深入剖析针式打印机种类

1.机械式传感器

机械式传感器是一种应用很广的传感器。它常以弹性体作为传感器的敏感元件，故又称为弹性敏感元件。它的输入量是力、压力等物理量，而输出则为弹性元件本身的弹性变形。这种变形经放大后造成仪表指针的偏转，借助刻度指示被测量的大小。根据这个原理做成各种机械式仪表，如用于测力或称重的环形测力计、弹簧秤等；用于测量流体压力的波纹膜片、波纹管等。

这种直接由机械式传感器做成的机械式指示仪表具有结构简单、使用方便、价格低廉、读数直观等优点。但由于放大和指示系统多为机械传动，惯性大，固有频率低，故多用于静态量或低频变化量的测量。

2.电阻式传感器

电阻式传感器是把被测量如位移、力等转换成电阻变化的一种传感器。它有变阻式和电阻应变片式两种。

变阻式传感器也称电位计式传感器，它将位移变化转换成电阻变化，再通过电阻分压电路将位移变成输出电压的变化，用于直线位移、角位移的测量。这种传感器的优点是结构简单，使用方便，缺点是分辨率不高。

电阻应变片式传感器可用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数，具有体积小、响应速度快、精度高、使用方便等优点。它又分为金属电阻应变片和半导体应变片两种。

常用的金属电阻应变片有丝式、箔式两种。其工作原理都是基于在发生机械变形时其电阻值发生变化。把一根具有高电阻率的金属丝（康铜或镍铬合金等，直径为0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，就做成了应变片。把应变片用特制胶水粘固在弹性元件或被测物体表面，在外力作用下，电阻丝随该物体一起变形，其电阻值就会发生相应变化。

半导体应变片的使用方法与金属电阻应变片相同。两者之间的区别在于，金属电阻应变片是物体形变引起电阻的数值变化；而半导体应变片是受力时电阻率变化引起电阻的数值变化。半导体应变片的突出优点是灵敏度高；缺点是稳定性能差，较大应变时非线性误差大。

电阻应变片式传感器的应用主要有两方面，一是直接用来测定结构的应力和应变；二是将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器。

热敏电阻是由金属氧化物（NiO、MnO₂等）粉末按一定比例混合烧结成的半导体，它的特点是随着温度升高电阻值下降。它与金属丝电阻相比，有以下优点：

1）灵敏度高，可测0.001～0.005℃微小温度变化；

2）可制成片状、柱状，直径可达0.05mm，热惯性小，响应速度快；

3）元件本身电阻值可达700Ω，远距离测量时，导线电阻影响可不考虑；

4）在-50～350℃温度范围内有较好的稳定性。

热敏电阻的缺点是非线性大，对环境温度敏感性大，测量时易受干扰，使用时要采取措施解决这些问题。

气敏电阻的材料有二氧化锡（SnO₂）、二氧化锰（MnO₂）等，当它们吸收了可燃气体的烟雾如氢、一氧化碳、天然气等，会发生还原反应，放出热量，使元件温度升高，电阻发生变化。

利用半导体材料的这些特性，将气体的浓度和成分变换成电信号，进行监测和报警。由于气敏电阻有对气体辨别的特殊功能，又称为“电子鼻”。

3.电感式传感器

电感式传感器是把被测量（如位移）转换成电感量变化的一种装置。其变换是基于电磁感应原理，可分为自感型（包括可变磁阻式和涡流式）与互感型（差动变压器式）两种类型。

涡流式电感传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应。

差动变压器式电感传感器利用了电磁感应中的互感现象。这种传感器实际上就是一个变压器，其一次绕组W₁接入稳定交流电压，二次绕组W₂感应产生一输出电压。当被测参数使互感量发生变化时，二次绕组的输出电压也产生相应变化。由于常采用两个二次绕组组成差动式，故又称为差动变压器式电感传感器。该电感式传感器常用于直线位移测量。

4.压电式传感器

压电式传感器的工作原理是利用某些物质的压电效应。某些物质如石英、钛酸钡等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场。当去掉外力时，又恢复原状态，这种现象叫压电效应。

具有压电效应的材料叫压电材料或压电晶体。压电式传感器是在压电晶体的两个工作面上进行金属蒸镀，形成金属膜，构成两个电极，在极板上聚集的电荷量与施加的作用力成正比。

由于压电式传感器的输出电信号是很微弱的电荷，传感器本身又有很大内阻，为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器，经阻抗变换后，再经放大、检波电路，变成较大的电压输出。

压电传感器体积小、重量轻、精确度及灵敏度高，广泛应用于力、压力的测量。

5.磁电式传感器

磁电式传感器是把被测物理量转换成感应电动势的一种传感器，也叫电磁感应式传感器。对于一个匝数为n的线圈，当穿过该线圈的磁通Φ发生变化时，其感应电动势大小取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率，磁通变化率又与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度有关。若改变其中一个参数，线圈感应电动势都会发生改变，并呈一定比例关系。将感应电动势通过一个放大电路、检波电路后，即可输出一个与输入参数成线性关系的电压。

