传感器技术示范论文
传感器技术论文第一篇范文
传感器及其概述
摘要
传感器(英文名:transducer/sensor)是一种直接作用于被测值，并能按一定规则转换成相同或其他值输出的装置。目前传感器转换的大部分信号都是电信号，所以从狭义上来说，传感器就是把外界输入的非电信号转换成电信号的器件。
关键词新型传感器
1前言
传感器是测试系统的一部分，其功能类似于人的感觉器官，也可以认为是人的感官的延伸。在传感器的帮助下，人们可以探测到人们不能或不能用感官直接感知的事物。例如，热电偶可以测量热物体的温度。超声波传感器可以测量海水的深度；红外遥感器可用于从高空探测地面地形、河流状态和植被分布。因此，可以说传感器是人们认识自然事物的有力工具，是测量仪器和被测物体之间的接口。通常，传感器在测试设备的输入端，是测试系统的第一个环节。它的性能直接影响整个测试系统，对测试精度有很大影响。
2传感器的分类
根据被测物理量的不同，可分为位移、力、温度、流量传感器等。根据工作基础的不同，可分为机械传感器、电传感器、光传感器、流体传感器等。根据信号变换的特点，可分为物理传感器和结构传感器；根据敏感元件与被测对象的直接能量关系，可分为能量转换传感器和能量控制传感器。
3常见传感器介绍
3.1电阻应变传感器
电阻应变传感器又称电阻应变片，其敏感元件是电阻应变。应变仪是将直径约为0.025毫米的金属丝或金属箔粘贴在浸有苯酚、环氧树脂等绝缘材料的玻璃基板上制成的。敏感元件也称为敏感网格。它具有体积小、动态响应快、测量精度高、使用简单等优点。已广泛应用于航空、机械、建筑等行业。电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形，其电阻值随机械变形的变化而变化。分为金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属应变片可分为丝式、箔式和薄膜式。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。两者的主要区别在于金属电阻应变片是由导体变形引起的，而半导体应变片是由电阻率变化引起的。
3.2电容式传感器
电容式传感器是将被测物理量转换成电容变化的器件，本质上是一个参数可变的电容器。因为电容与极距成反比，与对面面积和介质成正比，所以可以分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种。极距变容传感器的优点是可用于动态非接触测量，对被测系统影响小，灵敏度高，适合测量微小位移。然而，这种传感器具有非线性特性，因此其应用范围受到限制。面积变化传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极距传感器相比，灵敏度较低，适用于大直线或角位移的测量。中变型多用于测量液体高度等场合。
3.3感应传感器
电感式传感器是将被测物理量，如力、位移等转换成电感的装置，其转换是基于电磁感应原理。电感式传感器有很多种，包括自感式、互感式和涡流式。
电感式传感器具有以下特点:结构简单，无可动电触点，因此工作可靠，寿命长。灵敏度和分辨率高，可测量0.01微米的位移变化。传感器输出信号强，电压灵敏度可达每毫米数百毫伏。线性和重复性良好。在一定的位移范围内(几十微米到几毫米)，传感器的非线性误差可达0.05% ~ 0.1%。同时，这种传感器可以实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，广泛应用于工业自动控制系统中。但是，它也有一些缺点，如频率响应低，不适合快速动态测量和控制。
3.4磁电传感器
磁电式传感器是一种将被测物理量转化为感应电动势的传感器，又称电磁感应传感器或电动式传感器。它的工作原理是一个n匝线圈。当通过它的磁通量发生变化时，线圈产生感应电动势。磁通的变化可以通过多种方式实现，如磁体与线圈之间切割磁力线的运动、磁路磁阻的变化、恒定磁场中线圈面积的变化等，因此可以制造不同类型的传感器来测量转速和扭矩。
3.5压电传感器
