【導讀】傳感器的定義是：“能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。chuanganqishiyizhongjiancezhuangzhi，nengganshoudaobeiceliangdexinxi，bingnengjiangjianceganshoudaodexinxi，anyidingguilvbianhuanchengweidianxinhaohuoqitasuoxuxingshidexinxishuchu，yimanzuxinxidechuanshu、處理
、存儲、顯示、記錄和控製等要求。它是實現自動檢測和自動控製的首要環節。

一、常用的傳感器基礎知識

傳感器的定義是：“能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。chuanganqishiyizhongjiancezhuangzhi
，nengganshoudaobeiceliangdexinxi
，bingnengjiangjianceganshoudaodexinxi
，anyidingguilvbianhuanchengweidianxinhaohuoqitasuoxuxingshidexinxishuchu，yimanzuxinxidechuanshu、處理
、存儲
、顯示、記錄和控製等要求。它是實現自動檢測和自動控製的首要環節。

二、傳感器的分類

目前對傳感器比較常用的分類有如下三種：

1
、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。

2、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感
、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。

3、按傳感器輸出信號的性質分類
，可分為：輸出為開關量(“1”和"0”或“開”和“關”)的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈衝或代碼的數字型傳感器。

關於傳感器的分類

1、按被測物理量分：如：力
，壓力，位移
，溫度
，角度傳感器等。

2、按照傳感器的工作原理分：如：應變式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、光電式傳感器等。

3、按照傳感器轉換能量的方式分：

(1) 能量轉換型：如：壓電式、熱電偶
、光電式傳感器等。

 (2) 能量控製型：如：電阻式、電感式
、霍爾式等傳感器以及熱敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等。

4、按照傳感器工作機理分：

 (1) 結構型：如：電感式、電容式傳感器等。

 (2) 物性型：如：壓電式

、光電式、各種半導體式傳感器等。

 5、按照傳感器輸出信號的形式分：

(1) 模擬式：傳感器輸出為模擬電壓量。

(2) 數字式：傳感器輸出為數字量，如：編碼器式傳感器。

三
、傳感器的靜態特性

傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)靜(jing)態(tai)特(te)性(xing)是(shi)指(zhi)對(dui)靜(jing)態(tai)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)，傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)量(liang)與(yu)輸(shu)入(ru)量(liang)之(zhi)間(jian)所(suo)具(ju)有(you)相(xiang)互(hu)關(guan)係(xi)。因(yin)為(wei)這(zhe)時(shi)輸(shu)入(ru)量(liang)和(he)輸(shu)出(chu)量(liang)都(dou)和(he)時(shi)間(jian)無(wu)關(guan)，所(suo)以(yi)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)
，即(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)靜(jing)態(tai)特(te)性(xing)可(ke)用(yong)一(yi)個(ge)不(bu)含(han)時(shi)間(jian)變(bian)數(shu)的(de)代(dai)數(shu)方(fang)程(cheng)，或(huo)以(yi)輸(shu)入(ru)量(liang)作(zuo)橫(heng)坐(zuo)標(biao)，把(ba)與(yu)其(qi)對(dui)應(ying)的(de)輸(shu)出(chu)量(liang)作(zuo)縱(zong)坐(zuo)標(biao)而(er)畫(hua)出(chu)的(de)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)來(lai)描(miao)述(shu)。表(biao)征(zheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)靜(jing)態(tai)特(te)性(xing)的(de)主(zhu)要(yao)參(can)數(shu)有(you)：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。

四、傳感器的動態特性

suoweidongtaitexing，shizhichuanganqizaishurubianhuashi，tadeshuchudetexing。zaishijigongzuozhong，chuanganqidedongtaitexingchangyongtaduimouxiebiaozhunshuruxinhaodexiangyinglaibiaoshi。zheshiyinweichuanganqiduibiaozhunshuruxinhaodexiangyingrongyiyongshiyanfangfaqiude，bingqietaduibiaozhunshuruxinhaodexiangyingyutaduirenyishuruxinhaodexiangyingzhijiancunzaiyidingdeguanxi，wangwangzhidaoleqianzhejiunengtuidinghouzhe。zuichangyongdebiaozhunshuruxinhaoyoujieyuexinhaohezhengxianxinhaoliangzhong，suoyichuanganqidedongtaitexingyechangyongjieyuexiangyinghepinlvxiangyinglaibiaoshi。

