電阻式感測器

由電阻元件及電刷(活動觸點)兩個基本部分組成。

電刷相對於電阻元件的運動可以是直線運動、轉動和螺旋運動，因而可以將直線位移或角位移轉換為與其成一定函數關係的電阻或電壓輸出。

電位器的結構徠與材料

（1）電阻絲：康銅絲、鉑銥合金及卡瑪絲等。

（2）電刷：常用銀、鉑銥、鉑銠等金屬。

（3）骨架：常用材料為陶瓷、酚醛樹脂、夾布膠木等絕緣材料，骨架的結構形式很多，常用矩形。

金屬體都有一定的電阻，電阻值因金屬的種類而異。同樣的材料，越細或越薄，則電阻值越大。當加有外力時，金屬若變細變長，則阻值增加；若變粗變短，則阻值減小。如果發生應變的物體上安裝有金屬電阻，當物體伸縮時，金屬體也按某一比例發生伸縮，因而電阻值產生相應的變化。

電阻式感測器與相應的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀錶是冶金、電力、交通、石化、商業、生物醫學和國防等部門進行自動稱重、過程檢測和實現生產過程自動化不可缺少的工具之一。

(1)有較大的非線性、輸出信號較弱，但可採取一定的補償措施。因此它廣泛應用於自動測試和控制技術中。

(2) 電阻應變式感測器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發生相應的變化。

（1）對於大應變有較大的非線性、但輸出信號較弱。

（2）隨著時間和環境的變化，構成感測器的材料和器件性能會發生變化。因此不適用於長期監測，因為時漂、溫漂較大，長時間測的話可能就無法取得真實有效的數據。

（3）易受到電場、磁場、振動、輻射、氣壓、聲壓、氣流等的影響。

電阻式感測器 按其工作原理可分為：電阻應變式；電位計式；熱電阻式；半導體熱能電阻感測器等。

（1）光敏電阻感測器結構

光敏電阻感測器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的，它的基本結構包括光源，光學通路和光電元件三部分，它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然後藉助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。

由於光敏電阻感測器是一種依靠被測物與光電元件和光源之間的關係，來達到測量目的的，因此光敏電阻感測器的光源扮演著很重要的角色，光敏電阻感測器的電源要是一個恆光源，電源穩定性的設計至關重要，電源的穩定性直接影響到測量的準確性，常用光源有以下幾種：

發光二極體是一種把電能轉變成光能的半導體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應快、機械強度高等優點，並能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用於計算機、儀器儀錶和自動控制設備中。

絲燈泡這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構成感測器時可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。

（2）光敏電阻感測器工作原理

由於光敏電池即使在強光照射下，最大輸出電壓也僅0.6V，還不能使下一級晶體管有較大的電流輸出，故必須加正向偏壓，為了減小晶體管基極電路阻抗變化，盡量降低光電池在無光照時承受的反向偏壓，可在光電池兩端並聯一個電阻。或者利用鍺[注1]二極體產生的正向壓降和光電池受到光照時產生的電壓疊加，使硅管e、b極間電壓大於0.7V，而導通工作。

半導體光電元件的光電轉換電路也可以使用集成運算放大器。硅光敏二極體通過集成運放可得到較大輸出幅度，當光照產生的光電流為時，輸出電壓為了保證光敏二極體處於反向偏置，在它的正極要加一個負電壓，由於光電池的短路電流和光照成線性關係，因此將它接在運放的正、反相輸入端之間，利用這兩端電位差接近於零的特點，可以得到較好的效果。

（3）光敏電阻感測器特性及應用

隨著科學技術的發展人們對測量精度有了更高的要求，這就促使光電感測器不得不隨著時代步伐而更新，改善光電感測器性能的主要手段就是應用新材料、新技術製造性能更優越的光電元件。例如今天光電感測器的雛形，是一種小的金屬圓柱形設備，發射器帶一個校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上在金屬圓筒內有一個小的白熾燈作為光源的一種堅固的白熾燈感測器。由於這種感測器存在各種缺陷，逐漸在測量領域銷聲匿跡。到了光纖出現，因為它的各種優越的性能，於是出現了光纖與感測器配套使用的無源元件，另外光纖不受任何電磁信號的干擾，並且能使感測器的電子元件與其他電的干擾相隔離。正是因為這樣，光電感測器具有其他感測器所不能取代優越性，因此它發展前景非常好，應用也會越來越廣泛。

（1）熱敏電阻感測器結構

普通型熱電阻由感溫元件（金屬電阻絲）、支架、引出線、保護套管及接線盒等基本部分組成。為避免電感分量，熱電阻絲常採用雙線並繞，製成無感電阻。

（2）熱敏電阻感測器工作原理

在金屬中，載流子[注2]為自由電子，當溫度升高時，雖然自由電子數目基本不變（當溫度變化範圍不是很大時），但每個自由電子的動能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力，導致金屬電阻值隨溫度的升高而增加。熱電阻就要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的。

熱敏電阻是一種新型的半導體測溫元件。半導體中參加導電的是載流子，由於半導體中載流子的數目遠比金屬中的自由電子數目少得多，所以它的電阻率大。隨溫度的升高，半導體中更多的價電子受熱激發躍遷到較高能級而產生新的電子—空穴[注3]對，因而參加到電的載流子數目增加了，半導體的電阻率也就降低了（電導率增加）。因為載流子數目隨溫度上升按指數規律增加，所以半導體的電阻率也就隨溫度上升按指數規律下降。熱敏電阻正是利用半導體這種載流子數隨溫度變化而變化的特性製成的一種溫度敏感元件。當溫度變化1℃時，某些半導體熱敏電阻的阻值變化將達到（3～6）%。在一定條件下，根據測量熱敏電阻值的變化得到溫度的變化

（3）熱敏電阻感測器特性及應用

熱電阻感測器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。主要用途有測溫、溫度補償、過熱保護、液面的測量。

在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種感測器比較適用。熱電阻感測器具有電阻溫度係數大、線性好、性能穩定、使用溫度範圍寬、加工容易等特點。用於測量-200℃～+500℃範圍內的溫度。

普通電阻感測器朝向高精度、使用方便快捷、省力方向發展。而電阻感測器是一種把應變信號直接轉化成電信號的敏感元件，因此適用於製作各種感測器，電阻感測器主要用於測力、壓力、加速度、位移、扭矩等。過去電阻感測器主要用於試驗研究工作，經常用於工業檢測以及生產線的稱重計量和控制。而且在醫學和生物工程等方面的使用也有所增加。在使用過程中通常要求感測器具有電信號輸出穩定、響應速度快以及體積小、重量輕等特性，而電阻感測器都能滿足這樣的條件。但電阻感測器在溫度、蠕變、滯后、彈性模量自補償等多種功能方面還存在不足之處。但是隨著優良的酚醛膠、環氧一酚醛膠以及聚酞亞胺膠等材料的相繼問世，性能更完善的電阻感測器將會有更美好的前景。