压电传感器是一种可逆传感器，利用某些物质的压电效应来工作。在最简单的压电传感器中，金属在压电晶片的两个工作面上蒸发形成金属膜，形成两个电极。当晶片处于压力下时，两个极板上积累了等量但极性相反的电荷，形成电场。因此，压电传感器既可以看作电荷发生器，也可以看作电容器。
4个新传感器
4.1生物传感器
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)和能将生物活动所表达的信号转换成电信号的物理或化学换能器(传感器)。它们结合在一起，用现代微电子和自动仪器技术对生物信号进行再处理，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:待测物质通过扩散进入生物活性材料，经过分子识别后发生生物反应，产生的信息再由相应的物理或化学换能器转换成可量化、可处理的电信号，再由二次仪表放大输出，即可得知待测物质的浓度。
4.2激光传感器
激光传感器:利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光探测器和测量电路组成。激光传感器是一种新型的测量仪器，具有非接触式远距离测量、速度快、精度高、测量范围大、抗光电干扰能力强等优点。激光传感器原理:激光传感器工作时，激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。激光被目标反射后向四面八方散射。部分散射光返回到传感器接收器，并在被光学系统接收后成像在雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种具有内部放大功能的光学传感器，因此可以探测到极其微弱的光信号，并将其转换成相应的电信号。
5结束语
随着科学技术的飞速发展，人们认识世界的能力也在不断提高。传感器在获取自然和生产领域发挥着巨大的作用。目前，传感器技术在促进经济发展和社会进步中发挥着重要作用。相信在未来，传感器技术会有一个飞跃。
作者简介
杨(1991-)，女，河北省邯郸市人。现在是郑州大学的本科生。他的主要研究方向是机械工程和自动化。
作者单位
河南省郑州市郑州大学机械工程学院450001
传感器技术论文第2篇范文
温度传感器
摘要:温度传感器是发展最早、应用最广泛的传感器。据调查，早在1990年，温度传感器的市场份额就大大超过了其他传感器。从17世纪初，伽利略发明温度计时，人们就开始测量温度。真正把温度转换成电信号的传感器是德国物理学家Sebe在1821年发明的，也就是我们现在使用的热电偶传感器。随后，铂电阻温度传感器、半导体热电偶温度传感器、PN结温度传感器、集成温度传感器相继问世。这也使得温度传感器在我们的生产和生活中得到了更广泛的应用。本文主要介绍温度传感器的分类、工作原理及应用。
关键词:温度传感器；温度；摄氏度
中国图书馆分类号:TP212文献识别码:A文号:1674-7712(2014)02-0000-01。
温度传感器利用物质的各种物理性质随温度变化的规律，将温度转换成可用的输出信号。温度传感器是温度测量仪器的核心部分，种类繁多。按测量方法可分为接触式和非接触式两大类现代温度传感器的外形非常小巧，这使得它们广泛应用于生产实践的各个领域，为我们的生活提供了无数的便利和功能。
一、温度的相关知识
温度是用来表征物体冷热程度的物理量。温度的高低要用数字来量化，温标就是温度的数值表示。常用的温标有摄氏温标和热力学温标。
在摄氏标度中，沸水的温度设定为100摄氏度，冰水混合物的温度设定为0摄氏度，在100摄氏度和0摄氏度之间做100等份，每个等份为1摄氏度。热力学温标是威廉和汤姆提出的，基于热力学第二定律建立了热力学温标，其中温度只与热有关，与物质无关。因为是用开尔文概括的，所以也叫开尔文温标。
二、温度传感器的分类
根据测量方法的不同，温度传感器可分为接触式和非接触式。接触式温度传感器是指传感器与被测物体直接接触，从而测量温度。这也是测温的基本形式。其中，接触式温度传感器分为热电偶温度传感器、热电阻温度传感器、半导体热敏电阻温度传感器等。
