常用传感器分类 一文了解传感器的分类及应用

一文了解传感器的分类及应用

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重要的高科技，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。它是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。

“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

二、传感器的分类：

传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。

按被测物理量划分的传感器，常见的有：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。

按工作原理可划分为：

1．电学式传感器

电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。

电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。

电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。

电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。

磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。

电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。

2．磁学式传感器

磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。

3．光电式传感器

光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。

4．电势型传感器

电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。

5．电荷传感器

电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。

6．半导体传感器

半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。

7．谐振式传感器

谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。

8．电化学式传感器

电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。

另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电阻受到光照射时，电阻值会发生变化，直接把光信号转换成电信号输出；后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量，然后再转换成电信号输出，如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类，当有压力作用到弹簧管时，弹簧管产生形变，传感器再把变形量转换为电信号输出。

三、传感器的应用

1. 电阻式传感器

电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转化成为传感元件电阻值的变化再经过转换电路变成电信号输出。应用：1、应变电阻传感器，用来测量拉压应力，以及基于此的其它物理量;热敏电阻传感器，用来测量温度；滑臂式电阻传感器，用来测量几何位置（角度，位移）；磁敏电阻传感器，用来测量磁场。 ；光敏电阻传感器，用来测量光的强度；吸湿媒质电阻传感器，用来测量湿度；液体电阻率传感器，用来测量水溶离子浓度。

2. 电容式传感器

压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量，量测液体位准、湿度、以及物质成分等。

3. 电感式传感器

检测距离的衰减性。滑翘为铁质，适合电感式传感器检测；而滑翘被测部分的尺寸略小于标准检测物尺寸（标准被测物尺寸为 3 倍额定检测距离，此应用中，标准尺寸应为 120*120mm），这样的话就会有一定的衰减；现场抗干扰能力。这个是不容忽视的问题，普通电感式传感器容易被电机或变频器干扰，很多技术人员只对在此附近的应用选择相应强抗电磁干扰的传感器。但在汽车制造车间，厂房大，现场技术人员习惯使用对讲机沟通，尤其是边走边用对讲机对话时，会不经意的靠近传感器，导致短暂失效；安装方面。随着电感式传感器的普及，传感器不仅仅在电气性能方面有所提升，其机械方面的设计也越来越人性化。要在最大程度的实现人性化安装。减少了多种近似产品的备货和减少了安装、维护的时间；稳定运行的保障。在车厂的使用中，要杜绝任何油污、尘污的侵蚀。另外，滑翘经过轨道时，震动是长期存在的，优异的抗震动性同样是有着非常重要的作用。

4. 磁电式传感器

磁电式传感器主要用于振动测量。其中惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准，它直接安装在振动体上进行测量，因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。常用地测振传感器有动铁式振动传感器、圈式振动速度传感器等。

5. 电涡流式传感器

电涡流式传感器可应用于测量振动，位移，厚度，转数，温度，硬度等参数，还可以进行无损探伤。KD2306 电涡流式传感器在位移方面的应用，可用于旋转机器轴向位移和胀差检测。

6. 电势型传感器

电感式传感器具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，特别适合用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态 CO2，氨水，PVC 粉料，灰料，油水界面等液位测量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。

7. 半导体传感器

半导体传感器的主要应用领域是工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程。半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器三类。

8. 谐振式传感器

谐振式传感器具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点。主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。

9. 电化学式传感器

化学传感器在环境与卫生监测中的应用 ：在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。电化学生物传感器在疾病早期诊断中的应用：DNA 电化学生物传感器是近几年国际热点研究的一类新型生物传感器，其具有特异性强、灵敏度高、检测快速、简单经济的特点，因此在肿瘤等重大疾病的早期诊断中具有重要的意义。

传感器的分类原理与检测方法

传感器（transducer/sensor）是一种能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾）的装置或器件。它是实现自动检测和自动控制的基础。

一、传感器的分类

1．按工作原理分类

传感器根据工作原理可分为物理传感器和化学传感器两大类。其中，物理传感器应用的是物理原理，诸如压电效应、磁致伸缩现象以及热电、光电、磁电、离化、极化等原理。化学传感器应用的是化学吸附、电化学反应原理，被测信号量的微小变化会被转换成电信号。目前，大多数传感器是以物理原理为基础运作的。随着技术的发展和成本的降低，化学传感器将会得到更广泛的应用。2．按用途分类

