傳感器是一種可以感知被測量的信息，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號(hào)或其他形式的信號(hào)輸出的器件。 傳感器往往把其它非電量轉(zhuǎn)化為電磁參量，然后通過電磁計(jì)量技術(shù)進(jìn)行測量。本文首先對(duì)電磁計(jì)量技術(shù)進(jìn)行了概述，然后 介紹了傳感器測量系統(tǒng)及其與電磁計(jì)量技術(shù)的關(guān)系，接著以智能手機(jī)為例闡述了傳感器測量系統(tǒng)的組成，最后通過壓力傳 感器和電子秤系統(tǒng)闡述了電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測量系統(tǒng)中的應(yīng)用。

傳感器是工業(yè)電子和電氣控制系統(tǒng)的“眼睛”， 它能采集系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)’經(jīng)計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等 主控單元處理后，完成系統(tǒng)的預(yù)定任務(wù)。隨著科技的發(fā) 展，傳感器技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例 如在各大中小企業(yè)的設(shè)備控制系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線等， 傳感器的身影無處不在。電子電氣系統(tǒng)復(fù)雜度的提高對(duì) 傳感器的性能和功能提出了更高要求，而單個(gè)傳感器是 很難滿足要求的，因此傳感器測量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。傳感 器的主要功能是將一些溫度、壓力、速度、位移等不易 直接測量的物理量轉(zhuǎn)換為易于測量的電磁參量，而電磁 參量的測量可以通過電磁計(jì)量技術(shù)來完成。因此，電磁 計(jì)量技術(shù)在傳感器測量系統(tǒng)中具有十分重要的作用。

1.電磁計(jì)量技術(shù)概述

電磁計(jì)量是指根據(jù)國家的法定計(jì)量檢定系統(tǒng)，在 各種電磁計(jì)量器具的輔助下，對(duì)自然電磁現(xiàn)象或電氣設(shè) 備的電磁參數(shù)進(jìn)行定量分析的過程。電磁計(jì)量按原理可 大致分為電學(xué)計(jì)量和磁學(xué)計(jì)量兩大組成部分，其計(jì)量參 數(shù)既包括電壓、電流、功率、電能、電阻、電容、電感、 電阻率和介質(zhì)損耗角等電參數(shù)，也包括磁通、磁通密度、 磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、鐵損等磁參數(shù)。根據(jù) 取得測量結(jié)果的方式，電磁計(jì)量可分為直接測量、間接 測量和組合測量；根據(jù)計(jì)量儀器的不同，又可分為直讀 測量和比較測量兩種方式。電磁計(jì)量在現(xiàn)有的眾多計(jì)量 技術(shù)中占據(jù)著極其重要的地位，是十大計(jì)量方式之一， 在各領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。

電磁計(jì)量技術(shù)與電磁理論密切相關(guān)，電磁理論和 電磁技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著電磁計(jì)量技術(shù)的提高，而電磁計(jì) 量技術(shù)的進(jìn)步又促進(jìn)了電磁理論和電磁技術(shù)的發(fā)展。

2.傳感器測量系統(tǒng)

電磁計(jì)量方式所具有的操作簡捷、自動(dòng)化程度高、 適于遙測等特點(diǎn)是其它計(jì)量方式所無法比擬的，因此很 多其他需要計(jì)量的物理量都會(huì)優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)化為電磁形式 的信號(hào)進(jìn)行計(jì)量。例如在測量濕度、溫度、振動(dòng)、位移 等物理量時(shí)，往往會(huì)先轉(zhuǎn)化成易于測量的電壓或電流信 號(hào)，然后再通過對(duì)電壓或電流信號(hào)的測量，即可換算得 到被測物理量。而這個(gè)物理量的轉(zhuǎn)化過程，則是依靠各 種傳感器來完成的。

