料的形变产生电荷来测量压力变化。

以上是一些常见传感器及其工作原理的简介。

传感器的应用范围非常广泛,从工业生产到家庭生活都离不开它们。

各类传感器的工作原理

各类传感器的工作原理

各类传感器的工作原理传感器是一种能够检测和感知周围环境,并将其转化为可用信号的装置。

传感器在各个领域中起着极为重要的作用,从智能手机中的加速度传感器到汽车中的车速传感器,从医疗设备中的心率传感器到环境监测中的温度传感器,都体现了传感器在现代生活中的广泛应用。

下面将介绍几种常见的传感器及其工作原理。

1.光电传感器:光电传感器是基于光电效应的原理工作的。

光电效应是指当光照射到物体表面时,光中的能量被物体吸收,电子被激发而从原子中跃迁,产生电流。

光电传感器利用光电效应将光信号转化为电信号,可以用于测量光的强度、距离或光的频率等。

2.压力传感器:压力传感器是利用压力作用在压敏电阻或压电材料上变化的阻值或电荷来测量压力的。

当外力施加在压阻上时,导电粒子(电子或离子)运动受到阻碍,阻值发生变化,通过测量电阻的变化来确定压力的大小。

3.温度传感器:温度传感器利用材料在温度变化时导电性或热传导性的变化原理来测量温度。

常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶和温度敏感电容等。

热敏电阻是利用材料的电阻随温度的变化而变化;热电偶则是利用两种不同材料的接触产生热电势差,通过测量热电势差来计算温度;温度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定温度。

4.加速度传感器:加速度传感器是利用物体在加速或减速时所产生的惯性力来测量加速度的。

常用的加速度传感器有电容式加速度传感器和压电式加速度传感器。

电容式加速度传感器通过测量电容的变化来确定加速度;压电式加速度传感器则是利用压电效应和加速度之间的关系来测量加速度。

5.湿度传感器:湿度传感器是利用材料的吸湿性或湿度对电阻、电容或电抗等性能的影响来测量湿度的。

常用的湿度传感器有湿度敏感电阻、湿度敏感电容和湿度敏感电感等。

湿度敏感电阻通过测量电阻的变化来计算湿度;湿度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定湿度。

总之,传感器的工作原理各异,但都是基于其中一种物理效应或电学特性的变化来实现对周围环境的感知和检测。

传感器的工作原理输出特性差动整流电路和相敏检波电路PPT课件

传感器的工作原理输出特性差动整流电路和相敏检波电路PPT课件

变隙差动变压器电感式传感器的等 效电路
第34页/共81页
当r1a<<ωL1a,r1b<<ωL1b时,如果不考虑铁芯与衔铁中
的磁阻影响,可得变隙式差动变压器输出电压Uo的表达
式,即
Uo
b a b a
N2 N1
Ui
分析:当衔铁处于初始平衡位置时,因δa=δb=δ0, 则Uo=0。但是 如果被测体带动衔铁移动,例如向上移动Δδ(假设向上移动为正) 时,则有δa=δ0-Δδ, δb=δ0+Δδ,代入上式可得
0 A0 2 A2
(4-4)
则式(4-3)可写为
Rm
2 0 A0
(4-5)
联立式(4-1)、 式(4-2)及式(4-5), 可得
L N 2 N 20 A0
Rm
2
(4-6)
第6页/共81页
L N 2 N 20 A0
Rm
2
上式表明:当线圈匝数为常数时,电感L仅仅是磁
路中磁阻Rm的函数,改变δ或A0均可导致电感变化,因 此变磁阻电感式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器
II
(4-1)
根据磁路欧姆定律: IN
Rm
(4-2)
式中, Rm为磁路总磁阻。
气隙很小,可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁 路磁损, 则磁路总磁阻为
Rm
L1
1 A1
L2
2 A2
2 0 A0
(4-3)
第5页/共81页
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻, 即
2 0 A0
l1
1 A1
2
l2
电感测微仪是用于测量微小尺寸变化很普遍的一种工具,常用于测量 位移、零件的尺寸等,也用于产品的分选和自动检测。

