传感器的构成都有哪些？HBM传感器又是如何的呢？

HBM传感器把外界不同的物理量、化学量和生物量变换成容易处理的电量并输出。HBM传感器的构成形式有多种，有在变换中不需要加入能量的无源变换和需要加入能量的有源变换，其基本形式如图1-1所示，共分为七种。图1-1（a）是传感器最基本的构成形式，是仅有传感元件的最简单的一种，这种形式称为P型，如热电偶可直接把被测热源变成电量，压电元件可把压力变成电荷。图1-1（b）是使用电源等动力源对传感器进行激励，从而得到输出信号，这种形式称为A型传感器，如话筒中驻极体可把声音变成电量，差动变压器可把位移变成电量，它们都需要电源激励。有时采用磁铁作为辅助能源，将这种传感器称为B型传感器图1-1（c），如磁电式转速传感器。图1-1（d）中传感元件随输入的信号而改变本身的阻抗特性，不加以改造是得不到输出信号的，必须设计包括传感元件在内的变换回路，并将动力源提高能源才能得到输出信号，这种形式称作 C型HBM传感器，如热敏电阻测量温度需把热敏电阻设计成桥路检测。


 

在大多数情况下，HBM传感器特性受周围环境的影响，在这些影响不能忽略时，必须采取措施以消除这些影响。 图1-1（e）、（f）、（g）是一些有效的组成方法。在图1-1（e）中，使用两个原理和特性完全一样的传感元件，其中一个接受输入信号，另一个不接受输入信号，两个传感元件对环境的特性变化是不同的。虚设一个传感元件的目的在于抵消环境条件对接受输入信号的传感元件的影响。这种形式称为 D 型传感器，大多需要动力源。如双延迟线的声表面波（SA W）传感器，两条延迟线特性完全一样，一条作为接受被测量的传感器，另一条作为温度环境的补偿，从而消除测量中的温度影响。在图1-1（f）中将输入信号都加到在原理和特性完全一样的两个传感器上，在变换回路中，使传感元件的参数对输入信号进行反相变换，而对环境条件变化进行同相变换，从而抵消环境变化带来的影响，又增加了测量灵敏度，这种形式称为 E 型传感器，如应变全桥电路测量力和应变。图1-1（g）中也使用两个传感元件，对其中一个传感元件加入输入信号，并预先了解环境条件对它的影响，对另一个传感元件则加上能抵消环境对前者影响的补偿信号，这种形式称为 F 型HBM传感器，如 pH 电极中用热敏电阻测温元件来补偿 pH 测量中的温度影响。此外还有一些混合型的，如利用霍尔效应制成的传感器，内部有功率源和辅助源 ， 可以看成是B型和A型或B型和C型的混合。

在大多数情况下，传感器的输出为电量，但要把一些外界信息直接变换成为电量是很不容易的，常要采取两级或两级以上的变化，这就增加了传感器涉及的自由度以适应各种条件。容易变换成电量的量有位移、光、热 （温度）等。由于位移测量用途很广，因此人们早就对位移传感器进行了各种研究，包括接触式和非接触式。光电器件和热电偶等也较为成熟，因此常常用作中间变换量。表1-1列举了利用位移、光、热等传感器所能测量的物理量。

其实，仅由一个传感元件构成的传感器是少有的，通常是把具有不同性能的传感元件结合起来构成HBM传感器。另外，被测量的种类很多，测量条件也是各种各样的，所以有的被测量用现有的传感元件不能直接检测，或虽然能检测，但由于经济条件或其他原因，实际检测比较困难。为此，在多数情况下采取的方法是先把被测量变换为其他物理量，再选用能把这个物理量进行变换的传感元件进行再变换。例如，压力传感器，虽然有压电元件能把压力直接变换为电压信号，但是由于绝缘电阻有限，在测量稳态或接近稳态的缓慢变化压力时，必须用到电荷放大器，而电荷放大器存在工作稳定性和信噪比等问题使变换较困难。往往选用弹性膜片先把压力变换为膜片位移，然后再用位移传感元件获得输出信号，也就是通过压力到弹性位移再到电量的两级变换来进行压力测量，从广义上讲弹性膜片也是一种传感元件。这种起中间作用的变换元件叫作一次变换元件。

为了了解一次变换元件的有关性能，比较方便的办法是把可能进行变换的量与一次变换元件能输出的量和不能输出的量进行分类。表1-2 就是这种分类方法的一个例子。在表1-2中，纵向和横向分别按顺序列出各种被测量，两个量交叉的地方用类似矩阵元素 i j 来表示。如量 i 能变换为量j，则用“△”来表示；多数变换元件都能进行变换的用“◎”来表示；在原理上根本不可能进行变换的用“×”来表示 ；变换虽然可能，但目前该变换元件尚未开发出来的，用空白表示。

如果要测定某个量i，想得到 j 作为输出，那么首先在这个表中找到 i j 所在的位置，如果在这个位置上有“◎”或“△”记号，那么就可具体地研究变换方法。如果这种方法适用于所需的测定范围、测定精度及其他各种要求 ，那么就可以采用这种变换方法了 。 在找着 “ ◎ ” 或 “ △ ” 记号的地方以后，把该位置相对应的量作一次变换。假设此时的组合为 i j，那么把量 j 作为输入，具体地研究量 j 是否能变换为量 j 。如果 j j 所在位置有“◎”或“△”记号，那么就可以探讨是否可以采用 i—j—j 的变换组合。从 i 到 j 的变换中间所需的过渡变换量的自由度不一定限于一个，所以可以按照不同的情况、不同的应用目的去选择最适合的方式。

i—i 这对组合表示扩大、缩小或放大的元件，扩大与缩小是无源的，放大为有源的。因此根据不同的情况，这对组合不一定是单纯的元件而是一种复杂的结构。表1-2虽然没有具体阐述变换方法，但作为构成传感器的一种考虑还是有益的。表1-2中还反映出传感器领域中的空白还是很多的，急需我们去研究和开发。

★ 德国HBM：称重传感器-- Z6F,C16I,C16A,RTN,HLCB1, PW2D, PW6D,PW2C,PW6K，PW6C,PW10A,PW12C,PW16A,PW22,S40A,C2等系列
★ 德国HBM：扭矩/力传感器 -- T40B,T22,T5,U9C,C9C,S9M,U2B,S2M等系列
★ 德国HBM：称重仪表/变送器 -- WE2111,RM4220, BM40,AE101, AE301,EM201等系列
★ 美国世铨celtron:传感器 -- STC,HBB,LPS,LOC,PSD,LCD,MBB,SQB等系列
★ 特迪亚Tedea-huntleigh: --3410，616，355，1015，1040，1022，1260，120，1241，240等系列
★ 美国传力Transcell ：传感器-- BSS,BSH,DBSL,SBST,CR,SBS,BAB等系列
★ 梅特勒托利多：称重传感器--  TSC，TSB，MTB，GD，SLB415，SLB215，MT1022，MT1260，MT1241，SB，SBS，SBH等系列
★ METTLER TOLEDO：数字传感器—GDD,SLC720,0760,PDX，SLC820等系列
★ 梅特勒托利多：控制仪表 -- IND331，IND245，IND320L，IND230，IND560，B520，IND110，WM0800，AJB等系列
 
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