常用的傳感器

1、現(xiàn)代測試技術(shù)現(xiàn)代測試技術(shù)段敏段敏 教授教授遼寧工業(yè)大學(xué)遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院第第4 4章章 信息的轉(zhuǎn)換信息的轉(zhuǎn)換 -傳感技術(shù)傳感技術(shù)一、一、 人類認(rèn)識事物的信息過程人類認(rèn)識事物的信息過程思維器官 神經(jīng)系統(tǒng) 神經(jīng)系統(tǒng) 執(zhí)行器官 外部事物 感覺器官 （存儲、變換、處理、比較、分析、決策） 指令信息 信息 信息 效果信息 初始信息 物資能量 4.1 信息探測工程學(xué)及其發(fā)展概況信息探測工程學(xué)及其發(fā)展概況遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院二、人類感官獲取信息的局限性二、人類感官獲取信息的局限性1 1）感官機(jī)能）感官機(jī)能2 2）智力功能）智力功能遼寧工學(xué)院汽車與交通

2、學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院三、人類感官的延伸三、人類感官的延伸-傳感系統(tǒng)傳感系統(tǒng)溫度溫度 濕度濕度 酒精度酒精度邏輯 信息 噪聲 檢測 變換處理 識別 提取處理準(zhǔn)則參考信息顯示 存儲記錄 遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院四、傳感技術(shù)的發(fā)展方向四、傳感技術(shù)的發(fā)展方向 擴(kuò)展感測信息的譜域擴(kuò)展感測信息的譜域1 1）視覺與光傳感器）視覺與光傳感器2 2）聽覺與聲壓傳感器）聽覺與聲壓傳感器3 3）觸覺與溫度、壓力傳感器）觸覺與溫度、壓力傳感器5 5）味覺傳感器）味覺傳感器4 4）嗅覺傳感器）嗅覺傳感器遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院2. 2. 提高識別信息的智能提高識別

3、信息的智能1 1）動態(tài)測量）動態(tài)測量2 2）遠(yuǎn)距離、非接觸測量）遠(yuǎn)距離、非接觸測量3 3）特殊環(huán)境下測量）特殊環(huán)境下測量5 5）實時在線）實時在線4 4）微觀分析）微觀分析1. 傳感器定義傳感器定義傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號。換成可供測量的信號。傳感器是借助于檢測元件接收一種形式的信息，并按一傳感器是借助于檢測元件接收一種形式的信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為

4、電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。物理量物理量電量電量4.2 4.2 工程中常用傳感器的分類工程中常用傳感器的分類2. 傳感器的構(gòu)成傳感器的構(gòu)成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成。敏感器件是傳感器的核心，它的作用是直接感受被測物理量，敏感器件是傳感器的核心，它的作用是直接感受被測物理量，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。轉(zhuǎn)換元件則把敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。轉(zhuǎn)換元件則把敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成電路參量，基本轉(zhuǎn)換電路把轉(zhuǎn)換元件的輸出轉(zhuǎn)換成電量

5、輸出。電路參量，基本轉(zhuǎn)換電路把轉(zhuǎn)換元件的輸出轉(zhuǎn)換成電量輸出。 dV4.2 4.2 工程中常用傳感器的分類工程中常用傳感器的分類(1)(1)按被測物理量分類按被測物理量分類: :(2)(2)按工作原理分類按工作原理分類: :(3)(3)根據(jù)輸出信號的性質(zhì)分類根據(jù)輸出信號的性質(zhì)分類: :(4)(4)根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理: :(5)(5)按信號變換特征按信號變換特征: :位移位移, ,力力, ,溫度等溫度等. .機(jī)械式機(jī)械式, ,電氣式電氣式, ,光學(xué)式光學(xué)式, ,流體式等流體式等. .物性型物性型, ,結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型. .能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .模擬式模擬式,

6、,數(shù)字式數(shù)字式 . .一、一、 物性型與結(jié)構(gòu)型傳感器物性型與結(jié)構(gòu)型傳感器物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換. . 例如例如: :水銀溫度計水銀溫度計, ,壓電測力計壓電測力計. .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .二、二、 能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫

7、度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化. . 例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .常見的被測物理量常見的被測物理量 機(jī)械量機(jī)械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, ,旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), , 質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, ,壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ; 聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. . 磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. . 溫度

8、溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. . 光：光： 亮度，色彩亮度，色彩種種 類類被測量或被測對象被測量或被測對象位移、方位傳感器位移、方位傳感器節(jié)氣門開度、廢氣再循環(huán)閥開度、車輛高度（懸架、位節(jié)氣門開度、廢氣再循環(huán)閥開度、車輛高度（懸架、位移）、行駛距離、行駛方位移）、行駛距離、行駛方位速度、加速度傳感器速度、加速度傳感器車速（絕對值）、加速度車速（絕對值）、加速度轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速傳感器曲軸轉(zhuǎn)角、曲軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車輪速度曲軸轉(zhuǎn)角、曲軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車輪速度壓力傳感器壓力傳感器進(jìn)氣歧管壓力、大氣壓力、燃燒壓力、發(fā)動機(jī)機(jī)油壓力、進(jìn)氣歧管壓力、大氣壓力、燃燒壓力、