1.2 常用传感器工作原理及测量电路

1.2 常用传感器工作原理及测量电路

三 电感式传感器工作原理
1 自感式传感器
线圈自感 L N 2 / li / i Si 2 / 0S
l i ——各段导磁体的长度; U i——各段导磁体的磁导率;
S i ——各段导磁体的截面积;δ ——空气隙的厚度;
U0 ——真空磁导率;
S ——空气隙截面积
L f ,S
L f1 变气隙型传感器
差动式电感传感器
• 为了改善线性在实际中大都采用差动式, 采
用两个相同的传感线圈共用一个衔铁。
• 要求两个导磁体的几何尺寸及材料完全相同,两个线圈的电
气参数和几何尺寸完全相同。
差动式优点:
1、线性好;
2、灵敏度提高一倍,即衔铁位移相同时, 输出信号大一倍;
3、温度变化、电源波动、外界干扰等对 传感器的影响,由于能够相互抵消而减小;
2C
交流电桥的输出电压与传感器的电容相对变化量成正比。
变压器电桥电路
➢电感式传感器和电容式传感器的转换电路还常采用变压器电 桥 ➢它的平衡臂为变压器的两个二次侧绕组,差动传感器的两差 动电容或差动电感分别接在另两个臂
设其阻抗分别为Z1和Z2, (由于被测量使传感器的阻抗发生变化)
Z1 Z Z
Z2 Z Z
压电传感器在受外力作用时,在两个电极表面 聚集电荷,电荷量相等,极性相反,相当于一个以 压电材料为电介质的电容器。可测量能变换为力的 各种物理量。
常用的压电材料
• 石英晶体 • 水溶性压电材料(酒石酸钾钠、硫酸锂、
磷酸二氢钾等)
• 铌酸锂晶体 • 压电陶瓷(钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅
系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷)
4、电磁吸力对测力变化的影响也由于能 够相互抵消而减小。
2 差动变压器传感器(互感)

常用传感器及测量转换电路

常用传感器及测量转换电路
应变式电阻传感器是借助于弹性元件,将力的变化转化为 变形,然后利用导体的应变效应,将力转变成电阻的变化, 最终利用测量电路得到被测量(力)的电信号。应变式电阻传 感器主要包括弹性元件、电阻应变片及测量电路。
2.1.5 温度补偿
在实际应用中,除了应变能导致应变片电阻变化外,图25温度
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常用材料:康铜、镍铬铝合金、铁铬铝合金以及铂、铂乌 合金等。
2.金属箔式应变片 箔式应变片是在绝缘基底上,将厚度0.003~0.01mm
电阻箔材,利用照相制版或光刻腐蚀的方法,制成适用于各 种需要的形状。 3.金属薄膜应变片 薄膜应变片是薄膜技术发展的产物。它是采用真空蒸发或
真空沉积等方法,在薄的绝缘基片上形成厚度在0. 1 m以
图2-8所示是筒式压力传感器。被测压力P作用于筒内腔, 使筒发生变形,工作应变片1贴在空心的筒壁外感受应变, 补偿应变片2贴在不发生变形的实心端作为温度补偿用。一 般可用来测量机床液压系统压力和枪、炮筒腔内压力等。
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2.1电阻应变式传感器
3.加速度传感器 加速度传感器实质上是一种测量力的装置,如图2-9所示。
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2.2 热电阻传感器
但温度高时易氧化,故用于温度较低的环境中。表2-1列出 了热电阻的主要技术性能。
2.2.2热敏电阻
热敏电阻是近年来出现的一种新型半导体测温元件。一 般按温度系数可分为负温度系数热敏电阻(NTC)、正温度系 数热敏电阻( PTC)和临界温系数热敏电阻(CTR)。这三类 热敏电阻的电阻率P与温度t的变化曲线如图2-10所示。从 图中可以看出这些曲线都呈非线性。
2.3.1 热电偶传感器的工作原理
1.热电势效应 将两种不同材料的导体构成一闭合回路,若两个接点处温

简述传感器工作原理

简述传感器工作原理

简述传感器工作原理
传感器是一种能够感知周围环境并将其转化为可量化的电信号的设备。

它们的工作原理基于不同的物理原理,但都遵循一个基本的过程:感知环境变化→产生电信号→将信号转化为可读取的信息。

其中,光、声、温度、压力和加速度等常见的传感器类型具有如下工作原理:
1. 光传感器(光电二极管):利用光敏材料的光电效应,当光线照射到材料上时,产生电荷,进而形成电流或电压信号。

2. 声传感器(麦克风):利用压电效应或电容效应,当声波振荡使得压电材料或电容器发生变化时,产生相应的电信号。

3. 温度传感器(热敏电阻):热敏电阻材料随温度的变化而改变电阻值,进而测量温度的变化。

4. 压力传感器(应变片):采用应变片的物理特性,当受到外力压迫时,形变导致电阻或电压的变化,进而测量压力的变化。

5. 加速度传感器(微机电系统):利用微机电系统技术,通过检测传感器产生的微小振动或形变来测量加速度。

除了以上几种传感器,还有许多其他类型的传感器,如湿度传感器、气体传感器、磁力传感器等,它们的工作原理也各不相同。

传感器的电信号输出可以是模拟信号或数字信号,根据需要,可以通过模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号,进一步提供给电子设备进行处理和分析。

