理论教育 常见传感器类型介绍-物联网技术

常见传感器类型介绍-物联网技术

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前应用较多的均属于这类湿敏元件。压电式加速度传感器的特点是体积较小、重量较轻、使用温度范围广。压阻式加速度传感器适用于测量车辆振动、汽车碰撞试验、爆炸试验等产生的冲击程度。3)利用电化学性质的烟雾传感器:如电流型烟雾传感器、电动势型气体传感器等。

常见传感器类型介绍-物联网技术

1.温度传感器

温度传感器利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量。这些呈现规律性变化的物理性质主要有金属导体和半导体材料。温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。温度传感器主要有电阻式传感器、热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器等。

由于大多数金属材料得到电阻都具有随温度变化的特性,电阻式传感器就是利用金属材料的温度系数而制成的温度传感器。

热电偶传感器(简称热电偶)是建立在物体的热电效应的基础之上。其基本原理是两种不同成分的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势,即热电动势。这类传感器主要用于高温测量,如冶金行业的锅炉温度测量。

晶体二极管或晶体管的PN结的结电压是随温度而变化的,利用这种特性可以直接采用二极管或采用硅晶体管接成二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性,尺寸小的特点。

2.湿度传感器

空气的干湿程度叫作湿度,常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。通常空气的温度越高,最大湿度就越大。随着时代的发展,科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天电力等工业部门越来越需要采用湿度传感器。

湿度传感器基本都是利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要分为两大类:水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。利用水分子有较大的偶极矩,易于附着并渗透入固体表面的特性制成的湿敏元件称为水分子亲和力型湿敏元件。例如,利用水分子附着或浸入某些物质后,其电气性能(电阻值、介电常数等)发生变化的特性可制成电阻式湿敏元件、电容式湿敏元件;利用水分子附着后引起材料长度变化,可制成尺寸变化式湿敏元件,如毛发湿度计。金属氧化物是离子型结合物质,有较强的吸水性能,不仅有物理吸附,而且有化学吸附,可制成金属氧化物湿敏元件。这类元件在应用时附着或浸入被测的水蒸气分子,与材料发生化学反应生成氢氧化物,或一经浸入就有一部分残留在元件上而难以全部脱出,导致重复使用时元件的特性不稳定,测量时有较大的滞后误差和较慢的反应速度。目前应用较多的均属于这类湿敏元件。

另一类非亲和力型湿敏元件利用其与水分子接触产生的物理效应来测量湿度。例如,利用热力学方法测量的热敏电阻式湿度传感器,利用水蒸气能吸收某波长段的红外线的特性制成的红外线吸收式湿度传感器等。

3.位移传感器

位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量,位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。位移有线位移和角位移两种。线位移是指物体沿着某一条直线移动的距离;角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。在机械工程中经常要精确测量零部件的位移或位置,并且力、压力、转矩、速度、加速度、温度、流量等参数也可经转换为位移进行测量。

小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔式传感器来检测,大的位移常用感应同步器光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点,在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。

4.加速度传感器(www.daowen.com)

加速度传感器是以加速度的观点来测量物体运动的传感器。加速度计所测量的加速度包括一般性物体的移动速度变化(直线加速度)、物体的低频晃动、高频振动等。因此,从检测重力等静态加速度的加速计到10kHz高频响应加速度计,加速度计的种类繁多。

加速度传感器主要包括压电式加速度传感器、集成电路式压电加速度传感器、压阻式加速度传感器和变电容式加速度传感器。

压电式加速度传感器运用了压敏元件,在加速度增加时压敏元件所发出的电荷直接由电缆导出。压电式加速度传感器的特点是体积较小、重量较轻、使用温度范围广。

集成电路式压电加速度传感器使用了压敏元件,内部具有电荷-电压的转换回路,因此被称为集成电路式压电加速度传感器。通过在加速度传感器内部安装转换器回路,在小型化的基础上又实现了高灵敏度化。

压阻式加速度传感器内部具有半导体感应元件,在半导体元件上形成可变电阻。通过可变电阻在全桥或半桥状态形成惠斯顿电桥,针对施加在电桥上的电压,观测一方输出电压的变动来测量加速度。压阻式加速度传感器适用于测量车辆振动、汽车碰撞试验、爆炸试验等产生的冲击程度。

变电容式加速度传感器中各个感应元件用晶体硅通过小型精密技术制成,具有平行板状容量的设计,内部电子回路可以在很广的温度范围内非常稳定地高额输出。

5.烟雾传感器

烟雾传感器属于气体传感器,是气—电变换器,它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号,通过A-D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机,进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。

烟雾传感器种类繁多,从检测原理上可以分为三大类:

1)利用物理化学性质的烟雾传感器:如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。

2)利用物理性质的烟雾传感器:如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。

3)利用电化学性质的烟雾传感器:如电流型烟雾传感器、电动势型气体传感器等。

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