傳感器的類型及原理

傳感器通常由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成，是能感受規定的物理量，並按一定規律轉換成可用輸入信號的器件或裝置。簡單地說，傳感器是把非電量轉換成電量的裝置。

（1）敏感元件是指能直接感受（或響應）被測量的部分，即將被測量通過傳感器的敏感元件轉換成與被測量有確定關系的非電量或其它量。 　　

（2）轉換元件則將上述非電量轉換成電參量。 　　

（3）測量電路的作用是將轉換元件輸入的電參量經過處理轉換成電壓、電流或頻率等可測電量，以便進行顯示、記錄、控制和處理的部分。 　　　　

常見傳感器類型及工作原理 　　　　　

（一）霍耳式傳感器 　　

1．霍耳效應 　　

半導體或金屬薄片置於磁場中，當有電流（與磁場垂直的薄片平面方向）流過時，在垂直於磁場和電流的方向上產生電動勢，這種現象稱為霍耳效應。 　　

2．霍耳元件 　　

目前常用的霍耳材料鍺（Ge）、硅（Si）、銻化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等 。N型鍺容易加工制造，霍耳系數、溫度性能、線性度較好；P型硅的線性度最好，霍耳系數、溫度性能同N型鍺，但電子遷移率較低，帶負載能力較差，通常不作單個霍耳元件。

（二）熱電式傳感器 　　

1．熱電效應 　　

將兩種不同性質的金屬導體A、B接成一個閉合回路，如果兩接合點溫度不相等（T0≠T），則在兩導體間產生電動勢，並且回路中有一定大小的電流存在，此現象稱為熱電效應。 　　

2．熱電阻傳感器 　　

熱電阻材料通常為純金屬，廣泛使用的是鉑、銅、鎳、鐵等 　　

3．熱敏電阻傳感器 　　

熱敏電阻用半導體制成，與金屬熱電阻相比有以下特點： 　　

（1）電阻溫度系數大，靈敏度高；（2）結構簡單，體積小，易於點測量；（3）電阻率高，且適合動態測量； （4）阻值與溫度變化的關系是非線性的；（5）穩定性較差。 　　

（三）光電式傳感器 　　

1．光電效應 　　

當光線照射物體時，可看作一串具有能量E的光子轟擊物體，如果光子的能量足夠大，物質內部電子吸收光子能量後，擺脫內部力的約束，發生相應電效應的物理現象，稱為光電效應。 　　

（1）在光線作用下，電子逸出物體表面的現象，稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管等。 　　

（2）在光線作用下，物體的電阻率改變的現象，稱為內光電效應，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。 　　

（3）在光線作用下，物體產生一定方向電動勢的現象，稱為光生伏特現象，如光電池（屬於對感光面入射光點位置敏感的器件）等。 　　　　

2．光敏管 　　

光敏管（光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等）屬於半導體器件。

3．光敏電阻 　　

光敏電阻受到光線照射時，電子遷移，產生電子—空穴對，使電阻率變小。光照越強，阻值越低。入射光線消失，電子—空穴對恢復，電阻值逐漸恢復原值。　　

4．電致發光 　　

固體發光材料在電場激發下產生的發光現象稱為電致發光。電致發光是將電能直接轉換成光能的過程。發光二極管(LED)是以特殊材料摻雜制成的半導體電致發光器件。當其PN結正向偏置時，由於電子—空穴復合時產生過剩能量，該能量以光子形式放出而發光。

（四）壓電式傳感器 　　

1．壓電效應 　　

對某些電介質沿著一定方向加力而使其變形時，在一定表面上產生電荷，當外力撤除後，又恢復到不帶電狀態，這種現象稱為正壓電效應。在電介質的極化方向施加電場，電介質會在一定方向上產生機械變形或機械壓力，當外電場去除後，變形或應力隨之消失，此現象稱為逆壓電效應。 　　

2．壓電元件 　　

壓電式傳感器是物性型的、發電式傳感器。常用的壓電材料有石英晶體（SiO2）和人工合成的壓電陶瓷。壓電陶瓷的壓電常數是石英晶體的幾倍，靈敏度較高。

（五）磁電效應 　　

根據法拉第電磁感應定律，N匝線圈在磁場中運動，切割磁力線（或線圈所在磁場的磁通變化）時，線圈中所產生的感應電動勢的大小取決於穿過線圈的磁通的變化率， 　　

（1）轉動式磁電傳感器 　　

軟鐵、線圈和永久磁鐵固定不動。由導磁材料制成的測量齒輪安裝在被測旋轉體上，每轉過一個齒，測量齒輪與軟鐵之間構成的磁路磁阻變化一次，磁通也變化一次。線圈中感應電動勢的變化頻率（脈沖數）等於測量齒輪上的齒數和轉速的乘積。

（2）直線移動式磁電傳感器 　　

直線移動式磁電傳感器由永久磁鐵、線圈和傳感器殼體等組成。當殼體隨被測振動體一起振動且在振動頻率遠大於傳感器的固有頻率時，由於彈簧較軟，運動件質量相對較大，運動件來不及隨振動體一起振動（靜止不動）。此時，磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近振動體的振動速度。