通过传感器的工作,我们能够获得环境的各种参数和信号,为物联网、智能化设备和其他应用领域提供了必要的数据。

常见传感器的工作原理及应用—-高中物理选择性必修第二册

常见传感器的工作原理及应用—-高中物理选择性必修第二册
)
(3)霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关。(
)
(1)明确光敏电阻的电阻特性;
(1)分析为什么会出现电压。
解析:霍尔电压与组成霍尔元件的材料有关。
常用的一种力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的,称为应变式力传感器。
电阻丝的电阻率随温度发生了变化
答案:×
(4)霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
除了金属电阻应变片外,常用的电阻应变片还有半导体电阻应变片,它的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
电阻丝的电阻率随温度发生了变化
(3)霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关。
二、金属热电阻和热敏电阻
(2)试推导UH的表达式。
(1)明确光敏电阻的电阻特性;
(2)光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的。
解析:霍尔电压与组成霍尔元件的材料有关。
阳光直接照射时,电阻值变得更小。
(2)实验结论:光敏电阻的阻值随光照强度的增强而明显减小。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
光敏电阻的特点及工作原理
(1)当半导体材料受到光照或者温度升高时,会有更多的电子获得能
量成为自由电子,同时也形成更多的空穴,于是导电能力明显增强。
(2)光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的。它的特点是光照
2.常见传感器的工作原理及应用
学习目标
1.通过实验,了解常见传感器
的工作原理,会利用传感器
制作简单的自动装置。
2. 认 识 简 单 的 自 动 控 制 电
路。
思维导图
必备知识
自我检测
一、光敏电阻
1.光敏电阻是用硫化镉做成的,光照强度不同时电阻不同,光敏电阻
是光传感器中常见的光敏元件。

传感器工作原理

传感器工作原理

传感器工作原理标题:传感器工作原理引言概述:传感器是一种能够将物理量或化学量转换为电信号的设备,广泛应用于工业控制、环境监测、医疗诊断等领域。

传感器的工作原理是其能够感知外部环境的变化,并将这些变化转换为电信号输出。

本文将详细介绍传感器的工作原理。

一、传感器的感知原理1.1 传感器的感知原理是基于物理量或化学量与传感器内部元件之间的相互作用。

1.2 传感器通过感知外部环境的变化,如温度、压力、湿度等,来实现对物理量或化学量的测量。

1.3 传感器的感知原理主要包括电阻式、电容式、电感式、光电式等多种类型。

二、传感器的转换原理2.1 传感器将感知到的物理量或化学量转换为电信号的过程称为转换原理。

2.2 传感器通过内部的电路和元件将感知到的信号转换为电压、电流或频率等形式的输出信号。

2.3 转换原理的实现主要依靠传感器内部的信号处理电路和转换器。

三、传感器的输出原理3.1 传感器输出的电信号可以是模拟信号或数字信号。

3.2 模拟信号是连续变化的信号,通常通过模拟电路进行处理。

3.3 数字信号是离散的信号,通常通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号输出。

四、传感器的应用原理4.1 传感器的应用原理是将传感器输出的信号应用于各种控制系统或监测系统中。

4.2 传感器可以通过信号输出来实现对环境的监测、对设备的控制等功能。

4.3 传感器的应用原理是实现自动化控制、智能监测等技术的基础。

五、传感器的性能原理5.1 传感器的性能原理包括灵敏度、精度、分辨率、响应时间等指标。

5.2 传感器的性能原理直接影响到传感器的测量准确性和稳定性。

5.3 传感器的性能原理是评价传感器质量和性能优劣的重要标准。

结论:传感器的工作原理是通过感知、转换、输出、应用和性能等多个方面的原理相互作用,实现对外部环境的监测和控制。

了解传感器的工作原理对于正确选择和使用传感器具有重要意义,也有助于提高传感器的性能和应用效果。

希望本文对读者对传感器的工作原理有所帮助。

传感器技术 电容式、测量电路

传感器技术   电容式、测量电路
☎ 寄生电容与传感器电容并联,严重影响传感器的输出特 性。消除寄生电容的影响,是电容式传感器实用的关键。 下面介绍几种消除电缆寄生电容影响的方法:
① 驱动电缆法
☻ 原理:驱动电缆法是一种等电位屏蔽法。使用电缆屏蔽 层电位跟踪与电缆相连的传感器电容极板电位,使两电 位的幅值和相位均相同,从而消除电缆分布电容的影响。
11
介质变化型电容传感器
☻ 原理:利用极板间介质的介电常数变化将被测量转换成电
容变化的传感器称为介质变化型电容传感器。 以电介质插
入式为例, C C1 C2
0a
[ r1(
L
x
)
r2x
]
x
L

