“教材”給傳感器下的定義是：“能將能感受到的物理量（如力，熱，光，聲等）轉換成便于測量的量（一般是電學量）的一類元件。”這就是說，傳感器是屬于具有功能轉換的元件。本文中我們先對教材中例舉的熱電傳感器和光電傳感器的物理基礎作一介紹，然后再拓展到其他傳感器元件。

一、熱電傳感器

熱電傳感器利用元件的電參量（電阻或電勢）隨溫度變化的特性來測量溫度。其中將溫度轉換成電勢變化的稱為熱電偶傳感器（熱電偶在一般大學教材中均有譯述，本文從略）。將溫度轉換為電阻變化的稱為熱電阻和熱敏電阻傳感器。熱電阻傳感器一般利用純金屬（如鉑銅鐵鎳等）具有正電阻溫度系數（PTC）的特性制成的。我們這里只重點介紹熱敏電阻傳感器。

熱敏電阻利用半導體材料制成。半導體比金屬具有更大的電阻溫度系數。半導體熱敏電阻又可分為正電阻溫度系數（PTC），負電阻系數（NTC），臨界電阻溫度系數（CTR）等幾種。

PTC熱敏電阻一般用BaTiO3（鈦酸鋇）系列材料制成。當溫度超過某一定值時，其電阻值快速增長。主要用于各種電器設備的過熱保護，發熱源的定溫控制（如電熱蚊香的發熱元件）和用作限流元件。還可用于彩電消磁。

CTR熱敏電阻利用V03（氧化釩）系列材料制作。具有在某個溫度值上電阻能急劇變化從而用作溫度開關。

本文主要介紹NTC熱敏電阻。

NTC熱敏電阻應用廣泛。它是一種氧化物的復合燒結體。其電阻率ρT，電阻溫度系數αT與溫度的關系分別由下式表示：可見NTC熱敏電阻的αT小于0，隨著T的減小，其溫度系數增大，所以低溫時其靈敏度很高。隨著溫度的升高，其電阻率反而減小。NTC熱敏電阻主要用于低溫范圍（－100℃～300℃）的溫度控制在穩定工作狀態下，其伏－安特性如圖1所示。由圖可知，當電流很小時，居于線性電阻（遵從歐姆定律）、當電流增大到一定值，流過熱敏電阻的電流對元件本身加熱，溫度升高。由于負電阻特性，使其電流I增大，但元件兩端電壓U反而下降。而其所能升高的溫度與環境條件（周圍介質溫度及散熱條件）有關。當電流與周圍介質溫度一定時，熱敏電阻的阻值取決于介質的流速、流量、密度等散熱條件。根據這一原理，熱敏電阻除了可用來測量溫度外，還可用來測量和控制流體的流速和介質密度等。

二、光電傳感器

教材中說：“光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉換成電信號”。光敏電阻也是一種半導體材料，常用的材料有硫化（CdS）。其物理特性使光的照射能使電阻明顯減?。ɑ蛘哒f其電阻明顯增大）。有一種CdS光敏電阻照亮時電阻可小于2kΩ，無光照射時其電阻可大于4MΩ，而兩者相差2000多倍。光敏電阻的一個重要特性是存在一定的光波波限λ0，超過λ0的光波即使光很強，其電阻值也并不明顯下降?？梢?，只有能量大于hv0＝hc／λ0的光子才能在光敏電阻中產生電子──空穴對，這是光電效應基本原理的又一重要應用。這種光電阻光譜特性的測量和研究已成為確定半導體材料電學性能（禁帶寬度）的有效方法。硫化鉛（PbS）光敏電阻可以探測到3μm的紅外光；銻化錮（InSb）可以探測到6～7μm的紅外光。

除了半導體的光敏電阻效應以外，還有一種重要的光電傳感器是利用半導體的PN結在短波光照射下誘導出電子──空穴對從而產生電勢差的現象，通常稱為光生伏特效應。硅光電池利用的正是這種效應。

硅光電池受光照面為正極，背光面為負極。其性能穩定。缺點是響應時間長（10-3～10-4s），靈敏度較低，一般輸出電壓為20～100mV。

利用光生伏特效應的還有光電二極管，它在電路中是反向工作的。其特點為響應時間短（10-7s），靈敏度較高，輸出電壓100～200mV，輸入光的波長在0．86～0．9um范圍內輸出電流最大。其缺點是在弱光下靈敏度較低。

光電三極管響應時間10-4～10-5s，電流靈敏度高，輸出電壓達300～500mV，電流峰值波長也在0．86～0．9um，缺點是穩定度比光電二極管差。

光電傳感器作為測量元件常用于數字式光學儀器（如比長儀），與精密加工機床的長度和角度的標準器具。數模轉換器以及動態測量等。

三、其他種類傳感器

除熱電、光電傳感器外，根據傳感器的測量原理，還有電阻應變式傳感器，電容式傳感器，變磁阻式傳感器，磁電式傳感器，壓電式壓磁式傳感器，霍爾傳感器等，這些傳感器都可以單獨的傳感器或幾種傳感器元件的組合，將許多非電學量（如壓力，壓強，位移，速度，加速度等力學量以及溫度等）轉換成電阻，電感，電容等電學量的變化，從而檢測出電壓，電流等易測信號加以處理和顯示。還有一類傳感器則可用來檢測氣體種類（氣敏）和物質中的水分。

