电子元器件实用手册 传感器篇 2017年版

电子元器件实用手册 传感器篇 作者： （美）Charles Platt，Fredrik Jansson 出版时间： 2017年版 丛编项： 爱上制作 内容简介 本书介绍常用电子元器件的基本信息、工作原理、使用方法、参数、注意事项等，便于初学者查找相关元器件的应用方式，本卷侧重于介绍传感器，包括GPS、磁力计、红外传感器、倾斜传感器等。作为电子元件工具书介绍它们的经典用途的同时，本书又以DIY的新角度介绍如何在项目中使用这些电子元件，可以为制作爱好者提供准确的信息，甚至当作一部工具书来使用。 目录 1GPS1 1．1它可以做什么1 1．1．1原理图符号1 1．1．2GPS子模块1 1．2它如何工作1 1．3演变2 1．4参数2 1．5如何使用它2 1．5．0每秒脉冲输出数3 1．6禁止事项3 1．6．1静电放电3 1．6．2接地不良3 1．6．3虚焊3 1．6．4许可限制3 1．6．5搜星失败3 1．6．6速度或高度超出限定值3 2磁力计5 2．1它可以做什么5 2．1．1原理图符号5 2．1．2IMU5 2．1．3应用5 2．2它如何工作6 2．2．1磁场6 2．2．2地轴6 2．2．3线圈磁力计7 2．2．4霍尔效应和磁阻7 2．3演变7 2．4如何使用它8 2．5禁止事项8 2．5．1磁干扰8 2．5．2安装不当8 3物体检测传感器9 3．1它可以做什么9 3．1．0原理图符号9 3．2演变10 3．3光检测10 3．3．1透射型光传感器11 3．3．2对射型光传感器12 3．4磁传感器13 3．5簧片开关13 3．5．1簧片开关种类14 3．5．2簧片开关参数14 3．5．3如何使用簧片开关14 3．6霍尔效应传感器14 3．6．1霍尔效应传感器的工作原理15 3．6．2霍尔效应传感器的种类15 3．7参数15 3．8如何使用霍尔效应传感器15 3．9如何使用物体检测传感器15 3．9．1线性移动检测15 3．9．2中断检测16 3．9．3角度检测16 3．10不同传感器的优缺点汇总16 3．10．1光学物体检测传感器的优点16 3．10．2光学物体检测传感器的缺点16 3．10．3簧片开关的优点16 3．10．4簧片开关的缺点16 3．10．5霍尔效应传感器的优点17 3．10．6霍尔效应传感器的缺点17 3．11禁止事项17 3．11．1光传感器17 3．11．2簧片开关17 4被动式红外传感器19 4．1它可以做什么19 4．1．1原理图符号19 4．1．2应用19 4．2它如何工作19 4．2．1热释电传感器20 4．2．2检测单元20 4．2．3镜头组20 4．3演变22 4．4禁止事项23 4．4．1高温灵敏度衰减23 4．4．2检测窗口损坏23 4．4．3受潮23 5距离传感器25 5．1它可以做什么25 5．1．1原理图符号25 5．1．2应用25 5．2演变25 5．2．1超声波25 5．2．2红外线26 5．2．3相对优势26 5．3常见的超声波传感器26 5．3．1进口产品27 5．3．2独立元器件27 5．4红外线传感器常见型号27 5．4．0红外线距离传感器的发展趋势28 5．5电容位移传感器28 5．5．0应用29 5．6它如何工作29 5．6．1误差来源29 5．6．2参数29 5．7光或超声波距离传感器的注意事项29 5．7．1待测物体距离太近29 5．7．2信号源混杂30 5．7．3反射面选取不当30 5．7．4环境因素30 5．7．5LED老化30 6线性位置传感器31 6．1它可以做什么31 6．1．1应用31 6．1．2原理图符号31 6．2它如何工作31 6．2．1线性电位计31 6．2．2磁性线性编码器32 6．2．3光学线性编码器33 6．2．4线性编码器的应用33 6．2．5线性可变差动变压器33 6．3注意事项34 6．3．1机械故障34 6．3．2LED老化34 7旋转位置传感器35 7．1它可以做什么35 7．1．1应用35 7．1．2原理图符号35 7．2电位计35 7．2．1弧形旋转电位计35 7．2．2限位柱36 7．2．3多匝旋转电位计36 7．2．4磁旋转位置传感器36 7．2．5旋转位置传感芯片37 7．2．6旋转编码器37 7．2．7光学旋转编码器37 7．2．8光学产品38 7．2．9计算机鼠标原理38 7．2．10旋转速度38 7．2．11绝对位置39 7．2．12格雷码39 7．2．13磁旋转编码器40 7．3如何使用它40 7．4注意事项41 7．4．1接线错误41 7．