壓阻式感測器
[拼音]：chuanganqi
[英文]：transducer
按一定規律實現訊號檢測並將被測量（物理的、化學的和生物的資訊）變換為另一種物理量(通常是電量)的器件或儀表。它既能把非電量變換為電量，也能實現電量之間或非電量之間的互相轉換。感測器是一個含義寬廣而籠統的名詞，一切獲取資訊的儀表器件都可稱為感測器。在生產過程控制系統中，常把輸出為標準訊號的感測器稱為變送器，而把輸出為非標準訊號的感測器稱為敏感器。感測器是自動控制系統必不可少的關鍵部分。所有的自動化儀表和裝置均需要先經過資訊檢測才能實現資訊的轉換、處理和顯示，而後達到調節、控制的目的。離開了感測器，自動化儀表和裝置就無法實現其功能。
發展簡況
早期的機械式儀表包括機械式檢測元件和機械式指示記錄部分，兩者是結合在一起的。20世紀50年代以後，由於電子技術的發展，檢測感測部分大都採用機電結構，對機械式檢測元件感受的資訊進行二次變換，採用力或力矩平衡的反饋測量系統，配上相應的放大處理電路，與顯示調節部分相結合，發展成系列化的顯示調節儀表。到70年代隨著微電子技術的發展，採用積體電路工藝研製出許多固體敏感元件，它與放大處理電路結合起來形成了新型的感測器。80年代，感測器開始向著整合化、智慧化方向發展。（圖1）
分類
感測器品種繁多，原理各異。它們是根據不同需要和不同測量物件研製出來的。感測器的分類方法很多。根據現象所屬領域不同可分為物理感測器、化學感測器和生物感測器;根據所用敏感元件的材料來分,有半導體感測器、陶瓷感測器、有機高分子感測器、光纖感測器等；根據功能來分，有單功能感測器、多功能感測器、智慧感測器、仿生感測器等。比較常用的是按照被檢測的引數進行分類。圖2是感測器分類體系。
構成原理
感測器依構成原理可分為結構型感測器、物性型感測器和智慧型感測器三種類型。
結構型感測器
利用物理學中場的定律（包括電場、磁場、力場等）構成的感測器。它的基本原理是以部分結構的位置變化和場的變化來反映被測非電量的大小及其變化。結構型感測器大都採用機電結構和間接訊號變換方式。所謂間接變換就是訊號經過兩次變換，先將被測訊號經過機械式檢出元件轉換成中間訊號，然後再經過敏感元件轉換成電訊號輸出。例如應變電阻式壓力感測器就是通過彈性膜片把被測壓力檢測出來並變換為應變值，再用應變電阻元件把應變值變換為便於處理的電訊號輸出(圖3)。結構型感測器應用最廣，採用的測量原理主要有電磁檢測、光電檢測等。
（1）電磁檢測：包括電阻式感測器、電感式感測器、電容式感測器、電渦流式感測器、壓電式感測器、熱電式感測器、壓阻式感測器、壓磁式感測器、霍耳式感測器（見霍耳式壓力感測器）、頻率式感測器（見諧振式感測器）、數字式感測器（見感應同步器、磁柵式感測器）。
（2）光電檢測：包括光電式感測器、鐳射感測器、紅外線感測器、光柵式感測器、光纖感測器等。此外還有超聲波感測器、核輻射感測器以及用電化學、核磁共振等方法制成的感測器。結構型感測器中直接感受被測非電量的敏感元件是機械式元件和電磁式元件，其中彈性敏感元件應用最廣。它把各種形式的非電量轉換為應變數或位移量。如果彈性敏感元件的輸出是應變，則可能製成各種形式的應變感測器，如果彈性敏感元件的輸出量是位移(線位移或角位移)，則可能製成電感式、電容式、電渦流式或電阻式感測器。
物性型感測器
利用物質特性（包括各種物理、化學、生物的效應和現象）構成的感測器。它的基本特徵與構成感測器敏感材料的特性密切相關。物性型感測器採用直接訊號變換方式，就是用一種敏感元件將被測訊號直接轉變為電訊號輸出。這是發展最快和引人注目的新型感測器。利用物質的化學特性構成的感測器稱為化學感測器，利用生物學特性的感測器稱為生物感測器。這兩種感測器都屬於物性型感測器，它們研製困難但效能優越，發展潛力很大。
