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機(jī)電一體化技術(shù) 常用傳感器及其原理 班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓名 學(xué)號(hào) 一 傳感器的分類 傳感器有許多分類方法 但常用的分類方法有兩種 一種是按被測(cè)物理量來分 另一種 是按傳感器的工作原理來分 按被測(cè)物理量劃分的傳感器 常見的有 溫度傳感器 濕度 傳感器 壓力傳感器 位移傳感器 流量傳感器 液位傳感器 力傳感器 加速度傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器等 按工作原理可劃分為 1 電學(xué)式傳感器 電學(xué)式傳感器是非電量電測(cè)技術(shù)中應(yīng)用范圍較廣的一種傳感器 常用的有電阻式傳感器 電容式傳感器 電感式傳感器 磁電式傳感器及電渦流式傳感器等 電阻式傳感器是利用變阻器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)的原理制成 電阻式傳感器一般 有電位器式 觸點(diǎn)變阻式 電阻應(yīng)變片式及壓阻式傳感器等 電阻式傳感器主要用于位移 壓力 力 應(yīng)變 力矩 氣流流速 液位和液體流量等參數(shù)的測(cè)量 電容式傳感器是利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量 從而使電容量發(fā)生 變化的原理制成 主要用于壓力 位移 液位 厚度 水分含量等參數(shù)的測(cè)量 電感式傳感器是利用改變磁路幾何尺寸 磁體位置來改變電感或互感的電感量或壓磁效 應(yīng)原理制成的 主要用于位移 壓力 力 振動(dòng) 加速度等參數(shù)的測(cè)量 磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理 把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電量制成 主要用于流量 轉(zhuǎn)速 和位移等參數(shù)的測(cè)量 電渦流式傳感器是利用金屑在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線 在金屬內(nèi)形成渦流的原理制成 主要用于位移及厚度等參數(shù)的測(cè)量 2 磁學(xué)式傳感器 磁學(xué)式傳感器是利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應(yīng)而制成的 主要用于位移 轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的 測(cè)量 3 光電式傳感器 光電式傳感器在非電量電測(cè)及自動(dòng)控制技術(shù)中占有重要的地位 它是利用光電器件的光 電效應(yīng)和光學(xué)原理制成的 主要用于光強(qiáng) 光通量 位移 濃度等參數(shù)的測(cè)量 4 電勢(shì)型傳感器 電勢(shì)型傳感器是利用熱電效應(yīng) 光電效應(yīng) 霍爾效應(yīng)等原理制成 主要用于溫度 磁通 電流 速度 光強(qiáng) 熱輻射等參數(shù)的測(cè)量 5 電荷傳感器 電荷傳感器是利用壓電效應(yīng)原理制成的 主要用于力及加速度的測(cè)量 6 半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) 磁電效應(yīng) 半導(dǎo)體與氣體接觸產(chǎn) 生物質(zhì)變化等原理制成 主要用于溫度 濕度 壓力 加速度 磁場(chǎng)和有害氣體的測(cè)量 7 諧振式傳感器 諧振式傳感器是利用改變電或機(jī)械的固有參數(shù)來改變諧振頻率的原理制成 主要用來測(cè) 量壓力 8 電化學(xué)式傳感器 電化學(xué)式傳感器是以離子導(dǎo)電為基礎(chǔ)制成 根據(jù)其電特性的形成不同 電化學(xué)傳感器可 分為電位式傳感器 電導(dǎo)式傳感器 電量式傳感器 極譜式傳感器和電解式傳感器等 電 化學(xué)式傳感器主要用于分析氣體 液體或溶于液體的固體成分 液體的酸堿度 電導(dǎo)率及 氧化還原電位等參數(shù)的測(cè)量 另外 根據(jù)傳感器對(duì)信號(hào)的檢測(cè)轉(zhuǎn)換過程 傳感器可劃分為直接轉(zhuǎn)換型傳感器和間接轉(zhuǎn) 換型傳感器兩大類 前者是把輸入給傳感器的非電量一次性的變換為電信號(hào)輸出 如光敏 電阻受到光照射時(shí) 電阻值會(huì)發(fā)生變化 直接把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出 后者則要把輸 入給傳感器的非電量先轉(zhuǎn)換成另外一種非電量 然后再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出 如采用彈簧管 敏感元件制成的壓力傳感器就屬于這一類 當(dāng)有壓力作用到彈簧管時(shí) 彈簧管產(chǎn)生形變 傳感器再把變形量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出 二 生活中常見的傳感器 1 溫度傳感器 種類 數(shù)字信號(hào)輸出傳感器 類型及應(yīng)用場(chǎng)合 DS18B20 18B20 數(shù)字溫度傳感器 可應(yīng)于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控 制領(lǐng)域 外形如圖 1 1 所示 圖 1 1 熱敏電阻傳感器 類型及應(yīng)用場(chǎng)合 熱敏電阻 5K10K 溫度傳感器 溫度 探頭 外形如圖 1 2 所示 