傳感器及其工作原理

一、知道傳感器

1.傳感器

（1）定義：傳感器是指這樣一類元件：它可以感受比如力、溫度、光、聲、化學成分等物理量，并能把它們按照必定的規矩轉化為便于傳送和處理的另一個物理量（一般是電壓、電流等電學量），或轉化為電路的通斷.

（2）基本特性：把非電學量轉化為電學量，可以方便地進行測量、傳輸、處理和操控等.

2.傳感器的作業原理：傳感器通過活絡元件感受的一般對錯電學量，而它運用轉化元件輸出的一般是電學量，如電壓、電流、電荷量等.

傳感器一般由活絡元件、轉化元件、轉化電路和輔佐電源四部分組成

活絡元件直接感受被測量，并輸出與被測量有確認聯系的物理量信號；轉化元件將活絡元件輸出的物理量信號轉化為電信號；轉化電路負責對轉化元件輸出的電信號進行擴大調制；轉化元件和轉化電路一般還需要輔佐電源供電.

它由用玻璃管封入兩個軟磁性材料制成的簧片組成.當磁鐵接近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關的作用，操作開關的是磁場這只看不見的“手”.干簧管是一種可以感知磁場的傳感器，廣泛用于電工設備和電子設備中.

3.傳感器的特色

微型化、數字化、智能化、多功用化、系統化、網絡化它是完結自動檢測和自動操控的首要環節.傳感器的存在和展開，讓物體有了“觸覺”“味覺”和“嗅覺”等，讓物體逐漸“活”了起來.

4.傳感器的分類

（1）按照其用途可分為：壓力傳感器、方位傳感器、液面傳感器、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、雷達傳感器等.

（2）按照其原理可分為：振蕩傳感器、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.

（3）按其輸出信號可分為：模擬傳感器——將被測量的非電學量轉化成模擬電信號；

數字傳感器——將被測量的非電學量轉化成數字輸出信號（包括直接和直接轉化）；

膺數字傳感器——將被測量的信號量轉化成頻率信號或短周期信號（包括直接和直接轉化）；

開關傳感器—當一個被測量的信號到達某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號.

（4）按照其測量意圖可分為：物理型傳感器、化學型傳感器、生物型傳感器.

二、對活絡元件的知道

1、光敏電阻：是一種電阻值隨入射光的強弱而改動的電阻器.

（1）特性：當用不同的光照射光敏電阻時會得到不同的電阻，由試驗數據可知一般光照強度越強，電阻越小.

（2）實質：一般構成光敏電阻的物質為半導體材料，當無光照時載流子很少，導電功用欠好；跟著光照的增強，載流子增多，導電功用變強，電阻就會減小.

（3）作用：把光照強弱這個光學量轉化為電阻這個電學量，就如同人的眼睛相同，可以感知光線的強弱，應用光敏電阻可制成光電計數器.

2.熱敏電阻和金屬熱電阻

（1）熱敏電阻

①由半導體材料制成，運用溫度改動使半導體的導電功用產生改動的電子元件一般熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小.

②分類：熱敏電阻是活絡元件的一類，按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻（PTC）、負溫度系數熱敏電阻（NTC）和臨界溫度熱敏電阻（CTR）.正溫度系數熱敏電阻隨溫度升高電阻增大；負溫度系數熱敏電阻隨溫度升高電阻減小（這是常見到的熱敏電阻，如邊欄圖R-T圖象中的熱敏電阻）；臨界溫度熱敏電阻具有負電阻驟變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加急劇減小，具有很大的負溫度系數.它們的電阻率隨溫度的改動如邊欄圖中ρ-t圖象所示.

（2）金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，運用這一特性，金屬絲也可以制造成熱敏傳感器，稱為熱電阻一般的金屬熱電阻的活絡度較差.

（3）氧化錳熱敏電阻和金屬熱電阻的比照

三、霍爾元件

1、霍爾元件：如圖所示，在一個很小的矩形半導體（如砷化銦）薄片上、制造四個電極E、F、M、N，它就成了一個霍爾元件.

2、霍爾電壓

（1）表達式：如圖所示，E、F間通入安穩電流I，一同外加與薄片垂直的磁感應強度為B的磁場，則MN間出現霍爾電壓UH，UH＝kIB/d.

（2）原理：以載流子是自由電子為例，霍爾電壓的推導如下：依據左手定則，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電子運動的反方向（即電流方向），

拇指指向即電子受洛倫茲力的方向，電子在洛倫茲力作用下產生偏轉，并在左右兩邊表面堆集，則左邊表面堆集負電荷，右側表面就堆集等量的正電荷，即右側表面的電勢高，這樣就會形成電場，當電子所受電場力與洛倫茲力平衡時，左、右兩邊的電壓到達安穩.

霍爾元件可分為兩類：一類是金屬霍爾元件，其載流子是自由電子；另一類是半導體霍爾元件，其載流子是空穴（可以認為是帶正電的粒子）.

設M、N左右兩板距離為h，E、F上下兩板距離為d，則eE場=eU/h＝evB，又知導體中電流I＝nevS＝nev·hd，聯立方程得U＝IB/ned.因為ne是由霍爾元件自身材料決議的，我們把kIB/d稱為霍爾系數，用k表示，這樣就有UH＝kIB/d，其間d是薄片的厚度.

3、霍爾電勢凹凸的判別

由左手定則判別帶電粒子的受力方向，然后得出帶電粒子的偏轉方向，正電荷集合的面為高電勢面，負電荷集合的面為低電勢面.