常用传感器的工作原理及应用

常用物理传感器工作原理及应用

摘要：在随着现代工业自动化及测量技术程度不断提高，诸多传感器被广泛应用，是控制、监测、计量系统必不可少的部分，在测量转换原始数据的准确度、精度和反应速度时，传感器作为末端基础原件，其作用至关重要。鉴于此，文章重点针对各类传感器工作原理进行了分析，以供参考。

关键词：传感器；传感器原理；热敏传感器；光敏传感器；传感器应用

1传感器发展史概述

“传感器”一词在20世纪末才出现在人们视线中，最早的传感器其实是“称”和“温度计”，是最早将外界信号转换成可量化数字的工具。世界上最原始的秤，石块砝码发现于今巴基斯坦境内的印度河文明遗址（约2400-1800），距今已有三、四千年的历史。古埃及人在同时代（约1878）的记载中也有提及。在中国，秤的出现在春秋中晚期，已经制造了小型的衡器 — 木衡、铜环权，用来称黄金货币；17世纪伽利略发明了温度计，真正把温度信号变成电信号的传感器是在1821年德国物理学家赛贝发明的，这是后来的热电偶传感器，在过了50年后德国人西门子发明了铂电阻温度计。在本世纪半导体出现后相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器。与此同时，根据光和波与物质相互作用的规律，相继发明了声学传感器、红外传感器和微波传感器、光电传感器。

2传感器分类

2.1根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器两大类：物理传感器应用的是物理效应，将测量信号的微弱变化通过压电效应、热电、光电、气电、磁电、离化、极化、射线、磁致伸缩现象转换成电信号。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。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。

2.2传感器根据检测用途分类有：压敏、光敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、雷达传感器。

常用气体传感器原理与应用　

孙建中　哈药集团制药总厂计控中心黑龙江哈尔滨１５００８６　

【摘要】本文介绍了几种常用气体传感器的原理、检测范围、特点与应用。　【关键词】气体传感器原理特点应用　中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—４０６７（２０１３）０４—７６—０１　

在石油、化工、燃气、生化医药等行业生产过程中存在大量的易燃　

易爆液体或气体，一旦泄漏，挥发到空气中，浓度达到爆炸下限（％ＬＥＬ），　

如遇明火、电火花或剧烈磨擦极易引起爆炸。另外在一些场所和工厂等　

还存在着ＣＯ、Ｈ　Ｓ、ＨＣＮ、ＨＦ等腐蚀性或有毒有害气体。因此对可燃、　

有毒有害气体的准确及时监测，是防止事故、保护环境和保障人民生命　

财产安全的重要手段。本文所述气体传感器主要应用于加油站、工厂等　

工业用，精度一般为（１～５）％，对于分析、研究用的精密气体浓度测　

量，需要用气相色谱仪，精度高于１％。下面按检测原理介绍几种常用　

气体传感器。　

一、催化燃烧式气体传感器　

催化燃烧式利用材料对气体接触燃烧产生的反应热，改变其电阻特　

性的方法来测量。检测元件以中（０．０２～０．０５）ｍｍ的高性能铂（Ｐｔ）丝螺　

旋圈为骨架，外面包覆惰性难熔白色多孔材料（Ａ１　０３），作为为载体，烧　

结成球状，用作参比元件；载体外若涂覆或浸渍上由活性棕黑色催化剂　

组成的外壳，烧结后就用作测量元件。阻值相近的参比元件和测量元件　

跟补偿电阻一起构成惠斯登电桥，装上元件帽，经过灌封处理成为气体　

探头。将一定量的工作电流通过Ｐｔ丝，将测量元件和参比元件都加热　

到催化剂的起燃温度４００％，在充足的氧气条件下，当可燃气体进人后，　

就会在催化剂的作用下在元件表面发生无焰燃烧，温度上升，而参比元　

件上没有催化剂，不发生燃烧，这时电桥产生不平衡输出电压△ｕ，通　

过测量△ｕ，就可测出可燃气体浓度。　

它可以探测空气中的甲烷、ＬＰＧ、丙酮等多种可燃性气体。其优点　

是反应灵敏，重复性好，选择性好，广泛用于工业可燃气体的探测。缺　

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第四模块 第十章 第三单元

一、选择题

1．在街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的

( )

A．压敏性 B．光敏性

C．热敏性 D．三种特性都利用

解析：街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小．

答案：B

2．传感器是一种采集信息的重要器件，如图17所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片发生形变，引起电容的变化．将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么

(

)

图17

A．当F向上压膜片电极时，电容将减小

B．当F向上压膜片电极时，电容将增大

C．若电流计有示数，则压力F发生变化

D．若电流计有示数，则压力F不发生变化

解析：当待测压力作用于可动膜片电极上时，可使膜片发生形变，从而引起电容的变化，当F向上压膜片电极时，相当于两极间距离减小，由C＝εS4πkd可知电容器电容变大；将电容器、灵敏电流计、电源串联组成闭合电路，如果有恒力F的作用，电容变大，电容器充满电之后，电流计中无示数，如果力F发生变化，电容器的电容不断变化，电源不断给电容器充电、放电， 电流计有示数，说明压力F发生变化． 高考资源网（） 您身边的高考专家

高考资源网版权所有，侵权必究！ 答案：BC

3．一中学生为发射的“神舟七号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图18所示．连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值．关于这个装置在“神舟七号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是

霍尔传感器的工作原理及应用

1引言

由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：

式中，Rh为霍尔常数，它与半导体材质有关；IC为霍尔元件的偏置电流；B为磁场强度；d为半导体材料的厚度。

对于一个给定的霍尔器件，Vh将完全取决于被测的磁场强度B。

一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。

近年来，由于半导体技术的飞速发展，出现了各种类型的新型集成霍尔元件。这类元件可以分为两大类，一类是线性元件，另一类是开关类元件。

2线性霍尔元件的原理及应用

UGN350lT是一种目前较常用的三端型线性霍尔元件。它由稳压器、霍尔发生器和放大器组成。用UGN350lT可以十分方便地组成一台高斯计。其使用十分简单，先使B=0，记下表的示值VOH，再将探头端面贴在被测对象上，记下新的示值VOH1。

ΔVOH=VOH1-VOH

如果ΔVOH＞0，说明探头端面测得的是N极；反之为S极。UGN3501T的灵敏度为7V／T，由此即可测出相应的被测磁感应强度B。

如果采用数字电压表（DVM），可得图1所示的线性高斯计。运放采用高精度运放CA3130。该电路的具体调零方式为：开启电源后，令B=0，调节W1使DVM的示值为零，然后用一块标准的钕铝硼磁钢（B=0.1T）贴在探头端面上，调节W2使DVM的示值为1V即可。本高斯计检测时示值如果为-200mV，则探头端面检测的是S极，磁场强度为0．02T。本高斯计也可用来测量交变的磁场，不过DVM应改为交流电压表。显然使用图1的电路可