圖 1 2 MTS102 溫度傳感器 溫度范圍 40 150 外形如圖 1 3 所示 圖 1 3 溫度傳感器的電路圖 如圖 1 4 所示 圖 1 4 2 超聲波傳感器 種類 超聲波傳感器 TCT40 16F S 收 發(fā) 外形如圖 2 1 所示 圖 2 1 超聲波傳感器 TCT40 16F S 收發(fā) 一體 外形如圖 2 2 所示 圖 2 2 超聲波測(cè)距模塊 最大檢測(cè)距離 5m 外形如圖 2 3 所示 圖 2 3 超聲波測(cè)距模塊 可以直接裝在機(jī)器人上 作為尋物 避障探測(cè)等應(yīng)用 外形如圖 2 4 所 示 圖 2 4 超聲波傳感器電路圖如圖 2 5 所示 圖 2 5 3 加速度傳感器 種類及應(yīng)用場(chǎng)合 MMA7660 MMA7660FC 超小低功耗 三軸加速度傳感器 三軸加速度感應(yīng) 可應(yīng)于小車 機(jī)器人等的傾角控制 外形如圖 3 1 所示 圖 3 1 4 氣體煙霧傳感器 煙霧傳感器 MQ 2 可用于檢測(cè) CO CH4 等可燃性氣體 外形如圖 4 1 所示 圖 4 1 酒精傳感器 MQ 3 半導(dǎo)體酒精傳感器 MQ 3 外形如圖 4 2 所示 圖 4 2 5 濕度傳感器 濕敏電阻 濕度敏感元器件 具有感濕范圍寬 靈敏度高 濕滯洄差小 響應(yīng) 速度快 外形如圖 5 1 所示 圖 5 1 6 振動(dòng)傳感器 位移傳感器 CLA 3 外形如圖 6 1 所示 圖 6 1 7 霍爾開關(guān)傳感器 霍爾開關(guān)傳感器 電機(jī)測(cè)速 位置檢測(cè) 可用于電機(jī)測(cè)速 位置檢測(cè)等場(chǎng) 外 形如圖 7 1 所示 圖 7 1 8 無線遙控組建 315M 常用于報(bào)警器設(shè)防 車庫門遙控 摩托車 汽車的防盜報(bào)警等 外 形如圖 8 1 所示 圖 8 1 9 24GHz 雷達(dá)傳感器 外形如圖 9 1 所示 圖 9 1 它是一種可以將微波回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為一種電信號(hào)的裝換裝置 是雷達(dá)測(cè)速儀 水位計(jì) 汽車 ACC 輔助巡航系統(tǒng) 自動(dòng)門感應(yīng)器等的核心芯片 10 光電式傳感器 photoelectric transducer 基于光電效應(yīng)的傳感器 在受到可見光照射后即產(chǎn) 生光電效應(yīng) 將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出 它除能測(cè)量光強(qiáng)之外 還能利用光線的透射 遮擋 反射 干涉等測(cè)量多種物理量 如尺寸 位移 速度 溫度等 因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要 敏感器件 光電測(cè)量時(shí)不與被測(cè)對(duì)象直接接觸 光束的質(zhì)量又近似為零 在測(cè)量中不存在摩擦和對(duì) 被測(cè)對(duì)象幾乎不施加壓力 因此在許多應(yīng)用場(chǎng)合 光電式傳感器比其他傳感器有明顯的優(yōu)越性 其缺點(diǎn)是在某些應(yīng)用方面 光學(xué)器件和電子器件價(jià)格較貴 并且對(duì)測(cè)量的環(huán)境條件要求較高 速騰車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器為光電式傳感器 外形如圖 10 1 所示 圖 10 1 11 空氣質(zhì)量傳感器 外形如圖 11 1 所示 圖 11 1 它是 semiconductor transducer 利用半導(dǎo)體材料的各種物理 化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器 所采用的半導(dǎo)體材料多數(shù)是硅以及 族和 族元素化合物 半導(dǎo)體傳感器種類繁多 它 利用近百種物理效應(yīng)和材料的特性 具有類似于人眼 耳 鼻 舌 皮膚等多種感覺功能 12 感器 外形如圖 12 1 所示 圖 12 1 空氣流量傳感器是測(cè)定吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的傳感器 電子控制汽油噴射發(fā)動(dòng)流量傳感器機(jī) 為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣 必須正確地測(cè)定每一瞬間吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空 氣量 以此作為 ECU 計(jì)算 控制 噴油量的主要依據(jù) 如果空氣流量傳感器或線路出現(xiàn)故障 ECU 得不到正確的進(jìn)氣量信號(hào) 就不能正常地進(jìn)行噴油量的控制 將造成混合氣過濃或過稀 使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常 13 位置傳感器 外形如圖 13 1 所示 圖 13 1 也叫同步信號(hào)傳感器 它是一個(gè)氣缸判別定位裝置 向 ECU 輸入凸輪軸位置信號(hào) 是點(diǎn)火控制 的主控信號(hào) 有曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器兩類 14 感器 外形如圖 14 1 所示 圖 14 1 一個(gè)同軸的容器 當(dāng)油進(jìn)入容器后引起傳感器殼體和感應(yīng)電極之間電容量的變化 這個(gè)變化量 通過電路的轉(zhuǎn)換并進(jìn)行精確的線性和溫度補(bǔ)償 輸出 4 20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)給顯示儀表 位置 油底 殼部位