电力监控与保护

各类传感器的工作原理

发布时间: 2024-03-02 来源:电力监控与保护

  (2)数字式:传感器输出为数字量,如:编码器式传感器。 三、传感器的静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号, 传感器的输出量与输入量之间所具有相互关 系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可 用一个不含时间变量的代数方程, 或以输入量作横坐标, 把与其对应的输出量作纵坐标而画 出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞 等。 四、传感器的动态特性 所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际在做的工作中,传感器的 动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。 这是因为传感器对标准输入信号的响应 容易用实验方法求得, 并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间有一 定的关系, 往往知道了前者就能推定后者。 最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两 种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 五、传感器的线性度 通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际在做的工作中,为使仪表 具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差) 就是这一个近似程度的一个性能指标。 拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直 线; 或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线, 此拟合直线称为 最小二乘法拟合直线。 六、传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△ y 对输入量变化△ x 的比值。 它是输出一输入特性曲线的斜率。 如果传感器的输出和输入之间显线性关系, 则灵敏度 S 是一个常数。否则,它将随输入量的变化而变化。 灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如,某位移传感器,在位移变化1mm 时, 输出电压变化为200mV,则它的灵敏度应表示为200mV/mm。 当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。 提升灵敏度,可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高,测量范围愈窄,稳定性也往往愈

  一、传感器的定义 国家标准 GB7665-87对传感器下的定义是: “能感受规定的被测量并按照一定的规律转 换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置, 可以感觉到被测量的信息, 并能将检测感受到的信息, 按一定规律变换成为电信号或其他所需 形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自 动检测和自动控制的首要环节。 二、传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但很常用的有如下三种: 1、按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器 2、按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热 电偶等传感器。 3、按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和0”或“开”和“关”)的开 关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。 关于传感器的分类: 1.按被测物理量分:如:力,压力,位移,温度,角度传感器等; 2.按照传感器的工作原理分:如:应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感 式传感器、电容式传感器、光电式传感器等; 3.按照传感器转换能量的方式分: (1)能量转换型:如:压电式、热电偶、光电式传感器等; (2)能量控制型:如:电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿 敏电阻等; 4.按照传感器工作机理分: (1)结构型:如:电感式、电容式传感器等; (2)物性型:如:压电式、光电式、各种半导体式传感器等; 5.按照传感器输出信号的形式分: (1)模拟式:传感器输出为模拟电压量;

  电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转 换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等 电阻式传感器件。 九、电阻应变式传感器 传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应, 即在外力作用下产生机械形变, 从而使电 阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属与半导体两类,金属应变片有金属丝式、 箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度较高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小 等优点。 十、压阻式传感器 压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成 的器件。其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外 力作用而产生形变时,各电阻值将发生明显的变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感 材料而制成 的硅压阻传感器慢慢的受到人们的重视, 尤其是以测压和速度的固态压阻式传感器应用 最为普遍。 十一、热电阻传感器

  差。 七、传感器的分辨力 分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。 也就是说, 如果输入量从某 一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生明显的变化,即传 感器对此输入量的变化是分辨不出来的。 只有当输入量的变化超过分辨力时, 其输出才会发 生变化。

  通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同, 因此常用满量程中能使输出量产 生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。 上述指标若用满量程的百分比 表示,则称为分辨率。 八、电阻式传感器

  热电阻传感器主要是利用电阻值随气温变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关 的参数。在温度检测精度要求比较高的场合,这种传感器比较适用。目前比较广泛的热电阻 材料为铂、铜、镍等,它们具有电阻温度系数大、线性好、稳定性很高、使用温度范围宽、加 工容易等特点。用于测量-200℃~500℃范围内的温度。 十二、传感器的迟滞特性 迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出-一输入特性 曲线不一致的程度,通常用这两条曲线之间的最大差值△ MAX 与满量程输出 F· 的百分比 S 表示。 迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。 压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过 外 力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是 这样 的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

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