傳感器知識(shí)及傳感器未來(lái)走勢(shì)

傳感器英文名稱：transducer / sensor 

　　傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 

傳感器的分類

　　可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。 

　　根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類 ：

　　傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 

　　化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 

　　有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。 

　　常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和工作原理列于下表。 

　　1.按照其用途，傳感器可分類為： 

　　壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器 

　　液面?zhèn)鞲衅?nbsp;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 

　　2.按照其原理，傳感器可分類為：

　　振動(dòng)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。 

　　以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 

　　模擬傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。 

　　數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。 

　　膺數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。    開(kāi)關(guān)傳感器——當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。 

　　在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)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(lái)制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)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(zhì)分  導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 磁性材料 

　　(3)按材料的晶體結(jié)構(gòu)分 單晶 多晶 非晶材料 

　　與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開(kāi)發(fā)工作，可以歸納為下述三個(gè)方向： 

　　(1)在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。 

　　(2)探索新的材料，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來(lái)改進(jìn)傳感器技術(shù)。 

　　(3)在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。 

　　現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。傳感器開(kāi)發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。表1.2中給出了一些可用于傳感器技術(shù)的、能夠轉(zhuǎn)換能量形式的材料。 

　　按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為： 

　　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(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。 

　　薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，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(yīng)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(jìn)行熱處理，使厚膜成形。 

　　陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。 

　　完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。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(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。 

　　每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。 

傳感器靜態(tài)特性

　　傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。

　?。?font face="Arial">1）線性度：指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。

　　（2）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用S表示靈敏度。

　?。?font face="Arial">3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值。

　?。?font face="Arial">4）重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。

　　（5）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，次現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。 

傳感器動(dòng)態(tài)特性

　　所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 

傳感器的線性度

　　通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。

　　擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 

傳感器的靈敏度

　　靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。

　　它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。

　　靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。

　　當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

　　提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 

傳感器的分辨力

　　分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。

　　通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。 

電阻式傳感器

　　電阻式傳感器是將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。

　　稱重傳感器

　　稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力--電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件。

　　能夠?qū)崿F(xiàn)力--電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見(jiàn)的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應(yīng)變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。 

電阻應(yīng)變式傳感器

　　傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。 

壓阻式傳感器

　　壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。

　　用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感 材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。 

熱電阻傳感器

　　熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

　　熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。

　　熱電阻傳感器分類：

　　1.NTC熱電阻傳感器：

　　該類傳感器為負(fù)溫度系數(shù)傳感器，即，傳感器阻值隨溫度的升高而減??；

　　2.PTC熱電阻傳感器：

　　該類傳感器為正溫度系數(shù)傳感器，即，傳感器阻值隨溫度的升高而增大。 

溫度傳感器

　　1、室溫管溫傳感器：

　　室溫傳感器用于測(cè)量室內(nèi)和室外的環(huán)境溫度，管溫傳感器用于測(cè)量蒸發(fā)器和冷凝器的管壁溫度。室溫傳感器和管溫傳感器的形狀不同，但溫度特性基本一致。按溫度特性劃分，目前美的使用的室溫管溫傳感器有二種類型：1、常數(shù)B值為4100K±3%，基準(zhǔn)電阻為25℃對(duì)應(yīng)電阻10KΩ±3%。溫度越高，阻值越??；溫度越低，阻值越大。離25℃越遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)電阻公差范圍越大；在0℃和55℃對(duì)應(yīng)電阻公差約為±7%；而0℃以下及55℃以上，對(duì)于不同的供應(yīng)商，電阻公差會(huì)有一定的差別。茲附“南韓新基”傳感器的溫度與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系表（中間為標(biāo)稱值,左右分別為最小最大值）：-10℃→（57.1821─62.2756─67.7617）KΩ；-5℃→（48.1378─46.5725─50.2355）KΩ；0℃→（32.8812─35.2024─37.6537）KΩ；5℃→（25.3095─26.8778─28.5176）KΩ；10℃→（19.6624─20.7184─21.8114）KΩ；15℃→（15.4099─16.1155─16.8383）KΩ；20℃→（12.1779─12.6431─13.1144）KΩ；30℃→（7.67922─7.97078─8.26595）KΩ；35℃→（6.12564─6.40021─6.68106）KΩ；40℃→（4.92171─5.17519─5.43683）KΩ；45℃→（3.98164─4.21263─4.45301）KΩ；50℃→（3.24228─3.45097─3.66978）KΩ；55℃→（2.65676─2.84421─3.04214）KΩ；60℃→（2.18999─2.35774─2.53605）KΩ。除個(gè)別老產(chǎn)品外，美的空調(diào)電控使用的室溫管溫傳感器均使用這種類型的傳感器。常數(shù)B值為3470K±1%，基準(zhǔn)電阻為25℃對(duì)應(yīng)電阻5KΩ±1%。同樣，溫度越高，阻值越小；溫度越低，阻值越大。離25℃越遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)電阻公差范圍越大。茲附“日本北陸”傳感器的溫度與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系表（中間為標(biāo)稱值,左右分別為最小最大值）：-10℃→（22.1498─22.7155─23.2829）KΩ；0℃→（13.9408─14.2293─14.5224）KΩ；10℃→（9.0344─9.1810─9.3290）KΩ；20℃→（6.0125─6.0850─6.1579）KΩ；30℃→（4.0833─4.1323─4.1815）KΩ；40℃→（2.8246─2.8688─2.9134）KΩ；50℃→（1.9941─2.0321─2.0706）KΩ；60℃→（1.4343─1.4666─1.4994）KΩ。這種類型的傳感器僅用于個(gè)別老產(chǎn)品，如RF7.5WB、T-KFR120C、KFC23GWY等。

