电容式位移传感器论文
英文名:transducer/传感器
传感器是一种物理装置或生物器官，能够检测和感受外界信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学成分(如烟雾)，并将检测到的信息传递给其他装置或器官。
[编辑本段]传感器的定义
国家标准GB7665-87将传感器定义为“能够感知规定的被测信号，并按照一定的规则将其转换为可用信号的装置或设备，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种能够感知被测信息的检测装置，能够将感知到的信息按照一定的规则转换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。这是实现自动检测和自动控制的第一步。
[编辑本段]传感器的分类
传感器可以从不同的角度进行分类:它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型、制造它们的材料和工艺等。
根据传感器的工作原理，可分为物理传感器和化学传感器:
传感器工作原理分类物理传感器应用物理效应，如压电效应、磁致伸缩现象、电离、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都会转换成电信号。
化学传感器包括以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也会转化为电信号。
有些传感器既不能归类为物理传感器，也不能归类为化学传感器。大多数传感器根据物理原理工作。化学传感器有很多技术问题，比如可靠性、大规模生产的可能性、价格等等。解决这些问题后，化学传感器的应用将会大大增加。
常用传感器的应用领域和工作原理列于表1.1。
根据用途，传感器可分为:
压力和力传感器？位置检测器
液位传感器？能耗传感器
速度传感器？热敏元件
加速度传感器？射线辐射传感器
振动传感器？湿度传感器
磁性传感器？气敏元件
真空传感器？生物传感器等。？
根据其输出信号，传感器可分为:
模拟传感器-将测量的非电量转换成模拟电信号。？
数字传感器-将测量的非电量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。？
伪数字传感器——将被测信号量转换成频率信号或短周期信号输出(包括直接或间接转换)。？
开关传感器-当测量信号达到某一阈值时，传感器相应地输出设定的低电平或高电平信号。
在外界因素的影响下，所有的物质都会做出相应的、特征性的反应。其中，对外界作用最敏感的那些材料，即具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从应用材料的角度来看，传感器可以分为以下几类:
(1)根据使用的材料种类？
金属？聚合物？陶瓷？混合物？
(2)根据材料的物理性质划分导体？绝缘体？半导体？磁性材料？
(3)根据材料的晶体结构？
单晶？多晶非晶材料？
与采用新材料密切相关的传感器的发展可以归纳为以下三个方向:？
(1)在已知材料中探索新的现象、效应和反应，然后在传感器技术中实用化。？
(2)探索新材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。？
(3)在研究新材料的基础上探索新现象、新效应、新反应，并在传感器技术中实现。？
现代传感器制造业的进步取决于传感器技术中使用的新材料和敏感元件的开发强度。传感器发展的基本趋势与半导体和介电材料的应用密切相关。表1.2给出了一些可用于传感器技术并能转换能量形式的材料。？
根据其制造工艺，传感器可分为:
集成传感器？薄膜传感器？厚膜传感器？陶瓷传感器
集成传感器通过生产硅基半导体集成电路的标准技术制造。通常，用于测量信号的初步处理的一些电路也集成在同一芯片上。？
薄膜传感器由沉积在介电基板(衬底)上的相应敏感材料的薄膜形成。当使用混合工艺时，电路的一部分也可以在该衬底上制造。？
厚膜传感器是通过在通常由Al2O3制成的陶瓷基板上涂覆相应材料的浆料，然后对其进行热处理以形成厚膜而制成的。
陶瓷传感器通过标准陶瓷技术或一些变体技术(溶胶-凝胶等)生产。).？
在适当的准备操作完成后，成型的部件在高温下烧结。厚膜技术和陶瓷传感器技术有许多相似之处。在某些方面，厚膜技术可以被认为是陶瓷技术的变体。？
每种技术都有自己的优缺点。由于研发和生产所需的资金投入低，传感器参数稳定性高，采用陶瓷和厚膜传感器更为合理。
