傳感器在日常生活中的應(yīng)用

目前，傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究的各個領(lǐng)域，遍布環(huán)境保護(hù)、交通運輸、家庭生活、宇宙開發(fā)等許多方面。

傳感器是把非電學(xué)物理量(如速度、位移、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等)轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學(xué)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(yīng)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(zhuǎn)換成電信號；熱電傳感器利用熱敏電阻將熱信號轉(zhuǎn)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(xué)信號轉(zhuǎn)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(xué)信號轉(zhuǎn)化成電流、電壓等電學(xué)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(xué)信號(位移、速度、加速度等)，轉(zhuǎn)化為電學(xué)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(dǎo)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(shù)據(jù)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(nèi)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(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴＊?/p>

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(yīng)用。圖2所示為應(yīng)變式加速度計的原理圖。支架AB固定在待測系統(tǒng)上，滑塊穿在A、B之間的水平光滑支架上，并用輕質(zhì)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(zhuǎn)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(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)繞OO'轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出電壓信號，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)信息源。

1.5 電磁脈沖傳感器

現(xiàn)代汽車在制動時，有一種ABS系統(tǒng)，它能阻止制動時車輪抱死變?yōu)榧兓瑒印＜兓瑒硬坏苿有Ч缓茫乙资管囕v失控。為此，需要一種測定車輪是否還在轉(zhuǎn)動的裝置。如果檢測出車輛不再轉(zhuǎn)動就會自動放松制動裝置，讓輪子仍保持緩慢轉(zhuǎn)動狀態(tài)。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(zhì)齒輪，齒輪與轉(zhuǎn)動的車輪是同步的。當(dāng)齒輪上的齒靠近線圈時被磁化，使磁通量增強(qiáng)；齒輪離開線圈時磁通量減弱，磁通量的變化使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，將電流經(jīng)放大后去控制制動機(jī)構(gòu)，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(qiáng)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(xiàn)象制成的。例如，自動沖水機(jī)、路燈的控制、光電計數(shù)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(yīng)用。街道路燈自動控制就是其應(yīng)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(guān)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(dá)陽極，使電路接通，電磁鐵中的強(qiáng)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(dá)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(jié)點保護(hù)(當(dāng)電源發(fā)生異常時切斷電源，電源正常后又自動恢復(fù))、各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī))的溫度控制。

熱電傳感器在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用廣泛，如電飯煲的自動控制系統(tǒng)。如圖6所示，S1是一個限溫開關(guān)，手動閉合后，當(dāng)溫度達(dá)到103℃時會自動斷開。S2是一個自動溫控開關(guān)，當(dāng)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(shù)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(yīng)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(zhì)，放入導(dǎo)電液體中就構(gòu)成了一個電容器。圖7乙是一個數(shù)字電容表，導(dǎo)電液體高度h發(fā)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(xué)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(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。