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霍芬海姆vs柏林赫塔:傳感器

 

傳感器介紹

傳感器是一種物理裝置或生物器官,能夠探測、感受外界的信號、物理條件(如光、熱、濕度)或化學組成(如煙霧),并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。

傳感器的定義

國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是:“能感受規定的被測量件并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將檢測感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
“傳感器”在新韋式大詞典中定義為:
“從一個系統接受功率,通常以另一種形式將功率送到第二個系統中的器件”。
根據這個定義,傳感器的作用是將一種能量轉換成另一種能量形式,所以不少學者也用“換能器-Transducer”來稱謂“傳感器-Sensor”。

傳感器的功能

常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬:
光敏傳感器——視覺 聲敏傳感器——聽覺
氣敏傳感器——嗅覺 化學傳感器——味覺
壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺 
敏感元件的分類:
①物理類,基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。
②化學類,基于化學反應的原理。
③生物類,基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。
通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(還有人曾將敏感元件分46類)。

傳感器的分類

可以用不同的觀點對傳感器進行分類:它們的轉換原理(傳感器工作的基本物理或化學效應);它們的用途;它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。
根據傳感器工作原理,可分為物理傳感器和化學傳感器二大類:
傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應,諸如壓電效應,磁致伸縮現象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。
化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器,被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。
有些傳感器既不能劃分到物理類,也不能劃分為化學類。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的?;Т釁骷際蹺侍飩隙?,例如可靠性問題,規模生產的可能性,價格問題等,解決了這類難題,化學傳感器的應用將會有巨大增長。
常見傳感器的應用領域和工作原理列于下表。

1.傳感器按照其用途分類

壓力敏和力敏傳感器位置傳感器
液面傳感器能耗傳感器
速度傳感器加速度傳感器
射線輻射傳感器 熱敏傳感器
24GHz雷達傳感器

2.傳感器按照其原理分類


振動傳感器濕敏傳感器
磁敏傳感器 氣敏傳感器
真空度傳感器 生物傳感器等。

3.傳感器按照其輸出信號為標準分類

模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。
數字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號(包括直接和間接轉換)。
膺數字傳感器——將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉換)。
開關傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時,傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。

4.傳感器按照其材料為標準分類

在外界因素的作用下,所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用來制作傳感器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發可將傳感器分成下列幾類:
(1)按照其所用材料的類別分
金屬聚合物陶瓷混合物
(2)按材料的物理性質分: 導體絕緣體 半導體磁性材料
(3)按材料的晶體結構分:
單晶 多晶非晶材料
與采用新材料緊密相關的傳感器開發工作,可以歸納為下述三個方向:
(1)在已知的材料中探索新的現象、效應和反應,然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。
(2)探索新的材料,應用那些已知的現象、效應和反應來改進傳感器技術。
(3)在研究新型材料的基礎上探索新現象、新效應和反應,并在傳感器技術中加以具體實施。
現代傳感器制造業的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發強度。傳感器開發的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯的。表1.2中給出了一些可用于傳感器技術的、能夠轉換能量形式的材料。

5.傳感器按照其制造工藝分類

集成傳感器薄膜傳感器 厚膜傳感器陶瓷傳感器
集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通?;菇糜誄醪醬肀徊廡藕諾牟糠值緶芬布稍諭恍酒?。
薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底(基板)上的,相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時,同樣可將部分電路制造在此基板上。
厚膜傳感器是利用相應材料的漿料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后進行熱處理,使厚膜成形。
陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產。
完成適當的預備性操作之后,已成形的元件在高溫中進行燒結。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性,在某些方面,可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。
每種工藝技術都有自己的優點和不足。由于研究、開發和生產所需的資本投入較低,以及傳感器參數的高穩定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
(空侶網暖通專家提供)

6.傳感器根據測量目的不同分類

物理型傳感器是利用被測量物質的某些物理性質發生明顯變化的特性制成的。
化學型傳感器是利用能把化學物質的成分、濃度等化學量轉化成電學量的敏感元件制成的。
生物型傳感器是利用各種生物或生物物質的特性做成的,用以檢測與識別生物體內化學成分的傳感器。
 

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