传感器.docx

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传感器

·电容传感器

（

）电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化。

（

）其特点：

（1）小功率、高阻抗。

（2）小的静电引力和良好的动态特性。

（3）本身发热影响小。

（4）可进行非接触测量。

（5）温度稳定性好

传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，且空气等介质损耗很小，因此只要从强度、温度系数等机械特性考虑，合理选择材料和几何尺寸即可，其他因素（因本身发热极小）影响甚微。

而电阻式传感器有电阻，供电后产生热量；电感式传感器存在铜损、涡流损耗等，引起本身发热产生零漂。

（6）结构简单，适应性强

电容式传感器结构简单，易于制造。

能在高低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，适应能力强，尤其可以承受很大的温度变化，在高压力、高冲击、过载等情况下都能正常工作，能测超高压和低压差，也能对带磁工件进行测量。

此外传感器可以做得体积很小，以便实现某些特殊要求的测量

（7）静电引力小

电容传感器两极板间存在着静电场，因此极板上作用着静电引力或静电力矩。

静电引力的大小与极板间的工作电压、介电常数、极间距离有关。

一般说来，这种静电引力是很小的，因此只有对推动力很小的弹性敏感元件，才须考虑因静电引力造成的测量误差

（8）动态响应好

电容式传感器由于极板间的静电引力很小，（约几个10-5N），需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几MHz的频率下工作，特别适合动态测量。

又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。

它可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等。

（9）可以实现非接触测量、具有平均效应

当被测件不能允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务。

当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。

电容式传感器除上述优点之外，还因带电极板间的静电引力极小，因此所需输入能量极小，所以特别适宜低能量输入的测量，例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001µm甚至更小的位移。

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）电容式传感器的应用主要应用于压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量之中。

（1）电容式接近开关

（2）电容式油量表

当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处。

当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。

当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（x处）。

（3）电容式差压变送器

·压力传感器

（

）压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

（

）压力传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。

压力式加速度传感器是一种常用的加速度计。

它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。

压力式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。

压力式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。

也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。

它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

　　压力式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压力传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压力传感器的应用就非常广。

　　除了压力传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等

（

）主要应用

（1）陶瓷压力传感器抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。

通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。

陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。

电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。

高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

（2）蓝宝石压力传感器工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

（3）扩散硅压力传感器

·温度传感器

（

）特点

（1）测量精度高。

因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

（2）测量范围广。

常用的温度传感器热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

（3）构造简单，使用方便。

温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

（

）应用

（1）温度传感器在汽车中的应用：

车用传感器是汽车电子设备的重要组成部分，担负着信息收集的任务在汽车电喷发动机系统、自动空调系统中，温度是需测量和控制的重要参数之一，发动机热状态的测量、气体及液体温度的测量，都需要温度传感器来完成。

因而车用温度传感器是必不可少的。

由于发动机工作在高温（发动机表面温度可达150℃、排气管可达650℃）振动（加速度30g）、冲击（加速度50g）、潮湿（100%RH，-40℃、-120℃）以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中，因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2个数量级，其中最关键的是测量精度和可靠性。

否则，由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障。

温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。

温度传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种订类型。

三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。

线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。

已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器（通用型-50℃～130℃，精度1.5%，响应时间10ms；高温型600℃～1000℃，精度5%，响应时间100ms），铁氧体式温度传感器（ON/OFF型，-40℃～120℃，精度2.0%）、金属或半导体膜空气温度传感器（-40℃～150℃，精度2.0%、5%，响应时间20ms）等。

（2）温度传感器在家用电器中的应用:

温度传感器广泛应用于家用电器（微波炉、空调、油烟机、吹风机、烤面包机、电磁炉、炒锅、暖风机冰箱、冷柜、热水器、饮水机、洗碗机、消毒柜、洗衣机、烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等场合的温度测量与控制等）医用/家用体温计，便携式非接触红外温度测量仪等等许多方面。

·空气流量传感器

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）空气流量传感器，也称空气流量计，是电喷发动机的重要传感器之一。

它将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元（ECU），作为决定喷油的基本信号之一。

是测定吸入发动机的空气流量的传感器。

空气流量传感器（AFS）又称为空气流量计（AFM），是进气歧管质量型空气流量传感器（MAFS）的简称，其功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息变换成电信号输入ECU，以供ECU计算确定喷油时间和点火时间。

进气量信号是ECU计算喷油时间和点火时间的主要依据。

根据检测进气量的方式不同，空气流量传感器分为D型（即压力型）和L型（即空气流量型）两种类型。

D型是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。

装备D型传感器的系统称为D型燃油喷射系统，控制系统利用该绝对压力和发动机转速来计算吸入气缸的空气量，故又称为速度一密度型燃油喷射控制系统。

由于空气在进气歧管内流动时会产生压力波动，发动机怠速（节气门关闭）时的进气量与汽车加速（节气门全开）时的进气量之差可达40倍以上，进气气流的最大流速可达80m／s，因此D型燃油喷射系统的测量精度不高，但控制系统的成本较低。

L型是利用流量传感器直接测量吸人进气管的空气流量。

因为采用直接测量方式，所以进气量的测量精度较高，控制效果优于D型燃油喷射系统。

汽车采用的L型传感器分为体积流量型（如翼片式、量芯式、涡流式）传感器和质量型空气流量（如热丝式和热膜式）传感器。

热膜式流量传感器内没有运动部件，因此没有流动阻力，且使用寿命远远长于热丝式流量传感器。

国产捷达AT、GTX和桑塔纳2000GSi型轿车采用了热膜式空气流量传感器，安装在空气滤清器与进气软管之间。

（

）种类

（1）翼片式空气流量传感器翼片式AFS又称为叶片式、动片式、风门式、量板式AFS，是一种利用力矩平衡原理和电位计原理而开发研制的机械式传感器，已经持续生产使用多年。

