电气工程师常用传感器原理

传感器种类繁多。电器式传感器一说令人费解！传感器就是把各种物理参数转换成电信号的装置。几十种上百种也有了。你说咋跟你说清各自的工作原理呢？

传感器的作用是什么原理

传感器的作用是什么原理，很多的电子设备都是需要用到传感器，很多人不太了解传感器，传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息，那么传感器的作用是什么原理呢？

传感器的工作原理是通过敏感元件及转换元件把特定的被测信号，按一定规律转换成某种“可用信号”并输出，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。

传感器按原理分包括：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的作用是把非电学量转换为电学量或电路的通断，实现很方便地进行测量、传输、处理和控制。

1.传感器的原理

传感器是一种装置，它利用一定的规律将探测到的量转换成易于处理的其他物理量。例如，尺子是一种非常简单的传感器。它以一定的间隔标记刻度，刻度是一定的定律，然后根据这个定律进行测量，物体的长度，以及便于应用的数字距离。

比如光敏电阻器是一种光电转换器，它由特定的材料制成，使其电阻在光的影响下在一定范围内按比例变化。要理解传感器，您必须首先确定您想要理解的传感器的应用范围，然后再了解更多。

但归根到底，传感器的基本原理是利用一定的规律将被测量转换成其他易于处理的物理量，必须有一个特定的规律存在于传感器本身。

2. 传感器原则特性

静态特性——传感器的静态特性是指静态输入信号在传感器的输出和输入之间的相关性。

动态特性——所谓的动态特性是指当输入发生变化时传感器的输出特性。在实际工作中，传感器的动态特性通常用其对特定标准输入信号的响应来表示。

线性——在正常情况下，传感器的实际静态特性输出是一条曲线，而不是直线。在实际工作中，为了使仪表具有均匀的标度读数，常采用拟合直线来近似实际特性曲线，线性度(非线性误差)是该近似度的性能指标。

1、什么是传感器？

传感器（Sensor）是指将收集到的信息转换成设备能处理的信号的元件或装置。人类会基于视觉、听觉、嗅觉、触觉获得的信息进行行动，设备也一样，会根据传感器获得的信息进行控制或处理。

传感器收集转换的信号（物理量）有温度、光、颜色、气压、磁力、速度、加速度等，这些利用了半导体的物质变化。除此之外，还有利用酶和微生物等生物物质的生物传感器。传感器的种类繁多，大约有3万种以上。

要想彻底搞清楚传感器，几乎要跨越所有的制造业门类，难度有如识别满天繁星。常见的传感器种类有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。

2、传感器有多重要？

传感器处于一切工业产品的最前沿阵地，它提供了感知物理世界的第一道哨卡。这些传感器提供实时监控，包括过程所需的检测和报告。

发送由传感器监视和收集的数据以进行控制和分析，并且通过传感器发出电信号来报告特定属性中的任何异常。这样，传感器可以提高流程效率和产品质量，同时确保流程符合最佳实践。因此，没有众多优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

传感器的主要特点包括：提高了数据捕获的灵敏度，几乎无损的传输以及连续，实时的分析。实时反馈和数据分析服务可确保流程处于活动状态并以最佳方式执行。

传感技术的不断发展催生了当今的智能传感器。与传统的没有有源组件的模拟传感器不同，智能传感器包含电路，允许它们进行测量并将值输出为数字数据。这些传感器具有嵌入式微处理器单元，并在信号转换器上安装了许多传感设备。

智能传感器能够执行许多内在的智能功能，例如自我测试，自我验证，自我适应和自我识别的能力。他们了解流程要求，管理各种条件，并可以检测条件以支持实时决策。这些智能传感器针对多种过程条件进行了编程，使执行人员可以获得最大收益。

中国、美国、德国等世界将传感器列为未来重大科技项目，想要在传感器上实现技术突破，足以说明它的重要性。世界联合商会更是曾做出评价：谁支配了传感器，谁就能支配了新时代。

3、传感器市场保持较快增长

2012年至2021年，我国工业增加值从万亿元增长到万亿元；以不变价计算，工业增加值年均增长，远高于同期全球工业增加值2%左右的年均增速；制造业增加值从万亿元增加到万亿元，占全球比重从提高到近30%。

万物互联，工业增加值的快速提升，背后离不开强大传感器的支撑。信息时代，传感器在工业生产、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断等领域得到广泛应用。

到2025年，物联网带来的经济效益将在万亿到万亿美元之间，其中传感器作为物联网技术最重要的数据采集入口，将迎来广阔的发展空间。

我国的制造强国战略，同样离不开强大传感器的支撑！据中国信通院数据显示，近年来中国传感器市场规模保持较快增长，2019年中国传感器市场依然保持增长，整体市场规模达到亿元，同比增长。2021年市场规模达到亿元，增速达。

一、热电阻温度传感器：

测温原理:热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即：Rt=Rt0[1+α（t-t0）] 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。

半导体热敏电阻的阻值和温度关系为：Rt =AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。

测温范围:金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠。半导体热敏电阻测温范围只有-50~300℃左右, 且互换性较差，非线性严重，但温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上）。

二、集成温度传感器：

集成温度传感器有可分为模拟式温度传感器和数字式温度传感器。

1.模拟式温度传感器

测温原理:将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，具有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应速度快等 优点。

测温范围：LM135235335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，是电压输出型温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。

该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Ω的动态阻抗，工作电流范围从400μA到5mA，精度为1℃，LM135的温度范围为-55℃～+150℃，LM235的温度范围为-40℃～+125℃，LM335为-40℃~+100℃。

