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          傳感器的分類小常識

          來源:常州無有實驗儀器有限公司   2020年05月04日 06:24  

          可以用不同的觀點進行分類: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?;瘜W傳感器技術問題較多,例如可靠性問題,規(guī)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.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?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。

          以其輸出信號為標準可將傳感器分為:

          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。

           

            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(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(fā)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(yè)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(fā)強度。傳感器開發(fā)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。

            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

            集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。

            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(yōu)點和不足。由于研究、開發(fā)和生產所需的資本投入較低,以及傳感器參數的高穩(wěn)定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。

           

            可以用不同的觀點進行分類: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。化學傳感器技術問題較多,例如可靠性問題,規(guī)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.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?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。

          以其輸出信號為標準可將傳感器分為:

          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。

           

            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(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(fā)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(yè)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(fā)強度。傳感器開發(fā)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。

            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

            集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。

            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(yōu)點和不足。由于研究、開發(fā)和生產所需的資本投入較低,以及傳感器參數的高穩(wěn)定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。

           

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