传感器测量转换电路 图文精解：五分钟让你透彻理解传感器（赶紧收藏！）

图文精解：五分钟让你透彻理解传感器（赶紧收藏！）

传感器是根据材料的物理、化学、生物学的特性和规律设计而成的器件，种类繁多，在测控领域内，由某一原理设计的传感器可以同时测量多种非电量，而有时一种非电量又可用多种不同原理的传感器测量，因此传感器的分类方法较多，一般可按以下几种方法分类。

1．按输入量分类

按输入量可分为压力、位移、速度、温度、湿度等传感器。这种分类方法明确地表达了传感器的用途，便于选用，但该分类法将原理互不相同的传感器归于一类，难以找出每种传感器的转换原理上有何共性和差异。

2．按测量原理分类

这种分类方法是以物理和化学等的原理、规律和效应作为分类依据，如电压式、热电式、电阻式、光电式、电感式等。这种分类方法的优点是对于传感器的工作原理比较清楚，类别少，利于对传感器进行深入分析和研究。

3．按能量关系分类

按能量观点分类，可将传感器分为有源传感器和无源传感器。前者将非电能量转换为电能量，称之为能量转换型传感器。通常配合有电压测量电路和放大器，如压电式、热电式、电磁式等。无源传感器又称能量控制型传感器。它本身不是一个换能器，被测非电量仅对传感器中能量起控制或调节作用。所以，它们必须有辅助电源，这类传感器有电阻式、电容式、电感式等。

4．根据半导体有关理论分类

分为半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。

5．按输出量分类

按输出量分类有模拟式和数字式传感器。模拟式传感器的输出信号为模拟量；数字式传感器的输出信号为数字量，便于与计算机连用，且抗干扰性强，如盘式角压数字传感器，光栅传感器等。

6．其他分类

传感器通常也可按结构型和物性型分类。

（1）结构型

主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化将外界被测量转换为相应电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测量信号。这种传感器目前应用的最为普遍。

（2）物性型

物性型是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量。它是半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。

传感器按测量原理和用途两个大类细分如下表所示。

传感器的使用注意事项

（1）安装及线路调试

① 要熟悉传感器及后级电路的原理、特点和要求。

② 传感器安装位置和方法要正确，固定要牢固。传感器的输出信号线要符合说明书的要求。

③ 传感器的供电电源要符合说明书的要求。输出信号的极性、电流方向要与后级电路输入的要求一致。

④ 传感器及后级电路安装完毕后，要开机反复进行调整，直到达到最佳状态。

（2）操作要点

① 传感器必须与被测物体保持紧密联系，有些就直接安装在被测物体上。传感器的安装位置是否准确，对检测结果影响很大。

② 对于传感器接收装置的输入电路，其检测的精度取决于传感器的精度、安装位置和方法是否正确及接收装置的精度。

来源：《电工从业技能深入精通》 作者：张志远

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电压电流转换检测电路，传感器检测电路，电流检测电路

电流检测

图1，分析一个大家接触得较多的电路。

很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。

如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1，在R1上会产生0.4~2V的电压差。

由虚断知，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5的电流相等，流过R2和R4的电流相等。故：

(V2-Vy)/R3=Vy/R5……a

(V1-Vx)/R2=(Vx-Vout)/R4……b

由虚短知：

Vx=Vy……c

电流从0~20mA变化，则：

V1=V2+(0.4~2)……d

由cd式代入b式得：

(V2+(0.4~2)-Vy)/R2=(Vy-Vout)/R4……e

如果R3=R2，R4=R5，则，由e-a得：

Vout=-(0.4~2)R4/R2……f

图9：R4/R2=22k/10k=2.2，则f式：

Vout=-(0.88~4.4)V

即是说，将4~20mA电流转换成了-0.88~-4.4V电压，此电压可以送ADC去处理。注：若将图9电流反接既得：

Vout=+(0.88~4.4)V

2

电压电流转换检测

图2，电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。图2是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！

由虚断知，运放输入端没有电流流过，则：

(Vi–V1)/R2=(V1–V4)/R6……a

同理：

(V3–V2)/R5=V2/R4……b

由虚短知：

V1=V2……c

如果R2=R6，R4=R5，则由abc式得：

V3-V4=Vi

上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7的电流：

I=Vi/R7

如果负载RL<<100KΩ，则通过Rl和通过R7的电流基本相同。

3

传感器检测

来一个复杂的！图是一个三线制PT100前置放大电路。PT100传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线，接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用，静态分析时可不予理会，Z1、Z2、Z3可视为短路，D11、D12、D83及各电容可视为开路。

由电阻分压知：

V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11……a

由虚短知，U8B第6、7脚电压和第5脚电压相等：

V4=V3……b

由虚断知，U8A第2脚没有电流流过，则流过R18和R19上的电流相等：

(V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18……c

由虚断知，U8A第3脚没有电流流过：

V1=V7……d

在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联，PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3脚。

V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0)……e

由虚短知，U8A第3脚和第2脚电压相等：

V1=V2……f

由abcdef得：

(V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2

化简得：

V5=(102.2*V7-100V3)/2.2

即：

V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0)–200/11……g

上式输出电压V5是Rx的函数我们再看线电阻的影响。Pt100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22，加至U8C的第10脚。

由虚断知，

V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0)……a

(V6-V10)/R25=V10/R26……b

由虚短知，

V10=V5……c

由式abc得：

V6=(102.2/2.2)V5

=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)]……h

由式gh组成的方程组知，如果测出V5、V6的值，就可算出Rx及R0，知道Rx，查pt100分度表就知道温度的大小了。

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