　　2、排氣溫度傳感器：

　　排氣溫度傳感器用于測(cè)量壓縮機(jī)頂部的排氣溫度，常數(shù)B值為3950K±3%,基準(zhǔn)電阻為90℃對(duì)應(yīng)電阻5KΩ±3%。茲附“日本芝蒲”傳感器的溫度與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系表（中間為標(biāo)稱值,左右分別為最小最大值）：-30℃→（823.3─997.1─1206）KΩ；-20℃→（456.9─542.7─644.2）KΩ；-10℃→（263.7─307.7─358.8）KΩ；0℃→（157.6─180.9─207.5）KΩ；10℃→（97.09─109.8─124.0）KΩ；20℃→（61.61─68.66─76.45）KΩ；25℃→（49.59─54.89─60.70）KΩ；30℃→（40.17─44.17─48.53）KΩ；40℃→（26.84─29.15─31.63）KΩ；50℃→（18.35─19.69─21.12）KΩ；60℃→（12.80─13.59─14.42）KΩ；70℃→（9.107─9.589─10.05）KΩ；80℃→（6.592─6.859─7.130）KΩ；100℃→（3.560─3.702─3.846）KΩ；110℃→（2.652─2.781─2.913）KΩ；120℃→（2.003─2.117─2.235）KΩ；130℃→（1.532─1.632─1.736）KΩ。

　　3.、模塊溫度傳感器：模塊溫度傳感器用于測(cè)量變頻模塊（IGBT或IPM）的溫度，目前用的感溫頭的型號(hào)是602F-3500F，基準(zhǔn)電阻為25℃對(duì)應(yīng)電阻6KΩ±1%。幾個(gè)典型溫度的對(duì)應(yīng)阻值分別是：-10℃→（25.897─28.623）KΩ；0℃→（16.3248─17.7164）KΩ；50℃→（2.3262─2.5153）KΩ；90℃→（0.6671─0.7565）KΩ。

　　溫度傳感器的種類很多，現(xiàn)在經(jīng)常使用的有熱電阻：PT100、PT1000、Cu50、Cu100；熱電偶：B、E、J、K、S等。溫度傳感器不但種類繁多，而且組合形式多樣，應(yīng)根據(jù)不同的場(chǎng)所選用合適的產(chǎn)品。

　　測(cè)溫原理：根據(jù)電阻阻值、熱電偶的電勢(shì)隨溫度不同發(fā)生有規(guī)律的變化的原理，我們可以得到所需要測(cè)量的溫度值。 

光敏傳感器

　　光敏傳感器是最常見(jiàn)的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽(yáng)能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動(dòng)控制和非電量電測(cè)技術(shù)中占有非常重要的地位。最簡(jiǎn)單的光敏傳感器是光敏電阻，當(dāng)光子沖擊接合處就會(huì)產(chǎn)生電流。 