傳感器是一種常用的檢測元件，它可以感知被測 量的信息，并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號(hào)或 其他形式的信號(hào)作為輸出，以達(dá)到方便信息傳輸、處理、 存儲(chǔ)和顯示的要求。根據(jù)其工作原理，可將傳感器分為 振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、 真空度傳感器和生物傳感器等類型；根據(jù)其信號(hào)的輸出 方式，可將傳感器分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器、數(shù)字 傳感器和開關(guān)傳感器等類型。一般來說，一個(gè)單體傳感 器可以完成一種物理量的測量。

隨著科技的發(fā)展，需測量的物理量往往多而復(fù)雜， 單體傳感器已無法滿足工業(yè)測量要求，這時(shí)就需要把多 種傳感器與多臺(tái)顯示儀表按一定的邏輯組合起來，構(gòu)成 一個(gè)功能完整、可完成復(fù)雜測量任務(wù)的傳感器測量系統(tǒng)。 典型的傳感器測量系統(tǒng)由傳感器、測量儀表、變換裝置、 信號(hào)處理電路等單元組成，是單體傳感器技術(shù)發(fā)展到一 定階段的必然產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路 和信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，檢測系統(tǒng)的概念也在不 斷被更新。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種過程參數(shù)的測 量都是在程序的控制下自動(dòng)進(jìn)行的，不需要太多的人工 干預(yù)。

3.傳感器測量系統(tǒng)中的電磁計(jì)量

本文以智能手機(jī)為例，介紹各類傳感器是如何組 成一個(gè)龐大的測量系統(tǒng)，并通過電磁參數(shù)的計(jì)量而完成 復(fù)雜任務(wù)的。

(1)光線傳感器由光敏三極管組成，當(dāng)外界光線照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流從而感知環(huán)境光亮度。

(2 )距離傳感器由LED發(fā)出紅外光并被前方物 體反射，再經(jīng)紅外探測器接收并計(jì)算其強(qiáng)度，從而測得距離。

（3）重力傳感器是利用壓電效應(yīng)來工作的，通過 兩個(gè)正交方向壓電片產(chǎn)生的電壓大小來求得水平方向。

（4）磁場傳感器采用各向異性的磁致電阻材料制 作，當(dāng)外界磁場發(fā)生微小的變化時(shí)，自身電阻會(huì)發(fā)生相 應(yīng)的變化，通過測量電阻兩端的電壓即可計(jì)算出方向。

(5 )指紋傳感器的傳統(tǒng)方法是采用電容式識(shí)別方 式，根據(jù)電容原理，以用戶手指作為電容的其中一極， 手機(jī)內(nèi)的硅晶片陣列作為電容的另一極，人體所帶的微 電場與電容之間會(huì)產(chǎn)生微電流，由于指紋波峰波谷的存 在，使硅晶片上形成電容差，進(jìn)而復(fù)現(xiàn)指紋圖像。

（6）霍爾感應(yīng)器利用了霍爾磁電效應(yīng)，當(dāng)磁場中 的導(dǎo)體流過電流時(shí)，導(dǎo)體中的電子將受到一個(gè)垂直于電 子運(yùn)動(dòng)方向的力，使導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢差。

（7）氣壓傳感器常常采用變阻式設(shè)計(jì)，制造時(shí)把 薄膜和變阻器安裝在一起，大氣氣壓的改變會(huì)使電阻發(fā) 生相應(yīng)變化，通過對(duì)電阻上的電流或電壓測量，即可得 到氣壓值。

在上述的智能手機(jī)傳感器測量系統(tǒng)中，傳感器的 任務(wù)都是把待測物理量轉(zhuǎn)化為電壓、電流、光強(qiáng)、電阻、 電容等電磁參量來測量，對(duì)手機(jī)的檢測與驗(yàn)收時(shí)同樣是 以電磁參量的形式進(jìn)行計(jì)量，這充分說明了電磁計(jì)量技 術(shù)在傳感器系統(tǒng)中的關(guān)鍵地位。