4．2编码错误41 7．4．3术语混淆41 8倾斜传感器43 8．1它可以做什么43 8．1．0原理图符号43 8．2它如何工作43 8．2．1简化版本44 8．2．2应用44 8．3演变45 8．3．1汞开关45 8．3．2摆锤开关45 8．3．3磁化球45 8．4倾斜传感器45 8．4．0两轴倾斜传感器46 8．5参数47 8．6如何使用它47 8．7注意事项47 8．7．1触点腐蚀47 8．7．2随机信号47 8．7．3环境危害47 8．7．4依赖重力47 8．7．5稳定性47 9陀螺仪49 9．1它可以做什么49 9．1．1原理图符号49 9．1．2IMU49 9．1．3应用49 9．2它如何工作49 9．2．0振动陀螺仪50 9．3演变51 9．3．0IMU51 9．4参数51 9．5如何使用它52 9．6注意事项52 9．6．1温漂52 9．6．2机械压力52 9．6．3外部振动52 9．6．4电路布局52 10加速度计53 10．1它可以做什么53 10．1．1IMU53 10．1．2原理图符号53 10．1．3应用53 10．2它如何工作54 10．2．1重力与自由落体54 10．2．2旋转54 10．2．3计算54 10．3演变55 10．4参数56 10．5注意事项56 10．5．1机械压力56 10．5．2其他问题56 11振动传感器57 11．1它可以做什么57 11．1．0原理图符号57 11．2演变57 11．2．1弹簧式57 11．2．2压电板条58 11．2．3压电芯片58 11．2．4“诱捕”型58 11．2．5磁场型59 11．2．6水银型59 11．3参数59 11．3．1主要参数59 11．3．2动态参数59 11．4如何使用它60 11．5注意事项60 11．5．1线缆信号衰减60 11．5．2干扰60 11．5．3正确接地60 11．5．4疲劳损坏60 12力传感器61 12．1它可以做什么61 12．1．1应用61 12．1．2原理图符号61 12．2它如何工作62 12．2．1应力计62 12．2．2惠斯通电桥电路62 12．2．3惠斯通电桥校正63 12．2．4应力计的信号放大63 12．2．5其他应力计模块63 12．2．6塑料膜力传感器64 12．2．7形变式力传感器64 12．2．8简易电阻传感器64 12．3如何使用它64 12．3．0塑料膜电阻力传感器64 12．4参数65 12．4．1薄膜型力传感器的适用范围65 12．4．2薄膜型力传感器的规格65 12．4．3应力计66 12．5注意事项66 12．5．1焊接问题66 12．5．2检测区域选择不当66 12．5．3防水问题66 12．5．4温度灵敏度66 12．5．5引脚过长66 13单点触摸传感器67 13．1它可以做什么67 13．1．1应用67 13．1．2原理图符号67 13．2它如何工作68 13．3如何使用它68 13．3．1如何获得触摸板68 13．3．2独立触摸板68 13．3．3触摸轮和触摸带69 13．3．4设计指南69 13．4注意事项69 13．4．1手套69 13．4．2笔69 13．4．3导电墨水69 14触摸屏71 14．1它可以做什么71 14．1．0原理图符号71 14．2演变71 14．2．1电阻式71 14．2．2电容式72 14．3触摸屏总成72 15液位传感器73 15．1它可以做什么73 15．1．1原理图符号73 15．1．2应用73 15．2它如何工作73 15．2．1二进制输出漂浮传感器73 15．2．2模拟输出液位传感器74 15．2．3增量输出液位传感器75 15．2．4排水式液位传感器75 15．2．5超声波液位传感器75 15．2．6称重传感75 15．2．7压力传感76 15．3注意事项76 15．3．1湍流76 15．3．2倾斜76 16液体流速传感器79 16．1它可以做什么79 16．1．1原理图符号79 16．1．2叶轮液体流量传感器79 16．1．3涡轮液体流量传感器80 16．1．4叶轮和涡轮的缺点80 16．1．5热液体流速传感器80 16．1．6滑套式液体流量开关81 16．1．7滑动活塞式液体流量开关81 16．1．8超声波液体流速传感器81 16．1．9磁液体流量传感器81 16．1．10差压液体流量计81 16．2注意事项82 16．2．0易受灰尘或腐蚀性材料影响82 17气体/液体压强传感器83 17．1它可以做什么83 17．1．1原理图符号83 17．1．2应用83 17．1．