S dC
应用特性: dx
0a
(
r2
r1
)
① 变介质型电容传感器可用来测量电介质的液位或某些材 料的温度、湿度和厚度等。
② 介质变化型电容传感器常用于非导电液体液位的测量, 其灵敏度与介电常数的差值(ε2-ε1)的值成正比,(ε2-ε1)值 越大灵敏度越高。
2020/6/30
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应用中存在的问题和改进措施
(1) 等效电路(Equivalent circuit)
☎ 考虑电容传感器在高温、高
湿及高频激励的条件下工作,
而不可忽视其附加损耗和电 效应影响时,其等效电路如
C—传感器电容;RP—低频损耗并联电 阻; RS—串联损耗电阻;L—电容器及
图。
引线电感;CP—寄生电容
☎ 在实际应用中高频激励时,每当改变激励频率或者更换 传输线缆时,会使传感器有效电阻和有效灵敏度都发生 变化,因此必须对测量系统重新进行标定。
2020/6/30
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应用中存在的问题和改进措施

_新教材高中物理第五章传感器12认识传感器常见传感器的工作原理及应用课件新人教版选择性必修第二册

_新教材高中物理第五章传感器12认识传感器常见传感器的工作原理及应用课件新人教版选择性必修第二册
第5章 传感器
1、2 认识传感器 常见 传感器的工作原理及应用
核心素养目标
1.知道什么是传感器,并了解传感器 的种类。
2.知道传感器的组成及应用模式,理 解将非电学量转化为电学量的物 理意义。
3.理解常见传感器敏感元件的特性及 应用。
知识点一 认识传感器 [情境导学] 干簧管的结构很简单,如图甲所示,它只是玻璃管内封入两个软磁性材料制
成的簧片,接入图乙电路,当磁体靠近干簧管时:
(1)会发生什么现象,为什么? (2)干簧管的作用是什么?
提示:(1)小灯泡会发光,因为两个簧片被磁化而接通。 (2)干簧管起到了开关的作用。
[知识梳理] 1.神奇的传感器 (1)干簧管是一种能够感知磁场的传感器。 (2)楼道灯白天不亮,晚上有声音时亮,是因为楼道的灯安装了“声控—光探” 开关。 (3)一些宾馆安装了自动门,当有人走近时,门会自动打开,是因为自动门安 装了红外线传感器。 (4)交通警察在检查司机是否酒后开车时,用的是“便携式酒精检测仪”,上 面安装了乙醇传感器。
(5)传感器的定义:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并 能够把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的如电压、电流等电学量,或 转换为电路的通断的装置。
(6)非电学量转换为电学量的意义:把非电学量转换为电学量,可以很方便地 进行测量、传输、处理和控制。
2.传感器的种类 (1)物理传感器:利用物质的物理特性或物理效应制作而成的传感器,如力传 感器、磁传感器、声传感器等。 (2)化学传感器:利用电化学反应原理,把无机或有机化学物质的成分、浓度 等转换为电信号的传感器,如离子传感器、气体传感器等。 (3)生物传感器:利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质的传 感器。如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。

