传感器及其工作原理
1. 了解传感器
1. 传感器
（1）定义：传感器是指能够感知力、温度、光、声音、化学成分等物理量，并能将其转换成另一种易于传输和处理的物理量的元件。按照一定的规则（通常是电压、电流等电量），或者转换成电路的通断。
生活中的例子
（2）基本特点：将非电量转换为易于测量、传输、处理和控制的电量。
2、传感器的工作原理：传感器通过敏感元件感知的通常是非电量，而利用转换元件输出的通常是电量kaiyun全站app登录入口，如电压、电流、电荷等。
传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路和辅助电源四部分组成。其工作原理如图所示。
敏感元件直接感知被测量，输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；转换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大和调制；转换元件和转换电路一般还需要辅助电源。
☞灵敏原干簧管的结构及原理
如图所示，它由密封在玻璃管中的两根软磁材料制成的簧片组成。当磁铁靠近干簧管时，两个干簧管被磁化并相连，因此干簧管可以起到开关的作用。控制开关的是磁场这只看不见的“手”。干簧管是一种可以感应磁场的传感器，广泛应用于电气设备、电子设备中。
3、传感器特点
小型化、数字化、智能化、多功能、系统化、网络化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赋予物体“触觉”、“味觉”和“嗅觉”等感觉，使物体慢慢“活起来”。
4、传感器的分类
(1)按用途可分为：压力传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、辐射传感器、热传感器、雷达传感器等。
(2)按其原理可分为：振动传感器、湿度传感器、磁传感器、气体传感器、真空传感器、生物传感器等。
(3)按其输出信号可分为： 模拟传感器——将被测非电量转换成模拟电信号；
数字传感器——将被测非电量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）；
数字传感器——将被测信号转换为频率信号或短周期信号（包括直接和间接转换）；
开关传感器——当测量信号达到一定阈值时，传感器相应地输出设定的低电平或高电平信号。
(4)按其测量目的可分为：物理传感器、化学传感器、生物传感器。
多个传感器中的敏感元件
2. 敏感元件的了解
1、光敏电阻：是一种阻值随入射光强弱而变化的电阻器。
(1)特点：用不同的光照射光敏电阻时，会得到不同的阻值。从实验数据可以看出，一般光照强度越强，电阻越小。
(2)本质：一般构成光敏电阻的材料是半导体材料。无光时，载流子很少，导电性较差。随着光照的增加，载流子增多，导电性变强，电阻减小。小的。
（3）作用：将光强度的光学量转换成电阻的电量，就像人的眼睛可以感知光的强度一样。光敏电阻可用来制作光电计数器。
☞路灯、河流、海洋的信标必须晚上亮，白天关。利用半导体的电学特性来制作自动照明和熄灭装置，实现自动控制。这是利用半导体的光敏性。
2.热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻
① 采用半导体材料制成的利用温度变化来改变半导体导电性能的电子元件。一般来说开yun体育app官网网页登录入口，热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低。
②分类：热敏电阻是敏感元件的一种。根据温度系数不同，分为正温度系数热敏电阻（PTC）、负温度系数热敏电阻（NTC）和临界温度热敏电阻（CTR）。正温度系数热敏电阻的阻值随着温度的升高而增大；负温度系数热敏电阻的阻值随着温度的升高而增大。减少（这是最常见的热敏电阻，例如侧边栏 RT 图像中的热敏电阻）；临界温度热敏电阻具有负阻突变特性。在一定温度下，电阻值随着温度的升高而急剧增大。减小并具有较大的负温度系数。它们的电阻率随温度变化，如侧边图中的 ρ-t 图所示。
☞金属热敏电阻、热敏电阻的RT特性曲线
☞各种热敏电阻的电阻率如何随温度变化
(2)金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大。利用这种特性，金属线也可以制成热传感器，称为热电阻。一般来说，金属热电阻的灵敏度较差。
(3)氧化锰热敏电阻与金属热电阻的比较
3.霍尔元件
1、霍尔元件：如图所示，在一个小的矩形半导体（如砷化铟）片上制作四个电极E、F、M、N，就成为霍尔元件。
2. 霍尔电压
(1)表达式：如图所示，当E、F之间通过恒定电流I，并施加垂直于板材磁感应强度为B的磁场时，MN之间出现霍尔电压UH，UH= kIB/天。
（2）原理：以载流子为自由电子为例，霍尔电压推导如下： 根据左手定则，让磁力线垂直穿过手掌，四个手指指向与电子运动相反的方向（即电流的方向）。
拇指指向电子受洛伦兹力的方向。电子因洛伦兹力而偏转并积聚在左右表面上。然后左表面积累负电荷，右表面积累等量的正电荷。即表面右侧电位较高，会形成电场。当电子上的电场力与洛伦兹力平衡时，左右两侧的电压就会稳定。
☞霍尔元件的分类
霍尔元件可分为两类：一类是金属霍尔元件，其载流子是自由电子；另一类是金属霍尔元件，其载流子是自由电子。另一种是半导体霍尔元件，其载流子是空穴（可以认为是带正电的粒子）。
假设M、N左右板间距离为h，E、F上下板间距离为d，则eE场=eU/h=evB，又知导体中的电流I = nevS = nev·hd，联立方程为U= IB/ned。由于ne是由霍尔元件本身的材料决定的，所以我们称kIB/d为霍尔系数，用k表示，这样UH=kIB/d，其中d为片材的厚度。
3. 霍尔电位水平的判断
由左手定则确定带电粒子受力的方向，得到带电粒子的偏转方向。积聚正电荷的表面为高电位表面，积聚负电荷的表面为低电位表面。
☞霍尔潜力判断要点
在判断霍尔电势高低时，一定要注意载流子是正电荷还是负电荷。无论载流子是正电荷还是负电荷，四个手指指的是电流的方向，即正电荷定向运动的方向，与负电荷定向运动的相反方向（当电流的方向是恒定的，无论载流子是正电荷还是负电荷，作用在载流子上的力的方向是相同的）。
4.霍尔元件的作用
霍尔元件的厚度d和霍尔系数k是恒定值。如果电流I保持恒定，则霍尔电压U与磁感应强度B成正比。因此，霍尔元件可以将磁感应强度的磁性量转换为电压开元棋官方正版下载，这是一个电量，因此霍尔元件也称为磁敏元件。
☞霍尔传感器技术在汽车行业有着广泛的应用，包括动力、车身控制、牵引力控制和防抱死制动系统。为了满足不同系统的需求，霍尔传感器有开关式、模拟式和数字式三种形式。
