一,、認(rèn)識(shí)傳感器

1.傳感器

（1）定義：傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度,、光,、聲、化學(xué)成分等物理量,，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的另一個(gè)物理量（通常是電壓,、電流等電學(xué)量），或轉(zhuǎn)換為電路的通斷.

?生活中的實(shí)例

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（2）基本特性：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行測量,、傳輸,、處理和控制等.

2.傳感器的工作原理：傳感器通過敏感元件感受的通常是非電學(xué)量，而它利用轉(zhuǎn)換元件輸出的通常是電學(xué)量,，如電壓,、電流、電荷量等.

傳感器一般由敏感元件,、轉(zhuǎn)換元件,、轉(zhuǎn)換電路和輔助電源四部分組成，其工作原理如圖所示.

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敏感元件直接感受被測量,，并輸出與被測量有確定關(guān)系的物理量信號,；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號轉(zhuǎn)換為電信號；轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)對轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進(jìn)行放大調(diào)制,；轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路一般還需要輔助電源供電.

?敏感原件干簧管的結(jié)構(gòu)及原理

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如圖所示,，它由用玻璃管封入兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片組成.當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通,，所以干簧管能起到開關(guān)的作用,，操縱開關(guān)的是磁場這只看不見的“手”.干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中.

3.傳感器的特點(diǎn)

微型化,、數(shù)字化,、智能化、多功能化,、系統(tǒng)化,、網(wǎng)絡(luò)化它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié).傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了“觸覺”“味覺”和“嗅覺”等,，讓物體慢慢“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,、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、雷達(dá)傳感器等.

（2）按照其原理可分為：振動(dòng)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(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號；

數(shù)字傳感器——將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）；

膺數(shù)字傳感器——將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）,；

開關(guān)傳感器—當(dāng)一個(gè)被測量的信號達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí),，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號.

（4）按照其測量目的可分為：物理型傳感器、化學(xué)型傳感器,、生物型傳感器.

?幾種傳感器中的敏感元件

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二,、對敏感元件的認(rèn)識(shí)

1、光敏電阻：是一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器.

（1）特性：當(dāng)用不同的光照射光敏電阻時(shí)會(huì)得到不同的電阻,，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知一般光照強(qiáng)度越強(qiáng),，電阻越小.

（2）本質(zhì)：一般構(gòu)成光敏電阻的物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，當(dāng)無光照時(shí)載流子極少,，導(dǎo)電性能不好,；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多,，導(dǎo)電性能變強(qiáng),，電阻就會(huì)減小.

（3）作用：把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，就如同人的眼睛一樣,，可以感知光線的強(qiáng)弱,，應(yīng)用光敏電阻可制成光電計(jì)數(shù)器.

?街旁路燈和江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮、白天熄,，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮,、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制,，這是利用半導(dǎo)體的光敏性.

2.熱敏電阻和金屬熱電阻

（1）熱敏電阻

(1)由半導(dǎo)體材料制成,，利用溫度變化使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化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：熱敏電阻是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）,、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和臨界溫度熱敏電阻（CTR）.正溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高電阻增大,；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高電阻減小（這是最常見到的熱敏電阻,，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(fù)電阻突變特性,，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(fù)溫度系數(shù).它們的電阻率隨溫度的變化如邊欄圖中ρ-t圖象所示.

?金屬熱電阻與熱敏電阻的R-T特性曲線

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?各種熱敏電阻的電阻率隨溫度的變化情況

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（2）金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,，利用這一特性,，金屬絲也可以制作成熱敏傳感器，稱為熱電阻一般的金屬熱電阻的靈敏度較差.

（3）氧化錳熱敏電阻和金屬熱電阻的對比

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三,、霍爾元件

1,、霍爾元件：如圖所示，在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上、制作四個(gè)電極E,、F,、M、N,，它就成了一個(gè)霍爾元件.

2,、霍爾電壓

（1）表達(dá)式：如圖所示，E,、F間通入恒定電流I,，同時(shí)外加與薄片垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，則MN間出現(xiàn)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(dǎo)如下：根據(jù)左手定則，讓磁感線垂直穿過手心,，四指指向電子運(yùn)動(dòng)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發(fā)生偏轉(zhuǎn),，并在左右兩側(cè)表面積累,，則左側(cè)表面積累負(fù)電荷，右側(cè)表面就積累等量的正電荷,，即右側(cè)表面的電勢高,，這樣就會(huì)形成電場，當(dāng)電子所受電場力與洛倫茲力平衡時(shí),，左,、右兩側(cè)的電壓達(dá)到穩(wěn)定.

?霍爾元件的分類

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(dǎo)體霍爾元件,，其載流子是空穴（可以認(rèn)為是帶正電的粒子）.

設(shè)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(dǎo)體中電流I＝nevS＝nev·hd,，聯(lián)立方程得U＝IB/ned.由于ne是由霍爾元件本身材料決定的，我們把kIB/d稱為霍爾系數(shù),，用k表示,，這樣就有UH＝kIB/d，其中d是薄片的厚度.

3,、霍爾電勢高低的判斷

由左手定則判斷帶電粒子的受力方向,，從而得出帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向,，正電荷聚集的面為高電勢面，負(fù)電荷聚集的面為低電勢面.

?霍爾電勢判斷要點(diǎn)

在判斷霍爾電勢的高低時(shí),，一定要注意載流子是正電荷還是負(fù)電荷.無論載流子是正電荷還是負(fù)電荷,，四指指的都是電流方向，即正電荷定向移動(dòng)的方向,，負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向（電流方向一定時(shí),，無論載流子是正電荷還是負(fù)電荷，載流子受力方向均相同）.

4.霍爾元件的作用

一個(gè)霍爾元件的厚度d,、霍爾系數(shù)k為定值,，若保持電流I恒定，則霍爾電壓U就與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比,，因此,，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量，故霍爾元件又稱磁敏元件.

?霍爾傳感器技術(shù)在汽車工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用,，包括動(dòng)力,、車身控制、牽引力控制以及防抱死制動(dòng)系統(tǒng),。為了滿足不同系統(tǒng)的需要,，霍爾傳感器有開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式三種形式.