傳感器的分類方法及其分類有哪些
劉路路
發(fā)布于2022-11-11 18:53
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標(biāo)簽:傳感器
傳感器種類和規(guī)格繁多,功能各異,工作原理和使用條件各不相同,分類方法也多種多樣現(xiàn)將常采用的分類方法歸納如下:
(1)按傳感器輸入的物理量和測量對象的不同分類
分為位移、壓力、速度、溫度、稱重、濕度、光線、流量、氣體成分等傳感器。這種分類方法明確地說明了傳感器的用途,使用者可以方便地根據(jù)測量對象選擇所需要的傳感器。但這種分類方法將原理不同的傳感器歸為一類,因此對掌握傳感器的一些基本原理及分析方法是不利的。
(2)按傳感器工作與檢測原理分類
分為電阻式、電容式、電感式、壓電式、電磁式、磁阻式、光電式、壓阻式、熱電偶式、樓輻射式、半導(dǎo)體式等傳感器。進(jìn)一步細(xì)分,例如,根據(jù)變電阻原理,有電位器式、應(yīng)變片式、壓阻式等傳感器根據(jù)電磁感應(yīng)原理,有電感式、差壓式、電渦流式、電磁式、磁阻式等傳感器;根據(jù)半導(dǎo)體有關(guān)理論,有半導(dǎo)體力敏、熱敏、光敏、氣敏、磁敏等固態(tài)傳感器。
傳感器的工作與檢測原理指傳感器工作時所依據(jù)的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)等機(jī)理。這種分類方法便于傳感器專業(yè)工作者從原理與設(shè)計上作歸納性的分析研究,避免了傳感器的名目過于繁多,故最常采用。
有時也把用途和原理結(jié)合起來命名,例如電感式位移傳感器、壓電式力傳感器等。(3)按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類分為數(shù)字式傳感器和模擬式傳感器。
數(shù)字式傳感器是指能直接將非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,可以直接用于數(shù)字顯示和計算,可直接配合計算機(jī),具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。這類傳感器可分為脈沖、頻率和數(shù)碼輸出三類。例如光柵傳感器等。
模擬式傳感器是指將被測非電量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的電壓或電流,如果要求配合數(shù)字顯示器或數(shù)字計算機(jī),需要配備A-D轉(zhuǎn)換裝置。
(4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系分類
分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。
能量轉(zhuǎn)換型(又稱有源式、自源式、發(fā)電式)是指在進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換時不需要另外提供能量直接由被測對象輸入能量,把輸入信號能量變換為另一種形式的能量輸出。有源式傳感器類似一臺微型發(fā)電機(jī),它能將輸入的非電能量轉(zhuǎn)換成電能輸出,傳感器本身不需外加電源,信號能量直接從被測對象取得。因此只要配上必要的放大器就能驅(qū)動顯示記錄儀表。這種傳感器有壓電式壓磁式、電磁式、電動式、熱電偶、光電池、霍爾元件、磁致伸縮式、電致伸縮式、靜電式等傳感器。這類傳感器中,有一部分能量的轉(zhuǎn)換是可逆的,也可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或其他非電量,如壓電式、壓磁式、電動式等傳感器。
能量控制型(又稱無源式、他源式、參量式)是指在進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換時,需要先供給能量,即從外部供給輔助能源使傳感器工作,且由被測量量來控制外部供給能量的變化。對于無源式傳感器,被測非電量只是對傳感器中的能量起控制或調(diào)制作用,需通過測量電路將它變?yōu)殡妷毫炕螂娏髁?,然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大、以驅(qū)動指示或記錄儀表,配用的測量電路通常是電橋電路或諧振電路。這種傳感器有電阻式、電容式、電感式、差動變壓器式、渦流式、熱敏電阻、光敏管、光敏電阻、濕敏電阻、磁敏電阻等傳感器。
(5)按傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)在信號變換過程中是否發(fā)生變化分類
分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器。
物性型傳感器是指在實(shí)現(xiàn)信號的變換過程中結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不變,利用某些物質(zhì)材料(敏感元件)本身的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化而實(shí)現(xiàn)信號變換的。這種傳感器一般沒有可動結(jié)構(gòu)部分,易小型化,故也被稱作固態(tài)傳感器,它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電體等作為敏感材料的固態(tài)器件。例如熱電偶,壓電石英晶體,熱電阻以及力敏、熱敏、濕敏、氣敏、光敏等半導(dǎo)體傳感器。
結(jié)構(gòu)型傳感器是指依靠傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何形狀或尺寸(即結(jié)構(gòu)參數(shù))的變化而將外界被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻、電感、電容等物理量的變化,實(shí)現(xiàn)信號變換,從而檢測出被測信號。例如電容式、電感式、應(yīng)變片式、電位差計式等傳感器。
(6)按傳感器與被測對象的關(guān)聯(lián)方式(是否接觸)分類分為接觸式和非接觸式傳感器。
接觸式傳感器,例如電位差計式、應(yīng)變式、電容式、電感式等傳感器。接觸式的優(yōu)點(diǎn)是傳感器與被測對象視為一體,傳感器的標(biāo)定無須在使用現(xiàn)場進(jìn)行,缺點(diǎn)是傳感器與被測對象接觸會對被測對象的狀態(tài)或特性產(chǎn)生或多或少的影響。
非接觸式傳感器可以消除由于傳感器介入而帶來的對被測量的影響,提高了測量的準(zhǔn)確性,同時也使傳感器的使用壽命增加。但是,非接觸式傳感器的輸出會受到被測對象與傳感器之間介質(zhì)或環(huán)境的影響,因此,傳感器的標(biāo)定必須在使用現(xiàn)場進(jìn)行。
(7)按作用形式分類
分為主動型和被動型傳感器。
主動型傳感器又分為作用型和反作用型傳感器,此種傳感器對被測對象能發(fā)出一定的探測信號,能檢測探測信號在被測對象中所產(chǎn)生的變化,或由探測信號在被測對象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成檢測信號。檢測探測信號變化方式的稱為作用型,檢測產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號方式的稱為反作用型。雷達(dá)與無線電頻率范圍探測器是作用型的實(shí)例,而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型的實(shí)例。
被動型傳感器只是接收被測對象本身產(chǎn)生的信號,例如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等。(8)按照制造工藝和制造材料分類
按照制造工藝分為集成、薄膜、厚膜等傳感器按照制造材料分為金屬、聚合物、半導(dǎo)體、陶瓷、混合物等傳感器。
(9)按應(yīng)用領(lǐng)域分類
分為工業(yè)、民用、科研、醫(yī)療、農(nóng)用、軍用等傳感器。