传感器电路图解析

一、传感器的定义

传感器，英文名称为Transducer或Sensor，是一种能够检测物理量并将其转换为可测量信号的装置。从广义上讲，传感器能够感知外界信息，如温度、压力、光、声音、磁场等，并将这些信息按照一定规律转换成电信号或其他形式的输出信号，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是现代信息技术的重要组成部分，与计算机和通信技术共同构成了物联网的基础。

二、传感器的工作原理

传感器的工作原理基于物理量与电信号之间的相互作用，通过敏感元件和转换元件实现非电学量到电学量的转换。不同类型的传感器采用不同的工作原理，以适应不同的测量需求。以下是几种常见传感器的工作原理：

1. 压力传感器
   • 工作原理 ：利用压力作用在传感器敏感元件上产生的变形，通过敏感元件内部的电阻、电容、电感等元件的变化，将压力信号转换为电信号输出。
   • 特点 ：广泛应用于工业自控环境中，是测量压力变化的重要工具。
2. 温度传感器
   • 工作原理 ：利用温度对电阻、电容、电势等物理量的影响，将温度信号转换为电信号输出。例如，铂电阻（Pt100）的电阻值随温度变化而变化，通过测量电阻值可以推算出温度。
   • 特点 ：精度高、稳定性好，是测量温度的核心元件。
3. 光电传感器
   • 工作原理 ：利用光电效应，将光信号转换为电信号输出。当光线照射到光电传感器上时，光敏元件吸收光能并产生电信号，电信号的大小与光线的强度成正比。
   • 特点 ：响应速度快、灵敏度高，广泛应用于光学测量和自动控制领域。
4. 加速度传感器
   • 工作原理 ：利用加速度对微机电系统（MEMS）中的微小质量进行作用，通过微小的电容、电阻、电感等元件的变化，将加速度信号转换为电信号输出。
   • 特点 ：体积小、重量轻、功耗低，广泛应用于智能手机、游戏控制器等设备中。
5. 磁力传感器
   • 工作原理 ：利用磁场对磁敏元件的影响，将磁场信号转换为电信号输出。磁敏元件在磁场作用下发生磁化或磁阻变化，通过测量这种变化可以推算出磁场强度。
   • 特点 ：能够检测微弱磁场变化，广泛应用于导航、定位、磁场测量等领域。

三、传感器的种类

传感器种类繁多，按照不同的分类标准可以划分为多种类型。以下是一些常见的分类方式及其对应的传感器类型：

1. 按测量参数分类
   • 温度传感器 ：如铂电阻、热电偶等，用于测量温度。
   • 压力传感器 ：如压阻式、电容式等，用于测量压力。
   • 流量传感器 ：如涡轮流量计、电磁流量计等，用于测量流体流量。
   • 位移传感器 ：如光栅尺、激光测距仪等，用于测量物体位移。
   • 速度传感器 ：如霍尔效应传感器、加速度传感器等，用于测量物体速度。
2. 按工作原理分类
   • 电阻式传感器 ：利用电阻值随被测量变化而变化的原理工作，如热电阻、压阻传感器等。
   • 电容式传感器 ：利用电容值随被测量变化而变化的原理工作，如电容式压力传感器、电容式位移传感器等。
   • 电感式传感器 ：利用电感值随被测量变化而变化的原理工作，如电感式位移传感器、电感式接近开关等。
   • 光电式传感器 ：利用光电效应或光敏元件工作，如光电传感器、红外传感器等。
   • 磁电式传感器 ：利用电磁感应原理工作，如磁敏传感器、霍尔效应传感器等。
3. 按输出信号分类
   • 模拟量传感器 ：输出模拟量信号，如电压、电流等，需要后续电路进行模数转换才能与数字系统连接。
   • 数字量传感器 ：直接输出数字量信号，如二进制编码、脉冲信号等，便于与数字系统直接连接。
4. 按应用场景分类
   • 工业传感器 ：用于工业生产过程中的各种参数测量与控制，如温度传感器、压力传感器等。
   • 医疗传感器 ：用于医疗设备的参数测量与监测，如心电图传感器、血压传感器等。
   • 消费电子传感器 ：用于智能手机、智能家居等消费电子产品中的参数测量与感知，如加速度传感器、陀螺仪等。

四、传感器电路图分享

1、水位传感器电路图

这个简单的水位传感器电路监视特定位置或容器中是否有水。当电路检测到漏水时，会发出声音警报。它的构建非常简单，由单个 IC 和一些无源元件组成。

IC LM1801 是一款低功耗比较器，可在需要时提供高输出电流。当水击中传感器时，参考电压会过高，IC 会驱动陶瓷传感器发出蜂鸣声。还可以将多个传感器连接到水位监测电路。该传感器可以很容易地由一小块材料制成蚀刻后的PCB与正确的模式。去耦电容C3为100uF/16V电解电容。

2、简单的热传感器电路图

制作这个简单的热传感器电路来监控放大器和逆变器等发热设备的温度。当设备内的温度超过允许极限时，电路会通过蜂鸣声发出警告。它太简单了，可以通过从设备中分接电源来固定在设备本身中。该电路工作电压为 5 至 12 伏直流电。