传感器的主要作用及工作原理

传感器的主要作用及工作原理

传感器的主要作用及工作原理传感器是一种能够感知并测量外部环境信号的设备,主要用于从物理、化学、光学、电磁、声音、地质等领域中提取信息。

传感器主要作用是将外部现象转化为可量化的电信号,并通过与之连接的系统进行处理和分析。

它们在许多领域中发挥着重要作用,包括工业生产、农业、医疗保健、环境监测、安全等。

传感器的工作原理根据不同的传感器类型有所不同,下面将详细介绍一些常见的传感器及其工作原理。

1.位移传感器:位移传感器用于测量物体的位移或位置变化。

最常见的位移传感器是电阻式、电容式和感应式传感器。

电阻式传感器利用导电材料的电阻随着位移的变化而改变的特性。

电容式传感器是通过测量电容随着位移的变化而改变的原理。

感应式传感器则利用感应线圈中感应的电压或电流随着位移的变化而改变。

2.压力传感器:压力传感器用于测量气体或液体的压力变化。

常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。

压阻式传感器通过测量导电材料的电阻随着压力的变化而改变的原理工作。

压电式传感器则是利用压电材料在加压条件下产生电荷的特性来测量。

3.温度传感器:温度传感器用于测量物体的温度变化。

常见的温度传感器有热敏电阻传感器和热电偶传感器。

热敏电阻传感器通过测量电阻随着温度的变化而改变的原理工作。

热电偶传感器是利用两种不同金属连接在一起产生温差时产生电压的特性来测量温度。

4.光传感器:光传感器用于测量光线的强度或光线的变化。

常见的光传感器有光电二极管传感器和光敏电阻传感器。

光电二极管传感器通过测量光照射到二极管上产生的电流大小来测量光线的强度。

光敏电阻传感器是利用光敏材料的电阻随着光照强度的变化而改变的原理。

5.加速度传感器:加速度传感器用于测量物体的加速度变化。

常见的加速度传感器有压电式传感器和运动传感器。

压电式传感器是通过测量压电材料在加速度作用下产生的电荷大小来测量加速度。

运动传感器则是通过测量物体的位移或速度的变化来计算加速度。

传感器的工作原理多种多样,但总体来说,它们都是将外部信号转化为电信号,并通过与之连接的系统进行处理和分析。

常用传感器工作原理(磁电式)

常用传感器工作原理(磁电式)

dφ e = −N dt
磁通φ的变化率与磁场强度 磁通φ的变化率与磁场强度 B 、磁路磁阻Rm 线圈的运动速度 v 、 有关,改变其中一个因素,都会改变线圈的输出感应电动势。 有关,改变其中一个因素,都会改变线圈的输出感应电动势。
根据以上原理, 根据以上原理,磁电式传 感器在结构上可以分为动 圈式和磁阻式两类。 圈式和磁阻式两类。
e = −N dt
磁电式传感器是利用电磁感应原理,将运动速度、 磁电式传感器是利用电磁感应原理,将运动速度、位移等物理 量转换成线圈中的感应电动势输出。 量转换成线圈中的感应电动势输出。 工作时不需要外加电源, 工作时不需要外加电源,可直接将被测物体的机械能转换为电 量输出。是典型的有源传感器。 量输出。是典型的有源传感器。 特点:输出功率大,稳定可靠,可简化二次仪表, 特点:输出功率大,稳定可靠,可简化二次仪表,但频率响 应低。通常在10— 适合作机械振动测量、 应低。通常在 —100HZ适合作机械振动测量、转速测量。 适合作机械振动测量 转速测量。 传感器尺寸大、 传感器尺寸大、重。 2
f n = .60 N
磁阻式磁电传感器使用方便,结构简单, 磁阻式磁电传感器使用方便,结构简单,在不同场合下可用来 测量转速、偏心量、振动等,产生感应电动势的频率作为输出 产生感应电动势的频率作为输出, 测量转速、偏心量、振动等 产生感应电动势的频率作为输出, 而电势的频率取决于磁通变化的频率。
6
§3 磁电式传感器测量电路
§2 磁阻式磁电传感器
磁阻式传感器其线圈和磁铁彼此不做相对运动,由运动着的物 体(导磁材料)来改变磁路的磁阻,从而引起磁力线增强或减 弱,使线圈产生感应电动势。
测量齿轮由导磁材料制成, 测量齿轮由导磁材料制成,安 装在被测旋转体上, 装在被测旋转体上,随之一起 转动,每转过一个齿, 转动,每转过一个齿,传感器 磁路磁阻变化一次, 磁路磁阻变化一次,线圈产生 的感应电动势的变化频率(r/s) 的感应电动势的变化频率(r/s) 等于测量齿轮上齿轮的齿数N 等于测量齿轮上齿轮的齿数 和转速的n(r/min)乘积。 乘积。 和转速的 乘积

传感器工作原理(1)

传感器工作原理(1)

