一、什么是換能器？

　　對(duì)于大多數(shù)儀表系統(tǒng)，輸入量將是一個(gè)非電量。將非電量轉(zhuǎn)換為電形式，以使用電方法和技術(shù)進(jìn)行測量、操縱和控制。啟動(dòng)時(shí)將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的裝置稱為換能器。

　　傳感器部件：

　　換能器由兩個(gè)重要且密切相關(guān)的部分組成

　　傳感或檢測元件：檢測器或傳感元件是換能器的一部分，它響應(yīng)物理現(xiàn)象或物理現(xiàn)象的變化。傳感元件的響應(yīng)必須與物理現(xiàn)象密切相關(guān)。

　　轉(zhuǎn)換元件：轉(zhuǎn)換元件是一種將傳感元件的輸出轉(zhuǎn)換為電輸出的元件。

　　二、傳感器是如何分類的？

　　傳感器分為5類，

　　1.根據(jù)使用的轉(zhuǎn)導(dǎo)形式

　　2.作為初級(jí)和次級(jí)換能器

　　3.作為無源和有源換能器

　　4.作為模擬和數(shù)字傳感器

　　5.作為換能器和逆換能器

　　1、按所用轉(zhuǎn)導(dǎo)形式原理分類：

　　這種分類基于電阻、電感、電容等轉(zhuǎn)換原理，具體取決于它們分別轉(zhuǎn)換為電阻、電感或電容。它們可以分類為熱電的、壓電的、電動(dòng)的、光學(xué)的和磁致伸縮的。

　　2.初級(jí)和次級(jí)傳感器的分類

　　初級(jí)換能器直接感應(yīng)輸入，物理現(xiàn)象直接轉(zhuǎn)換為電形式。在次級(jí)換能器中，最初的輸入被某個(gè)探測器或傳感器感測，然后其輸出以輸入信號(hào)以外的某種形式提供給換能器以轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。機(jī)械設(shè)備充當(dāng)主探測器換能器，電氣設(shè)備充當(dāng)大多數(shù)測量系統(tǒng)中的次級(jí)傳感器，以機(jī)械位移作為中間信號(hào)。

　　如圖所示，波登管感應(yīng)壓力并將其轉(zhuǎn)換為其自由端的位移，因此充當(dāng)初級(jí)傳感器。LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器）的鐵芯因這種位移而移動(dòng)。因此，LVDT產(chǎn)生的輸出電壓與波登管自由端的位移成正比。波登管作為主換能器，LVDT作為副換能器。

　　3.有源和無源換能器的分類

　　有源傳感器是一種無需任何輔助電源即可以電壓或電流形式輸出的傳感器。它們也被稱為自發(fā)電換能器。有源換能器從被測系統(tǒng)中汲取能量，這種換能器通常提供非常小的輸出。用于溫度測量的熱電偶、用于角速度測量的測速發(fā)電機(jī)都屬于這一類。

　　在上面顯示的例子中，晶體夾在2個(gè)金屬電極之間，整個(gè)夾層固定在一個(gè)底座上，底座可能是火箭的地板。在夾層的頂部放置一個(gè)固定的質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊由于晶體上的加速度而施加一定的力，從而產(chǎn)生電壓。電壓輸出與力成正比，因此與加速度成正比。壓電晶體的特性是當(dāng)對(duì)它們施加力時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生輸出電壓。

　　無源換能器是一種需要外部電源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的換能器。在無源換能器中，電阻、電感、電容等電氣參數(shù)會(huì)導(dǎo)致外部電源的電壓、電流或頻率發(fā)生變化。電阻式、電感式和電容式傳感器屬于這一類。

　　這是無源換能器的一個(gè)例子。線性電位計(jì)是由電源電壓ei供電的電阻式傳感器，用于測量線性位移xi。

　　4.模擬和數(shù)字傳感器

　　換能器，根據(jù)輸出的性質(zhì)，可分為模擬式和數(shù)字式。

　　模擬傳感器：這些類型的傳感器以連續(xù)的時(shí)間函數(shù)形式將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出，例如熱敏電阻、LVDT、熱電偶等。

　　數(shù)字傳感器：這些類型的傳感器將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖形式的輸出。數(shù)字傳感器的例子是使用導(dǎo)電和非導(dǎo)電觸點(diǎn)、不透明和半透明段以及軸編碼器的線性位移傳感器。它可以很容易地用玻璃刻度上的不透明和透明區(qū)域或非導(dǎo)電和導(dǎo)電區(qū)域來表示，因?yàn)槎M(jìn)制系統(tǒng)僅使用兩個(gè)符號(hào)0和1。

　　5.換能器和逆換能器

　　控制工廠中的位置、速度、溫度壓力和流量等物理量的基本要求是能夠測量這些量。只有當(dāng)物理量可以被測量時(shí)，控制動(dòng)作才有可能。前面提到的換能器將非電量轉(zhuǎn)換為電量，而逆換能器將電量轉(zhuǎn)換為其他形式。

　　一個(gè)例子是在磁場中移動(dòng)的載流線圈是逆換能器，因?yàn)樗鼣y帶的電流被轉(zhuǎn)換成引起旋轉(zhuǎn)或平移位移的力。大量的數(shù)據(jù)指示和記錄裝置是逆換能器。此類設(shè)備包括筆式記錄器、將電氣運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的示波器等儀器，這些設(shè)備位于輸出級(jí)，稱為輸出換能器。下圖顯示了壓電晶體充當(dāng)反向換能器。當(dāng)在其表面上施加電壓時(shí)，會(huì)隨著其尺寸的改變而引起機(jī)械位移。

　　三、對(duì)換能器的基本要求是什么？

　　傳感器正常運(yùn)行有8個(gè)基本要求；

　　1.堅(jiān)固性：應(yīng)能承受過載，并應(yīng)提供一定的過載保護(hù)安全性。

　　2.線性：它的輸入-輸出特性應(yīng)該是線性的，并且應(yīng)該以對(duì)稱的方式產(chǎn)生這些特性。

　　3.可重復(fù)性：在固定環(huán)境條件下應(yīng)用相同的輸入信號(hào)時(shí)，應(yīng)再現(xiàn)相同的輸出信號(hào)。例如壓力、溫度、濕度等。

　　4.殘余變形：長時(shí)間使用后，去除輸入信號(hào)應(yīng)無變形。

　　5.無滯后：當(dāng)輸入信號(hào)從低值到高值變化時(shí)，測量過程中不應(yīng)有任何滯后，反之亦然。

　　6.高輸出信號(hào)質(zhì)量：輸出信號(hào)的質(zhì)量應(yīng)該是好的。即信噪比高，輸出信號(hào)幅度要足夠。

　　7.高可靠性和穩(wěn)定性：它應(yīng)在測量溫度變化、振動(dòng)和其他各種環(huán)境變化時(shí)的誤差最小。

　　8.良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)：作為時(shí)間的函數(shù)，其輸出應(yīng)忠實(shí)于輸入。效果分析為頻率響應(yīng)