9、發(fā)動機(jī)機(jī)油壓力、自動變速器油壓、制動壓力、各種泵壓、輪胎壓力自動變速器油壓、制動壓力、各種泵壓、輪胎壓力溫度傳感器溫度傳感器冷卻液、排出氣體（催化劑）、吸入空氣、發(fā)動機(jī)機(jī)油、冷卻液、排出氣體（催化劑）、吸入空氣、發(fā)動機(jī)機(jī)油、自動變速器油、車內(nèi)空氣、車外空氣自動變速器油、車內(nèi)空氣、車外空氣流量傳感器流量傳感器吸入空氣量、燃料流量、廢氣再循環(huán)量、二次空氣量、吸入空氣量、燃料流量、廢氣再循環(huán)量、二次空氣量、制冷劑流量制冷劑流量液量傳感器液量傳感器燃油、冷卻液、電解液、機(jī)油、制動液燃油、冷卻液、電解液、機(jī)油、制動液氣體濃度傳感器氣體濃度傳感器氧氣、二氧化碳、氧氣、二氧化碳、NOxNOx、HC HC 其

10、它傳感器其它傳感器轉(zhuǎn)矩、爆燃、濕度、玻璃結(jié)霜、睡眠狀態(tài)、蓄電池電壓、轉(zhuǎn)矩、爆燃、濕度、玻璃結(jié)霜、睡眠狀態(tài)、蓄電池電壓、蓄電池容量、日照、光照等蓄電池容量、日照、光照等常用傳感器種類常用傳感器種類 一、電阻式應(yīng)變片一、電阻式應(yīng)變片1. 1. 金屬電阻應(yīng)變片工作原理金屬電阻應(yīng)變片工作原理電阻應(yīng)變片傳感器簡稱電阻片或應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片傳感器簡稱電阻片或應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值隨著它即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形所受機(jī)械變形(伸長或縮短伸長或

11、縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 4.3 4.3 電阻應(yīng)變片式傳感器電阻應(yīng)變片式傳感器 應(yīng)變片的構(gòu)造和工作原理應(yīng)變片的構(gòu)造和工作原理金屬應(yīng)變片的電阻金屬應(yīng)變片的電阻R R為為AlR(1) (1) 當(dāng)當(dāng) 不變時不變時)21 ( RdAdldRARlR金屬應(yīng)變計金屬應(yīng)變計(2)(2)當(dāng)當(dāng) 變化時變化時ERRdddRdAlR半導(dǎo)體應(yīng)變計半導(dǎo)體應(yīng)變計2. 2. 應(yīng)變片的主要參數(shù)應(yīng)變片的主要參數(shù) 1）幾何參數(shù)：表距）幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度和絲柵寬度b，制造廠常用，制造廠常用bL 表示。表示。 2）電阻值：應(yīng)變片的原始電阻值。）電阻值：應(yīng)變片的原始電阻值。 3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變

12、片變換性能的重要參數(shù)。）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變片變換性能的重要參數(shù)。 4）其它表示應(yīng)變片性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、）其它表示應(yīng)變片性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、 蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 3. 3.應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 金屬絲式金屬絲式 金屬箔式金屬箔式 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 薄膜薄膜優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性和溫度特性好穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點(diǎn)缺點(diǎn):靈敏度系數(shù)小靈敏度系數(shù)小.優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度大：應(yīng)變靈敏度大;體積小體積小;能能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件制成具有一定應(yīng)變電阻的元件.缺點(diǎn)缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)

13、性不如金屬應(yīng)變片。如金屬應(yīng)變片。4. 4. 應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用1 1）將應(yīng)變片粘貼于被測構(gòu)件上，直接用來測定構(gòu)件的應(yīng)力或應(yīng)變）將應(yīng)變片粘貼于被測構(gòu)件上，直接用來測定構(gòu)件的應(yīng)力或應(yīng)變2 2）將應(yīng)變片粘貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器）將應(yīng)變片粘貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器二、二、 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測量轉(zhuǎn)電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感的變化來實現(xiàn)測量的?；癁殡姼械淖兓瘉韺崿F(xiàn)測量的。分類分類:電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型200

14、2ANL a)可變導(dǎo)磁面積型b）差動型1 1）工作原理）工作原理（一）（一） 自感型自感型 1. 1. 可變磁阻式傳感器可變磁阻式傳感器c）單螺管線圈型d）雙螺管線圈差動電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理22200200002ANLAAAlRRNLRNiLiNimmmmmm自感為磁路總磁阻為則自感為磁路歐姆定律時，產(chǎn)生磁通當(dāng)線圈通以電流（1）可變氣隙厚度式）可變氣隙厚度式2002ANL 20022ANS)21 (220200022002ANANS01210靈敏度靈敏度S S趨于定值，即輸出與輸入近似成線性關(guān)系趨于定值，即輸出與輸入近似成線性關(guān)系 這種傳感器適用于較小的位移測量，一般約為這種傳感器適用于較

