電子元器件實(shí)用手冊(cè) 傳感器篇 作者： （美）Charles Platt，F(xiàn)redrik Jansson 出版時(shí)間： 2017年版 叢編項(xiàng)： 愛(ài)上制作 內(nèi)容簡(jiǎn)介 本書(shū)介紹常用電子元器件的基本信息、工作原理、使用方法、參數(shù)、注意事項(xiàng)等，便于初學(xué)者查找相關(guān)元器件的應(yīng)用方式，本卷側(cè)重于介紹傳感器，包括GPS、磁力計(jì)、紅外傳感器、傾斜傳感器等。作為電子元件工具書(shū)介紹它們的經(jīng)典用途的同時(shí)，本書(shū)又以DIY的新角度介紹如何在項(xiàng)目中使用這些電子元件，可以為制作愛(ài)好者提供準(zhǔn)確的信息，甚至當(dāng)作一部工具書(shū)來(lái)使用。 目錄 1GPS1 1．1它可以做什么1 1．1．1原理圖符號(hào)1 1．1．2GPS子模塊1 1．2它如何工作1 1．3演變2 1．4參數(shù)2 1．5如何使用它2 1．5．0每秒脈沖輸出數(shù)3 1．6禁止事項(xiàng)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(jì)5 2．1它可以做什么5 2．1．1原理圖符號(hào)5 2．1．2IMU5 2．1．3應(yīng)用5 2．2它如何工作6 2．2．1磁場(chǎng)6 2．2．2地軸6 2．2．3線圈磁力計(jì)7 2．2．4霍爾效應(yīng)和磁阻7 2．3演變7 2．4如何使用它8 2．5禁止事項(xiàng)8 2．5．1磁干擾8 2．5．2安裝不當(dāng)8 3物體檢測(cè)傳感器9 3．1它可以做什么9 3．1．0原理圖符號(hào)9 3．2演變10 3．3光檢測(cè)10 3．3．1透射型光傳感器11 3．3．2對(duì)射型光傳感器12 3．4磁傳感器13 3．5簧片開(kāi)關(guān)13 3．5．1簧片開(kāi)關(guān)種類(lèi)14 3．5．2簧片開(kāi)關(guān)參數(shù)14 3．5．3如何使用簧片開(kāi)關(guān)14 3．6霍爾效應(yīng)傳感器14 3．6．1霍爾效應(yīng)傳感器的工作原理15 3．6．2霍爾效應(yīng)傳感器的種類(lèi)15 3．7參數(shù)15 3．8如何使用霍爾效應(yīng)傳感器15 3．9如何使用物體檢測(cè)傳感器15 3．9．1線性移動(dòng)檢測(cè)15 3．9．2中斷檢測(cè)16 3．9．3角度檢測(cè)16 3．10不同傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)匯總16 3．10．1光學(xué)物體檢測(cè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)16 3．10．2光學(xué)物體檢測(cè)傳感器的缺點(diǎn)16 3．10．3簧片開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)16 3．10．4簧片開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)16 3．10．5霍爾效應(yīng)傳感器的優(yōu)點(diǎn)17 3．10．6霍爾效應(yīng)傳感器的缺點(diǎn)17 3．11禁止事項(xiàng)17 3．11．1光傳感器17 3．11．2簧片開(kāi)關(guān)17 4被動(dòng)式紅外傳感器19 4．1它可以做什么19 4．1．1原理圖符號(hào)19 4．1．2應(yīng)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(cè)單元20 4．2．3鏡頭組20 4．3演變22 4．4禁止事項(xiàng)23 4．4．1高溫靈敏度衰減23 4．4．2檢測(cè)窗口損壞23 4．4．3受潮23 5距離傳感器25 5．1它可以做什么25 5．1．1原理圖符號(hào)25 5．1．2應(yīng)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(duì)優(yōu)勢(shì)26 5．3常見(jiàn)的超聲波傳感器26 5．3．1進(jìn)口產(chǎn)品27 5．3．2獨(dú)立元器件27 5．4紅外線傳感器常見(jiàn)型號(hào)27 5．4．0紅外線距離傳感器的發(fā)展趨勢(shì)28 5．5電容位移傳感器28 5．5．0應(yīng)用29 5．6它如何工作29 5．6．1誤差來(lái)源29 5．6．2參數(shù)29 5．7光或超聲波距離傳感器的注意事項(xiàng)29 5．7．1待測(cè)物體距離太近29 5．7．2信號(hào)源混雜30 5．7．3反射面選取不當(dāng)30 5．7．4環(huán)境因素30 5．7．5LED老化30 6線性位置傳感器31 6．1它可以做什么31 6．1．1應(yīng)用31 6．1．2原理圖符號(hào)31 6．2它如何工作31 6．2．1線性電位計(jì)31 6．2．2磁性線性編碼器32 6．2．3光學(xué)線性編碼器33 6．2．4線性編碼器的應(yīng)用33 6．2．5線性可變差動(dòng)變壓器33 6．3注意事項(xiàng)34 6．3．1機(jī)械故障34 6．3．2LED老化34 7旋轉(zhuǎn)位置傳感器35 7．1它可以做什么35 7．1．1應(yīng)用35 7．1．2原理圖符號(hào)35 7．