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(cè)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(chēng)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(cè)元件：檢測(cè)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(lèi)的？

　　傳感器分為5類(lèi)，

　　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(wú)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(lèi)：

　　這種分類(lèi)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(lèi)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(lèi)

　　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(cè)器或傳感器感測(cè)，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(cè)器換能器，電氣設(shè)備充當(dāng)大多數(shù)測(cè)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(wú)源換能器的分類(lèi)

　　有源傳感器是一種無(wú)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(chēng)為自發(fā)電換能器。有源換能器從被測(cè)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(cè)量的熱電偶、用于角速度測(cè)量的測(cè)速發(fā)電機(jī)都屬于這一類(lèi)。

　　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(wú)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(wú)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(lèi)。

　　這是無(wú)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(cè)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(lèi)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(lèi)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(lái)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(cè)量這些量。只有當(dāng)物理量可以被測(cè)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(chǎng)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(lèi)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(chēng)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(guò)載，并應(yīng)提供一定的過(guò)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(chēng)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(zhǎng)時(shí)間使用后，去除輸入信號(hào)應(yīng)無(wú)變形。

　　5.無(wú)滯后：當(dāng)輸入信號(hào)從低值到高值變化時(shí)，測(cè)量過(guò)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(cè)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)