4.應(yīng)用實(shí)例分析

壓力傳感器是一種典型的利用電磁計(jì)量技術(shù)進(jìn)行 測量的傳感器，它能夠把重力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后由數(shù) 字儀表或機(jī)械儀表顯示可讀的壓力值。反過來，由數(shù)顯 控制單元產(chǎn)生電信號(hào)，以此控制電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)來改變壓 力的施加強(qiáng)度。

DPI—I型遠(yuǎn)程數(shù)顯壓力計(jì)是一種有著遠(yuǎn)程信號(hào)傳 輸能力的壓力計(jì)量儀表，其內(nèi)部配置了JCYX系列高 精度、高性能壓力傳感器，采用了最先進(jìn)的精密溫度線 性補(bǔ)償技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)壓力的 精確測量并以直觀的數(shù)字形式顯示給用戶，同時(shí)還能輸 出4 ~ 20mA或0 ~ 10mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，用于電氣 執(zhí)行單元的控制信號(hào)。DPI—I型遠(yuǎn)程數(shù)顯壓力計(jì)與電 流表相連可以直接判斷其準(zhǔn)確度，當(dāng)儀表在正常使用過 程中，若被測介質(zhì)不受任何壓力，則數(shù)顯窗口讀數(shù)應(yīng)為 4-000.0kPa，電流表的讀數(shù)應(yīng)為4mA。如果實(shí)際讀數(shù) 有偏差，可以通過其后面板的“ZO”電位器進(jìn)行零點(diǎn) 校正。完成零點(diǎn)校正才能對(duì)介質(zhì)施加壓力開始測量，當(dāng) 壓力值上升到額定值時(shí)，電流表的讀數(shù)應(yīng)顯示20mA。 如果實(shí)際讀數(shù)有偏差，可以通過其后面板的“FS”電位器進(jìn)行零點(diǎn)校正。

值得一提的是，“ZO”和“FS”雖然具備調(diào)零的能力， 但其調(diào)節(jié)能力是有限的。在零位和滿量程位都經(jīng)過校準(zhǔn) 的情況下，其余中間點(diǎn)的壓力值將比較嚴(yán)格地遵守線性 關(guān)系，從而達(dá)到測量的目的。當(dāng)校準(zhǔn)前電流表讀數(shù)與標(biāo) 準(zhǔn)值偏差過大，則可判定該儀表已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重故障’ 無法再通過簡單校準(zhǔn)來保證測量的準(zhǔn)確性。

SCS-100型大型電子秤就是以壓力傳感器為核心 單元的壓力測量系統(tǒng)。其基本功能單元包括：運(yùn)算放大 電路，A / D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)主控單元、外圍輔助 電路和操作面板。其中顯示電路、打印電路和串型通訊 電路的額定輸入電壓為-30 ~ 30mA。該電子秤配置了 一個(gè)XK3190和一個(gè)D9型稱重專用顯示屏。為了判定 該儀器是否合格，可以在顯示器的信號(hào)輸入端串接毫 伏表，并且要求毫伏表的分辨率不低于l^V，測量結(jié) 果顯示毫伏讀數(shù)與電子秤重量讀數(shù)呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān) 系，這就可以得出電子秤合格的最終結(jié)論。這充分說明， 采用電磁測量儀表對(duì)電子設(shè)備的電參量進(jìn)行測量，并對(duì) 測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以非常方便而精確地判定待測設(shè) 備是否符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

5.結(jié)語

目前，傳感器正朝著微型化、集成化、數(shù)字化、 智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，具備了更強(qiáng)的信 息處理能力，其性能也在不斷提升當(dāng)中，為系統(tǒng)的檢測 帶來了很大的方便。因此，傳感器技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步 帶動(dòng)電磁計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，電磁計(jì)量技術(shù)的進(jìn)步又將促 進(jìn)傳感器技術(shù)的提高。