[编辑本段]传感器的静态特性
传感器的静态特性是指对于静态输入信号，传感器的输出与输入之间的关系。由于输入和输出与时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可以用一个没有时间变量的代数方程来描述，或者用输入为横坐标，对应的输出为纵坐标绘制的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数是线性度、灵敏度、分辨率和滞后。
[编辑本段]传感器动态特性
所谓动态特性，是指传感器在其输入发生变化时，其输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性往往用它对一些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应很容易通过实验获得，其对标准输入信号的响应与其对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，后者往往可以通过知道前者来推断。最常用的标准输入信号是阶跃信号和正弦信号，因此传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
[编辑本段]传感器的线性度
通常情况下，传感器的实际静态特性输出是曲线而不是直线。在实际工作中，为了使仪器有一个统一的刻度读数，常常用一条拟合直线来近似表示实际的特性曲线，而线性度(非线性误差)就是这种近似的一个性能指标。
选择拟合直线的方法有很多。比如连接零输入和满量程输出点的理论直线作为拟合直线；或者将特性曲线上各点偏差平方和最小的理论直线作为拟合直线，称为最小二乘拟合直线。
[编辑本段]传感器的灵敏度
灵敏度是指传感器在稳态工作条件下输出变化△y与输入变化△x的比值。
它是输出-输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间存在线性关系，则灵敏度S是常数。否则会随着输入的变化而变化。
敏感度的维度是输出和输入的维度之比。例如，当位移传感器的位移变化1mm，输出电压变化200mV时，其灵敏度应表示为200 mv/mm。
当传感器的输出和输入的尺寸相同时，灵敏度可以理解为放大倍数。
提高灵敏度，获得更高的测量精度。但是灵敏度越高，测量范围越窄，稳定性越差。
[编辑本段]传感器的分辨率
分辨率是指传感器感受最小测量变化的能力。也就是说，如果输入量从非零值缓慢变化。当输入变化值不超过某个值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器无法分辨这个输入的变化。只有当输入的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。
通常情况下，传感器在满量程范围内各点的分辨率都是不同的，所以常常以能使输出在满量程范围内逐级变化的输入量的最大变化值作为衡量分辨率的指标。如果将上述指标表示为满量程的百分比，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性呈负相关。
[编辑本段]电阻传感器
电阻传感器是将测量的位移、变形、力、加速度、湿度、温度等物理量转换成电阻值的器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻传感器件。
[编辑本段]电阻应变传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械变形，使电阻值随之变化。电阻应变计有两种:金属和半导体。金属应变片分为丝式、箔式和膜式。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝和箔的几十倍)、横向效应小等优点。
[编辑此段]压阻传感器
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应，在半导体材料衬底上制作扩散电阻的器件。它的衬底可以直接用作测量传感器，扩散电阻以桥的形式连接在衬底中。当基板受到外力变形时，电阻值会发生变化，电桥会产生相应的不平衡输出。
用作压阻传感器的衬底(或膜片)主要是硅晶片和锗晶片。以硅片为敏感材料的硅压阻传感器越来越受到人们的关注，尤其是用于测量压力和速度的固态压阻传感器应用最为广泛。
[编辑本段]热电阻传感器
