電子元器件實用手冊：傳感器篇

1 GPS 1
1.1 它可以做什麼 1
1.1.1 原理圖符號 1
1.1.2 GPS子模塊 1
1.2 它如何工作 1
1.3 演變 2
1.4 參數 2
1.5 如何使用它 2
1.5.0 每秒脈沖輸出數 3
1.6 禁止事項 3
1.6.1 靜電放電 3
1.6.2 接地不良 3
1.6.3 虛焊 3
1.6.4 許可限制 3
1.6.5 搜星失敗 3
1.6.6 速度或高度超出限定值 3
2 磁力計 5
2.1 它可以做什麼 5
2.1.1 原理圖符號 5
2.1.2 IMU 5
2.1.3 應用 5
2.2 它如何工作 6
2.2.1 磁場 6
2.2.2 地軸 6
2.2.3 線圈磁力計 7
2.2.4 霍爾效應和磁阻 7
2.3 演變 7
2.4 如何使用它 8
2.5 禁止事項 8
2.5.1 磁干擾 8
2.5.2 安裝不當 8
3 物體檢測傳感器 9
3.1 它可以做什麼 9
3.1.0 原理圖符號 9
3.2 演變 10
3.3 光檢測 10
3.3.1 透射型光傳感器 11
3.3.2 對射型光傳感器 12
3.4 磁傳感器 13
3.5 簧片開關 13
3.5.1 簧片開關種類 14
3.5.2 簧片開關參數 14
3.5.3 如何使用簧片開關 14
3.6 霍爾效應傳感器 14
3.6.1 霍爾效應傳感器的工作原理 15
3.6.2 霍爾效應傳感器的種類 15
3.7 參數 15
3.8 如何使用霍爾效應傳感器 15
3.9 如何使用物體檢測傳感器 15
3.9.1 線性移動檢測 15
3.9.2 中斷檢測 16
3.9.3 角度檢測 16
3.10 不同傳感器的優缺點匯總 16
3.10.1 光學物體檢測傳感器的優點 16
3.10.2 光學物體檢測傳感器的缺點 16
3.10.3 簧片開關的優點 16
3.10.4 簧片開關的缺點 16
3.10.5 霍爾效應傳感器的優點 17
3.10.6 霍爾效應傳感器的缺點 17
3.11 禁止事項 17
3.11.1 光傳感器 17
3.11.2 簧片開關 17
4 被動式紅外傳感器 19
4.1 它可以做什麼 19
4.1.1 原理圖符號 19
4.1.2 應用 19
4.2 它如何工作 19
4.2.1 熱釋電傳感器 20
4.2.2 檢測單元 20
4.2.3 鏡頭組 20
4.3 演變 22
4.4 禁止事項 23
4.4.1 高溫靈敏度衰減 23
4.4.2 檢測窗口損壞 23
4.4.3 受潮 23
5 距離傳感器 25
5.1 它可以做什麼 25
5.1.1 原理圖符號 25
5.1.2 應用 25
5.2 演變 25
5.2.1 超聲波 25
5.2.2 紅外線 26
5.2.3 相對優勢 26
5.3 常見的超聲波傳感器 26
5.3.1 進口產品 27
5.3.2 獨立元器件 27
5.4 紅外線傳感器常見型號 27
5.4.0 紅外線距離傳感器的發展趨勢 28
5.5 電容位移傳感器 28
5.5.0 應用 29
5.6 它如何工作 29
5.6.1 誤差來源 29
5.6.2 參數 29
5.7 光或超聲波距離傳感器的注意事項 29
5.7.1 待測物體距離太近 29
5.7.2 信號源混雜 30
5.7.3 反射面選取不當 30
5.7.4 環境因素 30
5.7.5 LED老化 30
6 線性位置傳感器 31
6.1 它可以做什麼 31
6.1.1 應用 31
6.1.2 原理圖符號 31
6.2 它如何工作 31
6.2.1 線性電位計 31
6.2.2 磁性線性編碼器 32
6.2.3 光學線性編碼器 33
6.2.4 線性編碼器的應用 33
6.2.5 線性可變差動變壓器 33
6.3 注意事項 34
6.3.1 機械故障 34
6.3.2 LED老化 34
7 旋轉位置傳感器 35
7.1 它可以做什麼 35
7.1.1 應用 35
7.1.2 原理圖符號 35
7.2 電位計 35
7.2.1 弧形旋轉電位計 35
