目前，傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，遍布環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、家庭生活、宇宙開發(fā)等許多方面。

傳感器是把非電學(xué)物理量(如速度、位移、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量、傳輸、處理的電學(xué)量(如電壓、電流、電阻、電容等)的一種組件，通常把傳感器定義為“對(duì)應(yīng)于特定被測(cè)物理量提供有效電信號(hào)輸出的器件”。例如，光電傳感器利用光敏電阻把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；熱電傳感器利用熱敏電阻將熱信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；電容式傳感器可以把角度、濃度、壓力、位移等非電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；力電傳感器利用敏感元件把速度、加速度等力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流、電壓等電學(xué)信號(hào)。

1 力電傳感器

力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)(位移、速度、加速度等)，轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)(電流、電壓等)的儀器。

1.1 位移傳感器

位移傳感器的工作原理如圖1所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿P，通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)來(lái)反映出物體位移的大小x。

1.2 聲電傳感器

唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器，其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。

1.3 加速度計(jì)

加速度計(jì)作為測(cè)定運(yùn)動(dòng)物體加速度的儀器，已被廣泛應(yīng)用。圖2所示為應(yīng)變式加速度計(jì)的原理圖。支架AB固定在待測(cè)系統(tǒng)上，滑塊穿在A、B之間的水平光滑支架上，并用輕質(zhì)彈簧連接在A端，其下端有一活動(dòng)臂可通過(guò)電路將滑塊所受力的大小轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從電壓表輸出。

1.4 角速度計(jì)

角速度計(jì)可測(cè)量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)繞OO'轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A發(fā)生位移并輸出電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)信息源。

1.5 電磁脈沖傳感器

現(xiàn)代汽車在制動(dòng)時(shí)，有一種ABS系統(tǒng)，它能阻止制動(dòng)時(shí)車輪抱死變?yōu)榧兓瑒?dòng)。純滑動(dòng)不但制動(dòng)效果不好，而且易使車輛失控。為此，需要一種測(cè)定車輪是否還在轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。如果檢測(cè)出車輛不再轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)自動(dòng)放松制動(dòng)裝置，讓輪子仍保持緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。這種檢測(cè)裝置稱為電磁脈沖傳感器。圖4所示，B是一根永久磁鐵，外面繞有線圈。它的左端靠近一個(gè)鐵質(zhì)齒輪，齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪是同步的。當(dāng)齒輪上的齒靠近線圈時(shí)被磁化，使磁通量增強(qiáng)；齒輪離開線圈時(shí)磁通量減弱，磁通量的變化使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，將電流經(jīng)放大后去控制制動(dòng)機(jī)構(gòu)，可有效地防止車輪被抱死。

2 光電傳感器

光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。如果是光敏電阻，它是利用光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理制成的；如果是光電管，它就是利用在光線作用下電子能逸出物體表面的現(xiàn)象制成的。例如，自動(dòng)沖水機(jī)、路燈的控制、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等都是利用了光電傳感器的原理。

光電管在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用。街道路燈自動(dòng)控制就是其應(yīng)用之一。如圖5所示的電路為模擬電路，其中A為光電管，B為電磁繼電器，C為照明電路的電源，D為路燈。開關(guān)合上后，白天，光電管在可見(jiàn)光照射下有電子逸出，從光電管陰極逸出的電子被加速到達(dá)陽(yáng)極，使電路接通，電磁鐵中的強(qiáng)電流將銜鐵吸下，照明電路斷開，燈泡不亮。夜晚，光電管無(wú)電子逸出，電路斷開，彈簧將銜鐵拉上，照明電路接通。這樣就達(dá)到日出路燈熄，日落燈亮的效果。

3 熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的。例如，耳溫計(jì)、電路中的無(wú)結(jié)點(diǎn)保護(hù)(當(dāng)電源發(fā)生異常時(shí)切斷電源，電源正常后又自動(dòng)恢復(fù))、各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī))的溫度控制。

熱電傳感器在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用廣泛，如電飯煲的自動(dòng)控制系統(tǒng)。如圖6所示，S1是一個(gè)限溫開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開。S2是一個(gè)自動(dòng)溫控開關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開。紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈，限流電阻R1和R2。

4 電容式傳感器

電容式傳感器的工作原理：電容C跟介電常數(shù)ε成正比，跟正對(duì)面積S成正比，跟極板間的距離d成反比。如果某一物理量的變化(如角度、位移、深度等的變化)能夠引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，那么通過(guò)測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化。主要應(yīng)用有：大容器中填料(礦石、砂糖、小麥、玻璃球等)的測(cè)量等。

圖7甲是一個(gè)測(cè)定液面高度h的電容傳感器。在金屬芯線的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中就構(gòu)成了一個(gè)電容器。圖7乙是一個(gè)數(shù)字電容表，導(dǎo)電液體高度h發(fā)生變化，將引起電容C的變化。通過(guò)測(cè)試電容的變化，就可以了解非電學(xué)物理量h的變化。

(欄目編輯鄧 磊)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。