传感器技术是信息技术的三大支柱之一，广泛应用在工业自动化、能源、交通、灾害预测、安全防卫、环境保护、医疗卫生等方面，具有举足轻重的作用，在日常生活中也离不开传感器。要想学习自动控制电路及其应用，必须首先了解有关传感器的知识。
一、传感器
传感器能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成，其组成框图见图1。
传感器按被测量进行分类，如温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时，相应可分为温度传感器、压力传感器等。按传感器工作原理可分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、超声波传感器等。按传感器输出信号的性质，可分为开关型传感器、模拟型传感器、数字式传感器等。
在传感器技术中，通过测量电路把传感器输出的信号进行加工处理，以便于显示、记录和控制。通常传感器测量电路有模拟电路和开关型测量电路。
图2为开关型传感器测量电路。当被控量（位置）微动开关S闭合时，电源GB通过偏置电阻器R向三极管VT注入较弱的基极电流IB，控制集电极电流IC有较强的变化，这时集电极-发射极饱和压降UCE很小，使三极管饱和导通，永磁直流玩具电动机M启动，输出转动与停止两种状态信息。
二、磁敏传感器
磁敏传感器是一种利用磁电转换原理制成的传感器，最简单的是舌簧开关式磁敏元件，又称干簧管，其外形和电路符号见图3。
图4为干簧管磁敏传感器实验电路。当电源开关S接通后，干簧管SQ的触点保持常开状态，三极管VT基极有偏置电流，VT处于饱和导通状态，玩具直流电动机M转动。当条形磁铁E靠近SQ时，触点闭合，将基极偏置电流旁路，VT截止，M停止转动。由此，图4传感器电路是一种位置磁敏传感器，例如用于玩具车接近磁铁时自动切断电源的自动控制电路。
图5为霍尔器件的结构示意图及电路符号。图中施加的外磁场B与半导体薄片相垂直，矩形薄片相对两侧通以控制电流I，由于洛伦兹力的作用，在薄片另两个侧面之间产生霍尔电势，其大小与控制电流和磁场的乘积成正比，因此霍尔器件是一种能够将磁场直接变换为电压信号的磁电变换元件。
图6为常用的单极性集成霍尔器件A3144E的外形及引脚引线，右边为袖珍封装。A3144E是一种开关集成传感器，内部由霍尔器件、施密特电路和开关三极管等组成，供电为单电源。
4.霍尔器件实验电路
图7为霍尔器件A3144E的实验电路。A3144E输出端连接红色发光二极管及负载电阻器R（390Ω）。接通电源，霍尔开关内部的三极管开关处于截止状态，输出高电平，连接在输出端的红色发光二极管不亮。当磁铁E的磁极靠近霍尔开关管平面时，霍尔器件输出端跌落为低电平（0.1V），红色发光二极管点亮，通过电流约10mA。实验中如果磁铁控制不起作用，则需要颠倒磁极或者从霍尔器件另一平面靠近。
如果需要输出高电平，实验电路见图8。HG仍选用A3144E，用三极管VT作反相器。当磁铁E靠近HG时，HG输出端为低电平，VT基极有偏置电流而导通，VT负载电阻器R3上端跃升为高电平，红色发光二极管被点亮。
开关霍尔器件是一种非接触的传感器，灵敏度高，测量时无触点，不直接接触，使用寿命长，特别是内部电路的滞后作用，使得开关电路具有防抖动功能，工作稳定可靠，得到广泛的应用，如磁转速检测等。线性霍尔器件如UGN3503U，其外形与引脚引线排列同A3144E，用图7所示电路，去掉发光二极管及限流电阻器，用万用表10V量程直接测试其功能。没有磁信号感应时，HG输出端为1/2 V\(_{CC}\)电平（3V）；当磁铁E逐渐靠近UGN3503U管壳平面时，一种磁极会使输出电平线性增加，另一种相反磁极使电平线性减少。线性霍尔器件可以用于测量磁场、位移以及霍尔式电流表等。
三、光敏传感器
1.光敏电阻器