7.2.2 限位柱 36
7.2.3 多匝旋轉電位計 36
7.2.4 磁旋轉位置傳感器 36
7.2.5 旋轉位置傳感芯片 37
7.2.6 旋轉編碼器 37
7.2.7 光學旋轉編碼器 37
7.2.8 光學產品 38
7.2.9 計算機鼠標原理 38
7.2.10 旋轉速度 38
7.2.11 絕對位置 39
7.2.12 格雷碼 39
7.2.13 磁旋轉編碼器 40
7.3 如何使用它 40
7.4 注意事項 41
7.4.1 接線錯誤 41
7.4.2 編碼錯誤 41
7.4.3 術語混淆 41
8 傾斜傳感器 43
8.1 它可以做什麼 43
8.1.0 原理圖符號 43
8.2 它如何工作 43
8.2.1 簡化版本 44
8.2.2 應用 44
8.3 演變 45
8.3.1 汞開關 45
8.3.2 擺錘開關 45
8.3.3 磁化球 45
8.4 傾斜傳感器 45
8.4.0 兩軸傾斜傳感器 46
8.5 參數 47
8.6 如何使用它 47
8.7 注意事項 47
8.7.1 觸點腐蝕 47
8.7.2 隨機信號 47
8.7.3 環境危害 47
8.7.4 依賴重力 47
8.7.5 穩定性 47
9 陀螺儀 49
9.1 它可以做什麼 49
9.1.1 原理圖符號 49
9.1.2 IMU 49
9.1.3 應用 49
9.2 它如何工作 49
9.2.0 振動陀螺儀 50
9.3 演變 51
9.3.0 IMU 51
9.4 參數 51
9.5 如何使用它 52
9.6 注意事項 52
9.6.1 溫漂 52
9.6.2 機械壓力 52
9.6.3 外部振動 52
9.6.4 電路布局 52
10 加速度計 53
10.1 它可以做什麼 53
10.1.1 IMU 53
10.1.2 原理圖符號 53
10.1.3 應用 53
10.2 它如何工作 54
10.2.1 重力與自由落體 54
10.2.2 旋轉 54
10.2.3 計算 54
10.3 演變 55
10.4 參數 56
10.5 注意事項 56
10.5.1 機械壓力 56
10.5.2 其他問題 56
11 振動傳感器 57
11.1 它可以做什麼 57
11.1.0 原理圖符號 57
11.2 演變 57
11.2.1 彈簧式 57
11.2.2 壓電板條 58
11.2.3 壓電芯片 58
11.2.4 「誘捕」型 58
11.2.5 磁場型 59
11.2.6 水銀型 59
11.3 參數 59
11.3.1 主要參數 59
11.3.2 動態參數 59
11.4 如何使用它 60
11.5 注意事項 60
11.5.1 線纜信號衰減 60
11.5.2 干擾 60
11.5.3 正確接地 60
11.5.4 疲勞損壞 60
12 力傳感器 61
12.1 它可以做什麼 61
12.1.1 應用 61
12.1.2 原理圖符號 61
12.2 它如何工作 62
12.2.1 應力計 62
12.2.2 惠斯通電橋電路 62
12.2.3 惠斯通電橋校正 63
12.2.4 應力計的信號放大 63
12.2.5 其他應力計模塊 63
12.2.6 塑料膜力傳感器 64
12.2.7 形變式力傳感器 64
12.2.8 簡易電阻傳感器 64
12.3 如何使用它 64
12.3.0 塑料膜電阻力傳感器 64
12.4 參數 65
12.4.1 薄膜型力傳感器的適用范圍 65
12.4.2 薄膜型力傳感器的規格 65
12.4.3 應力計 66
12.5 注意事項 66
12.5.1 焊接問題 66
12.5.2 檢測區域選擇不當 66
12.5.3 防水問題 66
12.5.4 溫度靈敏度 66
12.5.5 引腳過長 66
13 單點觸摸傳感器 67
13.1 它可以做什麼 67
13.1.1 應用 67
13.1.2 原理圖符號 67
13.2 它如何工作 68
13.3 如何使用它 68
13.3.1 如何獲得觸摸板 68
13.3.2 獨立觸摸板 68
