分别列举10种接触、非接触传感器种类及原理

柴油机测试技术1分别列举10种接触、非接触传感器种类及原理接触式位移传感器：1位移传感器及其原理：计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。如图1，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移x的函数。每当x变化一个光栅栅距W，信号就变化一个周期，信号由b点变化到b’点。由于bb’=W，故b’点的状态与b点状态完全一样，只是在相位上增加了2π。（上海德测电子科技有限公司产品）2螺杆式空压机压力传感器螺杆式空压机压力传感器:是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压力传感器。压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石柴油机测试技术2英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用压力传感器。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以压力传感器已经得到了广泛的应用。压电效应是压力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。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度压力传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。压力传感器也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。3MMA8450Q加速度传感器：MMA8450Q加速度传感器是高精度、高功效解决方案，它能够延长小型移动设备的电池使用时间，并通过高灵敏度动作和方向检测功能捕捉精确的动作。借助飞思卡尔MMA8450Q加速度传感器，移动电话和其他消费电子器件的开发商能够在延长电池寿命的同时，整合增强功能，并最终改善终端用户的体验。MMA8450Q传感器是12位数字解决方案，采用3mm×3mm×1mm小体积封装。它提供智能的数据治理功能，内置32段采样/轴(X轴、Y轴、Z轴)的先入先出（FIFO）内存缓冲，以提高整个系统的省电能力，并通过减少主处理器负载来加快响应速度。嵌入式功能和FIFO缓存的配合使用，使终端处理器仅对要求的数据进行分析；同时在相同I2C总线上复用其他传感器，可防止数据丢失。产品的可配置省电模式和自动唤醒/休眠功能，则可帮助设计者实现最佳电流消耗。MMA8450Q加速度传感器的目标应用包括便携式消费器件，如移动电话和远程控制设备，以及智能本、电子书阅读器(eReader)、上网本、笔记本电脑、PMP及PDA等。其他应用包括医疗应用中的活动监控，导航应用中的航位推测辅助，车队跟踪中的位置检测，以及电源工具和小型电器的安全关闭。4氧传感器：氧传感器探测的是混合气的浓度，但它并不是直接探测混合气，而是探测混合气燃烧后的废气中的氧分子含量，从而间接地得到当前混合气的浓度。氧传感器其实就是一个低电压，低电流的小电池，当它的内外表面所接触的氧分子角度不同时，便形成一个电位差，它的外表面伸入排气管中直接与发动机排气相接触，柴油机测试技术3它的内表面与大气接触，大气中氧分子的浓度是不变的。而排气中氧分子的浓度是随混合气浓度的变化而变化的。当混合气的实际空燃比高于理论空燃比（14.7，即稀混合气）时，废气中剩余的氧分子浓度相对较高，这时氧传感器内外氧分子浓度相差较小，只能输出大约0.1v的电压；而当混合气的实际空燃比小于理论空燃比（即混合气）时，废气中剩余的氧分子非常少，这时氧传感器内外表面氧分子浓度相差较大，可以输出大约1.0v左右的电压。这样，电脑就可以通过氧传感器输出的信号了解当前混合气浓度相对于理论值的微小偏差，于是根据这个信号相应调整喷油器的通电时间，以弥补这个微小偏差，从而提高了控制的精度。这即是所谓的问环控制。5霍尔齿轮转速传感器：霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。6PN结温度传感器：温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50—+150℃。典型的温度曲线如图1所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此柴油机测试技术4它们的互换性较差。7生物传感器:生物传感器(biosensor)对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。生物传感器的特点：（1）采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。（2）专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。（3）分析速度快，可以在一分钟得到结果。（4）准确度高，一般相对误差可以达到1％（5）操作系统比较简单，容易实现自动分析柴油机测试技术5（6）成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。（7）有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。在产控制中能得到许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息。同时它们还指明了增加产物得率的方向。8UHZ-50型磁性浮球液位计，用于工业过程中各种承压（或敞开）贮液设备（塔.缸.槽.球形容器和锅炉）的液体介质的液位检测。能就地显示各种液体的工作情况和液位高度。配上液位变送器就能远距离传送液面的位置信号。通过一定的电气装置达到自动控制和测量液位的目的。该液位计是具有可靠的安全性检测仪表。由于具有磁性藕合的隔离密闭结构。尤其适用于易燃.易爆和腐蚀有毒液位检测。从而使原复杂环境的液位检测手段变得简单和可靠安全。液位计具有就地显示的直读式特性。不需多组液位计组合。有着单体进行全量程测量。设备少开孔，显示清晰，标志醒目。读数直观等优点。当液位计直接配带显示仪时可省去该系统信号检测的中间变送从而提高其传输精度。工作原理液位计采用连通器的原理，使容器内液体等高引入到液位计主体内。在主体内的漂浮的浮球组件，根据浮力原理和磁性藕合原理。在主体外附靠能反映磁现象的翻柱液面位置的显示。随主体内液位的变化，浮球组件的高低也相应变化。从而使主体外的翻柱180度的翻转，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液面下降时，翻柱由红色转为白色。显示器的红，白界位处为容器内介质液位的实际高度。9磁致伸缩位移传感器:磁致伸缩位移传感是利用磁致伸缩效应研制的传感器。该传感器可以实现非接触、绝对式测量，具有高精度、大量程的特点，特别是由于磁铁和传感器并无直接接触，因此传感器可应用在恶劣的工业环境，如易燃、易爆、易挥发、有腐蚀的场合。此外，传感器能承受高温高压和高振荡的环境。传感器输出信号为绝对数值，所以即使电源中断重接也不会对数据收构成问题，更无尖重新调整零位。由于传感器组件都是非接触的，所以即使测量过程理不断重复的，也不会对传感器造成任何磨损。磁致旋转波位移传感器，如图1所示。除位置磁铁外，所有其他元器件都安装在传感器壳体内，组成传感器的主体。位置磁铁通常装在一个运动部件A上，而传感器主体则装在一个固定的部件B上。柴油机测试技术6传感器工作时，电子信号和处理系统发给磁致波导钢丝间隔为T的激励脉冲电流ie该脉冲电流将产生一个围绕波导钢丝的旋转磁场。位置磁铁也产生一个固定的磁场。根据Widemanm效应，金属随其瞬间变形产生波导扭曲，使波导钢丝产生磁致弹性伸缩，即形成一个磁致旋转波。磁致旋转波的传播速度为式中：G为波导管的剪切弹性模量；ρ为波导管密度。由于G和ρ均为恒定（对于一定的波导管来说）的，所以传播速度也恒定。经过计算该旋转波沿着波导钢丝以2800m/s的速度向两边传播。当它传到波导钢丝一端的波检测器时被转换成电信号ua·通过测量磁致旋转波从位置磁铁传到波检测器的时间tL就能确定位置磁铁和波检测器之间的距离。这样，当部件A和B产生相对运动，通过磁致旋转波位移传感器就可以确定部件A的位置和速度。在波导钢丝的另一端，磁致旋转波将通过减波元件被大大削弱，以避免反射的波形对测量精度造成影响。波反射器是用于改善电信号ua的波形和加强电信号的大小。10角位移传感器:该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器（LVDT）的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出柴油机测试技术7信号，围绕出厂预置的零