传感器的构成方法及其工作原理（下）

　　多级变换型

　　目前，大多数传感器都是利用敏感元件把被测非电量转换成某种可利用的中间变换物理量，再通过转换元件，有时还需用转换电路，转换成便于测量的电量输出，如图1－5（e）所示。如利用弹性体作为力、压力等敏感元件，再通过应变片和电桥输出电信号，就能测量出压电元件所不能测出的小压力。这种二级或二级以上的变换增加了传感器设计的自由度，因而可设计出测量各种非电参数，适应各种条件的传感器。

e 多级变换型 示意图

　　可利用的中间变换物理量是指那些容易转换成电学量的物理量，如1—6所列。

表1－6 可利用的中间变换物理量

　　多级变换型又分为能量变换型和能量控制型两类。前者的例子有压电式加速度传感器、L—氨基酸梅传感器等；后者的例子有应变式力传感器、电容式加速度传感器、霍尔式压力传感器、光纤式加速度传感器、酶热敏电阻式传感器等。

　　参比补偿型

　　为了消除环境条件变化（如温度变化、电源电压波动等）的影响，传感器采用两个性能完全相同的敏感元件，如图 f 所示，其中一个敏感元件感受被测量和环境条件量，另一个只感受环境条件量而作为补偿用，以达到消除或减小环境干扰的影响，这种组合形式称为参比补偿型。例如压电式压力传感器，当被测压力变化与环境温度变化相接近时，采用温度补偿片构成参比补偿型传感器，以减小温度变化的影响。又如，用电阻应变式传感器构成参比补偿型传感器时，则将其两个（或两个以上）敏感元件（一个为工作片，另一个为补偿片）同时接到电桥电路的相邻两臂，这样就能对温度、电源电压等变化的影响起到补偿或消除作用，因此参比补偿传感器有利于提高测量精度。

f 参比补偿型 示意图

　　差动结构型

　　为了提高传感器的灵敏度和线性度，并减小或消除环境等因素的影响，传感器常采用差动结构，即用两个性能完全相同的敏感元件同时感受相同的环境量和方向相反的被测量，如图 g 所示。其例子有差动电阻应变式、差动电容式、差动电感式等属于能量控制型的传感器，当用压电元件测量压力时，如果其加速度效应的影响不可忽略，则需采用两个压电元件反极性安装构成差动型，以补偿加速度的影响，同时还可提高传感器的灵敏度，但压电元件属于能量变换型传感器。

　　g 差动结构性示意图

       反馈型

　　反馈型传感器是一种闭环系统。其特点是传感器的敏感元件（或转换元件）同时兼作反馈元件，使传感器输入处于平衡状态，因此亦称为平衡式传感器，如图 h 所示，目前，主要有力反馈型（包括位移反馈型）和热反馈型两类，其例子有差动电容力平衡式加速度传感器和热线热反馈式流速传感器等。

　　反馈型传感器结构复杂，应用于特殊场合，如高精度微差压的测量，以及高流速的测量等。

　　h 反馈型 示意图

       综合上述传感器的各种构成方法及它们的组合，则可利用有限的敏感元件（包括转换元件）设计出多种性能的传感器，实现各种参数的测量，传感器的主要敏感元件如表1－7所列。

　　表1－7 传感器的主要敏感元件