热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化的特性来测量温度以及与温度相关的参数。这种传感器适用于温度检测精度较高的场合。目前广泛使用的铂、铜、镍等热电阻材料具有电阻温度系数大、线性度好、性能稳定、温度范围宽、易于加工等特点。用于测量-200℃ ~+500℃范围内的温度。
[编辑本段]温度传感器
1，室温管温度传感器:
室温传感器用于测量室内外环境温度，管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温度。室温传感器和管温传感器的形状不同，但温度特性基本相同。根据温度特性，美的目前使用的室温管温度传感器有两种:1，恒定B值4100k±3% %，参考电阻25℃，对应电阻10kω±3%。温度越高，电阻越小；温度越低，电阻越大。离25℃越远，相应电阻的耐受范围越大；在0℃和55℃时，相应的电阻容差约为7%；但在0℃以下和55℃以上，不同供应商的电阻容差会有所不同。附一张表格，显示“韩国新基”传感器的温度与电阻的关系(中间为标称值，左右分别为最小值和最大值):-10 ℃→( 57.1821—62.2756—67.5438+07)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—16.155—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.除了部分老产品，美的空调电控使用的室温管温度传感器中使用的都是这种类型的传感器。常数b的值为3470k 1%，参考电阻为25℃，对应电阻为5kω1%。同样，温度越高，电阻越小；温度越低，电阻越大。离25℃越远，对应电阻的耐受范围越大。附“北陆”传感器温度与电阻的对应关系表(中间为标称值，左右分别为最小值和最大值):-10 ℃→( 22.1498-22.7438+055-23.2829)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.这类传感器只用于一些老产品，如RF7.5WB，T-KFR120C，KFC23GWY等。
2.排气温度传感器:
排气温度传感器用于测量压缩机顶部的排气温度。常数b值为3950K±3%，参考电阻为90℃，对应5kω±3%的电阻。附“日本智普”传感器温度与电阻的对应关系表(中间为标称值，左右分别为最小值和最大值):-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.模块温度传感器:模块温度传感器用于测量变频模块(IGBT或IPM)的温度。目前使用的温度传感器型号为602F-3500F，25℃时参考电阻为6kω1%。几种典型温度对应的电阻值为-10 ℃→( 25.897—28.623)kω；0 ℃→( 16.3248—17.7164)kω；50 ℃→( 2.3262—2.5153)kω；90 ℃→( 0.6671—0.7565)Kω.
[编辑本段]湿度传感器
聚合物电容式湿度传感器通常是在玻璃、陶瓷、硅等材料的绝缘基底上通过丝网印刷或真空镀膜的方法制作，然后将湿敏胶通过浸渍或其他方法涂在电极上制成电容元件。在不同相对湿度的大气环境中，由于湿敏膜吸收水分子，湿度传感器的电容发生有规律的变化，这是湿度传感器的基本机理。聚合物电容元件的温度特性受温度影响，不仅聚合物作为介质的介电常数ε和吸附水分子的介电常数ε，而且元件的几何尺寸也受热膨胀系数的影响。根据德拜理论，液体的介电常数ε是一个与温度和频率有关的无量纲常数。水分子的ε在t = 5℃时为78.36，在t = 20℃时为79.63。有机物ε与温度的关系因材料而异，并不完全遵循正比关系。在某些温度区域，ε随T的增加而增加，而在某些温度区域，ε随T的增加而减少。在聚合物湿敏电容元件的湿敏机理分析中，大部分文献认为聚合物的介电常数较小，如聚酰亚胺的介电常数在低湿度下为3.0-3.8。而水分子介电常数是聚合物ε的几十倍。因此，吸湿后吸水非均质层的介电常数由于水分子的偶极距而大大提高，这是由多相介质的复合介电常数的可加性决定的。由于ε的变化，湿敏电容元件的电容c与相对湿度成正比。在设计和制造过程中很难建立湿度感测特性的全湿范围线性。作为电容器，聚合物介质膜的厚度d和平板电容器的有效面积s也与温度有关。温度变化引起的介质几何形状的变化会影响C值。聚合物的平均热膨胀系数可以达到数量级。比如硝化纤维素的平均热膨胀系数是108x10-5/℃。随着温度的升高，介质膜厚度d增加，对c有负贡献；但湿敏膜的膨胀增加了介质对水的吸附，对c是正贡献，可见湿敏电容的温度特性受多种因素支配，在不同的湿度范围内温漂不同。它在不同的温度区域具有不同的温度系数；不同的湿敏材料具有不同的温度特性。总之，高分子湿度传感器的温度系数不是一个常数，而是一个变量。因此，通常情况下，传感器制造商可以在-10-60摄氏度范围内对传感器进行线性化处理，以减少温度对湿敏元件的影响。