13.3.3 觸摸輪和觸摸帶 69
13.3.4 設計指南 69
13.4 注意事項 69
13.4.1 手套 69
13.4.2 筆 69
13.4.3 導電墨水 69
14 觸摸屏 71
14.1 它可以做什麼 71
14.1.0 原理圖符號 71
14.2 演變 71
14.2.1 電阻式 71
14.2.2 電容式 72
14.3 觸摸屏總成 72
15 液位傳感器 73
15.1 它可以做什麼 73
15.1.1 原理圖符號 73
15.1.2 應用 73
15.2 它如何工作 73
15.2.1 二進制輸出漂浮傳感器 73
15.2.2 模擬輸出液位傳感器 74
15.2.3 增量輸出液位傳感器 75
15.2.4 排水式液位傳感器 75
15.2.5 超聲波液位傳感器 75
15.2.6 稱重傳感 75
15.2.7 壓力傳感 76
15.3 注意事項 76
15.3.1 湍流 76
15.3.2 傾斜 76
16 液體流速傳感器 79
16.1 它可以做什麼 79
16.1.1 原理圖符號 79
16.1.2 葉輪液體流量傳感器 79
16.1.3 渦輪液體流量傳感器 80
16.1.4 葉輪和渦輪的缺點 80
16.1.5 熱液體流速傳感器 80
16.1.6 滑套式液體流量開關 81
16.1.7 滑動活塞式液體流量開關 81
16.1.8 超聲波液體流速傳感器 81
16.1.9 磁液體流量傳感器 81
16.1.10 差壓液體流量計 81
16.2 注意事項 82
16.2.0 易受灰塵或腐蝕性材料影響 82
17 氣體／液體壓強傳感器 83
17.1 它可以做什麼 83
17.1.1 原理圖符號 83
17.1.2 應用 83
17.1.3 設計要點 83
17.1.4 單位 83
17.2 它如何工作 84
17.2.1 基本傳感單元 84
17.2.2 相對測量 84
17.3 演變 85
17.3.1 環境氣壓 85
17.3.2 高度 85
17.3.3 氣壓 85
17.4 注意事項 86
17.4.1 易受灰塵、潮濕或腐蝕性材料影響 86
17.4.2 光敏感 86
18 氣體濃度傳感器 87
18.1 它可以做什麼 87
18.1.0 原理圖符號 87
18.2 半導體氣體傳感器 87
18.3 氧氣傳感器 88
18.4 濕度傳感器 88
18.4.1 露點傳感器 89
18.4.2 絕對濕度傳感器 89
18.4.3 相對濕度傳感器 89
18.4.4 濕度傳感器的輸出信號 89
18.4.5 模擬濕度傳感器 89
18.4.6 設計要點 90
18.4.7 數字濕度傳感器 90
18.5 注意事項 91
18.5.1 空氣污染 91
18.5.2 重校准 91
18.5.3 焊接問題 91
19 氣體流速傳感器 93
19.1 它可以做什麼 93
19.1.1 應用 93
19.1.2 原理圖符號 93
19.2 它如何工作 93
19.2.1 風速計 93
19.2.2 手持式風速計 94
19.2.3 超聲波風速計 94
19.2.4 熱線風速計 94
19.2.5 質量流速傳感 94
19.2.6 應用 95
19.2.7 單位 95
19.2.8 測量較大的流速 95
19.2.9 輸出 95
19.3 注意事項 96
20 光敏電阻 97
20.1 它可以做什麼 97
20.1.0 原理圖符號 97
20.2 它如何工作 97
20.2.0 構造 97
20.3 演變 98
20.3.0 光隔離器中的光敏電阻 98
20.4 參數 98
20.4.0 光敏電阻與光敏三極管的區別 98
20.5 如何使用它 99
20.5.0 串聯電阻的選擇 99
20.6 注意事項 99
20.6.1 過載 99
20.6.2 過壓 99
20.6.3 與其他器件混淆 99
21 光敏二極管 101
21.1 它可以做什麼 101
21.1.1 原理圖符號 101
21.1.2 應用 101
21.2 它如何工作 101
21.3 演變 102