3设计要点83 17．1．4单位83 17．2它如何工作84 17．2．1基本传感单元84 17．2．2相对测量84 17．3演变85 17．3．1环境气压85 17．3．2高度85 17．3．3气压85 17．4注意事项86 17．4．1易受灰尘、潮湿或腐蚀性材料影响86 17．4．2光敏感86 18气体浓度传感器87 18．1它可以做什么87 18．1．0原理图符号87 18．2半导体气体传感器87 18．3氧气传感器88 18．4湿度传感器88 18．4．1露点传感器89 18．4．2绝对湿度传感器89 18．4．3相对湿度传感器89 18．4．4湿度传感器的输出信号89 18．4．5模拟湿度传感器89 18．4．6设计要点90 18．4．7数字湿度传感器90 18．5注意事项91 18．5．1空气污染91 18．5．2重校准91 18．5．3焊接问题91 19气体流速传感器93 19．1它可以做什么93 19．1．1应用93 19．1．2原理图符号93 19．2它如何工作93 19．2．1风速计93 19．2．2手持式风速计94 19．2．3超声波风速计94 19．2．4热线风速计94 19．2．5质量流速传感94 19．2．6应用95 19．2．7单位95 19．2．8测量较大的流速95 19．2．9输出95 19．3注意事项96 20光敏电阻97 20．1它可以做什么97 20．1．0原理图符号97 20．2它如何工作97 20．2．0构造97 20．3演变98 20．3．0光隔离器中的光敏电阻98 20．4参数98 20．4．0光敏电阻与光敏三极管的区别98 20．5如何使用它99 20．5．0串联电阻的选择99 20．6注意事项99 20．6．1过载99 20．6．2过压99 20．6．3与其他器件混淆99 21光敏二极管101 21．1它可以做什么101 21．1．1原理图符号101 21．1．2应用101 21．2它如何工作101 21．3演变102 21．3．1PIN光敏二极管102 21．3．2雪崩光敏二极管102 21．3．3封装102 21．3．4波长范围102 21．3．5光敏二极管阵列102 21．3．6输出种类103 21．3．7特殊种类103 21．4参数103 21．5如何使用它104 21．6注意事项104 22光敏三极管105 22．1它可以做什么105 22．1．1原理图符号105 22．1．2应用105 22．2它如何工作106 22．3演变106 22．3．1可选基极引脚106 22．3．2光敏达林顿管106 22．3．3光敏FET106 22．4参数106 22．4．1与其他光照传感器的比较107 22．4．2批号107 22．5如何使用它107 22．5．0输出值的计算108 22．6注意事项108 22．6．1视觉分类错误108 22．6．2超出输出范围108 23NTC热敏电阻109 23．1它可以做什么109 23．1．1原理图符号109 23．1．2应用109 23．2NTC热敏电阻如何工作110 23．2．1温度传感器的输出转换110 23．2．2串联电阻的取值111 23．2．3惠斯通电桥电路111 23．2．4获取温度值111 23．3浪涌抑制器111 23．3．0复位112 23．4热敏电阻的参数112 23．4．1时间与温度112 23．4．2电阻与响应112 23．4．3千欧与开尔文112 23．4．4参考温度112 23．4．5参考电阻112 23．4．6损耗常数112 23．4．7温度系数112 23．4．8热时间常数113 23．4．9误差113 23．4．10温度范围113 23．4．11控制电流113 23．4．12功率范围113 23．4．13可交替性113 23．5注意事项113 23．5．1自发热113 23．5．2散热113 23．5．3温度过高或过低113 23．6附录：温度传感器间的关系113 23．6．1NTC热敏电阻114 23．6．2PTC热敏电阻114 23．6．3热电偶114 23．6．4电阻温度检测器114 23．6．5半导体温度传感器114 24PTC热敏电阻115 24．1它可以做什么115 24．1．0原理图符号115 24．2PTC热敏电阻综述115 24．3温度检测型硅基热敏电阻116 24．3．0RTDs116 24．4非线性PTC热敏电阻116 24．4．1高温保护116 24．4．2过流保护117 24．4．3PTC型浪涌电流抑制器118 24．4．4PTC热敏电阻的启动电流118 24．