15、小的位移測量，一般約為0.0010.0011mm1mm。（2）變氣隙導(dǎo)磁面積式）變氣隙導(dǎo)磁面積式2002ANL 202NS 由于上式中各個參數(shù)的數(shù)值較小，所以，這種傳感由于上式中各個參數(shù)的數(shù)值較小，所以，這種傳感器的靈敏度較低。器的靈敏度較低。（3）差動式）差動式有兩個完全相同的線圈和一個公共銜鐵。銜鐵移動時，有兩個完全相同的線圈和一個公共銜鐵。銜鐵移動時，可以使兩個線圈的間隙一個增加，一個減小?？梢允箖蓚€線圈的間隙一個增加，一個減小。 （4）單螺管線圈式）單螺管線圈式當(dāng)鐵芯在線圈中運(yùn)動時，將改變磁阻，使線圈自感發(fā)生當(dāng)鐵芯在線圈中運(yùn)動時，將改變磁阻，使線圈自感發(fā)生變化。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制造

16、容易，但靈敏度低，適用變化。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移（數(shù)毫米）測量，線性度較差。于較大位移（數(shù)毫米）測量，線性度較差。(5)雙螺管線圈差動型傳感器雙螺管線圈差動型傳感器2 2）測量電路）測量電路3 3）特點(diǎn)與應(yīng)用）特點(diǎn)與應(yīng)用交流電橋是電感式傳感器的主要測量電路，它的作用交流電橋是電感式傳感器的主要測量電路，它的作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出。是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、可靠，需要的測量力?。唤Y(jié)構(gòu)簡單、可靠，需要的測量力?。环直媪Ω?，可測機(jī)械位移為分辨力高，可測機(jī)械位移為0.1m0.1m，甚至更小，角

17、位移為，甚至更小，角位移為0.10.1角秒。角秒。輸出信號強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百輸出信號強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mmmV/mm；重復(fù)性好，線性度優(yōu)良，在幾十重復(fù)性好，線性度優(yōu)良，在幾十mm到數(shù)百到數(shù)百mmmm的位移范圍內(nèi)，的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定；輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定；采用適當(dāng)結(jié)構(gòu)的可變磁阻式傳感器工作溫度可以超過采用適當(dāng)結(jié)構(gòu)的可變磁阻式傳感器工作溫度可以超過300300，使其在高溫環(huán)境下得到廣泛使用，如在噴氣發(fā)動機(jī)中檢測使其在高溫環(huán)境下得到廣泛使用，如在噴氣發(fā)動機(jī)中檢測渦輪的轉(zhuǎn)速。渦輪的轉(zhuǎn)速。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 需要附加信號處理電路，會引起價格上升，同時，輸出需

18、要附加信號處理電路，會引起價格上升，同時，輸出信號的大小正比于磁通變化率，對于磁通變化率較小的場合信號的大小正比于磁通變化率，對于磁通變化率較小的場合（如所測量轉(zhuǎn)速接近于零時）測量，使得信號處理電路設(shè)計（如所測量轉(zhuǎn)速接近于零時）測量，使得信號處理電路設(shè)計很困難。很困難。 應(yīng)用應(yīng)用 案例：案例： 無損探傷無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測火車輪檢測油管檢測油管檢測1）工作原理）工作原理2 .2 .渦流式電感傳感器渦流式電感傳感器 電渦流傳感器的變換原理是利用金屬導(dǎo)體在交流磁場中電渦流傳感器的變換原理是利用金屬導(dǎo)體在交流磁場中的的渦電流效應(yīng)渦電流效應(yīng)，有高頻反射式和低頻透射式兩種。

19、，有高頻反射式和低頻透射式兩種。 圖411 低頻透射式渦流傳感器2）電渦流式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用）電渦流式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用 （1 1）電渦流式傳感器的特點(diǎn)）電渦流式傳感器的特點(diǎn)電渦流式傳感器線圈厚度小，靈敏度高。增大外徑時，測量范圍也將增電渦流式傳感器線圈厚度小，靈敏度高。增大外徑時，測量范圍也將增大，但靈敏度低；大，但靈敏度低；被測對象的材質(zhì)對靈敏度有影響，電導(dǎo)率高的材料，測量的靈敏度高，被測對象的材質(zhì)對靈敏度有影響，電導(dǎo)率高的材料，測量的靈敏度高，磁導(dǎo)率高的材料，測量的靈敏度小，因而必須先進(jìn)行消磁處理；磁導(dǎo)率高的材料，測量的靈敏度小，因而必須先進(jìn)行消磁處理；被測體形狀對靈敏度的影響，要求被