21.3.1 PIN光敏二極管 102
21.3.2 雪崩光敏二極管 102
21.3.3 封裝 102
21.3.4 波長范圍 102
21.3.5 光敏二極管陣列 102
21.3.6 輸出種類 103
21.3.7 特殊種類 103
21.4 參數 103
21.5 如何使用它 104
21.6 注意事項 104
22 光敏三極管 105
22.1 它可以做什麼 105
22.1.1 原理圖符號 105
22.1.2 應用 105
22.2 它如何工作 106
22.3 演變 106
22.3.1 可選基極引腳 106
22.3.2 光敏達林頓管 106
22.3.3 光敏FET 106
22.4 參數 106
22.4.1 與其他光照傳感器的比較 107
22.4.2 批號 107
22.5 如何使用它 107
22.5.0 輸出值的計算 108
22.6 注意事項 108
22.6.1 視覺分類錯誤 108
22.6.2 超出輸出范圍 108
23 NTC熱敏電阻 109
23.1 它可以做什麼 109
23.1.1 原理圖符號 109
23.1.2 應用 109
23.2 NTC熱敏電阻如何工作 110
23.2.1 溫度傳感器的輸出轉換 110
23.2.2 串聯電阻的取值 111
23.2.3 惠斯通電橋電路 111
23.2.4 獲取溫度值 111
23.3 浪涌抑制器 111
23.3.0 復位 112
23.4 熱敏電阻的參數 112
23.4.1 時間與溫度 112
23.4.2 電阻與響應 112
23.4.3 千歐與開爾文 112
23.4.4 參考溫度 112
23.4.5 參考電阻 112
23.4.6 損耗常數 112
23.4.7 溫度系數 112
23.4.8 熱時間常數 113
23.4.9 誤差 113
23.4.10 溫度范圍 113
23.4.11 控制電流 113
23.4.12 功率范圍 113
23.4.13 可交替性 113
23.5 注意事項 113
23.5.1 自發熱 113
23.5.2 散熱 113
23.5.3 溫度過高或過低 113
23.6 附錄：溫度傳感器間的關系 113
23.6.1 NTC熱敏電阻 114
23.6.2 PTC熱敏電阻 114
23.6.3 熱電偶 114
23.6.4 電阻溫度檢測器 114
23.6.5 半導體溫度傳感器 114
24 PTC熱敏電阻 115
24.1 它可以做什麼 115
24.1.0 原理圖符號 115
24.2 PTC熱敏電阻綜述 115
24.3 溫度檢測型硅基熱敏電阻 116
24.3.0 RTDs 116
24.4 非線性PTC熱敏電阻 116
24.4.1 高溫保護 116
24.4.2 過流保護 117
24.4.3 PTC型浪涌電流抑制器 118
24.4.4 PTC熱敏電阻的啟動電流 118
24.4.5 將PTC熱敏電阻用作熒光燈鎮流器 119
24.4.6 將PTC熱敏電阻用作加熱單元 119
24.5 注意事項 119
24.5.1 自發熱過載 119
24.5.2 加熱其他元器件 119
25 熱電偶 121
25.1 它可以做什麼 121
25.1.0 原理圖符號 122
25.2 熱電偶的應用 122
25.3 熱電偶的工作原理 122
25.3.0 熱電偶的其他知識 123
25.4 如何使用它 123
25.4.1 熱電偶的種類 123
25.4.2 賽貝克系數 124
25.4.3 輸出轉換芯片 124
25.5 熱電堆 125
25.6 注意事項 125
25.6.1 極性 125
25.6.2 電子干擾 125
25.6.3 金屬疲勞和氧化 125
25.6.4 型號選擇不當 125
25.6.5 自制熱電偶的焊接問題 125
26 RTD（電阻溫度檢測器） 127
26.1 它可以做什麼 127
26.2 RTD的屬性 127
26.2.1 原理圖符號 128
26.2.2 應用 128
26.3 如何使用它 128
