什么是传感器？传感器特性、种类和原理等基础知识介绍

在了解什么是传感器或深入了解不同类型的传感器之前，可以先看看下面的测量系统的设置。在这个简单测量系统的框图中，包含三个基本元素：

• 传感器
• 信号调理单元
• 数据表示装置

1、传感器

所以，传感器是一种用于检测温度、速度、流量、液位、压力等任何物理量变化的设备。输入量的任何变化都将被传感器检测到并反映为输出量的变化。传感器的输入和输出量都是物理的，即本质上是非电的。

2、信号调理单元

由于传感器的非电输出量，不方便进一步处理。因此，信号调理单元用于将传感器的物理输出（或非电输出）转换为电量。一些最著名的信号调理单元是：

• 模数转换器
• 放大器
• 过滤器
• 整流器
• 调制器

3、数据表示装置

数据表示设备用于将测量的输出呈现给观察者，这可以是任何东西，例如：

• 天平秤
• 液晶显示器
• 信号记录仪

从上面的定义不难看出，传感器就是通过信号响应物理量的设备和执行器，通过物理运动（或类似动作）响应信号的设备都可以被视为传感器。

例如，麦克风是将声波转换为电信号的传感器，扬声器是将电信号转换为音频信号的执行器。当然，麦克风和扬声器都是传感器，因为麦克风将声能转换为电能，而扬声器将电能转换为声能。

传感器的分类

可以通过多种方式对传感器进行分类，包括但不限于传感器的作用、传感器的结构或它们的工作现象。

如果将传感器视为简单的信号转换器，则很容易将换能器分类为输入传感器或输出传感器。输入传感器测量非电量并将其转换为电量。另一方面，输出传感器以相反的方式工作，即它们的输入信号是电信号，而它们的输出信号是非电信号或物理信号，如力、位移、扭矩、压力等。

而根据工作原理，换能器还可分为机械、热、电等。

1、基于物理效应的分类

传感器的第一个分类是基于将物理量转换为电量的物理效应。例如，铜元素的电阻（物理量）变化与温度变化成正比。通常使用以下物理效果：

• 电阻变化
• 电感变化
• 电容变化
• 霍尔效应
• 压电效应

2、基于物理量的分类

换能器的第二类分类基于转换后的物理量，即换能器在转换后的最终用途。例如，压力传感器是将压力转换为电信号的传感器，以下是根据物理量和相应示例分类的传感器列表：

• 温度传感器 - 热电偶
• 压力传感器 – 波登压力计
• 位置传感器 – LVDT（线性可变差动变压器）
• 液位传感器 – 扭矩管
• 流量传感器 - 流量计
• 力传感器 - 测力计
• 加速度传感器 – 加速度计

3、按能源分类

换能器也根据能源进行分类。在此类别下，通常有两种类型的换能器：

• 有源传感器
• 无源传感器

在有源传感器中，来自输入的能量在将能量从电源传输到比例输出的过程中用作控制信号。

例如，应变计是一种有源传感器，其中应变转换为电阻。但由于来自应变元件的能量非常小，输出的能量由外部电源提供。

在无源传感器中，来自输入的能量直接转换为输出。例如，热电偶是一种无源传感器，其中从输入吸收的热能被转换为电信号（电压）。

传感器的特性

传感器的性能特征是为特定设计选择最合适传感器的关键。因此，了解传感器的特性对于正确选择非常重要。一般情况下，传感器性能特点可以分为两类：

• 静态特性
• 动态特性

1、静态特性

传感器的静态特性是一组通过静态校准建立的性能标准，即通过基本上将测量量保持为变化非常缓慢的恒定值来描述测量质量。以下是传感器的一些重要静态特性列表。

• 灵敏度
• 线性度
• 解析度
• 精度（准确度）
• 跨度和范围
• 临界点
• 漂移
• 稳定
• 响应能力
• 重复性
• 输入阻抗和输出阻抗

2、动态特性

当测量的量是时间的函数，即它随时间快速变化时，传感器的动态特性与其性能有关。

当测量量基本恒定时，静态特性与传感器的性能有关，而动态特性与动态输入有关，这意味着它们取决于其自身的参数以及输入信号的性质。以下是在选择换能器时可以考虑的一些动态特性。

• 动态误差
• 保真度
• 反应速度
• 带宽

总的来说，传感器的静态和动态特性决定了它的性能，并表明它能够有效地接受所需的输入信号并拒绝不需要的输入。

不同类型的传感器

基本上，机械传感器和电传感器是当前比较主流的两种类型传感器。机械传感器是那些对物理量的变化或具有机械量的条件的变化做出响应的传感器。如果将物理量转换为电量，那么换能器就是电换能器。

1、机械传感器

如前所述，机械传感器是一组主要传感元件，它们通过机械输出响应物理量的变化。例如，双金属片是一种机械传感器，它对温度变化作出反应并通过机械位移作出反应。机械换能器与电换能器不同，因为它们的输出信号是机械的。

输出的机械量可以是位移、力（或扭矩）、压力和应变之类的任何东西。对于任何测量量，都可以有机械和电气传感器。

例如双金属条，它是一种机械传感器，用于对温度变化作出反应。相反，电阻温度计也会对温度变化作出反应，但反应是元件电阻的变化。因此，它是一种电子换能器。

下表显示了一小部分用于测量不同量并响应机械信号的机械传感器：

2、电传感器

如前所述，电传感器是那些通过电输出响应物理量变化的传感器。电传感器又分为无源电传感器和有源电传感器。下表列出了一些电传感器（无源和有源）。

传感器的应用

1、电磁

• 天线
• 霍尔效应传感器
• 磁盘读写头
• 磁性墨盒

2、机电

• 加速度计
• 压力传感器
• 检流计
• LVDT
• 称重传感器
• 电位器
• 微机电系统
• 直线电机和旋转电机
• 气流传感器

3、电化学

• 氢传感器
• 氧传感器
• pH计

4、电声

• 扬声器（扬声器、耳机）
• 麦克风
• 超声波收发器
• 压电晶体
• 声纳
• 触觉传感器

5、光电

• LED
• 光电二极管
• 光伏电池
• 激光二极管
• 光敏电阻 (LDR)
• 光电晶体管
• 白炽灯和荧光灯

6、热电

• 热敏电阻
• 热电偶
• RTD（电阻温度检测器）

7、无线电声学

• 无线电发射器和接收器
• GM管（盖革-穆勒管）

总结

以上就是关于传感器、传感器的不同类型、传感器的特点和应用相关基础知识介绍，内容仅供参考。

目前传感器的应用范围非常广泛，在日常生活的电子设备当中随处可见，感兴趣的小伙伴可以查阅相关资料进行深入了解。