固體敏感元件是物性型感測器的關鍵組成部分。對各種具有敏感功能的材料的研究，即如何利用它們的物理、化學、生物學的特性和效應來構成固體敏感元件，已經形成一門新技術。根據不同應用目的，固體敏感元件通常按照檢測引數和元件功能來分類。
智慧型感測器
它是物性感測器進一步發展的產物。智慧型是指除具有檢測功能外，還具有自補償、自校正、自調整、自診斷和邏輯操作、程式控制、自動實現計量和檢測最優化等功能。這些功能往往是多功能敏感元件與微處理機或單片微型計算機相結合的結果。美國霍尼韋爾公司研製的 DSTJ-3000型差壓傳送器是典型的智慧型感測器。它採用整合工藝技術在一塊矽片上將測量差壓、壓力、溫度的多功能敏感元件與CMOS微處理機結合起來。圖4為這種感測器的原理和數字處理系統框圖。它的敏感元件是矽膜片。微處理機能在不同的溫度、壓力條件下作差壓的補償運算。在產品出廠時，對每臺感測器進行編碼，並將編碼存放到儲存器中,以便微處理機進行運算。精度可達0.1％，量程比達400:1。輸出經數模轉換器可變為4～20毫安的模擬訊號。它還能把數字訊號疊加到模擬傳輸訊號中。由於專用程式能與感測器、電源和負載阻抗任意連線，它還能雙向通訊並能在訊號傳輸線的任意位置上，遠距離地校準零檔、調整阻尼、變更測量範圍、選擇輸出（線性的或平方根的）和讀出感測器本身的自診斷結果。
效能指標
感測器的效能應該根據測量目的、使用環境、被測物件、精度要求、訊號處理以及成本限制等條件來確定。感測器的基本效能要求是：輸出訊號與輸入訊號成比例；遲滯和非線性誤差小；內部噪聲小，不易受外界干擾影響；反應速度快；動作能量小；對被測狀態的影響小;使用壽命長;使用、維修和校準方便。為了比較和評價感測器的效能，人們規定出一些能給以定量描述的效能指標，常用的效能指標有9項。
（1）量程測量上限與下限的代數差。
（2）測量範圍測量上限與下限之間的區間。
（3）過載感測器在不致引起規定效能指標永久改變的條件下允許超過測量範圍的能力。
（4）靈敏度感測器輸出的變化值與相應的被測量的變化值之比。
（5）分辨力感測器可能檢出的被測訊號的最小增量。
（6）誤差被測量指示值與真值之間的差，感測器的基本誤差一般包括重複性、非線性、遲滯等。
（7）重複性在同一工作條件下，對被測量的同一數值在同一方向上進行重複測量時的測量結果的一致性。
（8）非線性在規定的環境條件下，感測器校準曲線與感測器擬合直線（理想直線）的不一致程度。
（9）遲滯當輸入作全測量範圍移動時，同一測量點正反行程輸出的不一致性。
發展趨勢
感測器的發展趨勢表現在採用有關學科的新技術、採用新材料、組合化和單片智慧化4個方面。
（1）在研究各種物理化學效應的應用技術以及訊號處理技術的基礎上研製新型感測器，鐳射、超聲、微波和仿生技術的利用，尤其受到人們的注意。
（2）在採用新材料、新工藝的基礎上開發新型感測器。改變材料的組成、結構、新增物或採用各種工藝技術，利用材料形態變化如薄膜化、微小化、纖維化、氣孔化、複合化、無孔化等，提高材料對電、磁、光、熱、聲、力、吸附、分離、輸送載流子、化學、生物等的敏感功能。
（3）研究感測器組合技術，提高感測器測量精度。對於有限的敏感元件，根據不同使用條件來運用各種測量技術和控制技術，如溫度補償技術、抗電磁干擾技術、高頻響應技術、訊號處理技術等，實現不同的組合，構成各類感測器。
（4）研究敏感元件的小型化、整合化、固體化、多功能化。研製新型場效應敏感元件、厚薄膜和超細微粒子敏感元件、色敏元件、光纖元件等，發展數字式感測器和智慧型感測器，通過整合工藝實現檢測、轉換和資訊處理一體化，最終實現感測器的單片智慧化。
參考書目
王洪業編著：《感測器技術》，湖南科學技術出版社，長沙，1985。
袁希光主編：《感測器技術手冊》，國防工業出版社，北京，1986。