高质量的产品主要使用聚酰胺树脂。产品结构总结如下:在硼硅玻璃或蓝宝石衬底上真空蒸镀金电极，然后喷涂湿敏介质材料形式的平面湿敏薄膜(如上所述)，再在薄膜上蒸镀金电极。湿敏元件的电容与相对湿度成正比，线性度约为2%。虽然测湿性能还可以，但是耐温性和耐腐蚀性不太理想。在工业领域，使用寿命、耐温性、稳定性和耐腐蚀性都需要进一步提高。
陶瓷湿度传感器是近年来大力发展的一种新型传感器。优点是耐高温、湿度滞后、响应速度快、体积小，便于大批量生产。但由于多孔材料，对灰尘影响大，日常维护频繁，经常需要电加热清洗，容易影响产品质量和湿度，在低湿高温环境下线性度差，特别是使用寿命短，长期可靠性差，是这类湿度传感器亟待解决的问题。
目前，在湿敏元件的开发和研究中，电阻式湿度传感器应该是最适合湿度控制的。其代表产品氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性、使用寿命长等诸多重要优点。氯化锂湿度传感器有50多年的生产和研究历史，有多种产品类型和制造方法，都应用了氯化锂湿敏液体的优点，尤其是稳定性最强。
氯化锂湿敏器件属于电解质湿敏材料。在众多湿敏材料中，氯化锂电解质湿敏液体最先引起人们的关注，并被用于制造湿敏器件。氯化锂电解质湿敏液体的等效电导随着溶液浓度的增加而减小。电解质溶于水，以降低水表面的水蒸气压力。
氯化锂湿度传感器的基片结构分为柱状和敷料状，以氯化锂聚乙烯醇涂层为主要成分的感湿液和金电极是氯化锂湿度传感器的三个组成部分。多年来，产品制造不断改进，产品性能不断提高。氯化锂湿度传感器特有的长期稳定性是其他湿敏材料不可替代的，也是湿度传感器最重要的性能。在产品生产过程中，湿敏混合物的制备和工艺的严格控制是保持和发挥这一特性的关键。
生物传感器的概念
生物传感器是将生物活性物质(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)有机结合起来的交叉学科。)与物理和化学传感器。是生物技术发展不可或缺的先进检测手段和监测手段，也是物质分子水平的快速、痕量分析方法。各种生物传感器具有如下相同的结构:它们包括一种或几种相关的生物活性材料(生物膜)和物理或化学换能器(传感器)，这些换能器可以将生物活动所表达的信号转换成电信号。两者结合在一起，用现代微电子和自动化仪器技术对生物信号进行再处理，从而形成各种可用的生物传感器分析装置、仪器和系统。
生物传感器的原理
待检测物质通过扩散进入生物活性材料，并经历分子识别和生物反应。产生的信息再由相应的物理或化学传感器转换成可量化、可处理的电信号，再由二次仪表放大输出，就可以知道待测物质的浓度。
生物传感器的分类
根据其受体所使用的生命物质分类，可分为微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。
根据传感器器件检测原理可分为:热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声通道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。
根据生物敏感物质之间相互作用的类型，可分为亲和型和代谢型两种。
UVA-1210为近紫外光电传感器，在可见光范围内无响应，输出电流与紫外指数呈线性关系。适用于手机、PDA、MP4等便携式移动产品测量紫外线指数，随时提醒人们(尤其是女士)紫外线的强度，注意防晒。它也适用于紫外波段探测器和紫外指数探测器。
紫外线传感器
■电气特性
采用氮化镓基材料；
PIN光电二极管；
光伏工作模式；
对可见光无反应；
暗电流低；
输出电流与紫外线指数成线性关系。
符合欧盟RoHS指令，无铅无镉。
■典型应用
紫外线指数的测量:手机、数码相机、MP4、PDA、GPS等便携式移动产品；
用于紫外探测器:全紫外波段探测器、单UV-A波段探测器、紫外指数探测器、紫外杀菌灯照射探测器。
一次发不了这么多。我会发两次。这是单片机。我有英文版的。请不要抄袭我的。自己找吧。