濕度傳感器資訊

　　高分子電容式濕度傳感器通常都是在絕緣的基片諸如玻璃、陶瓷、硅等材料上，用絲網(wǎng)漏印或真空鍍膜工藝做出電極，再用浸漬或其它辦法將感濕膠涂覆在電極上做成電容元件。濕敏元件在不同相對(duì)濕度的大氣環(huán)境中，因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現(xiàn)規(guī)律性變化，此即為濕度傳感器的基本機(jī)理。影響高分子電容型元件的溫度特性，除作為介質(zhì)的高分子聚合物的介質(zhì)常數(shù)ε及所吸附水分子的介電常數(shù)ε受溫度影響產(chǎn)生變化外，還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數(shù)影響而產(chǎn)生變化等因素。根據(jù)德拜理論的觀點(diǎn)，液體的介電常數(shù)ε是一個(gè)與溫度和頻率有關(guān)的無(wú)量綱常數(shù)。水分子的ε在T＝5℃時(shí)為78.36，在T＝20℃時(shí)為79.63。有機(jī)物ε與溫度的關(guān)系因材料而異，且不完全遵從正比關(guān)系。在某些溫區(qū)ε隨T呈上升趨勢(shì)，某些溫區(qū)ε隨T增加而下降。多數(shù)文獻(xiàn)在對(duì)高分子濕敏電容元件感濕機(jī)理的分析中認(rèn)為：高分子聚合物具有較小的介電常數(shù)，如聚酰亞胺在低濕時(shí)介電常數(shù)為3.0一3.8。而水分子介電常數(shù)是高分子ε的幾十倍。因此高分子介質(zhì)在吸濕后，由于水分子偶極距的存在，大大提高了吸水異質(zhì)層的介電常數(shù)，這是多相介質(zhì)的復(fù)合介電常數(shù)具有加和性決定的。由于ε的變 化，使?jié)衩綦娙菰碾娙萘?/span>C與相對(duì)濕度成正比。在設(shè)計(jì)和制作工藝中很難組到感濕特性全濕程線性。作為電容器，高分子介質(zhì)膜的厚度d和平板電容的效面積S也和溫度有關(guān)。溫度變化所引起的介質(zhì)幾何尺寸的變化將影響C值。高分子聚合物的平均熱線脹系數(shù)可達(dá)到 的量級(jí)。例如硝酸纖維素的平均熱線脹系數(shù)為108x10-5/℃。隨著溫度上升，介質(zhì)膜厚d增加，對(duì)C呈負(fù)貢獻(xiàn)值；但感濕膜的膨脹又使介質(zhì)對(duì)水的吸附量增加，即對(duì)C呈正值貢獻(xiàn)?？梢?jiàn)濕敏電容的溫度特性受多種因素支配，在不同的濕度范圍溫漂不同；在不同的溫區(qū)呈不同的溫度系數(shù)；不同的感濕材料溫度特性不同?？傊?，高分子濕度傳感器的溫度系數(shù)并非常數(shù)，而是個(gè)變量。所以通常傳感器生產(chǎn)廠家能在-10-60攝氏度范圍內(nèi)是傳感器線性化減小溫度對(duì)濕敏元件的影響。

　　比較優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品主要使用聚酰胺樹(shù)脂，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概要為在硼硅玻璃或藍(lán)寶石襯底上真空蒸發(fā)制作金電極，再噴鍍感濕介質(zhì)材料（如前所述）形式平整的感濕膜，再在薄膜上蒸發(fā)上金電極.濕敏元件的電容值與相對(duì)濕度成正比關(guān)系，線性度約±2%。雖然，測(cè)濕性能還算可以但其耐溫性、耐腐蝕性都不太理想，在工業(yè)領(lǐng)域使用，壽命、耐溫性和穩(wěn)定性、抗腐蝕能力都有待于進(jìn)一步提高。

　　陶瓷濕敏傳感器是近年來(lái)大力發(fā)展的一種新型傳感器。優(yōu)點(diǎn)在于能耐高溫，濕度滯后，響應(yīng)速度快，體積小，便于批量生產(chǎn)，但由于多孔型材質(zhì)，對(duì)塵埃影響很大，日常維護(hù)頻繁，時(shí)常需要電加熱加以清洗易影響產(chǎn)品質(zhì)量，易受濕度影響，在低濕高溫環(huán)境下線性度差，特別是使用壽命短，長(zhǎng)期可靠性差，是此類濕敏傳感器迫切解決的問(wèn)題。

　　當(dāng)前在濕敏元件的開(kāi)發(fā)和研究中，電阻式濕度傳感器應(yīng)當(dāng)最適用于濕度控制領(lǐng)域，其代表產(chǎn)品氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長(zhǎng)多項(xiàng)重要的優(yōu)點(diǎn)，氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產(chǎn)和研究的歷史，有著多種多樣的產(chǎn)品型式和制作方法，都應(yīng)用了氯化鋰感濕液具備的各種優(yōu)點(diǎn)尤其是穩(wěn)定性最強(qiáng)。