20、測體的表面積應(yīng)大于線圈的表面積，被測體形狀對靈敏度的影響，要求被測體的表面積應(yīng)大于線圈的表面積，否則靈敏度下降。否則靈敏度下降。（2 2）電渦流式傳感器的應(yīng)用）電渦流式傳感器的應(yīng)用案例：案例： 測厚測厚案例：案例： 零件計數(shù)零件計數(shù)（二）（二）互感型互感型互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象WW1W21）工作原理）工作原理2）測量電路）測量電路圖417 差動相敏檢波電路原理厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩,應(yīng)力,動力;氣壓,溫度;振動,速度,加速度;等.案例：案例：板的厚度測量板的厚度測量 案例：案例：張力測量張力測量3) 應(yīng)用應(yīng)用三、三、 電容式傳感器電容式

21、傳感器 （一）（一） 變換原理變換原理將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :AC0+A 當(dāng)被測量當(dāng)被測量、A 或或發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。如果發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。如果保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。. . 極板間距變化式極板間距變化式+000AC 時，在電容式傳感器類型電容式傳感器類型 0000000/1/CAAC變化時，發(fā)生20000

22、1ACCS靈敏度）的測量適用于（取m10001. 01 . 00. .面積變化式面積變化式: :角位移角位移式式, ,平面線位移平面線位移式式, ,柱面線位移柱面線位移式式. .+對于角位移式電容式傳感器對于角位移式電容式傳感器 220rC 222)(202020rrrC常數(shù)220rddCS對于平面線位移式電容式傳感器對于平面線位移式電容式傳感器 bxC0 xbbxxxbC000)(常數(shù)bdxdCS0. . 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型xxlbC000)(xxxxalbbaC)/ln()(2)/ln(200dDhdDhCx（二）（二） 測量電路測量電路.電橋電路電橋電路 . 直流極化電路直流極化電路

23、. 諧振電路諧振電路 .調(diào)頻電路調(diào)頻電路 . 運(yùn)算放大器電路運(yùn)算放大器電路 （三）（三） 電容式傳感器特點(diǎn)與應(yīng)用電容式傳感器特點(diǎn)與應(yīng)用輸入能量小而靈敏度高輸入能量小而靈敏度高電參量相對變化大電參量相對變化大 動態(tài)特性好動態(tài)特性好能量損耗小能量損耗小結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好 非線性大非線性大電纜分布電容影響大電纜分布電容影響大（1） 電容式傳感器特點(diǎn)電容式傳感器特點(diǎn)（2） 電容式傳感器應(yīng)用電容式傳感器應(yīng)用案例：案例：電容傳聲器電容傳聲器 案例案例: :液面高度測量液面高度測量四、四、 壓電式傳感器壓電式傳感器 （一）（一） 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)受到外力作用時，不僅幾

24、何尺寸會發(fā)生變某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內(nèi)部也會被極化，表面會產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時，又重新化，而且內(nèi)部也會被極化，表面會產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)?；氐皆瓉淼臓顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電單晶體有石英(包括天然石英和人造石英)、水溶性壓電晶體(包括酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒石酸二鉀、硫酸錘等)；多晶體壓電陶瓷有鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等。圖示為天然石英晶體，其結(jié)構(gòu)形狀為一個六角形晶柱，兩端為一對稱棱錐。在晶體學(xué)中，可以把將其用三根互相垂直的軸表示，其中，縱軸Z稱為

25、光軸，通過六棱線而垂直于光軸的X軸稱為電軸，與X-X軸和Z-Z軸垂直的Y-Y軸 (垂直于六棱柱體的棱面)稱為機(jī)械軸。 遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院如果從石英晶體中切下一個平行六面體(如下圖所示）并使其晶面分別平行于Z-Z、Y-Y、X-X軸線。晶片在正常情況下呈現(xiàn)電性，若對其施力，則有幾種不同的效應(yīng)。通常把沿電軸(X軸)方向的作用力(一般利用壓力)產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，把沿機(jī)械軸(Y軸)方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”，沿光軸(Z軸)方向的作用力不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。沿相對兩棱加力時，則產(chǎn)生切向效應(yīng)。壓電式傳感器主要是利用縱向壓電效應(yīng)。 遼寧工學(xué)院汽車與

26、交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院最簡單的壓電式傳感器的工作原理如圖所示。在壓電晶片的兩個工作面上進(jìn)行金屬蒸鍍，形成金屬膜，構(gòu)成兩個電極。當(dāng)壓電晶片受到壓力F的作用時，分別在兩個極板上積聚數(shù)量相等而極性相反的電荷，形成電場。因此，壓電傳感器可以看作是一個電荷發(fā)生器，也可以看成是一個電容器。 如果施加于壓電晶片的外力不變，積聚在極板上的電荷又無泄漏，那么在外力繼續(xù)作用時，電荷量將保持不變。這時在極板上積聚的電荷與力的關(guān)系為 q=DF（二）（二） 壓電式傳感器及其等效電路壓電式傳感器及其等效電路遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院 上式表明，電荷量與作用力成正比。當(dāng)然，在作用力終止時，電