五
、傳感器的線性度

通tong常chang情qing況kuang下xia，傳chuan感gan器qi的de實shi際ji靜jing態tai特te性xing輸shu出chu是shi條tiao曲qu線xian而er非fei直zhi線xian。在zai實shi際ji工gong作zuo中zhong
，為wei使shi儀yi表biao具ju有you均jun勻yun刻ke度du的de讀du數shu，常chang用yong一yi條tiao擬ni合he直zhi線xian近jin似si地di代dai表biao實shi際ji的de特te性xing曲qu線xian
、線性度(非線性誤差)就是這個近似程度的一個性能指標。

擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線

；或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。

六
、傳感器的靈敏度

靈敏度是指傳感器在穩態工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。

它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關係，則靈敏度S是一個常數。否則，它將隨輸入量的變化而變化。

靈敏度的量綱是輸出
、輸入量的量綱之比。例如
，某位移傳感器
，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。

當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時
，靈敏度可理解為放大倍數。

提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高
，測量範圍愈窄
，穩定性也往往愈差。

七、傳感器的遲滯特性

遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程間輸出-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。

遲滯可由傳感器內部元件存在能量的吸收造成。

電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力
、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏
、濕敏等電阻式傳感器件。

電阻應變式傳感器

傳chuan感gan器qi中zhong的de電dian阻zu應ying變bian片pian具ju有you金jin屬shu的de應ying變bian效xiao應ying
，即ji在zai外wai力li作zuo用yong下xia產chan生sheng機ji械xie形xing變bian，從cong而er使shi電dian阻zu值zhi隨sui之zhi發fa生sheng相xiang應ying的de變bian化hua。電dian阻zu應ying變bian片pian主zhu要yao有you金jin屬shu和he半ban導dao體ti兩liang類lei，金jin屬shu應ying變bian片pian有you金jin屬shu絲si式shi、箔式

、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優點。

壓阻式傳感器

壓(ya)阻(zu)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)根(gen)據(ju)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)的(de)壓(ya)阻(zu)效(xiao)應(ying)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)的(de)基(ji)片(pian)上(shang)經(jing)擴(kuo)散(san)電(dian)阻(zu)而(er)製(zhi)成(cheng)的(de)器(qi)件(jian)。其(qi)基(ji)片(pian)可(ke)直(zhi)接(jie)作(zuo)為(wei)測(ce)量(liang)傳(chuan)感(gan)元(yuan)件(jian)，擴(kuo)散(san)電(dian)阻(zu)在(zai)基(ji)片(pian)內(nei)接(jie)成(cheng)電(dian)橋(qiao)形(xing)式(shi)。當(dang)基(ji)片(pian)受(shou)到(dao)外(wai)力(li)作(zuo)用(yong)而(er)產(chan)生(sheng)形(xing)變(bian)時(shi)，各(ge)電(dian)阻(zu)值(zhi)將(jiang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)
，電(dian)橋(qiao)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)應(ying)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)輸(shu)出(chu)。

用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為矽片和鍺片，矽片為敏感 材料而製成的矽壓阻傳感器越來越受到人們的重視

，尤其是以測量壓力和速度的固態壓阻式傳感器應用最為普遍。

熱電阻傳感器

熱(re)電(dian)阻(zu)傳(chuan)感(gan)器(qi)主(zhu)要(yao)是(shi)利(li)用(yong)電(dian)阻(zu)值(zhi)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)來(lai)測(ce)量(liang)溫(wen)度(du)及(ji)與(yu)溫(wen)度(du)有(you)關(guan)的(de)參(can)數(shu)。在(zai)溫(wen)度(du)檢(jian)測(ce)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)場(chang)合(he)，這(zhe)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)比(bi)較(jiao)適(shi)用(yong)。目(mu)前(qian)較(jiao)為(wei)廣(guang)泛(fan)的(de)熱(re)電(dian)阻(zu)材(cai)料(liao)為(wei)鉑(bo)、銅、鎳等，它們具有電阻溫度係數大、線性好、性能穩定、使用溫度範圍寬、加工容易等特點。用於測量-200℃～+500℃範圍內的溫度。

霍爾傳感器

霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)基(ji)於(yu)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)的(de)磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)。將(jiang)一(yi)個(ge)有(you)電(dian)流(liu)的(de)物(wu)體(ti)放(fang)在(zai)磁(ci)場(chang)中(zhong)。如(ru)果(guo)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)和(he)磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)相(xiang)互(hu)垂(chui)直(zhi)
，則(ze)在(zai)同(tong)時(shi)垂(chui)直(zhi)於(yu)磁(ci)場(chang)和(he)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)的(de)方(fang)向(xiang)上(shang)會(hui)產(chan)生(sheng)橫(heng)向(xiang)電(dian)位(wei)差(cha)。這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)稱(cheng)為(wei)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)，由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)稱(cheng)為(wei)霍(huo)爾(er)電(dian)壓(ya)。