　　氯化鋰濕敏器件屬于電解質(zhì)感濕性材料，在眾多的感濕材料之中，首先被人們所注意并應(yīng)用于制造濕敏器件，氯化鋰電解質(zhì)感濕液依據(jù)當(dāng)量電導(dǎo)隨著溶液濃度的增加而下降。電解質(zhì)溶解于水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實(shí)現(xiàn)感濕。

　　氯化鋰濕敏器件的襯底結(jié)構(gòu)分柱狀和梳妝，以氯化鋰聚乙烯醇涂覆為主要成份的感濕液和制作金質(zhì)電極是氯化鋰濕敏器件的三個(gè)組成部分。多年來(lái)產(chǎn)品制作不斷改進(jìn)提高，產(chǎn)品性能不斷得到改善，氯化鋰感濕傳感器其特有的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是其它感濕材料不可替代的，也是濕度傳感器最重要的性能。在產(chǎn)品制作過(guò)程中，經(jīng)過(guò)感濕混合液的配制和工藝上的嚴(yán)格控制是保持和發(fā)揮這一特性的關(guān)鍵。 

傳感器的遲滯特性

　　遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。

　　遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。 

　　接口傳感器

　　魏德米勒傳感器/執(zhí)行器接口產(chǎn)品，可以通過(guò)加裝相應(yīng)的總線協(xié)議適配器，SAI產(chǎn)品可以直接連接到現(xiàn)場(chǎng)總線?？梢灾С?/span>Profibus-DP、CANopen、DeviceNet、Interbus和ASi現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。

　　無(wú)源傳感器/執(zhí)行器接口產(chǎn)品(SAI)

　　防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68，可直接安裝而無(wú)需防護(hù)。 

　　節(jié)約安裝材料、時(shí)間、空間。 

　　提供4、6、8路的分配器，每路有3針、4針和5針的結(jié)構(gòu)(提供一路和兩路信號(hào))。 

　　有帶接線蓋型(標(biāo)準(zhǔn)型)和電纜預(yù)制型。 

　　可另外提供金屬外殼的產(chǎn)品，適用于食品行業(yè)。 

　　帶有信號(hào)和電源的指示。

　　有源傳感器/執(zhí)行器接口產(chǎn)品(SAI)

　　通過(guò)加裝相應(yīng)的總線協(xié)議適配器，SAI產(chǎn)品可以直接連接到現(xiàn)場(chǎng)總線?？梢灾С?/span>Profibus-DP、　CANopen、DeviceNet、Interbus和ASi現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。

　　提供兩種防護(hù)等級(jí)的產(chǎn)品：IP67(總線連接方式為圓形接頭連接)， IP68(總線連接方式為自裝配型)。

　　提供8DI、8DO、8DI/4DO、16DI、8DI/8DO五種輸入輸出的產(chǎn)品。

　　傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 

　　采用新原理、開(kāi)發(fā)新型傳感器；

　　大力開(kāi)發(fā)物性型傳感器(因?yàn)榭拷Y(jié)構(gòu)型有些滿足不了要求)；

　　傳感器的集成化；

　　傳感器的多功能化；

　　傳感器的智能化(Smart Sensor)；

　　研究生物感官，開(kāi)發(fā)仿生傳感器。 

傳感器的工作過(guò)程舉例

　　向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò)TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 

生物傳感器

　　生物傳感器的概念

　　生物傳感器是用生物活性材料（酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測(cè)方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。各種生物傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu)：包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的物理或化學(xué)換能器（傳感器），二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。

　　生物傳感器的原理

　　待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物活性材料，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的物理或化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào)，再經(jīng)二次儀表放大并輸出，便可知道待測(cè)物濃度。

　　生物傳感器的分類

　　按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類，可分為：微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶?jìng)鞲衅鳌?font face="Arial">DNA傳感器等等

　　按照傳感器器件檢測(cè)的原理分類 ，可分為：熱敏生物傳感器、場(chǎng)效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。