2電位計(jì)35 7．2．1弧形旋轉(zhuǎn)電位計(jì)35 7．2．2限位柱36 7．2．3多匝旋轉(zhuǎn)電位計(jì)36 7．2．4磁旋轉(zhuǎn)位置傳感器36 7．2．5旋轉(zhuǎn)位置傳感芯片37 7．2．6旋轉(zhuǎn)編碼器37 7．2．7光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器37 7．2．8光學(xué)產(chǎn)品38 7．2．9計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)原理38 7．2．10旋轉(zhuǎn)速度38 7．2．11絕對(duì)位置39 7．2．12格雷碼39 7．2．13磁旋轉(zhuǎn)編碼器40 7．3如何使用它40 7．4注意事項(xiàng)41 7．4．1接線錯(cuò)誤41 7．4．2編碼錯(cuò)誤41 7．4．3術(shù)語(yǔ)混淆41 8傾斜傳感器43 8．1它可以做什么43 8．1．0原理圖符號(hào)43 8．2它如何工作43 8．2．1簡(jiǎn)化版本44 8．2．2應(yīng)用44 8．3演變45 8．3．1汞開(kāi)關(guān)45 8．3．2擺錘開(kāi)關(guān)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(shù)47 8．6如何使用它47 8．7注意事項(xiàng)47 8．7．1觸點(diǎn)腐蝕47 8．7．2隨機(jī)信號(hào)47 8．7．3環(huán)境危害47 8．7．4依賴(lài)重力47 8．7．5穩(wěn)定性47 9陀螺儀49 9．1它可以做什么49 9．1．1原理圖符號(hào)49 9．1．2IMU49 9．1．3應(yīng)用49 9．2它如何工作49 9．2．0振動(dòng)陀螺儀50 9．3演變51 9．3．0IMU51 9．4參數(shù)51 9．5如何使用它52 9．6注意事項(xiàng)52 9．6．1溫漂52 9．6．2機(jī)械壓力52 9．6．3外部振動(dòng)52 9．6．4電路布局52 10加速度計(jì)53 10．1它可以做什么53 10．1．1IMU53 10．1．2原理圖符號(hào)53 10．1．3應(yīng)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(zhuǎn)54 10．2．3計(jì)算54 10．3演變55 10．4參數(shù)56 10．5注意事項(xiàng)56 10．5．1機(jī)械壓力56 10．5．2其他問(wèn)題56 11振動(dòng)傳感器57 11．1它可以做什么57 11．1．0原理圖符號(hào)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(chǎng)型59 11．2．6水銀型59 11．3參數(shù)59 11．3．1主要參數(shù)59 11．3．2動(dòng)態(tài)參數(shù)59 11．4如何使用它60 11．5注意事項(xiàng)60 11．5．1線纜信號(hào)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它可以做什么61 12．1．1應(yīng)用61 12．1．2原理圖符號(hào)61 12．2它如何工作62 12．2．1應(yīng)力計(jì)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(yīng)力計(jì)的信號(hào)放大63 12．2．5其他應(yīng)力計(jì)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(jiǎn)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(shù)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(guī)格65 12．4．3應(yīng)力計(jì)66 12．5注意事項(xiàng)66 12．5．1焊接問(wèn)題66 12．5．2檢測(cè)區(qū)域選擇不當(dāng)66 12．5．3防水問(wèn)題66 12．5．4溫度靈敏度66 12．5．5引腳過(guò)長(zhǎng)66 13單點(diǎn)觸摸傳感器67 13．1它可以做什么67 13．1．1應(yīng)用67 13．1．2原理圖符號(hào)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(dú)立觸摸板68 13．3．3觸摸輪和觸摸帶69 13．3．4設(shè)計(jì)指南69 13．4注意事項(xiàng)69 13．4．1手套69 13．4．2筆69 13．4．3導(dǎo)電墨水69 14觸摸屏71 14．1它可以做什么71 14．1．0原理圖符號(hào)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它可以做什么73 15．1．1原理圖符號(hào)73 15．1．2應(yīng)用73 15．2它如何工作73 15．2．1二進(jìn)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(chēng)重傳感75 15．2．7壓力傳感76 15．3注意事項(xiàng)76 15．3．1湍流76 15．3．2傾斜76 16液體流速傳感器79 16．