安全监控原理及应用第二章传感器教案.docx

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安全监控原理及应用第二章传感器教案

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山东科技大学资源与环境工程学院

授课教案本

2011—2012学年第一学期

授课专业安全工程

授课班级安全08，安全08定单

课程名称安全监控原理及应用

授课教师于师建

二○一一年十月

编写日期：

2011年10月5日

课题：

第二章传感器基本理论

教学基本要求：

了解传感器的静态特性和动态特性。

重点与难点：

传感器动态特性。

技能要求：

分析传感器的特性。

教学过程：

第一节传感器的定义、组成及分类

一、传感器的定义

在新韦氏大词典中定义：

传感器是从一个系统接收功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件。

按照这一定义，可以说传感器是一种吸收（提取）、转换和传送能量的器件。

传感器转换能量的理论基础都是利用物理学、化学等各种现象和效应来进行能量形式的变换。

随着微电子和计算机技术的发展，传感器输出信号的形式应尽可能是电量。

下图给出了传感器各种能量之间的转换关系，由图可知，被测量和它们之间的能量的相互转换是各种各样的，为了测量它们，人们已经研究出了很多的检测手段和方法，而且还在不断地加以改进。

所以，检测技术和传感器的发展，从本质上说就是掌握和完善这些方法和手段的过程。

传感器各种能量之间的转换关系

二、传感器的组成

传感器的组成按其定义一般是由敏感元件、变换元件和测量电路三部分组成。

除自源型传感器外，还需外加辅助电源，用框图表示，如图所示。

由图可知，传感器由以下几个部分组成：

（1）敏感元件（预变换器）直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为与被测量有确定关系的易变成电量（包括电量）的其它量的元件。

（2）转换元件（变换器）它能将其它物理量直换转换为有确定关系的电量的元件。

（3）测量电路（变换电路）把转换元件输出的电信号变为便于处理、显示、记录、控制的可用电信号的电路。

测量电路的类型视转换元件的不同而定。

经常采用的有电桥电路和其它特殊电路，加高阻抗输入电路、脉冲电路、振荡电路等。

（4）辅助电源供给转换能量。

三、传感器的分类

用于测控技术的传感器种类繁多，一种被测量可以用不同传感器来测量，而同一原理的传感器通常又可测量多种非电量，因此分类方法各不相同，目前尚没有统一的分类方法，了解传感器的分类旨在加深理解便于应用。

一般常用的分类方法有以下几种：

（1）按输入量分类按输入量可分为温度、压力、位移、速度、湿度等传感器，这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据测量对象来选择所需的传感器。

（2）按测量原理分类

现有传感器的测量原理主要是依据物理学各种定律和效应以及化学原理和固体物理学理论。

如根据电阻定律，相应的有电位计式、应变式传感器；根据变磁阻原理工作的有电感式、差动变压器式、电涡流式等传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器，等等。

（3）按输出量分类

按输出量分类有模拟式传感器和数字式传感器：

模拟量；数字式传感器的特点是的输出信号为数字量。

（4）其它分类

传感器通常也可按结构型和物性型分类。

（1）结构型主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化将外界被测量转换为相应电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测量信号。

这种传感器目前应用得最为普遍。

（2）物性型是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量。

它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。

第二节传感器的作用及其发展

本节自学

第三节传感器的特性

传感器的输入量可分为静态量和动态量两类。

静态量指稳定状态的信号或变化极其缓慢的信号（准静态）。

动态量通常指周期信号、瞬变信号或随机信号。

无论对动态量或静态量，传感器输出电量都应当不失真地复现输入量的变化。

这主要取决于传感器的静态特性和动态特性。

一、传感器的静态特性

主要有独立线性度、零基线性度、端基线性度等。

二、传感器的动态特性

切相关。

当

时，幅频特性的平直段最宽。

传感器组成举例：

力传感器

敏感元件：

弹性等截面悬臂梁

转换元件：

电阻应变片

测量电路：

等臂电桥