[科普中国]-传感控制

传感器

传感技术是实现自动化的关健技术之一。传感器已广泛地应用到了工业、农业、环境保护、交通运输、国防以及日常工作与生活等各个领域中。传感器是测量装置，能完成检测任务它的输入量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主要是电物理量。输出与输入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精度。

按照用途，传感器可分为位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器、速度传感器等。根据输出量，又可分为位移、速度、力、力矩、压力、真空、流速、液面、温度、湿度、光、热、电压、电流、射线、气体成分、粘度、浓度等。

传感控制中传感信号的处理流程传感控制中传感信号的一般处理流程如图1所示。首先通过运算放大器放大所采集的信号，然后通过A/D转换器实现数模数转换；或者通过比较器，整形电路，将模拟信号转变为数字信号。最后，将处理后的信号送入MCU(微处理器)中，通过编程实现特定功能的控制。

传感控制中传感器选择要求传感器的选择主要依据以下几点：

1.测试要求和条件。测量目的、被测物理量选择、测量范围、输入信号最大值和频带宽度、测量精度要求、测量所需时间要求等。

2.传感器特性。精度、稳定性、响应速度、输出量性质、对被测物体产生的负载效应、校正周期、输入端保护等。

3.使用条件。安装条件、工作场地的环境条件(温度、湿度、振动等)、测量时间、所需功率容量、与其它设备的连接、备件与维修服务等。

传感控制中传感器的正确使用线性化处理与补偿在机电一体化测控系统中，特别是需对被测参量进行显示时，总是希望传感器及检测电路的输出和输入特性呈线性关系，使测量对象在整个刻度范围内灵敏度一致，以便于读数及对系统进行分析处理。

传感器的标定传感器的标定，就是利用精度高一级的标准量具对传感器进行定度的过程，从而确定其输出量和输入量之间的对应关系，同时也确定不同使用条件下的误差关系。传感器使用前要进行标定，使用一段时间后还要定期进行校正，检查精度性能是否满足原设计指标。

抗干扰措施传感器大多要在现场工作，而现场的条件往往是不可预料的，有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度和性能，所以在检测系统中，杭干扰是非常重要的，尤其是在微弱输入信号的系统中。常采用的杭干扰措施有屏蔽、接地、隔离和滤波等。

1)屏蔽：屏蔽就是用低电队材料或磁性材料把元件、传输导线、电路及组合件包围起来，以隔离内外电磁或电场的相互干扰.屏蔽可分为三种，即电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽。

2)接地：电路或传感器中的地指的是一个等电位点，它是电路或传感器的基准电位点，与基准电位点相连接，就是接地。

3)隔离：当电路信号在两端接地时，容易形成地环路电流，引起噪声干扰。这时，常采用隔离的方法，把电路的两端从电路上隔开。隔离的方法主要采用变压器隔离和光电辐合器隔离。

4)滤波：虽然采取了上述的一些杭干扰措施，但仍会有一些噪声信号混杂在检测信号中，因此检测电路中还常设置滤波电路，对由外界干扰引入的噪声信号加以滤除。

示例光控电路（利用常暗型光敏传感器）光控电 路 如 图 2所 示。 将光敏电 阻 RG接到 2、3两端，调节微调电阻 RP 在光暗时（用手或黑套筒遮住光敏电阻） ，光敏电阻阻值较大，VT 基极电位较低，使 VT 截止， LED 刚好不亮 ；而当光线照射光敏电阻 RG 时，由于其阻值下降，VT 基 极 电 位 上 升， 可 达 近 1V 左 右， 促 使 晶 体管 VT 饱和导通， LED 发光。若同时配合音响器，可以进行声光报警。

温控电路（利用热敏传感器）温控电路如图3 所示。用导线将 1、3两端相连， 3、4两端接温度控制探头 ST（温控开关 KSD201）。用电烙铁靠近探头，当达到设定温度时，温度开关断开， VT基极电位上升，三极管 VT饱和导通，发光管 LED 发光。取不同温控值的探头，可以在不同温度下控制电路通断或工作与否。

另一种温控电路如图4 所示。在 2、3两端接上热敏电阻 RT（ UEI 310 ），调节微调电阻 RP刚好使 LED 灯熄灭，用手触摸热敏电阻或者将热敏电阻在手掌心中握住时，热敏电阻 R 阻值减小， VT基极电流增大，逐渐进入饱和状态， LE会D由暗逐渐变亮。如果将 LED 换成相应的电流表头，可以更加直观的观测电流变化反映温度变化。1