传感器和换能器介绍

在本教程中,我们将学习有关传感器和传感器的一点点,如何选择传感器,传感器和传感器的要求,传感器的分类是什么,模拟和数字传感器的少数示例。

我们生活在一个模拟世界,使用数字通信和控制机械对象的电信号。由于传感器和传感器等设备,这是可能的,这有助于我们将数据或信息从一个域转换为其他域。

介绍

测量是任何主要系统中的重要子系统,无论它是否可以是机械系统或电子系统。测量系统由传感器,致动器,换能器和信号处理装置组成。这些元件和设备的使用不限于测量系统。

这些也用于执行特定任务的系统中,与现实世界进行通信。通信可以是读取来自交换机的信号的状态或触发特定输出以点亮LED的东西。

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传感器和传感器定义

传感器和传感器这两个词在测量系统中被广泛使用。传感器是一种产生与被测量量有关的信号的元件。根据美国仪器协会的说法,“传感器是一种能够对测量到的特定量提供可用输出的设备。”sensor这个词的原意是“感知”。

简单来说,传感器是检测物理刺激中的变化和事件的设备,并提供可以测量和/或记录的相应输出信号。这里,输出信号可以是任何可测量的信号并且通常是电量。

传感器是在系统中执行输入功能的设备,因为它们“感知”的数量变化。传感器的最佳示例是汞温度计。这里测量的数量是热或温度。基于液态汞的膨胀和收缩,测量的温度转化为校准的玻璃管上的可读值。

致动器是与传感器工作相反的装置。传感器将物理事件转化为电信号,而执行器将电信号转化为物理事件。当传感器用于系统的输入时,执行器用于执行系统的输出功能,因为它们控制外部设备。

换能器是将一种形式转换为另一种形式的能量的装置。通常,能量是信号的形式。换能器是一个术语,用于共同用于传感器和致动器。

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选择传感器的条件

以下是选择传感器时被考虑的某些功能。

  1. 传感类型:感测的参数如温度或压力。
  2. 工作原理:传感器的操作原理。
  3. 能量消耗:传感器消耗的功率将在定义系统的总功率方面发挥重要作用。
  4. 准确性:传感器的精度是选择传感器的关键因素。
  5. 环境条件:使用传感器的条件是选择传感器质量的因素。
  6. 成本:根据应用成本,可以使用低成本传感器或高成本传感器。
  7. 分辨率和范围:可以感测的最小值和测量限是重要的。
  8. 校准和可重复性:随时间和能力在类似条件下重复测量的值的变化。

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传感器或换能器的基本要求

传感器的基本要求是:

  1. 范围:它表示它可以变化的输入的限制。在温度测量的情况下,热电偶可以具有25-250 0℃的范围。
  2. 准确性:它是实际测量和真值之间的精确程度。精度表示为全量程输出的百分比。
  3. 灵敏度:灵敏度是输入物理信号和输出电信号之间的关系。它是传感器输出的变化与单位变化的输入值,导致输出变化。
  4. 稳定:它是传感器在一段时间内为恒定输入产生相同输出的能力。
  5. 可重复性:传感器能够为具有相同输入值的不同应用程序产生相同的输出。
  6. 响应时间:它是输入中逐步变化的输出变化的速度。
  7. 线性:它在非线性的百分比方面规定。非线性是从理想测量曲线偏离实际测量曲线的指示。
  8. 坚固性:它是测量传感器在极端工作条件下使用的耐久性。
  9. 滞后:滞后被定义为传感器指定范围内的任何可测量值的输出的最大差异,当第一点随着增加时,然后减少输入参数时。滞后是当在相反的操作方向上使用时,换能器在无法忠于重复其功能的特征。

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传感器的分类

分类传感器的方案可以从非常简单到非常复杂的范围。被感测的刺激是该分类中的一个重要因素。

一些刺激是

  1. 声学:波,光谱和波速。
  2. 电的:电流,充电,电位,电场,介电常数和电导率。
  3. 磁性:磁场,磁通量和渗透率。
  4. 热:温度,比热和导热率。
  5. 机械:位置,加速度,力,压力,应力,菌株,质量,密度,动量,扭矩,形状,取向,粗糙度,刚度,依从性,结晶度和结构。
  6. 光学的:波,波速,折射率,反射率,吸收和发射率。

传感器的转换现象也是传感器分类的一个重要因素。一些转换现象是磁电的,热电的和光电的。

基于传感器的应用,它们的分类可以如下进行。

I.位移,位置和接近传感器

  1. 电阻元件或电位计
  2. 电容元素
  3. 应变测量元素
  4. 电感近距离传感器
  5. 涡流近距离传感器
  6. 差动变压器
  7. 光学编码器
  8. 霍尔效应传感器
  9. 气动传感器
  10. 接近开关
  11. 旋转编码器

