感測器原理與應用
Introduction
感測器
是一些隨物理量而改變本身機械(膨脹,彎曲...)或電氣(電阻,電流,電壓...)特性的零件.以下是一個可能的感測器系統:
- 轉換電路 把感測器因所接收到物理量而改變的特性轉換成電壓輸出,輸出電壓的變化量就代表物理量變化的情形. 以Vs(T)表示溫度感測所輸出的電壓.
- 信號放大 轉換電路的輸出Vs(T)很小,通常比mV小.所以必須經由放大器放大以供給後面的元件處理. 可以使用電晶體, FET或OP Amp作為放大器.
Resistors
若- Protected case: the load current I2 = 1mA
- Burned case: the load current I2 = 50 mA
Capacitors
供給一個定電壓下,電容器儲存電荷的能力,稱為電容(capacitance),標記為C。採用國際單位制,電容的單位是法拉(farad),標記為F。
Q = CV
電容器這個名詞從字義上來看,它是一個電的容器,把電荷存於其內,有如一個小型的蓄電池。- 鋁質電解電容 外型通常是金屬殼加上收縮膜,因為耐高壓的特性,會應用在電源處理的電路上。 可惜的是正負極中填充的介電材料包含水,不耐高溫,為避免水蒸發時的高壓導致電容爆炸,最上端的金屬殼會壓上紋路,在內部壓力到達一定程度時會從此處裂開洩壓,也就是爆漿電容的由來。另一個隱憂是由於含水的緣故,會跟正負極上的材料發生化學反應,久而久之內部形成短路,導致電容的功能喪失。
- 固態電容 因為其內部已經不含水,使用導電性高分子材料作為正負極之間的介電材料,充放電反應比電解電容更快,也比電解電容更耐高低溫(電解電容低溫時正負離子移動速度較常溫緩慢)。但目前這種電容的價格較高,容值及耐壓特性也比不上電解電容。
- 鉭質電容 比較小的體積可以使用在空間受限的產品內,例如MP3、筆記型電腦。想買這種電容並不是容易,通常在備貨比較完整的店家才會有,就算有賣,規格可能也不齊全
在一般電子材料行找到這個圓柱狀的物體,加上一長一短的金屬接腳。在被動電子元件(不對訊號做處理的零件)的規則裡,比較長的那隻接腳會是電路上的正極,另一隻接腳即為負極(負極那一側也會印上「-」標誌)。接下來請觀察電容上塑膠膜的資訊,最少都會標示3個部份:溫度、耐壓及容值。溫度(℃)指的是這顆電容所能承受的最高運作溫度,耐壓(V)指的是這顆電容可以承受到多高的電壓而不損毀,容值(uF)部份就是這顆電容的蓄電量,也就相當於水庫蓄水量的意思。
大部分的固態電容不會再外包那一層收縮膜,所以標示會直接印在鋁製外殼上,一樣是長腳為正極,短腳為負極。但在負極那端不再用負號標示,而是直接印上一個顏色來標明,也同樣的會有容值及耐壓的標示,但不再有溫度標示。
小型的鉭質電容因為能印上資訊的面積太小了,通常只會在上面註明容值以及正負極(有顏色標示或是有「+」記號的那端為正極)
RC電路(RC circuit)顧名思義是由電阻和電容所組成的電路.
在現今蓬勃發展的積體電路,比較常見的是利用RC電路施加交流電做出低頻或高頻的濾波器
高低頻的濾波器廣泛用於生活中的電器,如收音機接收訊號時必須選用適當的R和C值接收想要的訊號,並且可透過可變電阻或可變電容調整接收的頻率;麥克風中的放大器需要將適當的頻率範圍放大,捨棄掉高頻的雜訊和低頻的干擾。
References
- 感測器原理與應用實習 出版社:台科大, 作者:盧明智、陳政傳
- 感測器應用與線路分析 出版社:全華, 作者:盧明智、陳政傳
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