传感器按用途可分为压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、湿敏传感器、热敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。目前，常见的是热敏传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、速度传感器等。

3．按构成材料分类

传感器按构成材料的类别可分为金属传感器、聚合物传感器、陶瓷传感器、混合物传感器，按材料的物理性质传感器可分为导体传感器、绝缘体传感器、半导体传感器、磁性材料传感器，按材料的晶体结构传感器分为单晶传感器、多晶传感器、非晶材料传感器。

4．按制造工艺分类

传感器按制造工艺可分为集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器。常见的传感器是集成传感器、陶瓷传感器和厚膜传感器。

二、传感器的特性

1．传感器的静态特性

传感器的静态特性是指传感器输入静态信号后，传感器的输出量与输入量之间所具有的相互关系。传感器静态特性主要包括线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等参数。

（1）灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态工作情况下，输出量变化Δy 对输入量变化Δx 的比值。它是输入—输出特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间呈线性关系，则灵敏度是一个常数；否则，它将随输入量的变化而变化。

（2）分辨力

分辨力是指传感器可能感受到的被测量最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化，当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。

2．传感器的动态特性

所谓动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。

三、气体传感器的识别与检测

气体传感器除了应用在抽油烟机内，实现厨房油烟的自动检测外，还广泛应用在矿山、石油、机械、化工等领域，实现火灾、爆炸、空气污染等事故的检测、报警和控制。常见的气体传感器的实物外形如下图所示。

1．气体传感器的构成和工作原理

气体传感器由气敏电阻、不锈钢网罩（过滤器）、螺旋状加热器、塑料底座和引脚构成，如下图（a）所示。气体传感器的电路符号如图（b）所示。其中，A—a 两个脚内部短接，是气敏电阻的一个引出端；B—b 两个脚内部短接，是气敏电阻的另一个引出端；H—h两个脚是加热器供电端。

提示： 许多资料将 H、h 脚标注为 F、f。

当加热器得到供电后，开始为气敏电阻加热，使它的阻值急剧下降，随后进入稳定状态。进入稳定状态后，气敏电阻的阻值会随着被检测气体的吸附值而发生变化。N 型气敏电阻的阻值随气体浓度的增大而减小，P 型气敏电阻的阻值随气体浓度的增大而增大。

2．气体传感器的检测

（1）加热器的检测

用万用表的“R×1”或“R×10”挡测量气体传感器加热器两个引脚间的阻值，若阻值为无穷大，说明加热器开路。

（2）气敏电阻的检测

如图 3-68 所示，检测气敏电阻时最好采用两块万用表。

其中，一块置于“500mA”电流挡后，将两个表笔串接在加热器的供电回路中；另一块万用表置于“10V”直流电压挡，黑表笔接地，红表笔接在气体传感器的输出端上。为气体传感器供电后，电压表的表针会反向偏转，几秒后返回到0的位置，然后逐渐上升到一个稳定值，电流表指示的电流在150mA内，说明气敏电阻已完成预热。此时吸一口香烟对准气体传感器的网罩吐出，电压表的数值应该发生变化；否则，说明网罩或气体传感器异常。检查网罩正常后，就可确认气体传感器内部的气敏电阻异常。

提示： 采用一块万用表测量气体传感器时，将吸入口内的香烟对准气体传感器的网罩吐出后，若气体传感器的输出端电压有变化，则说明它正常。

四、热电偶传感器的识别与检测

热电偶是一种特殊的传感器，它能够将热信号转换为电信号，并且有一定的带载能力。

1．热电偶传感器的识别

热电偶传感器是将A、B 两种成分且热电性能不同的材料一端焊接在一起，另一端与放大器等电路相接，常见的热电偶传感器实物外形如下图所示。

热电偶传感器的焊接端称为检测端或热端。该端安装在被检测温度的部位，设其温度为t 1；未焊接端称为自由端或冷端，设其温度为t 2。当t 1>t 2 时，回路中就会产生热电动势。该电动势经放大后控制执行部件，便可实现对被控制器件的温度控制。

2．热电偶传感器的检测

用万用表的二极管挡测量热电偶两个引脚间的阻值，阻值应为 0 且蜂鸣器鸣叫，否则说明它异常。

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