電阻式傳感器的全名為電阻應變式傳感器，它是由電阻應變片和彈性敏感元件組合起來的傳感器。將電阻應變片粘貼在各種彈性敏感元件上，當彈性敏感元件受到外力，力矩，壓力，位移，加速度等各種力學參數作用時，彈性敏感元件將產生位移，轉角，應力和應變。電阻應變片則將這些力學參數轉換成電阻的變化。

彈性敏感元件材料一般選用結構合金鋼：如中碳福錳硅鋼，中碳鎘鎳硅鋼，鎘釩彈簧鋼等。我國也有選用鈹青銅，鋁合金材料的。一些常用的彈性敏感元件常做成空心或實心等截面軸，懸臂梁，扭轉棒，薄壁圓筒，薄壁半球，等截面薄板等形狀。在實際應用中，也可能有兩種以上形式元件的組合使用。至于電阻應變體的結構，主要有絲式，箔式和半導體三種類型，其主要參數有應變片的電阻值（分60Ω，120Ω，350Ω，600Ω，1000Ω五種），絕緣電阻（一般大于1010Ω）和元件電流（75～100mA）三種。電阻應變片將非電量（如壓力，壓強，位移，速度等）轉換為電阻的變化，為了便于顯示和記錄應變值的大小，還需要把電阻的變化轉換成電壓或電流的變化。完成這種轉換功能的電路常采用直流或交流電橋。

氣敏傳感器用于檢測各種氣體的成份。早期對氣體的檢測主要采用化學和光學手段。雖然檢測準確，但速度慢，設備復雜，成本高，使用不方便。隨著煤氣，液化石油氣，天然氣的開發利用以及人們對氣體環境污染的重視，需要對各種易燃，易爆和有毒有害氣進行及時檢測。上世紀60年代，利用金屬氧化物半導體研制出可燃氣體傳感器，以及發現在氣敏元件中加人少量催化金屬，可以大大改進氣敏傳感器元件性能。

我們列舉以下兩類半導體氣敏傳感器。

第一類稱為電阻控制性氣敏傳感器。其原理為當Sn02，ZnO等金屬氧化物半導體表面接觸被測氣體后，由于不同物質接受電子能級不同，引起氣敏材料的電阻率變化，這類氣敏元件主要監測含氫元素的氣體分子。如氫氣，氨氣，硫化氫，酒精蒸汽，乙烯等。

第二類稱為電壓控制型氣敏傳感器，它的結構比較復雜，主要包括半導體單晶硅制成的。MOs場效應器件和利用隧道效應制成的金屬／半導體氣敏二極管，它可以用來監測像co等這一類不含氫元素的氣體。

本文最后簡要地介紹一種水分傳感器。在工農業生產中需要測量水分的物質種類繁多。物質中的水分以兩種形式存在：一種稱為游離水或自由水，它分布于物質的表面與間隙中。如海綿吸附的水和木材間隙中的水分均屬此類。另一種是結合水，指物質中靠物理和化學作用于水分子相結合的水分。如植物細胞壁中的水等。

水分的測量方法有直接法（如干燥法，蒸餾法等）和間接法（如電導法，電容法，微波法，中子法。核磁法，紅外法，色譜法等）。本文介紹的水分傳感器屬于后者。

電導式（電阻式）水分傳感器的基本工作原理是物質電導（或電阻）隨其含水率的不同而變化。然而物質的實際電導（電阻）并不是含水率的單值函數關系。除水分外，它還與物質的性質，水質，品種，密度，粒度，雜質，空氣溫度與濕度有關。因此，用電導式水分計時除了在傳感器設計上要設法消除諸如密度，粒度，品種，溫度的影響，還應該在實現數據的基礎上設置隨機相關函數，用數理統計方法求出實用的數學模型。除了電導式水分傳感器外，還可以利用吸濕物質的介電常數隨含水量增加而變大的特性設計出電容式水分傳感器；利用電磁波通過含水物質時電磁波部分被水吸收從而強度減弱而設計微波式水分傳感器；利用中子源發射的快中子遇含有氫原子核的物質（即水），因互相發生碰撞而減速為慢中子，從測量慢中子的密度即可測出水分含量；紅外式水分計是利用水分對1．94μm波長的紅外輻射有強烈的吸收作用設計制造的。

最后，作為應用實例，介紹一種利用光敏電阻RG制作的無觸點日光燈起輝器，電路可供各中學學生課外實驗制作用。圖2中，光敏電阻RG選用硫化鍋電阻，其暗阻大于4MΩ，亮阻小于2kΩ，VD選用IN4007整流二極管；DW選用擊穿電壓為10V～15V穩壓二極管，VS選用MCR100－6可控硅。

總之，各種傳感器廣泛應用了物理學中從力學到近代物理各部分基礎知識，結合生產實際開發研制而成，其應用領域日益擴展。