26.4 演變 128
26.4.1 接線 129
26.4.2 RTD探針 129
26.4.3 信號處理 129
26.5 注意事項 129
26.5.1 自發熱 129
26.5.2 熱絕緣 129
26.5.3 傳感單元不兼容 129
27 半導體溫度傳感器 131
27.1 它可以做什麼 131
27.1.1 半導體溫度傳感器的應用 131
27.1.2 原理圖符號 132
27.1.3 特性 132
27.2 它如何工作 132
27.2.1 CMOS傳感器 132
27.2.2 多晶體管 132
27.2.3 PTAT和BrokawCell 133
27.3 演變 133
27.3.1 模擬電壓輸出 133
27.3.2 模擬電流輸出 134
27.3.3 數字輸出 135
27.4 CMOS半導體溫度傳感器 136
27.5 注意事項 137
27.5.1 不同的溫度單位 137
27.5.2 延長線干擾 137
27.5.3 延時 137
27.5.4 處理時間 137
28 紅外溫度傳感器 139
28.1 它可以做什麼 139
28.1.1 應用 139
28.1.2 原理圖符號 140
28.2 它如何工作 140
28.2.1 熱電堆 140
28.2.2 溫度測量 141
28.3 演變 141
28.3.1 表面貼片封裝類型 142
28.3.2 傳感器陣列 142
28.4 參數 142
28.4.1 溫度范圍 142
28.4.2 視場 142
28.5 注意事項 142
28.5.1 視場選擇不當 142
28.5.2 反光物體 142
28.5.3 玻璃遮擋 142
28.5.4 多熱源 142
28.5.5 熱梯度 143
29 話筒 145
29.1 它可以做什麼 145
29.1.0 原理圖符號 145
29.2 它如何工作 145
29.2.1 碳粒式話筒 145
29.2.2 動圈式話筒 146
29.2.3 電容式話筒 146
29.2.4 駐極體話筒 146
29.2.5 MEMS話筒 147
29.2.6 壓電式話筒 147
29.3 參數 147
29.3.1 靈敏度 147
29.3.2 方向性 148
29.3.3 頻率響應 148
29.3.4 阻抗 148
29.3.5 總諧波失真 148
29.3.6 信噪比 148
29.4 注意事項 149
29.4.1 線纜敏感度 149
29.4.2 電源干擾 149
30 電流傳感器 151
30.1 它可以做什麼 151
30.1.1 應用 151
30.1.2 安培計 151
30.1.3 原理圖符號 151
30.1.4 電流表的接線 152
30.2 串聯電阻 152
30.2.1 電流采樣電阻 152
30.2.2 電壓檢測 153
30.3 霍爾效應電流傳感器 153
30.4 注意事項 154
30.4.1 混淆AC與DC 154
30.4.2 磁干擾 154
30.4.3 電表接線錯誤 154
30.4.4 電流超出范圍 154
31 電壓傳感器 155
31.1 它可以做什麼 155
31.1.0 應用 155
31.2 電壓表 155
31.2.1 原理圖符號 156
31.2.2 電壓表的接線 156
31.3 它如何工作 156
31.3.1 負載相關誤差 156
31.3.2 音量條 156
31.4 注意事項 157
31.4.1 混淆AC與DC 157
31.4.2 高阻抗電路 157
31.4.3 電壓超出范圍 157
31.4.4 對地電壓 157
附錄A 傳感器輸出 159
A.1 模擬輸出 159
A.1.1 模擬：電壓 159
A.1.2 模擬：電阻 160
A.1.3 模擬：集電極開路 161
A.1.4 模擬：電流 161
A.1.5 二進制：高／低 161
A.1.6 二進制：PWM 162
A.1.7 二進制：頻率 162
A.1.8 數字：I2C 162
A.1.9 數字：SPI 162
術語表 163