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传感器的定义与组成

1.1 传感器的定义

根据我国2005年7月29日发布的国家标准《传感器通用术语》 (GB/T 7665—2005), 传感器 (transducer/sensor) 的定义为:能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信 号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

其中,敏感元件 (sensing element) 指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;转换元件 (transducing element) 指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分;当传感器输出为规定的标准信号时,则称为变送器 (transmitter);传感器的英文 transducer 与 sensor通用。

这一定义包含了以下几方面的信息:

1)传感器是一种测量“器件”或“装置”,能完成检测任务。

2)它的输入量是“被测量”,可能是物理量,也可能是化学量或生物量等。

3)它的输出量是“可用”的电信号,如电压、电流、频率等,便于传输、转换、处理 和显示等。

4)输出输入之间的对应关系应具有“ 一定的规律”,且应有一定的准确度,可以用确 定的数学模型来描述。

注意,其中将传感器和变送器的概念明确区分开来,当传感器的输出为“规定的标准 信号”时,则称之为变送器。所谓的“规定的标准信号”,电流输出标准信号为4~20mA或 0 ~10mA, 电压输出标准信号为1~5V、0~5V、0~10V 或 - 10~10V。

1.2 传感器的组成

根据传感器的定义可知,传感器的基本组成通常包括敏感元件和转换元件两部分,它们 分别完成检测和转换两个基本功能。而仅由敏感元件和转换元件组成的传感器通常输出信号 较弱,还需要转换电路将输出信号放大并转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。因此,传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。

        图中,各组成部分说明如下:

1)敏感元件直接感受被测量,并以确定的关系输出某一物理量。

2)转换元件将敏感元件输出的非电物理量转换成电参量。

3)转换电路将电参量转换成便于测量的电量。转换电路的类型又与转换元件类型有关,

        因此常把转换电路作为传感器的组成环节之一。

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        图1-2所示是一种压力传感器示意图。固定在弹簧管自由端的衔铁,位于电感线圈A 和线圈B 对称位置,而两个电感线圈接入后面的转换电路中。当弹簧管内部压力变化时,产生的变形使弹簧管自由端发生位移。这里的弹簧管就是敏感元件,它将被测压力的变化转换为位移量的变化。电感线圈A 和线圈B 是转换元件,它们将位移量变化转换成电感量变化,其后的转换电路将电感量转换成电压。                    

        需要指出的是,并非所有传感器都能明显地区分敏感元件和转换元件这两个部分,如半导体气敏或湿敏传感器、热电偶、压电晶体、光电器件等,它们一般能将感受到的被测量直 接转换为电信号输出,即敏感元件和转换元件的功能合二为一。

        有些传感器,转换元件不止一个。在实际应用中,仅由一个转换元件构成的传感器是很 少的,通常把具有不同性能的转换元件结合起来完成转换功能。



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