霍爾器件由產生顯著霍爾效應的半導體材料製成。作為霍爾傳感器中的磁電轉換元件，可用於電磁測量，如測量磁場、電流
、電功率等磁物理量和電。霍爾傳感器還可以利用磁場作為介質，實現許多物理量的非接觸式測量。

通過對力

、位移
、振動、加速度、速度、流量等非電量進行換算，廣泛應用於工業
、交通
、通訊、自動控製和家庭使用電器等領域。

按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關器件 。前者輸出模擬量，後者輸出數字量。

按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為：zhijieyingyonghejianjieyingyong。qianzheshizhijiejiancechushoujianceduixiangbenshendecichanghuocitexing，houzheshijianceshoujianduixiangshangrenweishezhidecichang，yongzhegecichanglaizuobeijiancedexinxidezaiti
，tongguota，jiangxuduofeidian、非磁的物理量例如力、力矩
、壓力
、應力、位置、位移
、速度
、加速度、角度
、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等

，轉變成電量來進行檢測和控製。

霍爾器件分為：huoeryuanjianhehuoerjichengdianluliangdalei，qianzheshiyigejiandandehuoerpian，shiyongshichangchangxuyaojianghuodedehuoerdianyajinxingfangda。houzhejianghuoerpianhetadexinhaochulidianlujichengzaitongyigexinpianshang。

霍爾元件可用多種半導體材料製作，如Ge、Si、InSb、GaAs
、InAs、InAsP以及多層半導體異質結構量子阱材料等等。

霍爾開關電路

霍爾開關電路又稱霍爾數字電路，由穩壓器、霍爾片
、差分放大器

，斯密特觸發器和輸出級組成。在外磁場的作用下，當磁感應強度超過導通閾值BOP時，霍爾電路輸出管導通，輸出低電平。之後，B再增加
，仍保持導通態。若外加磁場的B值降低到BRP時，輸出管截止，輸出高電平。我們稱BOP為工作點，BRP為釋放點，BOP－BRP=BH稱為回差。回差的存在使開關電路的抗幹擾能力增強。霍爾開關電路的功能框見圖4。圖4(a)表示集電極開路(OC)輸出
，(b)表示雙輸出。它們的輸出特性見圖5，圖5(a)表示普通霍爾開關，(b)表示鎖定型霍爾開關的輸出特性。

一般規定，當外加磁場的南極(S極)接近霍爾電路外殼上打有標誌的一麵時，作用到霍爾電路上的磁場方向為正
，北極接近標誌麵時為負。

鎖定型霍爾開關電路的特點是：當外加場B正向增加，達到BOP時，電路導通，之後無論B增加或減小
，甚至將B除去，電路都保持導通態，隻有達到負向的BRP時，才改變為截止態，因而稱為鎖定型。

霍爾器件應用時的一般問題

（1）測量磁場

shiyonghuoerqijianjiancecichangdefangfajiweijiandan，jianghuoerqijianzuochenggezhongxingshidetantou，fangzaibeicecichangzhong，yinhuoerqijianzhiduichuizhiyuhuoerpiandebiaomiandeciganyingqiangdumingan，yinerbixulingcilixianheqijianbiaomianchuizhi，tongdianhoujikeyoushuchudianyadedaobeicecichangdeciganyingqiangdu。ruobuchuizhi，zeyingqiuchuqichuizhifenlianglaijisuanbeicecichangdeciganyingqiangduzhi。erqie，yinhuoeryuanjiandechicunjixiao
，keyijinxingduodianjiance，youjisuanjijinxingshujuchuli，keyidedaochangdefenbuzhuangtai，bingkeduixiafeng，xiaokongzhongdecichangjinxingjiance。

（2）工作磁體的設置

用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產生工作磁場。例如，用一個5×4×2.5（mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表麵上得到約2300gaosideciganyingqiangdu。zaikongqixizhong
，ciganyingqiangduhuisuijulizengjiaerxunsuxiajiang。weibaozhenghuoerqijian，youqishihuoerkaiguanqijiandekekaogongzuo，zaiyingyongzhongyaokaolvyouxiaogongzuoqixidechangdu。zaijisuanzongyouxiaogongzuoqixishi，yingconghuoerpianbiaomiansuanqi。zaifengzhuanghaodehuoerdianluzhong，huoerpiandeshenduzaichanpinshoucezhonghuigeichu。