非接触式温度传感器测量物体热辐射发出的红外线，从而测量出物体的温度，可用于遥测。
三、温度传感器的工作原理
(1)热电偶温度传感器。热电偶温度传感器是应用最广泛的温度传感器，结构简单，仅由两种不同材料的导体或半导体焊接而成。
热电偶温度传感器是根据热电效应原理制作的:两种不同的金属A和B形成一个闭合回路，两个触点温度分别为t1和t2，会在回路中产生一个电动势。
热电偶也是由两种不同材料的导体或半导体A、B焊接而成，焊接端称为工作端或热端。与导线相连的一端称为自由端或冷端，导体A和B称为热电极，统称为热电偶。测量时，工作端与被测物体接触。测量仪器是一个电位计，用来测量热电偶的热电动势。连接线是补偿线和铜线。
从表中我们观察到的是热电动势，而要知道物体的温度，需要看热电偶的分度表。
为了保证测温结果足够准确，在热电极材料的选择上也有严格的要求:物理化学稳定性高；电阻温度系数低；高导电性；热电动势较大；热电动势应与温度成线性或简单的函数关系；重现性好；易于加工等。根据常用的热电极材料，热电偶温度传感器可分为标准化热电偶和非标准化热电偶。铂铑铂热电偶是常用的高熔点标准化热电偶，可用于测量高温，误差小，但价格昂贵，一般适用于较精密的温度测量。铁-康铜是常用的非标热电偶，测温上限为600摄氏度，易生锈，但温度与热电动势有很好的线性关系，灵敏度高。
(2)电阻温度传感器。热电偶温度传感器虽然结构简单，测量准确，但只适合测量500摄氏度以上的高温。要测量-200摄氏度至500摄氏度的中低温物体，就必须使用电阻式温度传感器。
电阻式温度传感器利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度。大多数金属的电阻在温度上升1摄氏度时会增加0.4%到0.6%。电阻式温度传感器是将温度的变化转换成电阻值的变化，再通过测量电桥转换成电压信号送至显示仪表。
(3)半导体热敏电阻。半导体热敏电阻的特点是灵敏度高、体积小、响应快。它是利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成的。分为三种:(1)NTC热敏电阻，主要由锰、钴、镍、铁等金属的氧化物烧结而成，具有负温度系数。(2)CTR热敏电阻，利用V、Ge、W、P等元素的氧化物在弱还原气氛下形成烧结体，也具有负温度系数。(3)PTC热敏电阻，是用掺有稀土元素的钛酸钡烧结而成的半导体陶瓷元件，具有正的温度系数。正因为PTC热敏电阻具有正温度系数，所以也被做成温控开关。
(4)非接触式温度传感器。非接触式温度传感器的测温元件不与被测物体接触。目前最常用的原理是辐射换热。这种测温方法的主要特点是:可测量运动中的小目标和热容量小或变化快的物体，也可用于测量温度场的温度分布，但受环境温度影响较大。
四、温度传感器的应用实例
(A)汽车中温度传感器的应用。温度传感器的作用是测量进气、冷却水、燃油等的温度。并将测量结果转换成电信号发送给ECU。对于汽油机的所有电控系统来说，进气温度和冷却水温度是ECU进行控制的两个必不可少的温度参数，而其他温度参数则因电控系统的类型和控制需要而有所不同。空气温度传感器通常安装在空气流量计或空气滤清器与节气门体之间的进气口或空气流量计中，水温传感器安装在发动机冷却水通道、气缸盖或发动机机体上的适当位置。有许多类型的传感器可用于测量温度，如绕线电阻、扩散电阻、半导体晶体管、金属芯、热电偶和半导体热敏电阻。目前，热敏电阻温度传感器在进气温度和冷却水温度的测量中应用最为广泛。
(2)利用温度传感器调节浴室的温度。温度传感器还可以调节浴室的温度，尤其是洗澡的时候，所以需要自动调节浴室的温度。通过温湿度传感器和气体传感器，可以很好的控制卫生间的环境，让我们拥有舒适的生活。目前大部分酒店和一些公共场所已经实现了自动调节，而普通家庭的厕所仍然是手动操作，没有实现自动调节。这主要是因为普通客户不知道使用传感器可以实现自动化。随着未来人们的进一步了解，普通家庭的厕所也可以实现自动调节。
参考资料:
周琦。集成温度传感器的设计[D].西安电子科技大学，2007。