按结构方式不同，磁电式传感器分为动圈式和磁阻式两种。

动圈式传感器是磁场不动，线圈可动，如线圈在永久磁场中作直线运动或旋转运动，产生感应电动势，因此动圈式传感器又有线速度型和角速度型两种，可用于速度测量和转速测量。(www.xing528.com)

磁阻式传感器是线圈和磁铁不动，由运动的物体（导磁材料）改变磁路的磁阻，引起磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势。

利用半导体的磁敏特性作为传感器的敏感元件有霍尔元件、磁阻元件、磁敏管等。

霍尔元件是一种半导体磁电转换元件，一般由锗（Ge）、锑化铟（InSb）等半导体材料制成。霍尔元件的工作原理是利用霍尔效应（见图3-34），它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点。

霍尔电动势V_H为

V_H=K_HIBsinα

式中，K_H为霍尔常数，取决于材质、温度、元件尺寸；I为电流；B为磁感应强度；α为电流与磁场方向的夹角。

由上式可知，改变B或I，V_H也随着变化。可根据这一特性来测量位移。将霍尔元件置于两个相邻而方向相反的磁场中，由于每点的B值不同，当元件沿z方向移动时，可由V_H的变化反映出位移量z的大小。

磁阻元件的原理是将磁阻元件置于磁场中，当它相对于磁场发生位移时，元件内阻发生变化。如果将内阻接于电桥，则其输出电压与内阻变化成比例关系。

根据这个原理，磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数的测量。

6.半导体敏感元件

图3-24 霍尔效应

注：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁场B，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差U，电势差的大小与磁场强度及电流成正比，这种现象叫霍尔效应。

半导体材料的一个重要特性是光、热、力、磁等物理量的敏感性。利用这些特性，它可作为非电量电测的敏感元件，如磁电转换元件、光电转换元件、热敏电阻、气敏电阻等。

光电转换元件也是一种半导体元件，有光敏电阻、光敏管、光电池等，其工作原理是利用物质的光电效应。

当光敏电阻受到光照时，其电阻值变小，若把光敏电阻串联在一电路回路中，回路中的电流变大。

光电池在有光照射时，可直接输出电动势。

光敏管是一种利用受光照射时载流子增加的半导体光电器件。具有一个P-N结的称为光敏二极管，具有两个P-N结的称为光敏晶体管。光敏晶体管在不同光照度下的伏安特性，与普通晶体管在不同基极电流时的输出特性相似。

光电转换元件具有很高的灵敏度，重量轻，性能稳定，价格便宜，因此得到广泛应用。如用于检查零件表面缺陷、检测信号的有无等，也可做成光电转速计、光电脉冲发生器等。

7.其他形式传感器

其他类型的检测技术，如核辐射、超声波、红外、声发射、光导纤维等，在不同的场合获得越来越多的应用，尤其在环境恶劣、高温、高压、高速、远距离的情况下，更具有其优越性。

核辐射检测是利用α、β、γ、X射线的特性，根据被测物对射线的吸收或射线对被测物的穿透能力，实现对材料厚度、内伤、物质密度、成分、物位等参数的测量。如利用γ射线对钢板的穿透能力可在轧钢过程中检测钢板厚度。又如，β射线穿透式厚度仪、γ射线探伤仪、X射线衍射仪等都是典型的核辐射检测装置。

红外检测是利用物体的热辐射性质。自然界中任何物体，当温度高于绝对零点（-273.15℃）时，都有一部分能量以波动的方式向外辐射，辐射的波长很宽，尤以波长为0.8～4μm的红外线和波长为0.4～0.8μm的可见光为最强，一般把这部分能量辐射称为热辐射。而物体的辐射能量与物体的温度、性质及表面状态有关。当测得物体的辐射能量以后，即可确知物体的温度或鉴别物体的性质。测定物体热辐射能量的传感器称为红外探测器。它有利用半导体光敏性质的光探测器和利用材料的热电效应的热探测器两种。

超声波是频率在20kHz以上的机械振动波。由于频率高，其能量远远大于振幅相同的声波能量，具有很高的穿透能力。它甚至可穿透10m以上的钢材。超声波在介质中传播时，也像光波一样产生反射、折射现象。经反射、折射后，其能量或波形将发生变化。利用这一性质可以实现液位、流量、温度、厚度、距离以及探伤等参数的测量。

所谓声发射，就是材料在力（外力或内力）的作用下，发生变形或断裂时以弹性波的形式释放出应变能的一种现象。这种弹性波传至材料表面后激发超声波探头（压电式传感器）使之转换成电信号，经放大处理后进行显示、记录。声发射技术已被用于机械制造、地震、航空、建筑等各领域。

光纤具有信息传输量大、抗干扰能力强、尺寸小、材质轻而柔软等一系列优点，在检测中得到广泛应用。

光纤传感器分为物性型和结构型。

物性型光纤传感器的工作原理是改变纤维的环境（应力、力、电、磁、热等），纤维中光传播的相位和发光强度也改变，测出通过光导纤维的光相位和发光强度的变化，就可得到相应的物理量的变化。利用这性质可以实现力、压力、温度等参数的测量。

结构型光纤传感器则是利用光纤对光的传输作用，由光检测元件和光纤信息传输回路组成测量系统，可实现其他传感器难以实现的远距离非接触测量。