分享自动控制里常用传感器的基础知识

传感器是人类感知、获取和检测自然界各种信息的工具，通过它能得到人类感官无法获得的大量信息。在现代科学技术、工农业生产、人类日常生活中，传感器都起着不可替代的作用。可以说，科学技术越发达，自动化程度越高，对传感器的依赖就越大。

一、传感器的组成与分类

1. 传感器的组成

传感器通常由敏感元件、转换元件及基本转换电路组成，如图1所示。敏感元件是能够灵敏地感受被测景并按确定关系做出响应的元件；转换元件是将敏感元件所感受的被测量转换成电路参数（如电阻、电感和电容）或电量（如电压、电流）的元件；基本转换电路是将转换元件的输出转换成便于传输和处理电量的电路。

某些传感器可以仅由敏感元件和转换元件组成，而某些传感器的敏感元件和转换元件可合二为一，较简单的传感器是由一个敏感元件（兼转换元件）组成，它在感受被测量时可以直接输出电量，如热电偶、压电晶体、光电池等。

2. 传感器的分类

传感器的种类繁多，其分类方法也有多种，这里仅介绍两种较为常用的分类方法。

（1）按被测物理量分类。传感器有位移传感器、接近传感器、速度传感器、温度传感器、力传感器、力矩传感器、压力传感器及加速度传感器等。这种分类方法直接表明了传感器的用途，与用户和传感器生产厂家所关心的各种待测信息的种类相对应，便于用户了解和选用传感器。

（2）按工作原理分类。传感器有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔传感器、光电式传感器等。这种分类方法以传感器的工作原理为依据，有利于人们对各种传感器及其检测原理的理解和研究。

3. 传感器的基本特性

传感器的特性是指传感器的输出量与输人量之间的对应关系。由于输人量有静态（即输人信号为不随时间变化或变化非常缓慢的基本稳定状态）和动态（即输人信号为随时间作周期变化或无规律瞬变的变化状态）两种基本形式，因此传感器的特性通常有两种对应的表示形式，即静态特性和动态特性。当输人量处于静态时，传感器的输出较与输人量之间的关系称为传感器的静态特性。通常，用来表征传感器静态特性的主要指标有：测量范围、量程、灵敏度、分辨力、线性度、迟滞性、重复性、漂移和稳定性等。

二、常用传感器的特性

1. 接近传感器

接近传感器能够在非接触的情况下检测被测物体是否接近，并将检测结果以开关信号方式输出，因此通常又称为无触点行程开关或接近开关。接近开关有电感式、电容式、光电式、霍尔式等多种。

（1）电感式接近传感器。电感式接近传感器也称为电感式接近开关或电涡流式接近开关。电感式接近开关主要由LC高频振荡电路、信号处理电路和开关放大电路组成，如图2所示。

电容式接近开关是以电容器的极板作为其检测面，而检测面外部所面对的物质，则是电容器两个极板之间的绝缘介质，若该绝缘介质发生变化，则电容器的电容量也将随之变化。

无论金属或非金属的被测物体，在接近或离开电容式接近开关时，都会引起接近开关电容器的介电常数发生变化，从而使得电容式接近开关能够输出相应的开关信号。因此，电容式接近开关所检测的物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。