II。温度传感器

  1. 热敏电阻
  2. 热电偶
  3. 双金属条
  4. 电阻温度探测器
  5. 恒温器

III。光传感器

  1. 光电二极体
  2. 光电晶体管
  3. 光敏电阻

IV。速度和运动

  1. 热电传感器
  2. 测速发电机
  3. 增量编码器

V.流体压力

  1. 隔膜压力表
  2. 触觉传感器
  3. 压电传感器
  4. 胶囊,波纹管,压力管

VI。液体流动和水平

  1. 涡轮仪表
  2. 孔板和文丘里管

VII。IR传感器

  1. 红外发射器和接收器对

VIII。力量

  1. 应变仪
  2. 称重传感器

IX。触摸传感器

  1. 电阻触摸传感器
  2. 电容式触摸传感器

X.紫外线传感器

  1. 紫外线检测器
  2. 照片稳定传感器
  3. UV照片管
  4. 杀菌紫外探测器

所有的传感器可以根据功率或信号要求分为两种类型。它们是主动传感器和被动传感器。

为了操作主动传感器,需要外部电源的电源信号。这个信号被称为激励信号,传感器基于这个激励信号产生输出。应变计是主动传感器的一个例子。它是一种压敏电阻桥式网络,本身不产生输出电信号。通过把施加的力与网络的阻力联系起来,就可以测出力的大小。电阻可以通过电流通过来测量。电流作为激励信号。

相反,无源传感器响应输入刺激而直接产生输出电信号。无源传感器所需的所有功率都是从尺寸获得的。热电偶是无源传感器。

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常用的传感器和换能器

用于不同刺激的一些最常用的传感器和换能器(要测量的数量)是

  1. 对于光敏感,输入设备或传感器是光敏二极管,光敏晶体管,光敏电阻和太阳能电池。输出设备或驱动器是led,显示器,灯和光纤。
  2. 为了感测温度,传感器是热敏电阻,热电偶,电阻温度探测器和恒温器。执行器是加热器。
  3. 用于检测位置,输入设备是电位器,接近传感器和差动变压器。输出装置为电机和面板仪表。
  4. 为了传感压力,传感器是应变计和称重传感器。执行器是升降机和千斤顶和电磁振动。
  5. 对于传感声音,输入设备是麦克风,输出设备是扬声器和蜂鸣器。
  6. 对于传感速度,所使用的传感器是短发电树和多普勒效应传感器。执行器是电机和制动器。

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使用换能器的简单系统

公共寻址系统是使用传感器和执行器的系统的示例。

1.公共发言权

它由麦克风,放大器和扬声器组成。具有输入功能的传感器或设备是麦克风。它感测声音信号并将它们转换为电信号。放大器接收这些电信号并放大它们的强度。

执行器或具有输出功能的设备是扬声器。它从放大器接收放大的电信号,并将它们转换回声音信号但具有更多达到。

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模拟传感器

模拟传感器在一系列值上产生连续变化的输出信号。通常,输出信号是电压,并且该输出信号与测量值成比例。测量的速度,温度,压力,菌株等的量在自然界中都是连续的,因此它们是类似物量。

用于测量光强度的硫化镉细胞(CDS细胞)是模拟传感器。CDS细胞的电阻根据入射的光的强度而变化。当连接到分压器网络时,可以通过不同的输出电压观察电阻的变化。在该电路中,输出可以从0V至5 V之间的任何位置变化。

2.模拟信号

热电偶或温度计是模拟传感器。以下设置用于使用热电偶测量容器中液体的温度。

3.热电偶传感器

上述设置的输出信号如下图所示:

4.热电偶输出

模拟传感器的输出随着时间的推移趋于平稳和连续的变化。因此,采用模拟传感器的电路的响应时间和精度较慢。为了在基于单片机的系统中使用这些信号,可以使用模拟数字转换器。

模拟传感器通常需要外部电源和某种形式的放大以产生适当的输出信号。运算放大器在提供放大和过滤方面非常有用。

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数字传感器

数字传感器产生离散的数字信号。数字传感器的输出只有两种状态,即“ON”和“OFF”。ON为逻辑1,OFF为逻辑0。按钮开关是数字传感器的最好例子。在这种情况下,开关只有两种可能的状态:按下时为ON,释放或不按下时为OFF。

下面的设置使用一个光传感器来测量速度并产生一个数字信号。

5.数字传感器示例

在上述设置中,旋转盘连接到电机的轴上,并具有若干透明槽。光传感器捕捉光的存在或不存在,并相应地向计数器发送逻辑1或逻辑0信号。计数器显示磁盘的速度。准确度可以通过增加光盘上的透明槽来提高,因为它允许在相同的时间内进行更多的计数。

通常,与模拟传感器相比,数字传感器的精度高。准确性取决于用于表示测量的位数。比特数越高,准确性越大。

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下位传感器

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