它具有结构简单、价格便宜、可靠性高等优点。

丰田皇冠2．8、佳美、子弹头、马自达多用途汽车燃油喷射系统都采用了翼片式AFS。

翼片式空气流量传感器主要由检测部件、电位计、调整部件、接线插座和进气温度传感器五部分组成。

（2）量芯式空气流量传感器量芯式空气流量传感器的结构与翼片式流量传感器相似，主要由量芯、电位计、进气温度传感器和线束插座等组成。

检测部件是一个椭圆球体量芯，安装在进气道内，并可沿进气道移动，即用量芯代替了翼片式传感器的翼片总成。

电位计滑臂的一端与量芯连接，另一端设有滑动触点，量芯移动时，触点可在印制电路板的镀膜电阻上滑动。

量芯式传感器没有设置旁通进气道和怠速混合气调整螺钉，怠速时的混合气浓度由ECU根据氧传感器输入的信号进行调节。

量芯式空气流量传感器的测量原理与翼片式传感器相似。

当节气门开度增加时，发动机的进气量增大，进气道内空气气流对量芯产生的推力力矩增大，气流推力力矩克服复位弹簧的弹簧力矩使量芯移动的距离增大，量芯带动电位计滑臂转动的角度增大，传感器输出端子之间的阻值减小，输出的信号电压降低；反之，当节气门开度减小时，传感器信号电压升高。

ECU根据传感器输入信号电压的高低，即可计算出进气量的大小。

（3）涡流式空气流量传感器涡流式空气流量传感器是根据卡尔曼涡流理论，利用超声波或光电信号，通过检测旋涡频率来测量空气流量的一种传感器。

众所周知，当野外架空的电线被风吹时，就会发出“嗡、嗡…”响声，风速越高，声音频率越高，这是气流流过电线后形成旋涡（即涡流）所致。

液体、气体等流体均会发生这种现象。

在流体中，放置一个柱状物体（称为涡流发生器）后，在其下游流体中就会形成两列平行状旋涡，并且左右交替出现，如图2-13所示，因此，根据旋涡出现的频率，就可测量出流体的流量。

由于旋涡与街道两旁的路灯类似，故称其为“涡街”。

因为这种现象首先被卡尔曼发现，所以称为卡尔曼涡街或卡尔曼涡流。

汽车最新科技之ESP车辆防侧滑稳定系统

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）电子稳定装置（ElectronicStablityProgram，简称ESP）是由著名的汽车零部件供应商博世发明的，奔驰汽车公司首先应用在它的A级车上。

ESP包含ABS（防抱死刹车系统）及ASR（防侧滑系统），是这两种系统功能上的延伸。

因此，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。

ESP系统由控制单元及转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等组成。

控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。

有ESP与只有ABS及ASR的汽车，它们之间的差别在于ABS及ASR只能被动地作出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。

ESP对过度转向或不足转向特别敏感，例如汽车在路滑时左拐过度转向（转弯太急）时会产生向右侧甩尾，传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。

当然，任何事物都有一个度的范围，如果驾车者盲目开快车，现在的任何安全装置都难以保全;ESP大概由以下几部分组成：

（1）传感器：

转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器、方向盘油门刹车踏板传感器等。

这些传感器负责采集车身状态的数据。

（2）ESP电脑：

将传感器采集到的数据进行计算，算出车身状态然后跟存储器里面预先设定的数据进行比对。

当电脑计算数据超出存储器预存的数值，即车身临近失控或者已经失控的时候则命令执行器工作，以保证车身行驶状态能够尽量满足驾驶员的意图。

（3）执行器：

说白了ESP的执行器就是4个车轮的刹车系统，其实ESP就是帮驾驶员踩刹车。

和没有ESP的车不同的是，装备有ESP的车其刹车系统具有蓄压功能。

简单的说蓄压就是电脑可以根据需要，在驾驶员没踩刹车的时候替驾驶员向某个车轮的制动油管加压好让这个车轮产生制动力。

另外ESP还能控制发动机的动力输出什么的，反正是相关的设备他都能插一腿！

（4）与驾驶员的沟通：

仪表盘上的ESP灯。

（

）ESP的工作过程：

（1）这车左转当车辆出现转向不足的时候（就是速度太快拐不过来了）。

ESP各个传感器会把转向不足的消息告诉电脑，然后电脑就控制左后轮制动，产生一个拉力和一个扭力来对抗车头向右推的转向不足趋势。

（2）还是左转，后轮抓地不足或者后驱车油门踩猛了出现转向过度的时候（就是甩屁股）。

ESP会控制右前轮制动，同时减小发动机输出的功率。

纠正错误的转向姿态。

（3）直线刹车由于地面附着力不均匀出现跑偏的时候（这事有ABS的车也会出现，我下雪的时候老在雪地上这么玩，这时候车身会向抓地强的一边跑偏）。

ESP会控制附着力强的轮子减小制动力，让车按照驾驶员预想的行驶线路前进。

同样当一边刹车一边转向的时候ESP也会控制某些车轮增大制动力或者减小制动力让车子按照驾驶员的意图行进。

（

）传感器的作用

（1）转向传感器用于检测转动设备的“转向”，监测汽车方向盘的转向角度

（2）车轮传感器监测各个车轮的速度转动

（3）侧滑传感器监测车体绕垂直轴线转动的状态

（4）横向加速度传感器监测汽车转弯时的离心力

中南民族大学

身边的检测技术

学生姓名：

黄海娇

学生学号：

09073012

所在院系：

09级生物医学工程

教师姓名：

魏红昀

2010．12．15