因yin為wei霍huo爾er器qi件jian需xu要yao工gong作zuo電dian源yuan，在zai作zuo運yun動dong或huo位wei置zhi傳chuan感gan時shi，一yi般ban令ling磁ci體ti隨sui被bei檢jian測ce物wu體ti運yun動dong，將jiang霍huo爾er器qi件jian固gu定ding在zai工gong作zuo係xi統tong的de適shi當dang位wei置zhi，用yong它ta去qu檢jian測ce工gong作zuo磁ci場chang，再zai從cong檢jian測ce結jie果guo中zhong提ti取qu被bei檢jian信xin息xi。

（3）與外電路的接口

霍爾開關電路的輸出級一般是一個集電極開路的NPN晶體管，其使用規則和任何一種相似的NPN開關管相同。輸出管截止時，輸漏電流很小，一般隻有幾nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過輸出管的擊穿電壓（即規範表中規定的極限電壓）。輸出管導通時，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須外接一個電阻器（即負載電阻器）來限製流過管子的電流，使它不超過最大允許值（一般為20mA）
，以免損壞輸出管。輸出電流較大時，管子的飽和壓降也會隨之增大
，使用者應當特別注意，僅這個電壓和你要控製的電路的截止電壓（或邏輯“零”）是兼容的。

（4）用在直流無刷電機中

直(zhi)流(liu)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)使(shi)用(yong)永(yong)磁(ci)轉(zhuan)子(zi)，在(zai)定(ding)子(zi)的(de)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)放(fang)置(zhi)所(suo)需(xu)數(shu)量(liang)的(de)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)
，它(ta)們(men)的(de)輸(shu)出(chu)和(he)相(xiang)應(ying)的(de)定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)路(lu)相(xiang)連(lian)。當(dang)轉(zhuan)子(zi)經(jing)過(guo)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)附(fu)近(jin)時(shi)，永(yong)磁(ci)轉(zhuan)子(zi)的(de)磁(ci)場(chang)令(ling)已(yi)通(tong)電(dian)的(de)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)輸(shu)出(chu)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)使(shi)定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)供(gong)電(dian)電(dian)路(lu)導(dao)通(tong)，給(gei)相(xiang)應(ying)的(de)定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)供(gong)電(dian)
，產(chan)生(sheng)和(he)轉(zhuan)子(zi)磁(ci)場(chang)極(ji)性(xing)相(xiang)同(tong)的(de)磁(ci)場(chang)，推(tui)斥(chi)轉(zhuan)子(zi)繼(ji)續(xu)轉(zhuan)動(dong)。到(dao)下(xia)一(yi)位(wei)置(zhi)
，前(qian)一(yi)位(wei)置(zhi)的(de)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)停(ting)止(zhi)工(gong)作(zuo)，下(xia)位(wei)的(de)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)導(dao)通(tong)，使(shi)下(xia)一(yi)繞(rao)組(zu)通(tong)電(dian)，產(chan)生(sheng)推(tui)斥(chi)場(chang)使(shi)轉(zhuan)子(zi)繼(ji)續(xu)轉(zhuan)動(dong)。如(ru)此(ci)循(xun)環(huan)，維(wei)持(chi)電(dian)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)。

在zai這zhe裏li，霍huo爾er器qi件jian起qi位wei置zhi傳chuan感gan器qi的de作zuo用yong，檢jian測ce轉zhuan子zi磁ci極ji的de位wei置zhi，它ta的de輸shu出chu使shi定ding子zi繞rao組zu供gong電dian電dian路lu通tong斷duan，又you起qi開kai關guan作zuo用yong，當dang轉zhuan子zi磁ci極ji離li去qu時shi，令ling上shang一yi個ge霍huo爾er器qi件jian停ting止zhi工gong作zuo，下xia一yi個ge器qi件jian開kai始shi工gong作zuo
，使shi轉zhuan子zi磁ci極ji總zong是shi麵mian對dui推tui斥chi磁ci場chang，霍huo爾er器qi件jian又you起qi定ding子zi電dian流liu的de換huan向xiang作zuo用yong。

無wu刷shua電dian機ji中zhong的de霍huo爾er器qi件jian
，既ji可ke使shi用yong霍huo爾er元yuan件jian，也ye可ke使shi用yong霍huo爾er開kai關guan電dian路lu。使shi用yong霍huo爾er元yuan件jian時shi
，一yi般ban要yao外wai接jie放fang大da電dian路lu
，使shi用yong霍huo爾er開kai關guan電dian路lu，可ke直zhi接jie驅qu動dong電dian機ji繞rao組zu，使shi線xian路lu大da為wei簡jian化hua。

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