该电路是在双稳态模式下使用流行的定时器 IC 555 设计的。 IC 555 有两个比较器、一个触发器和一个输出级。当大于 1/3 Vcc 的负脉冲施加到其触发引脚 2 时，其输出变为高电平。此时，下比较器触发并改变触​​发器的状态，输出变为高电平。也就是说，如果引脚 2 的电压低于 1/3 Vcc，则输出变为高电平，如果高于 1/3 Vcc，则输出保持低电平。

这里使用 NTC（负温度系数）热敏电阻作为热传感器。它是一种可变电阻器，其阻值取决于周围的温度。在 NTC 热敏电阻中，当其附近的温度升高时，电阻会下降。但在 PTC（正温度系数）热敏电阻中，电阻随温度升高而增大。

电路中，4.7K NTC热敏电阻连接到IC1的第2脚。可变电阻 VR1 调节热敏电阻在特定温度水平下的灵敏度。为了复位触发器并从而改变输出，使用了 IC1 的阈值引脚 6。当正脉冲通过按钮开关施加到引脚6时，IC1的上部比较器变高并触发触发器的R输入。这会重置并且输出变低。

当器件温度正常时（由 VR1 设置），IC1 的输出保持低电平，因为触发引脚 2 的电压超过 1/3 Vcc。这使得输出保持低电平并且蜂鸣器保持静音。当由于长时间使用或电源短路而导致设备温度升高时，热​​敏电阻的电阻会降低，使触发引脚低于 1/3 Vcc。然后双稳态触发并且其输出变高。这将激活蜂鸣器并发出蜂鸣声。这种状态一直持续到温度降低或按下 S1 使 IC 复位为止。

3、使用IC LM339的触摸传感器电路图

使用 IC LM339设计的 简单触摸传感器电路，众所周知 LM339 包含由单电源供电的四路差分比较器。该触摸传感器采用 LM339，只需很少的外部元件和两个导电触摸板触点。这里，一个触摸板接地，另一个触摸板与非反相引脚 5 连接，具有有限的偏置和浮动。

触摸感应开关或传感器可用于不同级别的应用，该传感器电路能够执行非关键应用和任务。该电路在比较器模式下工作，因此反相或同相输入的微小变化可能会导致输出状态的变化。

德州仪器 (TI) 的 IC LM339 有不同的封装和尺寸。在这个触摸传感器电路中，我们使用PDIP（14）封装，并且我们使用单电源9V，该电路用作比较器，因此我们使用反相输入引脚4作为参考，非反相引脚5作为浮动输入。

这里，引脚 4 或反相输入通过 R1 连接到 +9V，并通过 R3 电阻平衡接地。由于其非反相操作模式，引脚 5（非反相）电位保持高于引脚 4。因此，输出引脚给出高状态，当触摸板被任何人触摸时，引脚 5 电压由该人接地，引脚电位5 低于引脚 4，输出状态变为低电平并提供接近接地的输出。然后 LED D1 开始发光并指示触摸事件。

在该电路中，输出电流由负载和上拉电阻以及逻辑和上拉电压决定。电容器 C1 充当直流电压滤波器，如果您使用经过滤波的直流电源作为电压源，那么我们不需要这个组件。使用铜板作为触摸板触点以获得最佳感应响应。

4、光学液体传感器电路图

这是一种独立光学液体传感器的简单设计理念，使用常用的电子元件实现。该传感器专为在透明或半透明管道中通过非接触方法检测液位而设计。该传感器具有来自红外光发射器的红外光束，当存在液体时，该光束会被折射并且无法被红外光接收器检测到，可以安装在直径在 3 至 13 毫米之间的管道上。这款紧凑型非侵入式传感器设备采用 12 伏直流电运行。液体折射光束的“穿透扫描”原理确保了可靠的检测，而红外光束技术可以帮助穿透浆料和其他固体，其检测效果与水/液体类似。

这种光学液体传感器最初是为小型工业应用而设计的，但也可以用于许多业余爱好/家庭应用。请注意，该电路的设计以简单性为首要考虑。 12V 电源电压通常适合工业用途，并且传感器连接具有反极性保护。红外发送器围绕常见的红外发光二极管 (IRLED1) 构建，在原型中为 EVER LIGHT 的 5mm 型 IR333-A，这是一种模制在蓝色透明塑料封装中的高强度二极管。同样，红外接收器 (IRPD1) 是借助 LITE-ON 的 LTR-3208E 光电晶体管实现的，该光电晶体管采用 2 引脚/5mm 特殊深色塑料封装，可切断可见光。但是，请注意红外发送器和接收器的指定部件号（IRLED1 和IRPD1) 组件不是很关键！

通电后，红外光发射器 (IR LED1) 会亮起。这里使用电阻R1（470R）来限制红外LED的工作电流。在无液体情况下，来自红外发射器的光落在红外接收器上，结果红外接收器通过驱动晶体管T1为电磁继电器（RL1）供电。继电器的 SPDT (1 C/O) 触点可用于关闭外部电气设备，或打开警报蜂鸣器等发声器。

将电路组装在通用电路板上，并在初步测试后尝试将整个电路封装在合适的叉形盒中。电阻器 R1 的 470 欧姆值适用于大多数液体，但您可以根据实际需求增加或减少该值。建议制造商必须评估水/流体/化学组合/混合情况，以确定在最终设计之前哪个电阻值最有效。