27、荷就隨之消失。顯然，若要測得力值F，主要問題是如何測得電荷值。值得注意的是：利用壓電式傳感器測量靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)量值時，必須采取一定的措施，使電荷從壓電晶片上經(jīng)測量電路的漏失減小到足夠小程度。而在動態(tài)力作用下，電荷可以得到不斷補(bǔ)充，可以供給測量電路一定的電流，故壓電傳感器適宜作動態(tài)測量。 遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院（二）（二） 壓電式傳感器及其等效電路壓電式傳感器及其等效電路+F+串聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)q=DF遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院 在實際應(yīng)用中，由于單片的輸出電荷很小，因此，組成壓電式傳感器的晶片不止一片，

28、常常將兩片或兩片以上的晶片粘結(jié)在一起。粘結(jié)的方法有兩種，即并聯(lián)和串聯(lián)。并聯(lián)方法兩片壓電晶片的負(fù)電荷集中在中間電極上，正電荷集中在兩側(cè)的電極上，傳感器的電容量大、輸出電荷量大、時間常數(shù)也大，故這種傳感器適用于測量緩變信號及電荷量輸出信號。串聯(lián)方法正電荷集中于上極板，負(fù)電荷集中于下極板，傳感器本身的電容量小、響應(yīng)快、輸出電壓大，故這種傳感器適用于測量以電壓作輸出的信號和頻率較高的信號。 （三）（三） 測量電路測量電路 壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗變換后，方先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，

29、經(jīng)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中?？奢斎氲胶罄m(xù)顯示儀表中。 前置放大器電路有兩種形式：一種是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比；遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院（三）（三） 測量電路測量電路 另一種是用帶電容板反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。由于電荷放大器電路的電纜長度變化的影響不大，幾乎可以忽略不計，故而電荷放大器應(yīng)用日益廣泛。fffoiofoiifoiicaiCqKCCCKqeKeeCeeCeCeeCCCeq，則放大器中，傳感器輸出的電荷量為)()()(ffCCKC在一定條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量在一

30、定條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，并且與電纜分布電容無關(guān)。因此，采用電荷放大器時，成正比，并且與電纜分布電容無關(guān)。因此，采用電荷放大器時，可以不考慮電纜分布電容的影響，其靈敏度也不會有明顯變化，可以不考慮電纜分布電容的影響，其靈敏度也不會有明顯變化，這是電荷放大器突出的優(yōu)點(diǎn)。這是電荷放大器突出的優(yōu)點(diǎn)。在電荷放大器中，由于采用電容負(fù)反饋，對直流工作點(diǎn)相在電荷放大器中，由于采用電容負(fù)反饋，對直流工作點(diǎn)相對于開路，因此，放大器零點(diǎn)漂移比較大。為減小零漂，使電對于開路，因此，放大器零點(diǎn)漂移比較大。為減小零漂，使電荷放大器工作穩(wěn)定，一般在反饋電容荷放大器工作穩(wěn)定，一般在反饋電容Cf的

31、兩端并聯(lián)一個大電阻的兩端并聯(lián)一個大電阻Rf（約（約10101014），其作用是提供直流反饋并改善低頻特），其作用是提供直流反饋并改善低頻特性。性。壓電式傳感器屬發(fā)電類傳感器，在無需外界供電情況下，傳感器受力后壓電式傳感器屬發(fā)電類傳感器，在無需外界供電情況下，傳感器受力后即有電荷輸出。即有電荷輸出。與其它類型傳感器相比，壓電式傳感器的最大特點(diǎn)是固有頻率高，而且與其它類型傳感器相比，壓電式傳感器的最大特點(diǎn)是固有頻率高，而且頻帶很寬。對于普通的壓電式壓力或力傳感器，其固有頻率可達(dá)頻帶很寬。對于普通的壓電式壓力或力傳感器，其固有頻率可達(dá)60kHz60kHz左左右，如果進(jìn)一步減小傳感器零件質(zhì)量及增大預(yù)緊

32、力，固有頻率可高達(dá)右，如果進(jìn)一步減小傳感器零件質(zhì)量及增大預(yù)緊力，固有頻率可高達(dá)200kHz200kHz以上。因此，壓電式傳感器主要用于測量動態(tài)量。以上。因此，壓電式傳感器主要用于測量動態(tài)量。壓電式傳感器與電荷放大器配套時，低頻響應(yīng)很好，但傳感器本身常因壓電式傳感器與電荷放大器配套時，低頻響應(yīng)很好，但傳感器本身常因絕緣阻抗不夠高而存在漏電現(xiàn)象，進(jìn)而影響低頻特性，因此電荷傳感器絕緣阻抗不夠高而存在漏電現(xiàn)象，進(jìn)而影響低頻特性，因此電荷傳感器不適于測量靜態(tài)量。不適于測量靜態(tài)量。由于壓電式傳感器有很高的絕緣電阻，對傳感器零件間和引出線插座及由于壓電式傳感器有很高的絕緣電阻，對傳感器零件間和引出線插座及電

