感測器的工作原理和作用是什麼

2021-03-04 00:25:03 字數 1927 閱讀 7499

國家標準gb7665-87對感測器下的定義是:「能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用訊號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成」。感測器是一種檢測裝置,能感受到被測量的資訊,並能將檢測感受到的資訊,按一定規律變換成為電訊號或其他所需形式的資訊輸出,以滿足資訊的傳輸、處理、儲存、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。

可以用不同的觀點對感測器進行分類:它們的轉換原理(感測器工作的基本物理或化學效應);它們的用途;它們的輸出訊號型別以及製作它們的材料和工藝等。

根據感測器工作原理,可分為物理感測器和化學感測器二大類 :

感測器工作原理的分類物理感測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。被測訊號量的微小變化都將轉換成電訊號。

化學感測器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關係的感測器,被測訊號量的微小變化也將轉換成電訊號。

有些感測器既不能劃分到物理類,也不能劃分為化學類。大多數感測器是以物理原理為基礎運作的。化學感測器技術問題較多,例如可靠性問題,規模生產的可能性,**問題等,解決了這類難題,化學感測器的應用將會有巨大增長。

常見感測器的應用領域和工作原理列於表1.1。

按照其用途,感測器可分類為:

壓力敏和力敏感測器位置感測器

液面感測器能耗感測器

速度感測器熱敏感測器

加速度感測器射線輻射感測器

振動感測器溼敏感測器

磁敏感測器氣敏感測器

真空度感測器生物感測器等。

以其輸出訊號為標準可將感測器分為:

模擬感測器——將被測量的非電學量轉換成模擬電訊號。

數字感測器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出訊號(包括直接和間接轉換)。

膺數字感測器——將被測量的訊號量轉換成頻率訊號或短週期訊號的輸出(包括直接或間接轉換)。

開關感測器——當乙個被測量的訊號達到某個特定的閾值時,感測器相應地輸出乙個設定的低電平或高電平訊號。

在外界因素的作用下,所有材料都會作出相應的、具有特徵性的反應。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,被用來製作感測器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發可將感測器分成下列幾類:

(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

與採用新材料緊密相關的感測器開發工作,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,然後使它們能在感測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、效應和反應來改進感測器技術。

(3)在研究新型材料的基礎上探索新現象、新效應和反應,並在感測器技術中加以具體實施。

現代感測器製造業的進展取決於用於感測器技術的新材料和敏感元件的開發強度。感測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中給出了一些可用於感測器技術的、能夠轉換能量形式的材料。

按照其製造工藝,可以將感測器區分為:

整合感測器薄膜感測器厚膜感測器陶瓷感測器

整合感測器是用標準的生產矽基半導體積體電路的工藝技術製造的。通常還將用於初步處理被測訊號的部分電路也整合在同一晶元上。

薄膜感測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,同樣可將部分電路製造在此基板上。

厚膜感測器是利用相應材料的漿料,塗覆在陶瓷基片上製成的,基片通常是al2o3製成的,然後進行熱處理,使厚膜成形。

陶瓷感測器採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後,已成形的元件在高溫中進行燒結。厚膜和陶瓷感測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。由於研究、開發和生產所需的資本投入較低,以及感測器引數的高穩定性等原因,採用陶瓷和厚膜感測器比較合理。

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