　　按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類，可分為親和型和代謝型兩種。

　　UVA-1210是一個(gè)近紫外波光電傳感器，可見(jiàn)光范圍不響應(yīng)，輸出電流與紫外指數(shù)呈線性關(guān)系。適用于手機(jī)、PDA、MP4等便攜式移動(dòng)產(chǎn)品測(cè)量紫外指數(shù)，隨時(shí)提醒人們（特別是女士）紫外線的強(qiáng)度并注意防曬，也適用于紫外波段的檢測(cè)器、紫外線指數(shù)檢測(cè)器。 

　　紫外傳感器

　　■電氣特性 

　　采用氮化鎵基材料； 

　　PIN型光電二極管； 

　　光伏工作模式； 

　　對(duì)可見(jiàn)光無(wú)響應(yīng)； 

　　暗電流低； 

　　輸出電流與紫外指數(shù)成線性關(guān)系。 

　　符合歐盟RoHS指令，無(wú)鉛、無(wú)鎘 

　　■典型應(yīng)用 

　　測(cè)量紫外指數(shù)：手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP4、PDA、GPS等攜式移動(dòng)產(chǎn)品； 

　　用于紫外檢測(cè)器：全部紫外線波段的檢測(cè)器、單UV-A波段檢測(cè)器、紫外線指數(shù)檢測(cè)器、紫外線殺菌燈輻照檢測(cè)器。

　　傳感器制造工藝

　　以下步驟：１）以注塑方法，成型傳感器本體；２）將帶有感應(yīng)頭的電路板安裝在傳感器本體上，并通過(guò)焊錫進(jìn)行焊接；３）蓋上保護(hù)罩，通過(guò)卡扣及加密封膠工藝將感應(yīng)頭固定安裝在傳感器本體上。應(yīng)用本制造工藝，由于注塑過(guò)程和電路板安裝過(guò)程是分開(kāi)進(jìn)行的，因而避免了現(xiàn)有技術(shù)中，在注塑過(guò)程中因溫度高而損壞電路器件的現(xiàn)象。

　　由于材料科學(xué)的發(fā)展，一系列無(wú)機(jī)非金屬材料被用來(lái)制造傳感器，因?yàn)樗鼈兊囊恍┬再|(zhì)，例如耐高溫性、抗腐蝕能力、耐磨損等，對(duì)傳感器具有實(shí)用價(jià)值。

　　陶瓷傳感器

　　傳感器選用陶瓷材料是因?yàn)樘沾刹牧暇哂邢率鲂再|(zhì)：

　　 相對(duì)而言，通過(guò)控制它的成分和燒結(jié)條件等手段，陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)比較容易調(diào)節(jié)。微觀結(jié)構(gòu)對(duì)陶瓷的所有特性都有重大影響，包括它們的電學(xué)、磁性、光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能。

　　 由于陶瓷材料的耐高溫和抗惡劣環(huán)境影響能力很強(qiáng)，所以常常將它們用于高溫環(huán)境下的處理過(guò)程。

　　 陶瓷主要是由價(jià)格便宜的材料制備而成的，這就是說(shuō)用它生產(chǎn)的傳感器價(jià)格也將比較低廉。

　　陶瓷的結(jié)構(gòu)特性是和下列因素密切相關(guān)的：晶粒(塊體)，分隔相鄰晶粒的表面(晶粒間界)，分隔晶粒表面和空間的界面，以及結(jié)構(gòu)中的孔隙。由于這些各不相同的特性，既可利用陶瓷塊體，也可利用陶瓷表面的性質(zhì)來(lái)制造傳感器。

　　目前已用于傳感器制備的陶瓷材料有以下幾類：

　　 基于利用其晶粒物理特性的材料。

　　 基于利用其晶粒間界性質(zhì)的材料。

　　 基于利用其表面特性的陶瓷材料。

　　有時(shí)，無(wú)法嚴(yán)格地將某些陶瓷材料歸入任何上述類型，因?yàn)閭鞲衅鞯墓ぷ魇腔诓恢挂环N的、而是多種特性的綜合效應(yīng)。表1.4示出了按照所利用的材料屬性進(jìn)行的陶瓷傳感器分類。一類是在其工作過(guò)程中利用陶瓷塊體性質(zhì)的陶瓷傳感器，這類傳感器具有材料物理性質(zhì)的特征——介質(zhì)，壓電體，磁性或半導(dǎo)體。在這些傳感器中已經(jīng)達(dá)到的材料特性水準(zhǔn)已接近單晶材料所具有的特性水準(zhǔn)。 

全球傳感器市場(chǎng)預(yù)測(cè)

　　2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，而美國(guó)、德國(guó)、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快的依舊是汽車市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。