33、纜都要求采取嚴(yán)格的絕緣措施，要求使用絕緣性能良好的材料。電纜都要求采取嚴(yán)格的絕緣措施，要求使用絕緣性能良好的材料。此外，壓電式傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，信噪比大，工作可靠，此外，壓電式傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，信噪比大，工作可靠，體積小，質(zhì)量輕、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前在測量加速度和動態(tài)體積小，質(zhì)量輕、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前在測量加速度和動態(tài)壓力、力方面得到廣泛應(yīng)用。壓力、力方面得到廣泛應(yīng)用。（四）（四） 壓電式傳感器特點(diǎn)與應(yīng)用壓電式傳感器特點(diǎn)與應(yīng)用 （1）特點(diǎn)）特點(diǎn)（2） 應(yīng)用應(yīng)用b) 壓力變送器壓力變送器a) 加速度計，力傳感器加速度計，力傳感器 c) 測量振動測量振

34、動壓電式傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中，壓電式傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中，在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。到了廣泛的應(yīng)用。 五、五、 磁電式傳感器磁電式傳感器 1. 工作原理工作原理 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動勢的磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動勢的一種轉(zhuǎn)換器。一種轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢 磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈運(yùn)動速度有磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈運(yùn)動速度有關(guān)，改變其中一個因素，都會改變線圈的感應(yīng)電

35、動勢。關(guān)，改變其中一個因素，都會改變線圈的感應(yīng)電動勢。 dtdWe磁電式傳感器類型磁電式傳感器類型 磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N（一）（一） 動圈式傳感器動圈式傳感器 sinWBlve sinWBAe 遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院一般情況下，感應(yīng)電動勢經(jīng)放大檢波后即可推動顯示一般情況下，感應(yīng)電動勢經(jīng)放大檢波后即可推動顯示儀表。如果在其測量電路中接入積分電路或微分電路，那儀表。如果在其測量電路中接入積分電路或微分電路，那么還可以用來測量位移或加速度。么還可以用來測量位移或加速度。遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院（二）磁阻式傳感器（二）磁阻式傳感器 磁阻

36、式傳感器又稱為變磁通式傳感器或變氣隙式傳感器，常用來測量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。其結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。圖a為開路變磁通式傳感器，線圈和磁鐵靜止不動，測量齒輪由導(dǎo)磁材料制成，安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的變化頻率等于測量齒輪上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。 遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院（二）磁阻式傳感器（二）磁阻式傳感器 圖b為閉合磁路變磁通式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，被測轉(zhuǎn)軸帶動橢圓形測量齒輪在磁場氣隙中等速轉(zhuǎn)動，使氣隙平均長度周期性變化，因而磁路磁阻也周期性變化，磁通同樣周期性變化，則在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其頻率f與測量齒輪轉(zhuǎn)

37、速n(r/min)成正比，即f=n/60。 轉(zhuǎn)向力矩傳感器為磁阻式傳感器，其磁性轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)向柱連轉(zhuǎn)向力矩傳感器為磁阻式傳感器，其磁性轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)向柱連接塊為一體，磁阻傳感元件和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊為一體，當(dāng)接塊為一體，磁阻傳感元件和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊為一體，當(dāng)轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向柱連接塊和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊反向運(yùn)動，轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向柱連接塊和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊反向運(yùn)動，即磁性轉(zhuǎn)子和磁阻傳感元件反向運(yùn)動，因此轉(zhuǎn)向力矩的大小即磁性轉(zhuǎn)子和磁阻傳感元件反向運(yùn)動，因此轉(zhuǎn)向力矩的大小可以被測量出來并傳遞給控制單元，其工作原理如上圖所示?？梢员粶y量出來并傳遞給控制單元，其工作原理如上圖所示。 圖（三）（三） 磁電式傳感器特

38、點(diǎn)與應(yīng)用磁電式傳感器特點(diǎn)與應(yīng)用磁電式傳感器把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動勢，是磁電式傳感器把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動勢，是一種機(jī)一種機(jī)- -電能量變換型傳感器，不需要外部提供電源，電電能量變換型傳感器，不需要外部提供電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍范圍( (一般為一般為10 Hz10 Hz1000Hz)1000Hz)，適用于振動、轉(zhuǎn)速、扭矩，適用于振動、轉(zhuǎn)速、扭矩等測量。但這種傳感器的尺寸和重量都較大。由上述工作等測量。但這種傳感器的尺寸和重量都較大。由上述工作原理可知，磁電感應(yīng)式傳感器只適用于動態(tài)測量。原理可知，