传感器工作原理(1)引言概述:传感器是现代科技中广泛应用的一种设备,它可以将各种物理量转化为电信号,从而实现对环境的监测和控制。

本文将详细介绍传感器的工作原理。

一、传感器的基本原理1.1 物理量与电信号的转换传感器的基本原理是将感知到的物理量转换为电信号。

传感器通过内部的感知元件,如光敏元件、压力传感器或温度传感器,将物理量转化为电信号。

这些电信号可以是电压、电流或电阻等形式。

1.2 传感器的灵敏度传感器的灵敏度是指传感器对物理量变化的敏感程度。

传感器的灵敏度取决于感知元件的特性以及信号转换电路的设计。

灵敏度越高,传感器对物理量变化的响应越迅速和准确。

1.3 传感器的精度和误差传感器的精度是指传感器输出值与实际值之间的差异程度。

误差是指传感器输出值与实际值之间的偏差。

传感器的精度和误差受到多种因素的影响,如传感器的质量、环境条件和使用方式等。

二、传感器的工作原理2.1 光传感器的工作原理光传感器是一种将光信号转换为电信号的传感器。

它通过感知光的强度、波长或频率等特性,将光信号转换为电信号。

光传感器通常由光敏元件和信号转换电路组成。

2.2 压力传感器的工作原理压力传感器是一种将压力信号转换为电信号的传感器。

它通过感知物体的压力变化,将压力信号转换为电信号。

压力传感器通常由弹性元件和信号转换电路组成。

2.3 温度传感器的工作原理温度传感器是一种将温度信号转换为电信号的传感器。

它通过感知物体的温度变化,将温度信号转换为电信号。

温度传感器通常由热敏元件和信号转换电路组成。

三、传感器的应用领域3.1 工业自动化传感器在工业自动化中起着至关重要的作用。

它们可以用于监测生产线上的温度、压力、湿度等参数,实现自动控制和优化生产过程。

3.2 智能家居传感器在智能家居中被广泛应用。

它们可以用于监测室内温度、湿度、光线等参数,实现智能调控和能源管理。

3.3 医疗设备传感器在医疗设备中起着重要的作用。

它们可以用于监测患者的心率、血压、体温等参数,帮助医生进行诊断和治疗。

常用传感器工作原理

常用传感器工作原理

•I为线圈中所通交流电的有效值。 •根据磁路的欧姆定律
•两式联立得:
•衔铁
•线圈 •铁芯
•δ •Δδ
•5
•如果空气隙较小,且忽略磁路铁损时 ,磁路总磁阻为:
•线圈 •铁芯
•δ
•因此有 :
•衔铁
•Δδ
•由于电感传感器的铁心一般工作在非饱和状态下,其导磁率远大 于空气隙的导磁率,因此铁心磁阻远较气隙磁阻小,因此:
•x
•此时k 可近似为常数。因此,这种传感器一般 只适用于大约0.001-1mm范围的小位移测量。
•9
•对于变间隙式,改善非线性,提高灵敏度的方法如下:接成 差动型
•根据结构形式,自感传感器可分为:气隙型、螺线管
•螺旋管
•l
•rc
•r
•铁心 •x
•单线圈螺管型传感器结构图
•螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动,线圈磁力线路径上的磁 阻发生变化,线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁 插入线圈的深度有关。
•t
•衔铁在
•~
•e
•h
•USC
•零位 •ecd
•t
•R
•USC
•t
•a
•b
•衔铁在 •eab
•t
•在f点为“+” ,电流:fgdche
•零位以上 •ecd
•t
•f点为“–” ,则电流:ehdcgf。 •全波整流电路和波形图 •USC
•t
•(a)
•(b)
•25
•2、相敏检波电路 •容易做到输出平衡,便于阻抗匹配。图中调制电压er和e同频,经过移相器使er 和e保持同相或反相,且满足er>>e。调节电位器R可调平衡,图中电阻 R1=R2=R0,电容C1=C2=C0,输出电压为UCD。