　　一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規(guī)模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于無(wú)線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無(wú)線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)25%。

　　目前，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場(chǎng)份額的擴(kuò)大。 

傳感器常用術(shù)語(yǔ)

　　1.傳感器

　　能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

　　① 敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯樱ɑ蝽憫?yīng)）被測(cè)量的部分。

　　② 轉(zhuǎn)換元件指?jìng)鞲衅髦心茌^敏感元件感受（或響應(yīng)）的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成是與傳輸和（或）測(cè)量的電信號(hào)部分。

　　③ 當(dāng)輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，則稱為變送器。

　　2.測(cè)量范圍

　　在允許誤差限內(nèi)被測(cè)量值的范圍。

　　3. 量程

　　測(cè)量范圍上限值和下限值的代數(shù)差。

　　4. 精確度

　　被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果與真值間的一致程度。

　　5.從復(fù)性

　　在所有下述條件下，對(duì)同一被測(cè)的量進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量所得結(jié)果之間的符合程度：

　　相同測(cè)量方法：

　　相同觀測(cè)者：

　　相同測(cè)量?jī)x器：

　　相同地點(diǎn)：

　　相同使用條件：

　　在短時(shí)期內(nèi)的重復(fù)。

　　6. 分辨力

　　傳感器在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)可能檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量。

　　7. 閾值

　　能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的被測(cè)量的最小變化量。

　　8. 零位

　　使輸出的絕對(duì)值為最小的狀態(tài)，例如平衡狀態(tài)。

　　9. 激勵(lì)

　　為使傳感器正常工作而施加的外部能量（電壓或電流）。

　　10. 最大激勵(lì)

　　在市內(nèi)條件下，能夠施加到傳感器上的激勵(lì)電壓或電流的最大值。

　　11. 輸入阻抗

　　在輸出端短路時(shí)，傳感器輸入端測(cè)得的阻抗。

　　12. 輸出

　　有傳感器產(chǎn)生的與外加被測(cè)量成函數(shù)關(guān)系的電量。

　　13. 輸出阻抗

　　在輸入端短路時(shí)，傳感器輸出端測(cè)得的阻抗。

　　14. 零點(diǎn)輸出

　　在室內(nèi)條件下，所加被測(cè)量為零時(shí)傳感器的輸出。

　　15. 滯后

　　在規(guī)定的范圍內(nèi)，當(dāng)被測(cè)量值增加和減少時(shí)，輸出中出現(xiàn)的最大差值。

　　16. 遲后

　　輸出信號(hào)變化相對(duì)于輸入信號(hào)變化的時(shí)間延遲。

　　17. 漂移

　　在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器輸出中有與被測(cè)量無(wú)關(guān)的不需要的變化量。

　　18. 零點(diǎn)漂移

　　在規(guī)定的時(shí)間間隔及室內(nèi)條件下零點(diǎn)輸出時(shí)的變化。

　　19. 靈敏度

　　傳感器輸出量的增量與相應(yīng)的輸入量增量之比。

　　20. 靈敏度漂移

　　由于靈敏度的變化而引起的校準(zhǔn)曲線斜率的變化。

　　21.熱靈敏度漂移

　　由于靈敏度的變化而引起的靈敏度漂移。

　　22. 熱零點(diǎn)漂移

　　由于周圍溫度變化而引起的零點(diǎn)漂移。

　　23. 線性度

　　校準(zhǔn)曲線與某一規(guī)定直線一致的程度。

　　24. 非線性度

　　校準(zhǔn)曲線與某一規(guī)定直線偏離的程度。

　　25.長(zhǎng)期穩(wěn)定性

　　傳感器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍能保持不超過(guò)允許誤差的能力。

　　26. 固有憑率

　　在無(wú)阻力時(shí)，傳感器的自由（不加外力）振蕩憑率。

　　27. 響應(yīng)

　　輸出時(shí)被測(cè)量變化的特性。

　　28.補(bǔ)償溫度范圍

　　使傳感器保持量程和規(guī)定極限內(nèi)的零平衡所補(bǔ)償?shù)臏囟确秶?/span>

　　29. 蠕變

　　當(dāng)被測(cè)量機(jī)器多有環(huán)境條件保持恒定時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)輸出量的變化。

　　30. 絕緣電阻

　　如無(wú)其他規(guī)定，指在室溫條件下施加規(guī)定的直流電壓時(shí)，從傳感器規(guī)定絕緣部分之間測(cè)得的電阻值。 

壓力傳感器

　　壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè).