传感器在日常生活中的应用

目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究的各个领域，遍布环境保护、交通运输、家庭生活、宇宙开发等许多方面。

传感器是把非电学物理量(如速度、位移、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的一种组件，通常把传感器定义为“对应于特定被测物理量提供有效电信号输出的器件”。例如，光电传感器利用光敏电阻把光信号转换成电信号；热电传感器利用热敏电阻将热信号转换为电信号；电容式传感器可以把角度、浓度、压力、位移等非电学信号转换成电信号；力电传感器利用敏感元件把速度、加速度等力学信号转化成电流、电压等电学信号。

1 力电传感器

力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)，转化为电学信号(电流、电压等)的仪器。

1.1 位移传感器

位移传感器的工作原理如图1所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P，通过电压表显示的数据来反映出物移的大小x。

1.2 声电传感器

唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。

1.3 加速度计

加速度计作为测定运动物体加速度的仪器，已被广泛应用。图2所示为应变式加速度计的原理图。支架AB固定在待测系统上，滑块穿在A、B之间的水平光滑支架上，并用轻质弹簧连接在A端，其下端有一活动臂可通过电路将滑块所受力的大小转换成电信号从电压表输出。

1.4 角速度计

角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图3所示。当系统绕OO'转动时，元件A发生位移并输出电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统信息源。

1.5 电磁脉冲传感器

现代汽车在制动时，有一种ABS系统，它能阻止制动时车轮抱死变为纯滑动。纯滑动不但制动效果不好，而且易使车辆失控。为此，需要一种测定车轮是否还在转动的装置。如果检测出车辆不再转动就会自动放松制动装置，让轮子仍保持缓慢转动状态。这种检测装置称为电磁脉冲传感器。图4所示，B是一根永久磁铁，外面绕有线圈。它的左端靠近一个铁质齿轮，齿轮与转动的车轮是同步的。当齿轮上的齿靠近线圈时被磁化，使磁通量增强；齿轮离开线圈时磁通量减弱，磁通量的变化使线圈中产生感应电流，将电流经放大后去控制制动机构，可有效地防止车轮被抱死。

2 光电传感器

光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻，它是利用光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的；如果是光电管，它就是利用在光线作用下电子能逸出物体表面的现象制成的。例如，自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。

光电管在各种自动化装置中有很多应用。街道路灯自动控制就是其应用之一。如图5所示的电路为模拟电路，其中A为光电管，B为电磁继电器，C为照明电路的电源，D为路灯。开关合上后，白天，光电管在可见光照射下有电子逸出，从光电管阴极逸出的电子被加速到达阳极，使电路接通，电磁铁中的强电流将衔铁吸下,照明电路断开，灯泡不亮。夜晚，光电管无电子逸出，电路断开，弹簧将衔铁拉上，照明电路接通。这样就达到日出路灯熄，日落灯亮的效果。

3 热电传感器

热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的。例如，耳温计、电路中的无结点保护(当电源发生异常时切断电源，电源正常后又自动恢复)、各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机)的温度控制。

热电传感器在我们日常生活中应用广泛，如电饭煲的自动控制系统。如图6所示，S1是一个限温开关，手动闭合后，当温度达到103℃时会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，限流电阻R1和R2。

4 电容式传感器

电容式传感器的工作原理：电容C跟介电常数ε成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。如果某一物理量的变化(如角度、位移、深度等的变化)能够引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。主要应用有：大容器中填料(矿石、砂糖、小麦、玻璃球等)的测量等。

图7甲是一个测定液面高度h的电容传感器。在金属芯线的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中就构成了一个电容器。图7乙是一个数字电容表，导电液体高度h发生变化，将引起电容C的变化。通过测试电容的变化，就可以了解非电学物理量h的变化。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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