光敏器件是一种能够将光信号转变为电信号的器件。光敏电阻器又称光导管，是一种受光照射导电能力增加的光敏转换元件。MG45—1为常用的光敏电阻器，其外形及电路符号见图9。使用时，额定耗散功率不能超过10mW，避免强光长时间照射。
2.光敏电阻器基本开关实验电路
光敏电阻器基本开关实验电路见图10。三极管VT选用9013作开关管，采用分压式偏置电路。上偏置由光敏电阻器RG与电阻器R1串联而成，R1防止光敏电阻器有光照射时超过其额定功率及限制VT基极电流过大。R2为下偏置电阻器，使光敏电阻器开关电路工作可靠。实验时，用不透光的笔帽或其他物体罩住光敏电阻器，红色发光二极管不亮，移去遮光物时，红色发光二极管点亮，完成光电传感器实验。
3.光敏二极管、光敏三极管
光敏二极管是一种利用半导体PN结受到光照射反向电阻急剧减小的特性制成的光敏器件。在图10电路中，用光敏二极管取代电路中光敏电阻器RG，其短引脚接电源正极，长引脚接R1上端。光敏二极管施加反向电压，在无光照射时，光敏二极管反向电阻很大，产生的反向漏电流（暗电流）很小，处于截止状态；有光照射时，光敏二极管产生光电流而导通，其开关特性比光敏电阻好，使得光敏传感器电路工作更可靠。硅光敏三极管只有发射极和集电极两条电极引线，当光线照射在透明窗口反向偏置的集电结上时，与光敏二极管作用相似，产生反向漏电流，但不同的是这个反向漏电流可以控制光敏三极管的集电极电流有较大变化，因此灵敏度比光敏二极管高。
四、热敏传感器
1.双金属复片热传感器实验
在温度测控中离不开热敏传感器，它是一种利用热电转换原理制成的传感器。双金属复片用两种热膨胀系数不同的金属，譬如铜和铁，铆焊成片状。受热时复片会向热膨胀系数小的金属（铁）面方向弯曲。在双金属复片弯曲或复原时，造成触点断开或接通，成为温度控制自动开关。双金属复片常用于热继电器及电熨斗、电饭煲、电热水器温度调节控制。
在图11双金属复片热传感器实验电路中，VT采用驱动电流较大的8050功率管作为开关三极管，M为永磁直流玩具电动机，采用3V电源供电，ST为日光灯启辉器中的双金属复片（去掉玻璃泡）。当用点燃的火柴加热ST时，双金属复片触点闭合，接通VT的基极偏置电流，VT饱和导通，电动机转动。通过上述实验电路，了解双金属复片热电转换的工作原理及把热信号转换为电动机转与不转两种状态的热传感器传感方式。设想一下，能否把图11所示电路用于模拟自动灭火演示实验呢？
2.热敏电阻器传感器
热敏电阻器是一种用半导体材料制成的测温器件，它的热敏材料用锰、镍、钴等多种金属氧化物粉末按一定比例混合烧结而成。目前广泛应用的是负温度系数的、称之为NTC的热敏电阻器，具有灵敏度高、体积小、反应速度快、使用方便的特点。热敏电阻传感器由于使用要求不同，外形多种多样，可做成圆片形、圆柱形等形状，大小也不一，微型的珠状热敏电阻器感温部分外径只有0.5mm，用于测量叶脉或血管内温度。热敏电阻器的外形与电路符号见图12。
3.简易电子体温计电路
体温计俗称体温表，是一种测量体温的仪器，可以说是必备的家用仪器。图13采用惠斯通电桥测温电路，热敏电阻器RT采用晶体管收音机功放中圆片状温度补偿电阻器，标称值为220Ω，检流计（零点在表盘正中位置）PA灵敏度要优于200μA，RP1为灵敏度调节电位器，RP2为零点调节电位器。在自制体温计实验中，首先要确定测温量程，表盘正中零点定为30℃，满度为±10℃，整个表盘测量范围为20℃～40℃。再确定电桥平衡时的温度，将热敏电阻器传感头浸在30℃（用酒精温度计标测）的温水中，旋转零点调节电位器旋钮，使检流计指示为零，即电桥平衡，在表盘这一位置标示为30℃。然后将水温调至40℃，调解灵敏度旋钮使指针刚好至满度，标定为40℃。最后，检测体温计的准确性，将温度传感头放在腋下，待显示温度不再升高时，测得体温值，并与商品体温计测得值进行比较。本电路是供实验用的，如果不经过严格的测试和校正，有可能贻误诊断。
文/孙心若
编者注：
本文的视频讲解见本期配刊光盘。