传感器工作原理

传感器工作原理

传感器工作原理引言概述:传感器是一种能够感知和测量环境中各种物理量的设备。

它们在现代科技和工业领域中起着至关重要的作用。

本文将详细介绍传感器的工作原理,包括传感器的基本概念、工作原理的分类和具体的工作原理。

一、传感器的基本概念1.1 传感器的定义和作用传感器是一种能够将环境中的物理量转化为可测量的电信号或其他形式的信号的装置。

它们广泛应用于各个领域,如工业自动化、医疗设备、汽车工程等,用于测量温度、压力、湿度、光强等各种物理量。

1.2 传感器的组成和结构传感器通常由感知元件、信号处理电路和输出装置组成。

感知元件是传感器的核心部分,它能够感知并转化物理量为电信号。

信号处理电路对感知元件输出的信号进行放大、滤波和转换等处理,以得到可用的信号。

输出装置将处理后的信号转化为人们能够理解的形式,如数字显示、声音或光信号。

1.3 传感器的特点和分类传感器具有高灵敏度、高精度、快速响应和稳定性等特点。

根据测量的物理量不同,传感器可以分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器等多种类型。

二、传感器工作原理的分类2.1 电阻型传感器电阻型传感器是一种将物理量转化为电阻变化的传感器。

它利用感知元件的电阻随物理量变化而变化的特性进行测量。

常见的电阻型传感器包括热敏电阻、应变片和光敏电阻等。

2.2 电容型传感器电容型传感器是一种将物理量转化为电容变化的传感器。

它利用感知元件的电容随物理量变化而变化的特性进行测量。

常见的电容型传感器包括湿度传感器和接触式位移传感器等。

2.3 磁感应型传感器磁感应型传感器是一种利用磁场的变化来感知物理量的传感器。

它通过感知元件对磁场的变化进行测量。

常见的磁感应型传感器包括磁敏电阻、霍尔元件和磁电感传感器等。

三、传感器工作原理的具体应用3.1 温度传感器的工作原理和应用温度传感器通常采用热敏电阻或热电偶作为感知元件,利用物质的热膨胀特性或热电效应来测量温度。

它广泛应用于空调、冰箱、汽车引擎等领域。

传感器工作原理

传感器工作原理

传感器工作原理传感器是一种能够感知、感应并转换物理量或化学量的设备,广泛应用于各行各业。

本文将介绍传感器的工作原理,帮助读者更好地理解传感器的运行机制。

一、传感器的基本原理传感器的工作原理基于物理或化学现象的变化,通过转换这种变化来获得相应的电信号输出。

传感器分为许多种类,如温度传感器、压力传感器、光敏传感器等,每种传感器都有其独特的原理。

1. 温度传感器温度传感器利用物体的热膨胀原理进行温度测量。

当物体受热时,温度传感器内部的材料也会随之热膨胀,从而改变其电阻、电容或电压等特性,通过检测这些特性的变化,可以确定物体的温度。

2. 压力传感器压力传感器使用压力对传感器内部材料的压缩或拉伸作用进行测量。

当外部施加压力时,传感器内部的弹性元件会发生形变,从而改变电阻、电容或电压等特性,通过测量这些特性的变化,可以确定压力的大小。

3. 光敏传感器光敏传感器利用光辐射对半导体材料电导率的影响进行测量。

当光照射在光敏传感器上时,光子与半导体材料发生相互作用,导致导电能力的改变,通过测量电阻或电流的变化,可以确定光照强度。

二、传感器的工作流程传感器的工作流程可以分为感知、转换和输出三个阶段。

1. 感知阶段传感器的感知阶段是通过感知元件来感知外部环境的变化。

感知元件对于不同的传感器而言有所不同,它可以是温度敏感材料、倾斜开关、光敏元件等。

感知元件的选择与被测量的物理量相关。

2. 转换阶段当感知元件感知到环境变化后,传感器内部会进行相应的物理或化学转换,将外部的变化转化成可测量的电信号。

转换过程中会利用一定的电路设计和工作原理,使信号的变化得以准确地转化为电信号。

3. 输出阶段传感器输出阶段是将转换后的电信号输出给后续系统进行处理或分析。

输出信号可以是电压、电流或数字信号等形式。

传感器的输出通常需要经过放大、滤波等处理,以确保输出信号的准确性和可靠性。

三、传感器的应用领域传感器广泛应用于各个领域,包括工业、农业、医疗、环境监测等。

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d
)
1 d 2
d
若△d/d<<1时,则上式可简化为
非线性关系
d C C0 C0 d
最大位移应小于间距的1/10 差动式改善其非线性
2. 变面积型电容传感器
当动极板相对于定极板沿着长度 方向平移时,其电容变化量化为
C

C
C0

0 r
(a x)b d
△C与△x间呈线性关系
成。工作时衔铁与被测物体连
接,被测物体的L位 N移2 将引起空 气隙的长度发生变Rm化。由于气
隙磁阻的变化,导致了线圈电
L N2 Rm
感量的变化。
线圈电感:
N2 L
Rm
特点:灵敏度高,非线性误差较大,
制作装配比较困难。
N为线圈匝数,Rm为磁路总磁阻。
变面积型电感传感器
气隙长度不变,铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量
4、电磁吸力对测力变化的影响也由于能 够相互抵消而减小。
2 差动变压器传感器(互感)
互感式传感器本身是其互感系数可变的变 压器,当一次侧线圈接入激励电压后,二次 侧线圈将产生感应电压输出,互感变化时, 输出电压将作相应变化。一般,这种传感器 的二次侧线圈有两个,接线方式又是差动的 ,故常称之为差动变压器式传感器。
的变化面而改变,从而导致线圈的电感量发生变化。灵 敏度低,线性较好,量程较大,使用比较广泛。
螺管型电感传感器
衔铁随被测对象移动,线圈磁力线路径上的磁阻发生变化, 线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线
圈的深度有关。灵敏度较低,量程大,结构简单易于制作和 批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器。
电容式角位移传感器
当θ=0时
C0