1它可以做什么79 16．1．1原理圖符號(hào)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(diǎn)80 16．1．5熱液體流速傳感器80 16．1．6滑套式液體流量開(kāi)關(guān)81 16．1．7滑動(dòng)活塞式液體流量開(kāi)關(guān)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(jì)81 16．2注意事項(xiàng)82 16．2．0易受灰塵或腐蝕性材料影響82 17氣體/液體壓強(qiáng)傳感器83 17．1它可以做什么83 17．1．1原理圖符號(hào)83 17．1．2應(yīng)用83 17．1．3設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(duì)測(cè)量84 17．3演變85 17．3．1環(huán)境氣壓85 17．3．2高度85 17．3．3氣壓85 17．4注意事項(xiàng)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它可以做什么87 18．1．0原理圖符號(hào)87 18．2半導(dǎo)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(diǎn)傳感器89 18．4．2絕對(duì)濕度傳感器89 18．4．3相對(duì)濕度傳感器89 18．4．4濕度傳感器的輸出信號(hào)89 18．4．5模擬濕度傳感器89 18．4．6設(shè)計(jì)要點(diǎn)90 18．4．7數(shù)字濕度傳感器90 18．5注意事項(xiàng)91 18．5．1空氣污染91 18．5．2重校準(zhǔn)91 18．5．3焊接問(wèn)題91 19氣體流速傳感器93 19．1它可以做什么93 19．1．1應(yīng)用93 19．1．2原理圖符號(hào)93 19．2它如何工作93 19．2．1風(fēng)速計(jì)93 19．2．2手持式風(fēng)速計(jì)94 19．2．3超聲波風(fēng)速計(jì)94 19．2．4熱線風(fēng)速計(jì)94 19．2．5質(zhì)量流速傳感94 19．2．6應(yīng)用95 19．2．7單位95 19．2．8測(cè)量較大的流速95 19．2．9輸出95 19．3注意事項(xiàng)96 20光敏電阻97 20．1它可以做什么97 20．1．0原理圖符號(hào)97 20．2它如何工作97 20．2．0構(gòu)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(shù)98 20．4．0光敏電阻與光敏三極管的區(qū)別98 20．5如何使用它99 20．5．0串聯(lián)電阻的選擇99 20．6注意事項(xiàng)99 20．6．1過(guò)載99 20．6．2過(guò)壓99 20．6．3與其他器件混淆99 21光敏二極管101 21．1它可以做什么101 21．1．1原理圖符號(hào)101 21．1．2應(yīng)用101 21．2它如何工作101 21．3演變102 21．3．1PIN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(zhǎng)范圍102 21．3．5光敏二極管陣列102 21．3．6輸出種類(lèi)103 21．3．7特殊種類(lèi)103 21．4參數(shù)103 21．5如何使用它104 21．6注意事項(xiàng)104 22光敏三極管105 22．1它可以做什么105 22．1．1原理圖符號(hào)105 22．1．2應(yīng)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(dá)林頓管106 22．3．3光敏FET106 22．4參數(shù)106 22．4．1與其他光照傳感器的比較107 22．4．2批號(hào)107 22．5如何使用它107 22．5．0輸出值的計(jì)算108 22．6注意事項(xiàng)108 22．6．1視覺(jué)分類(lèi)錯(cuò)誤108 22．6．2超出輸出范圍108 23NTC熱敏電阻109 23．1它可以做什么109 23．1．1原理圖符號(hào)109 23．1．2應(yīng)用109 23．2NTC熱敏電阻如何工作110 23．2．1溫度傳感器的輸出轉(zhuǎn)換110 23．2．2串聯(lián)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(fù)位112 23．4熱敏電阻的參數(shù)112 23．4．1時(shí)間與溫度112 23．4．2電阻與響應(yīng)112 23．4．3千歐與開(kāi)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(shù)112 23．4．7溫度系數(shù)112 23．4．8熱時(shí)間常數(shù)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(xiàng)113 23．5．1自發(fā)熱113 23．5．2散熱113 23．5．3溫度過(guò)高或過(guò)低113 23．6附錄：溫度傳感器間的關(guān)系113 23．6．1NTC熱敏電阻114 23．6．2PTC熱敏電阻114 23．6．3熱電偶114 23．6．4電阻溫度檢測(cè)器114 23．6．