传感器工作原理与分类简介

传感器能够以一定的精度检测各种物理量，并将其转换成与之相对应的、易于精确处理和测量的某种物理量^[1]。通常使用的传感器可以将非电量转换成电量输出。传感器一般包含敏感元件、转换元件和基本转换电路三个部分。敏感元件直接感受被测的物理量，并以确定的关系输出一个物理量；转换元件将敏感元件输出的物理量转换成电路参数；基本转换电路再将电路参数转换成便于测量的电量。传感器工作原理如图2-1所示。

图2-1 传感器工作原理

由于现代监测系统中待测的信息（待测量）很多，而且一种待测量往往可用几种传感器来测量，因此传感器产品的品种也极为庞杂、繁多。传感器的工作原理各异，检测对象门类复杂，其分类方法至今尚无统一规定。人们通常是站在不同角度，重点从某一侧面来分类，归纳起来有如下分类法。

按被测量的性质可划分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器三大类，例如温度传感器、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、加速度传感器和转矩传感器等。(www.xing528.com)

按传感器的工作机理可分为结构型、物性型和复合型三大类。这种分类方法是以其工作原理划分，将物理、化学和生物等学科的原理、规律、效应作为分类的依据。结构型传感器是一类结构尺寸（如厚度、角度、位置等）在被测量作用下会发生变化并可获得与被测非电量成一定比例的电信号的敏感元器件或装置。例如用于测量压力、位移、流量、温度的力平衡式、振弦式、电容式、电感式等传感器均属该类。这类传感器开发较早，至今仍然被广泛应用于工业流程检测设备中。物性型传感器是一类由其构成材料的物理特性、化学特性或生物特性直接敏感于被测非电量并可将被测非电量转换成信号的敏感元器件或装置。由于它的“敏感体”就是材料本身，故不存在显著的结构特征，也无所谓的“结构变化”，所以这类传感器通常具有响应快的特点；又因为它多以半导体为敏感材料，故易于集成化、小型化、智能化。复合型传感器是指将中间转换环节与物性型敏感元件复合而成的传感器。之所以要采用中间环节，是因为在大量被测非电量中，只有少数（如应变、光、磁、热、水分和某些气体）可直接利用某些敏感材料的物质特性转换成信号。为了增加非电量的测量种类，就必须将不能直接转换成电信号的非电量变换成上述少数量中的一种，再利用相应的物性型敏感元件将其转换成电信号。可见，复合型传感器实际上是既具有将待测非电量先变换成中间信号的功能又具有将该中间信号随即转换成电信号的功能的一类敏感元件或装置。

根据能量关系分类，可将传感器分为有源传感器和无源传感器两大类^[2]。前者一般是将非电能量转换为电能量，称之为能量转换型传感器，又称为换能器。通常它们配有电压测量和放大电路，如压电式、热电式、压阻式等。无源传感器又称为能量控制型传感器，它本身不是一个换能装置，被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用。所以，它们必须具有辅助能源（电源），这类传感器有电阻式、电容式和电感式等等。无源传感器常用电桥和谐振电路等电路测量。

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。

除以上几种常用的分类法外，还有按传感器的用途分类、科目分类、功能分类、输出信号的性质分类等方法^[3]。