0 r s0
d0
当θ≠0时
C

0r s0 (1
d0

)

C0

C0

传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系
3. 变介电常数型电容式传感器
电容式液位传感器
初始电容
C0

2H
D
ln
d
电容与液位的关系为:
C

2 1 h D

2 (H D
S ε
变极距(δ)型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) (h) 变介电常数(ε )型: (i)~(l)
1. 变极距型电容传感器
初始电容 若极距缩小△d
C0

0r s
d
d
C

C0

C

0 r s
d d
C0 d
1 d
C0 (1
压电传感器在受外力作用时,在两个电极表面 聚集电荷,电荷量相等,极性相反,相当于一个以 压电材料为电介质的电容器。可测量能变换为力的 各种物理量。
常用的压电材料
• 石英晶体 • 水溶性压电材料(酒石酸钾钠、硫酸锂、
磷酸二氢钾等)
• 铌酸锂晶体 • 压电陶瓷(钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅
系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷)
差动式电感传感器
• 为了改善线性在实际中大都采用差动式, 采
用两个相同的传感线圈共用一个衔铁。
• 要求两个导磁体的几何尺寸及材料完全相同,两个线圈的电
气参数和几何尺寸完全相同。
差动式优点:
1、线性好;
2、灵敏度提高一倍,即衔铁位移相同时, 输出信号大一倍;
3、温度变化、电源波动、外界干扰等对 传感器的影响,由于能够相互抵消而减小;
• 压电半导体 • 高分子压电材料
石英晶体的压电效应
• 是二氧化硅单晶,属于六角晶系。
石英晶体优点:
• 它的介电常数和压电常数的温度稳定性
很好;
• 工作温度范围很宽; • 机械强度高,可承受108Pa的压力; • 在冲击作用下,漂移也很小; • 弹性系数较大。
可用于测量大量程的力和加速度
两个次级绕组的同名端则反向串联。
图3.2.6 差动变压器输出电压特性曲线
差动变压器的结构类型
(3)差动变压器应用
力和力矩的测量 微小位移的测量 压力测量 加速度传感器
四 压电式传感器工作原理
压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面产 生电荷的压电效应为转换原理的传感器。
压电效应:某些晶体在一定方向受到外力作用 时,内部将产生极化现象,相应的在晶体的两个表 面产生符号相反的电荷 ;当外力作用除去时,又恢 复到不带电状态。当作用力方向改变时,电荷的极 性也随着改变,这种现象称为压电效应。
1、长度L发生变化——电位器式传感器;
2、截面积长度L发生变化——电阻应变
片传感器;
3、电阻率ρ发生变化——热敏电阻、光导 性光检测器等。
电位器式传感器
➢通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长
度变化,从而改变电阻值大小,进而再 将这种变化值转换成电压或电流的变化 值。
➢电位器式传感器 分为直线位移型、 角位移型和非线性 型等,如图所示。
h)

2H D

2h(1 ) D

C0

2h(1 ) D
ln
ln
ln
ln
ln
d
d
d
d
d
4 电容式传感器的应用
(1) 电容式差压传感器 (2) 电容式加速度传感器 (3) 电容式振动位移传感器
三 电感式传感器工作原理
1 自感式传感器
线圈自感 L N 2 / li / i Si 2 / 0S
第一章 传感器及其应用
—常用传感器工作原理和测量电路—
一 电阻式传感器工作原理
❖电阻式传感器测量原理:
被测的非电量
ΔR
电量输出
❖其基本原理为:设有一根长度为L,截面
积为A,电阻率为ρ的金属丝,则它的电
阻值R可用下式表示:
R l
A
三个参数:长度L,截面积A,电阻率ρ, 如果发生变化,则它的电阻值R随之发生变 化,构成不同电阻传感器:
l i ——各段导磁体的长度; U i——各段导磁体的磁导率;
S i ——各段导磁体的截面积;δ ——空气隙的厚度;
U0 ——真空磁导率;
S ——空气隙截面积
L f ,S
L f1 变气隙型传感器
L f2 S 变截面型传感器
变间隙式电感传感器
传感器由线圈、铁心和衔铁组
• 电位器式传感器一般采用电阻分压电路,
将电参量R 转换为电压输出给后续电路,
如图所示。当触头移动时,输出电压为:
uo
L
ui R 1 x
x RL L
二 电容式传感器工作原理
C S r0S
dd
δ
S ——极板相对覆盖面积; d ——极板间距离; εr——相对介电常数; ε0——真空介电常数,; ε ——电容极板间介质的介电常数。
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