39、磁電感應(yīng)式傳感器只適用于動態(tài)測量。（1）磁電式傳感器特點(diǎn)）磁電式傳感器特點(diǎn)（2） 磁電式傳感器應(yīng)用磁電式傳感器應(yīng)用測速電機(jī)測速電機(jī)磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院一、磁電轉(zhuǎn)換元件一、磁電轉(zhuǎn)換元件 4.4.半導(dǎo)體敏感元件半導(dǎo)體敏感元件1. 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) siniBkVHH霍爾電動勢，霍爾元件置于霍爾元件置于磁場中，通以磁場中，通以電流，在垂直電流，在垂直于電流和磁場于電流和磁場方向上產(chǎn)生電方向上產(chǎn)生電動勢，即霍爾動勢，即霍爾效應(yīng)效應(yīng)2. 測量電路測量電路 霍爾元件有分立元件型和集成型。分立元件是由單晶體制霍爾元件有分立元件型和集成型。分立元件是

40、由單晶體制成的，已普遍采用。集成霍爾元件是利用硅集成電路工藝制造，成的，已普遍采用。集成霍爾元件是利用硅集成電路工藝制造，其敏感部分與變換電路制作在同一基片上。其敏感部分與變換電路制作在同一基片上。 3. 霍爾傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用霍爾傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用 （1）霍爾式傳感器特點(diǎn)）霍爾式傳感器特點(diǎn)霍爾元件由于結(jié)構(gòu)簡單，體積小，頻帶寬，動態(tài)特性好，壽命長等許霍爾元件由于結(jié)構(gòu)簡單，體積小，頻帶寬，動態(tài)特性好，壽命長等許多優(yōu)點(diǎn)。特別是霍爾傳感器的輸出是由磁通量決定的，所以，這種傳感器多優(yōu)點(diǎn)。特別是霍爾傳感器的輸出是由磁通量決定的，所以，這種傳感器可以測量任意慢速運(yùn)動的被測對象。可以測量任意慢速運(yùn)動的被測對

41、象。但霍爾傳感器的工作溫度范圍一般在但霍爾傳感器的工作溫度范圍一般在40150，而且需要外接電，而且需要外接電源，這一點(diǎn)不及可變磁阻式傳感器，限制了其應(yīng)用。源，這一點(diǎn)不及可變磁阻式傳感器，限制了其應(yīng)用。 （2）霍爾式傳感器應(yīng)用）霍爾式傳感器應(yīng)用自動變速器上的速度傳感器自動變速器上的速度傳感器遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院2. 磁阻元件磁阻元件 二、二、 光電式傳感器光電式傳感器 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號的器件。其工作原理是基于能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號的器件。其工作原理是基于

42、一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。 1. 光電式傳感器工作原理光電式傳感器工作原理（1）外光電效應(yīng)）外光電效應(yīng) 在光線作用下在光線作用下,物質(zhì)內(nèi)的電子逸出物體物質(zhì)內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象表面向外發(fā)射的現(xiàn)象,稱為外光電效應(yīng)。稱為外光電效應(yīng)。 （2）內(nèi)光電效應(yīng)）內(nèi)光電效應(yīng) 受光照物體受光照物體( (通常為半導(dǎo)體材料通常為半導(dǎo)體材料) )電導(dǎo)率電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。 （3）光生伏特效應(yīng)）光生伏特效應(yīng) 光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-NP-N結(jié)受到結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng)。因此光生

43、伏特型光電光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng)。因此光生伏特型光電器件是自發(fā)電式的器件是自發(fā)電式的, ,屬有源器件。以可見光作光源的光電池屬有源器件。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件是常用的光生伏特型器件, ,硒和硅是光電池常用的材料硒和硅是光電池常用的材料, ,也可也可以使用鍺。以使用鍺。 2. 光電傳感器的類型光電傳感器的類型光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。反射式、輻射式四種基本形式。 (1) 模擬式光電傳感器模擬式光電傳感器（2）脈沖式光電傳感器）脈沖式光電傳感器 光敏電阻光敏電阻 光導(dǎo)效

44、應(yīng)是指半導(dǎo)體材料受光導(dǎo)效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料受到光照時會產(chǎn)生電子到光照時會產(chǎn)生電子-空穴對空穴對,使其使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線愈強(qiáng)光線愈強(qiáng),阻值愈低阻值愈低,這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象象,稱為光導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)稱為光導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻、光敏二的光電器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管。極管、光敏三極管。 光電管是利用外光電效應(yīng)工光電管是利用外光電效應(yīng)工作的，分為真空光電管和充氣光作的，分為真空光電管和充氣光電管，也稱電子光電管和離子光電管，也稱電子光電管和離子光電管兩類。電管兩類。光電管光電管光電池光電池 光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材

