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论文题目：传感器简介（温度和压力）
姓名：孙文杰
学号：SY1119209
1 绪论
人类社会已进入信息时代，人们的社会活动主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制系统之首。因此，传感器成为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号。所以传感器的作用与地位就特别重要了。随着社会的进步，科学技术的发展，特别是近20年来，电子技术日新月异，计算机的普及和应用把人类带到了信息时代。各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术是现代信息技术的主要技术，在国民经济中占据及其重要的地位。
若将计算机比喻为人的大脑，那么传感器则可以比喻为人的感觉器官，可以设想，没有功能正常的感觉器官，不能迅速而准确地采集与转换欲获取的外界信息，纵有再好的大脑也无法发挥其应有的作用。科学技术越发达，自动化程度越高，对传感器的依赖性也就越大。所以，20世纪80年代以来，世界各国都将传感器技术列为重点发展的高新技术，备受重视。
传感器技术所涉及的知识非常广泛，渗透到各个学科领域。但是它们的共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。所以，如何采用新技术、新工艺、新材料以及探索新理论达到高质量的转换，是总的发展途径。
当前，传感器技术的主要发展动向，一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化与智能化。
I.发现新现象
利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理，所以发现新现象与新效应是发展传感器技术的重要工作，是研究新型传感器的重要基础，其意义及其深远。例如，日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁传感器，是传感器技术的重大突破，其灵敏度比霍尔器件高，仅次于超导量子干涉器件。而其制造工艺远比超导量子干涉器件简单，它可用于磁成像技术，具有广泛推广价值。
II.开发新材料
传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们在制造时，可以
任意控制它们的成分，从而设计制造出用于各种传感器的功能材料，例如，半导体氧化物可以制造各种气体传感器，二陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究对象，引起国内外学者的极大兴趣。
III.采用微细加工技术
半导体技术中的加工方法，如氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺、各向异性腐蚀以及蒸镀、溅射薄膜工艺都可用于传感器制造，因而制造出各种各样的新型传感器。例如，利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。
IV.研究多功能集成传感器
日本丰田研究所开发出同时检测钠离子、钾离子和氢离子等多种离子的传感器。这种传感器的芯片尺寸为2.5×0.5mm2，仅用一滴血液即可同时快速检测出其中钠离子、钾离子、氢离子的浓度，适用于医院临床，适用非常方便。
催化金属栅与MOSFEJ相结合的气体传感器已经广泛用于检测氧、氨、乙醇、乙烯和一氧化碳等。
我国某传感器研究所研制的硅压阻式符合创拿起可以同时测量压力与温度。 V.智能化传感器
智能化传感器是一种带微处理器的传感器，它兼有检测、判断和信息处理功能。其典型产品如美国霍尼尔公司的ST-3000型智能传感器，其芯片尺寸为3×4×2mm3，采用半导体工艺，在同一芯片上制作CPU?EPROM和静压、压差、温度等三种敏感原件。
VI.新一代航天传感器研究
众所周知，在航天器的各大系统中，传感器对各种信息参数的检测，保证了航天器按预定程序正常工作，起着极为重要的作用。随着航天技术的发展，航天器上需要的传感器越来越多，例如，航天飞机上安装3500支左右传感器，对其指标性能有严格的要求，如小型化、低功耗、高精度、高可靠性等都有具体指标。为了满足这些要求，必须采用新原理，新技术研制出新型的航天传感器。
VII.仿生传感器研究
值得注意的一个发展动向是仿生传感器的研究特别是在机器人技术向智能化高级机器人发展的今天。仿生传感器就是模拟人的感觉器官的传感器，即视觉传感器、听觉
传感器、嗅觉传感器、味觉传感器、触觉传感器等。目前只有视觉与触觉传感器解决的比较好，其他几种远不能满足机器人发展的需要。也可以说，至今真正能代替人的感觉器官功能的传感器极少，需要加速研究，否则会影响机器人技术的发展。
传感器研究是当前科学技术研究的前沿课题。在工业、军事、航空航天、机器人技术等领域具有重要的地位和应用。
2压力传感器
压力传感器的敏感原件可以是电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器以及压电式传感器。
2.1电阻式压力传感器
电阻式传感器的种类繁多，应用广泛其基本原理是将被测量物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。电阻式传感器主要包括电位器式电阻传感器和应变片式电阻传感器。
I.电位器是一种常用的机电原件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它主要是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感器原件来使用，可以用来测量压力、高度、加速度、航面角等各种参数。电位器式传感器具有一系列优点，例如结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数。其缺点就是要求输入能量打，电刷与电阻原件之间容易磨损。电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。
电位器式压力传感器是利用弹性元件（如弹簧管、薄膜或膜盒）把被测的压力变换为弹性原件的位移，并使此位移变为电刷触点的移动。从而引起输出电压或电流相应的变化。
1.特点
应变片式是在几何量和机械量的测量中最常用的传感器，它一般由金属和半导体材料制成。应变片式电阻传感器是以应变片为传感原件的传感器。它具有以下优点：①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定可靠；③结构简单、尺寸小，重量轻，因此在测试时，对工件工作状态及应力分析影响小；④频率响应特性好；⑤应变片响应时
间短，约为10?7s；⑥可在高低温、告诉、高压、强烈震动、强磁场、核辐射和化学腐蚀等恶劣环境条件下工作；⑦应变片种类繁多、价格便宜。
同时，也存在一些缺点：在大应变状态下具有较大的非线性；输出信号微弱；不适用于高温环境中（1000℃以上）；应变片实际测出的只是某一面积上的平均应变，不能完全显示应力场中应力梯度的情况。
2.电阻应变片的工作原理
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在道题产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。假设有一根电阻丝，它在未受力的情况下原始电阻值为
R=?l/S 式中 ?——电阻丝的电阻率
l——电阻丝的长度
S——电阻丝的截面积
电阻丝在外力F的作用下，将引起电阻变化?R，且有
?R/R=?l/l-?S/S+??/? （2-1）
令电阻丝的轴向应变为?=?l/l，径向应变为?r/r，由材料力学可知
?r/r=-?（?l/l）=-?? （2-2）
其中?电阻丝材料的泊松系数，经整理可得
?R/R=（1+2?）?-??/? （2-3）
通常把单位应变引起的电阻相对变化称作电阻线的灵敏系数，其表达式为
k0=?R/R?=(1+2?)-??/?? （2-4） 从上式可以看出，电阻灵敏系数k0由两部分组成：(1+2?)表示受力后由材料的几何尺寸引起的；
??/??表示由材料电阻率变化所引起的。对于金属材料，
??/??项的值要比
(1+2?)小很多，可以忽略，故k0?1+2?。大量实验证明，在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即k0=1.7~3。故?R/R?k0?。
3.类别及主要特性