封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。

2.数字式温度传感器

测温原理:将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的数字信号，使用方便，但响应速度较慢（100ms数量级）。

测温范围：DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持“一线总线” 接口的数字式温度传感器，供电电压范围为3～，测温范围为-55℃～+125℃

可编程的9～12位分辨率，对应的可分辨温度分别为℃、℃、℃和℃，出厂设置默认为12位，在12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。

三、热电偶温度传感器

测温原理:两种不同成分的导体（称为热电偶丝或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电动势。

热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表连接，显示出热电偶所产生的热电动势，通过查询热电偶分度表，即可得到被测介质温度。

测温范围：常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

压力丈量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器普遍由弹性敏感元件和位移敏感元件组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功用集于一体，如压阻式传感器中的固态压力传感器。压力是消费过程和航天、航空、国防工业中的重要过程参数，不只需求对它停止快速动态丈量，而且还要将丈量结果作数字化显现和记载。大型炼油厂、化工厂、发电厂和钢铁厂等的自动化还需求将压力参数远间隔传送，并请求把压力和其他参数，如温度、流量、粘度等一同转换为数字信号送入计算机。压力传感器是极受注重和开展疾速的一种传感器。压力传感器的开展趋向是进一步进步动态响应速度、精度和牢靠性以及完成数字化和智能化等。常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器、谐振式压力传感器等。电压型压力传感器有：压敏电阻式传感器、可变电感式压力传感器、膜盒式压力传感器、可变电阻式压力传感器、压力开关型的压力传感器等。频率型压力传感器有：电容式及弹性波式压力传感器。在汽车中应用最广的是压敏电阻式及电容式压力传感器和开关类型的压力传感器。一、压敏电阻式压力传感器压敏电阻式压力传感器的传感元件是由位于膜片表面的压敏电阻与硅钢膜片组成。膜片的周围有四个电阻互相连接，称为惠斯顿电桥电路，比如我们日常用的家电中的电源电路中整流部分一般用的就是惠思登电桥二极管整流电路。当压力发生变化时，电桥电路电阻发生改变，电桥两端的5V电压发生变化，通过放大电路放大并转换成信号输出给接收设备。压敏电阻式压力传感器由于其尺寸小、精度高且生产成本低，所以被广泛的应用在轿车及载货车上，也是目前汽车上进气压力传感器中最先进的一种。但是，半导体元件的缺点是受温度影响较大，所以一般需要加装晶体管温度补偿电路。电控系统中的进气压力传感器及轨压传感器大部分属于此种压力传感器。二、膜盒式压力传感器这种传感器是由很薄的金属片焊接成气压罐，通过气体的正压力或负压力（即抽真空）使膜盒膨胀或收缩，膜片移动时驱动操纵杆移动，膜片经过微分变换器，使其转换成电阻变化形成电信号输出，工作原理类似于机械高压泵上的冒烟限制器。三、可变电感式压力传感器该压力传感器主要是由两个线圈产生互感电压，当交变电压通过一个线圈时，通过互感作用使另一个线圈产生互感电压，耦合越紧则输出电压越大，所以，当铁芯向线圈中间移动时，输出信号增大。四、开关型压力传感器开关型压力传感器应用比较广泛，一般分薄膜式压力传感器和弹簧管式压力传感器。1）薄膜式压力传感器：该型传感器普遍用于汽车中的报警电路中，如储气筒压力传感器、机油压力开关、空滤堵塞传感器等等。该型传感器主要由膜片、弹簧、触点等组成，当压力低于标定值时，膜片在复位弹簧的作用下向下移动，从而使触点闭合，点亮相应报警灯。2）弹簧管式压力传感器在以前的旧车型中主要用于机油压力的报警装置中，如EQ1090型载货汽车及WD615发动机的机油压力传感器。它由动触点、静触点及管型弹簧构成，当机油压力高于规定值时（一般是±）弹簧管受压力驱动，变形较大，使触点分开，报警灯回路被切断，报警灯熄灭，当压力低于规定值时，弹簧管变形较小，触点处于接通状态，报警灯形成回路，使报警灯点亮。五、电容式压力传感器该类型传感器是用氧化铝膜片与底板一起形成电容，当有压力作用在膜片上时，膜片产生压力差，经过集成电路处理后产生与压力成正比的可变频率信号。其实该型传感器就是一个通过改变间隙使两极板之间的电容值发生变化，使谐振频率发生变化，控制装置根据信息的频率便可计算出当时的绝对压力。该类型压力传感器在轿车中应用较多。压力传感器除上述部分外，还有如可变电阻式压力传感器、差动变压器式压力传感器等等，之后再一一介绍！想要了解更多详细资讯，欢迎咨询麦克传感器股份有限公司！

基本原理是光学三角法：半导体激光器①被镜片②聚焦到被测物体⑥。反射光被镜片③收集，投射到CMOS阵列④上；信号处理器⑤通过三角函数计算阵列④上的光点位置得到距物体的距离。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：一、传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。二、化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。现在越来越受到工业控制青睐的激光传感器发展迅猛，激光传感器不仅应用广泛，更主要的是利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。ZLDS10X系列品牌激光位移传感器具有数字化集成一体化结构，高分辨率，高线性度，高响应、IP67防护等级和可同步等高性能。工作温度范围宽，特别适用于工业环境高精度应用。

传感器的工作原理是：当弹性轴受扭时,应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器放大成±1v的强信号,再通过V/F转换器变换成频率信号,通过信号环形变压器从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈,再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：

光敏传感器——视觉

声敏传感器——听觉

气敏传感器——嗅觉

化学传感器——味觉

压敏、温敏、

流体传感器——触觉

敏感元件的分类：

物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。