- 已发布 2023年2月10日
- 最后修改 2024年1月31日
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传感器是什么？传感器功能类型和传感器工作原理

从RFID芯片到湿度计——我们将介绍如何选择合适的传感器。

得益于半导体，即使是最小的设备也可以配备加速计、运动传感器和电容式触摸屏，这使得智能手机和平板电脑的使用比以往更加容易。

然而，接近传感器和开关在工业环境和工艺中也是必不可少的。它们不仅确保了机器的安全，还确保了操作机器的人员的安全。

传感器是什么？

术语“传感器”通常指独立检测物体或环境的某些物理或化学参数或特性的技术组件。例如，温度、亮度或加速度。

从这个意义上说，它们类似于我们自己的感觉器官，关键的区别在于它们可以记录那些原本对人类看不见或有害的东西。

传感器的一个重要特性是能够将测量数据转换为信号或视觉显示。然后，操作员或电子设备可以对这些内容进行有意义的解释。

换言之，传感器也始终是一个换能器——一个将一种形式的能量或刺激转化为另一种形式的装置。

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传感器的功能和传感器类型

所有传感器共有的关键功能是转换。它们可以检测和测量物理对象或数量，这些物理对象或数量可以是多种多样的：

一种特殊设计标签上的电子识别码，称为RFID（射频识别）芯片
物体、流体或人体内的热量
物体、人或动物进入电子监控视野的运动
对象正在经历的加速度类型，例如自由落体或旋转

例如，运动传感器可以集成到工业机械中，并连接到安全开关。这样可以在探测器向开关发出异常机械运动信号时提供安全停机，假如允许继续，可能会损坏设备，或对附近的操作人员造成危险。

这是一个将测量值转换为信号以输入另一个非人设备的例子，但当然，许多基于传感器的系统将测量值转换为供人类操作员使用的刻度或显示。

例如，玻璃水银温度计是一种常见的温度传感器，它可以将小水银球的膨胀或收缩转换为可读的刻度（摄氏度或华氏度）。当水银膨胀或收缩时，它会在玻璃内部的一个狭窄的中空灯丝内上升或下降，玻璃的外表面刻着一个校准的温标。

在设计测量的温度范围内，温度计显示出所有传感器所需的重要特征——线性度。换句话说，探测器材料（在本例中为汞）的物理变化与被测物体、力、运动或辐射的变化成正比。

另一种类型的传感器，热电偶，将以类似的线性方式响应温度变化，在这种情况下，输出电压的变化与热量的变化成正比。为确保准确性，传感器经过仔细校准，以符合已建立、试用和测试的天平。

在当今以电子产品为导向的世界中，传感器在确保大量机器、小工具、车辆和制造过程正常运行方面发挥着关键作用。传感器技术是大量日常项目的基础，例如加速计，它可以确保移动电话上的显示始终正确，无论设备如何移动或旋转。它们广泛应用于医疗设备、航空航天工程、汽车安全、机器人和无数制造过程。

灵敏度

灵敏度是决定许多传感器应用的特性。当传感器对介质中相对较大的变化作出响应时，其探测器材料和随后的输出变化相对较小，则称其灵敏度较低。然而，它们有时需要测量微小的变化，在这种情况下，它们必须表现出高灵敏度，以响应被测介质中的微小变化。通常，线性度被限制在一个严格限定的范围内，超过该范围，它们的响应精度将大大降低。

传感器制造商还必须考虑传感器对其测量或检测内容的影响。例如，将水银温度计的灯泡浸入热水中会冷却液体，因为温度计会吸收其浸入介质中的热能。

在大多数情况下，一定程度的传感器影响是不可避免的，但应注意确保尽可能将影响降至最低。一种解决方案是在传感器设计中尽可能实现微型化。传感器的物理尺寸越小，对介质的物理影响就越小。

微机电系统（MEMS）技术正在改变传感器制造业，使微型探测器的构建成为可能。这些传感器通常响应速度更快，并且比大型传感器敏感得多。