傳感器在日常生活中的應用

目前，傳感器已經廣泛應用于生產、生活、科學研究的各個領域，遍布環境保護、交通運輸、家庭生活、宇宙開發等許多方面。

傳感器是把非電學物理量(如速度、位移、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光照度等)轉換成易于測量、傳輸、處理的電學量(如電壓、電流、電阻、電容等)的一種組件，通常把傳感器定義為“對應于特定被測物理量提供有效電信號輸出的器件”。例如，光電傳感器利用光敏電阻把光信號轉換成電信號；熱電傳感器利用熱敏電阻將熱信號轉換為電信號；電容式傳感器可以把角度、濃度、壓力、位移等非電學信號轉換成電信號；力電傳感器利用敏感元件把速度、加速度等力學信號轉化成電流、電壓等電學信號。

1 力電傳感器

力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學信號(位移、速度、加速度等)，轉化為電學信號(電流、電壓等)的儀器。

1.1 位移傳感器

位移傳感器的工作原理如圖1所示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿P，通過電壓表顯示的數據來反映出物體位移的大小x。

1.2 聲電傳感器

唱卡拉OK用的話筒，內有傳感器，其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉變為電信號。

1.3 加速度計

加速度計作為測定運動物體加速度的儀器，已被廣泛應用。圖2所示為應變式加速度計的原理圖。支架AB固定在待測系統上，滑塊穿在A、B之間的水平光滑支架上，并用輕質彈簧連接在A端，其下端有一活動臂可通過電路將滑塊所受力的大小轉換成電信號從電壓表輸出。

1.4 角速度計

角速度計可測量飛機、航天器、潛艇的轉動角速度，其結構如圖3所示。當系統繞OO'轉動時，元件A發生位移并輸出電壓信號，成為飛機、衛星等的制導系統信息源。

1.5 電磁脈沖傳感器

現代汽車在制動時，有一種ABS系統，它能阻止制動時車輪抱死變為純滑動。純滑動不但制動效果不好，而且易使車輛失控。為此，需要一種測定車輪是否還在轉動的裝置。如果檢測出車輛不再轉動就會自動放松制動裝置，讓輪子仍保持緩慢轉動狀態。這種檢測裝置稱為電磁脈沖傳感器。圖4所示，B是一根永久磁鐵，外面繞有線圈。它的左端靠近一個鐵質齒輪，齒輪與轉動的車輪是同步的。當齒輪上的齒靠近線圈時被磁化，使磁通量增強；齒輪離開線圈時磁通量減弱，磁通量的變化使線圈中產生感應電流，將電流經放大后去控制制動機構，可有效地防止車輪被抱死。

2 光電傳感器

光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。如果是光敏電阻，它是利用光敏電阻的阻值隨光照強度的變化而變化的原理制成的；如果是光電管，它就是利用在光線作用下電子能逸出物體表面的現象制成的。例如，自動沖水機、路燈的控制、光電計數器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。

光電管在各種自動化裝置中有很多應用。街道路燈自動控制就是其應用之一。如圖5所示的電路為模擬電路，其中A為光電管，B為電磁繼電器，C為照明電路的電源，D為路燈。開關合上后，白天，光電管在可見光照射下有電子逸出，從光電管陰極逸出的電子被加速到達陽極，使電路接通，電磁鐵中的強電流將銜鐵吸下，照明電路斷開，燈泡不亮。夜晚，光電管無電子逸出，電路斷開，彈簧將銜鐵拉上，照明電路接通。這樣就達到日出路燈熄，日落燈亮的效果。

3 熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理制成的。例如，耳溫計、電路中的無結點保護(當電源發生異常時切斷電源，電源正常后又自動恢復)、各種家用電器(空調、冰箱、熱水器、飲水機)的溫度控制。

熱電傳感器在我們日常生活中應用廣泛，如電飯煲的自動控制系統。如圖6所示，S1是一個限溫開關，手動閉合后，當溫度達到103℃時會自動斷開。S2是一個自動溫控開關，當溫度低于70℃時，會自動閉合；溫度高于80℃時，會自動斷開。紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈，限流電阻R1和R2。

4 電容式傳感器

電容式傳感器的工作原理：電容C跟介電常數ε成正比，跟正對面積S成正比，跟極板間的距離d成反比。如果某一物理量的變化(如角度、位移、深度等的變化)能夠引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，那么通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化。主要應用有：大容器中填料(礦石、砂糖、小麥、玻璃球等)的測量等。

圖7甲是一個測定液面高度h的電容傳感器。在金屬芯線的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中就構成了一個電容器。圖7乙是一個數字電容表，導電液體高度h發生變化，將引起電容C的變化。通過測試電容的變化，就可以了解非電學物理量h的變化。

(欄目編輯鄧 磊)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。