传感器

换能器是一种电子设备，它可以将一种形式的能量（非电能）转换为另一种形式的能量（电能）。从一种形式到另一种形式的转换过程称为换能。因此，我们可以将换能器定义为一种将非电能转换为电能的设备。它是每个通信系统的一部分，该系统将信息从发送者传输到接收者。信息始终以电子形式在任何通信系统内部传输和处理。因此，换能器是必不可少的，因为它可以将任何形式的能量转换为电子形式，从而使数据适合传输。

换能器通常用于控制系统，自动化等领域的边界，在这些领域中，电子信号是由各种物理量产生的，例如力，运动，压力，能量和位置。换能器对于任何设备都是必不可少的，因为它使信号成为适合传输的形式。否则，信号无法进行测量传输。

让我们讨论一下在一些常见的电子设备中使用换能器的概念。

发言者

扬声器是一种设备，可以从用户那里获取语音输入，并以更高的频率产生相同的语音。这意味着扬声器输出端的语音声音更大。扬声器具有各种组件，例如输入和输出端的换能器，调制器和滤波器。两端的换能器将声能转换为电能，反之亦然。我们也可以说，输出端的换能器从电信号中提取声音信号。信号频率的增加称为调制，由调制器和滤波器的组合来执行。滤波器的功能是消除任何噪声或衰减。

电动机

电动机的运动是一种机械运动。电动机通过电力运行。输入端的换能器将来自电源的电能转换为运行电动机所需的机械能。

灯泡

灯泡也是一种借助换能器工作的设备。灯泡中的换能器将来自电源的电能转换为光能，从而以光的形式照亮灯泡。

我们将在本主题的后面讨论换能器的各种应用。

换能器的类型

换能器根据不同的类别进行分类。

1. 基于边界处的要求
2. 基于物理量
3. 基于组件

基于边界处的要求

在发送端和接收端都需要一个换能器。边界上使用两种类型的换能器，即输入换能器和输出换能器。

输入换能器

发送端所需的换能器称为输入换能器。它位于电子设备的开头。它始终将输入信号转换为适合的传输形式，该形式可以轻松地通过设备。

例如：

扬声器的输入换能器将声能转换为电能。

输出换能器

接收端所需的换能器称为输出换能器。它位于电子设备的末尾。它始终将接收到的信号转换为其原始形式。

例如：

扬声器的输出换能器将电能转换回声能，该声能在输出端以更高的频率出现。

基于物理量

基于物理量的换能器类型分为机械换能器和电气换能器。

机械换能器

将物理量转换为其他形式的量（机械）的换能器称为机械换能器。它是一种机械元件，可以机械能的形式产生输出。

例如：

双金属片

它会响应环境的变化，并以机械位移的形式产生输出。

电气换能器

将物理量转换为其他形式的量（电）的换能器称为电气换能器。

例如：

麦克风

它将用户的声音能量作为输入，并以电信号的形式将其传输给其他用户。

基于组件

基于组件的换能器类型分为有源换能器和无源换能器。

有源换能器

有源换能器是一种设备，需要外部电源才能将一种形式的能量转换为另一种形式的能量。

例如：

热敏电阻

在施加电流之前，它无法产生电信号。热敏电阻中的电流或电压变化有助于测量其电阻，该电阻随温度而变化。它是一种用于测量温度的设备。

无源换能器

无源换能器是一种设备，不需要任何外部电源即可将一种形式的能量转换为另一种形式的能量。

例如：

光电二极管

它将光（以光子的形式）转换为电流。光中的光子为p-n结半导体提供能量，这有助于产生电流。

换能器的框图

框图是指使用简单的块以级联或并联方式排列以实现功能的视觉表示。两个块之间的连接线描绘了它们之间的关系。

换能器的框图如下所示

它由一个传感器和一个串联的换能元件组成。传感器充当传感元件并检测环境中的变化。根据这些变化，换能元件执行从一种形式到另一种形式的转换。传感元件的输入是非电量，而换能元件的输出是元素量。输入和输出也可能根据换能器的类型而变化。它也称为输入换能器。

作为输出换能器的换能器以相反的方式工作。它将电量转换为非电量或原始传输形式。这样做是为了在输出端提供原始信号。

换能器的效率

效率定义为输出功率与输入功率之比。换能器的效率由下式给出

E = O/I

其中，

E是效率

O是输出功率

I是输入功率

没有一个换能器是完全有效的。在转换过程中总是会发生一些功率损耗。功率损耗通常以热的形式耗散。白炽灯泡比其他光源（如LED）具有更高的散热。因此，LED由于其良好的换能能力和低散热而具有广泛的应用。

传感器 vs. 换能器

传感器是一种可以响应环境中变化作为输出的设备。传感器和换能器通常用于各种电子设备中，并且经常造成混淆。这两种设备都使用来自环境中的物理量将能量转换为可读的形式。让我们讨论一下这两种设备之间的区别。

下表列出了传感器和换能器之间的区别

换能器的优点

换能器的优点如下

• 它可以将一种形式的能量转换为另一种形式的能量
• 电路简单
• 易于操作
• 易于噪声检测和消除
• 低功耗
• 它适用于任何设备或系统
• 它用于测量过程
• 低摩擦效应
• 高可控性
• 机械磨损的几率非常低

换能器的缺点

换能器的缺点如下

• 电气换能器不如机械式换能器可靠
• 感应元件昂贵
• 使用有源元件来改善老化效应会使电路复杂化。

换能器的应用

换能器存在于每个需要将能量从一种形式转换为另一种形式的设备中。换能器有多种应用。让我们讨论一些最常见的应用。

• 天线
  天线中的换能器将接收到的电磁波转换为在空间中传播的无线电波。
• 加速度计
  加速度计中的换能器将机械输入转换为电信号，这有助于进行测量。
• 扬声器
  扬声器中的输入换能器将声音信号转换为电信号，并且在放大器/滤波器的帮助下，输出换能器将电信号转换回具有改进频率的声音信号
• LED
  LED（发光二极管）中的换能器将来自外部电源的电能转换为输出端的光能。
• CRT
  CRT（阴极射线管）中的换能器将电信号转换为视觉信号。
• 无线电发射器
  无线电发射器中的换能器将电磁波转换为发射器处理的电信号。无线电发射器中的天线会进一步将其转换为无线电波，这些无线电波会在空间中传播并到达无线电接收器。
• 无线电接收器
  天线将从发射器接收到的无线电波转换为电信号，接收器再次对其进行处理。

注意：天线是无线电发射器和无线电接收器的主要组成部分。