4．5将PTC热敏电阻用作荧光灯镇流器119 24．4．6将PTC热敏电阻用作加热单元119 24．5注意事项119 24．5．1自发热过载119 24．5．2加热其他元器件119 25热电偶121 25．1它可以做什么121 25．1．0原理图符号122 25．2热电偶的应用122 25．3热电偶的工作原理122 25．3．0热电偶的其他知识123 25．4如何使用它123 25．4．1热电偶的种类123 25．4．2赛贝克系数124 25．4．3输出转换芯片124 25．5热电堆125 25．6注意事项125 25．6．1极性125 25．6．2电子干扰125 25．6．3金属疲劳和氧化125 25．6．4型号选择不当125 25．6．5自制热电偶的焊接问题125 26RTD(电阻温度检测器)127 26．1它可以做什么127 26．2RTD的属性127 26．2．1原理图符号128 26．2．2应用128 26．3如何使用它128 26．4演变128 26．4．1接线129 26．4．2RTD探针129 26．4．3信号处理129 26．5注意事项129 26．5．1自发热129 26．5．2热绝缘129 26．5．3传感单元不兼容129 27半导体温度传感器131 27．1它可以做什么131 27．1．1半导体温度传感器的应用131 27．1．2原理图符号132 27．1．3特性132 27．2它如何工作132 27．2．1CMOS传感器132 27．2．2多晶体管132 27．2．3PTAT和 Brokaw Cell133 27．3演变133 27．3．1模拟电压输出133 27．3．2模拟电流输出134 27．3．3数字输出135 27．4CMOS半导体温度传感器136 27．5注意事项137 27．5．1不同的温度单位137 27．5．2延长线干扰137 27．5．3延时137 27．5．4处理时间137 28红外温度传感器139 28．1它可以做什么139 28．1．1应用139 28．1．2原理图符号140 28．2它如何工作140 28．2．1热电堆140 28．2．2温度测量141 28．3演变141 28．3．1表面贴片封装类型142 28．3．2传感器阵列142 28．4参数142 28．4．1温度范围142 28．4．2视场142 28．5注意事项142 28．5．1视场选择不当142 28．5．2反光物体142 28．5．3玻璃遮挡142 28．5．4多热源142 28．5．5热梯度143 29话筒145 29．1它可以做什么145 29．1．0原理图符号145 29．2它如何工作145 29．2．1碳粒式话筒145 29．2．2动圈式话筒146 29．2．3电容式话筒146 29．2．4驻极体话筒146 29．2．5MEMS话筒147 29．2．6压电式话筒147 29．3参数147 29．3．1灵敏度147 29．3．2方向性148 29．3．3频率响应148 29．3．4阻抗148 29．3．5总谐波失真148 29．3．6信噪比148 29．4注意事项149 29．4．1线缆敏感度149 29．4．2电源干扰149 30电流传感器151 30．1它可以做什么151 30．1．1应用151 30．1．2安培计151 30．1．3原理图符号151 30．1．4电流表的接线152 30．2串联电阻152 30．2．1电流采样电阻152 30．2．2电压检测153 30．3霍尔效应电流传感器153 30．4注意事项154 30．4．1混淆AC与DC154 30．4．2磁干扰154 30．4．3电表接线错误154 30．4．4电流超出范围154 31电压传感器155 31．1它可以做什么155 31．1．0应用155 31．2电压表155 31．2．1原理图符号156 31．2．2电压表的接线156 31．3它如何工作156 31．3．1负载相关误差156 31．3．2音量条156 31．4注意事项157 31．4．1混淆AC与DC157 31．4．2高阻抗电路157 31．4．3电压超出范围157 31．4．4对地电压157 附录A传感器输出159 A．1模拟输出159 A．1．1模拟：电压159 A．1．2模拟：电阻160 A．1．3模拟：集电极开路161 A．1．4模拟：电流161 A．1．5二进制：高/低161 A．1．6二进制：PWM162 A．1．7二进制：频率162 A．1．8数字：I2C162 A．1．9数字：SPI162 术语表163