5半導(dǎo)體溫度傳感器114 24PTC熱敏電阻115 24．1它可以做什么115 24．1．0原理圖符號(hào)115 24．2PTC熱敏電阻綜述115 24．3溫度檢測(cè)型硅基熱敏電阻116 24．3．0RTDs116 24．4非線性PTC熱敏電阻116 24．4．1高溫保護(hù)116 24．4．2過(guò)流保護(hù)117 24．4．3PTC型浪涌電流抑制器118 24．4．4PTC熱敏電阻的啟動(dòng)電流118 24．4．5將PTC熱敏電阻用作熒光燈鎮(zhèn)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(xiàng)119 24．5．1自發(fā)熱過(guò)載119 24．5．2加熱其他元器件119 25熱電偶121 25．1它可以做什么121 25．1．0原理圖符號(hào)122 25．2熱電偶的應(yīng)用122 25．3熱電偶的工作原理122 25．3．0熱電偶的其他知識(shí)123 25．4如何使用它123 25．4．1熱電偶的種類(lèi)123 25．4．2賽貝克系數(shù)124 25．4．3輸出轉(zhuǎn)換芯片124 25．5熱電堆125 25．6注意事項(xiàng)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(hào)選擇不當(dāng)125 25．6．5自制熱電偶的焊接問(wèn)題125 26RTD(電阻溫度檢測(cè)器)127 26．1它可以做什么127 26．2RTD的屬性127 26．2．1原理圖符號(hào)128 26．2．2應(yīng)用128 26．3如何使用它128 26．4演變128 26．4．1接線129 26．4．2RTD探針129 26．4．3信號(hào)處理129 26．5注意事項(xiàng)129 26．5．1自發(fā)熱129 26．5．2熱絕緣129 26．5．3傳感單元不兼容129 27半導(dǎo)體溫度傳感器131 27．1它可以做什么131 27．1．1半導(dǎo)體溫度傳感器的應(yīng)用131 27．1．2原理圖符號(hào)132 27．1．3特性132 27．2它如何工作132 27．2．1CMOS傳感器132 27．2．2多晶體管132 27．2．3PTAT和 Brokaw Cell133 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(shù)字輸出135 27．4CMOS半導(dǎo)體溫度傳感器136 27．5注意事項(xiàng)137 27．5．1不同的溫度單位137 27．5．2延長(zhǎng)線干擾137 27．5．3延時(shí)137 27．5．4處理時(shí)間137 28紅外溫度傳感器139 28．1它可以做什么139 28．1．1應(yīng)用139 28．1．2原理圖符號(hào)140 28．2它如何工作140 28．2．1熱電堆140 28．2．2溫度測(cè)量141 28．3演變141 28．3．1表面貼片封裝類(lèi)型142 28．3．2傳感器陣列142 28．4參數(shù)142 28．4．1溫度范圍142 28．4．2視場(chǎng)142 28．5注意事項(xiàng)142 28．5．1視場(chǎng)選擇不當(dāng)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它可以做什么145 29．1．0原理圖符號(hào)145 29．2它如何工作145 29．2．1碳粒式話筒145 29．2．2動(dòng)圈式話筒146 29．2．3電容式話筒146 29．2．4駐極體話筒146 29．2．5MEMS話筒147 29．2．6壓電式話筒147 29．3參數(shù)147 29．3．1靈敏度147 29．3．2方向性148 29．3．3頻率響應(yīng)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(xiàng)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它可以做什么151 30．1．1應(yīng)用151 30．1．2安培計(jì)151 30．1．3原理圖符號(hào)151 30．1．4電流表的接線152 30．2串聯(lián)電阻152 30．2．1電流采樣電阻152 30．2．2電壓檢測(cè)153 30．3霍爾效應(yīng)電流傳感器153 30．4注意事項(xiàng)154 30．4．1混淆AC與DC154 30．4．2磁干擾154 30．4．3電表接線錯(cuò)誤154 30．4．4電流超出范圍154 31電壓傳感器155 31．1它可以做什么155 31．1．0應(yīng)用155 31．2電壓表155 31．2．1原理圖符號(hào)156 31．2．2電壓表的接線156 31．3它如何工作156 31．3．1負(fù)載相關(guān)誤差156 31．3．2音量條156 31．4注意事項(xiàng)157 31．4．1混淆AC與DC157 31．4．2高阻抗電路157 31．4．3電壓超出范圍157 31．4．4對(duì)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(kāi)路161 A．1．4模擬：電流161 A．1．5二進(jìn)制：高/低161 A．1．6二進(jìn)制：PWM162 A．1．7二進(jìn)制：頻率162 A．1．8數(shù)字：I2C162 A．1．9數(shù)字：SPI162 術(shù)語(yǔ)表163