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第1节传感器及其工作原理

一、传感器

1．传感器的组成

一般是由敏感元件、转换元件和转换电路组成，有时还需要有辅助电源。

2．传感器的原理

传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、光、声、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大处理后，再通过控制系统产生各种控制动作。

3．传感器的工作流程

eq\x(非电学量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(转换器件)→eq\x(转换电路)→eq\x(电学量)

4．各组成部分的作用

(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。

(2)转换元件：传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。

(3)转换电路：将转换元件输出的不易测量的非电学量(如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等)转换成易于测量的电学量(如电压、电流、电阻等)。

二、对敏感元件的认识

1．光敏电阻

(1)特点：光照越强，电阻越小。

(2)原因：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

2．热敏电阻和金属热电阻

3.霍尔元件

(1)构造

很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N。

(2)霍尔电压

如图所示，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝keq\f(IB,d)，d为薄片厚度，k为霍尔系数。一个霍尔元件的d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。

(3)作用

把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

【误区警示】光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比

元件

产生变化的原因

光敏电阻

半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小

热敏电阻

对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小

霍尔元件

霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向移动，在另两极上形成电压

【应用技巧】含有敏感元件电路的分析思路

(1)明确敏感元件的电阻特性。

(2)根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的性质分析电路中一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况。

(3)思路流程：R局→R总→I总→U端→局部判断。