45、料光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-NP-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生向的電動勢的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。伏特型器件。+-PN光敏晶體管通常指光敏二極管和光敏三極管，其基本光敏晶體管通常指光敏二極管和光敏三極管，其基本結(jié)構(gòu)也是一個結(jié)構(gòu)也是一個PNPN結(jié)，如圖所示。它們的工作原理同樣是基于結(jié)，如圖所示。它們的工作原理同樣是基于內(nèi)光電效應(yīng)。與光電池相比，重要的不同點(diǎn)是結(jié)面積小，因內(nèi)光電效應(yīng)。與光電池相比，重要的不同點(diǎn)是結(jié)面積小，因此頻率特性特別好。此頻率特性特別好。光敏晶體管光敏晶體管 3. 光電式傳感器應(yīng)

46、用光電式傳感器應(yīng)用它可以用來檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光它可以用來檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成份分析等，也可以用來檢驗?zāi)苻D(zhuǎn)換成照度、輻射測溫、氣體成份分析等，也可以用來檢驗?zāi)苻D(zhuǎn)換成光量變化的其它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位光量變化的其它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。等。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）上使用的光電傳感器）上使用的光電傳感器光電鼠標(biāo)就是利用光電鼠標(biāo)就是利用LED與光敏晶體管組合來測量位移。

47、與光敏晶體管組合來測量位移。亮度傳感器亮度傳感器通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。的。三、三、 熱敏傳感器熱敏傳感器1. 熱電偶傳感器熱電偶傳感器（1）熱電勢）熱電勢 熱電式熱電式熱電效應(yīng)，熱電偶熱電效應(yīng)，熱電偶熱電阻式熱電阻式熱電阻效應(yīng)，金屬熱電阻、半熱電阻效應(yīng)，金屬熱電阻、半導(dǎo)體熱電阻導(dǎo)體熱電阻熱敏傳感器熱敏傳感器TT 0自由端自由端工作端工作端)()(),(),()()(),(00000TeTeTTeTTeTeTeT

48、TEABABBAABABAB回路中熱電偶總電動勢接觸電勢接觸電勢溫差電勢溫差電勢（2）熱電偶基本定律）熱電偶基本定律 均質(zhì)導(dǎo)體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，均質(zhì)導(dǎo)體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動勢為零。無論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動勢為零。根據(jù)這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同根據(jù)這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同(稱為稱為同名極檢驗法同名極檢驗法)，也可以檢查熱電極材料的均勻性。，也可以檢查熱電極材料的均勻性。 中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的

49、兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電勢不變，第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電勢不變，如圖如圖4 45252所示。所示。 (a)(a)熱電偶的接點(diǎn)處接入中間導(dǎo)體熱電偶的接點(diǎn)處接入中間導(dǎo)體 （b b）一個熱電極中接入中間導(dǎo)體一個熱電極中接入中間導(dǎo)體 標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢也就已知。偶所產(chǎn)生的熱電勢也就已知。),(),(),(000TTETTETTECBACAB),(),(),(00TTETTETTEnA

50、BnABAB中間溫度定律中間溫度定律 中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。它表明：中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。它表明：若熱電偶的熱電極被導(dǎo)體延長，只要接入的導(dǎo)體組成熱電偶若熱電偶的熱電極被導(dǎo)體延長，只要接入的導(dǎo)體組成熱電偶的熱電特性與被延長的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間的熱電特性與被延長的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間連接的兩點(diǎn)溫度相同，則總回路的熱電勢與連接點(diǎn)溫度無關(guān)，連接的兩點(diǎn)溫度相同，則總回路的熱電勢與連接點(diǎn)溫度無關(guān)，只與延長以后的熱電偶兩端的溫度有關(guān)。只與延長以后的熱電偶兩端的溫度有關(guān)。（3）熱電偶的類型）熱電偶的類型 熱電偶類型熱電偶類型標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（指

51、國家已經(jīng)定型批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（指國家已經(jīng)定型批量生產(chǎn)的熱電偶）的熱電偶）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（用于特殊用途）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（用于特殊用途） （4）熱電偶的特點(diǎn)）熱電偶的特點(diǎn)測量精度高，因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間測量精度高，因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響；介質(zhì)的影響；測量范圍廣，常用的熱電偶從測量范圍廣，常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測量均可連續(xù)測量 ；熱電偶要求冷端溫度恒定，所以在汽車上應(yīng)用有限。熱電偶要求冷端溫度恒定，所以在汽車上應(yīng)用有限。 2. 熱電阻傳感器熱電阻傳感器原理：熱阻效應(yīng)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而原理：熱阻效應(yīng)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨

52、溫度變化而變化的特性變化的特性 熱電阻傳感器熱電阻傳感器 金屬熱電阻金屬熱電阻 半導(dǎo)體熱電阻熱敏電阻半導(dǎo)體熱電阻熱敏電阻 (1)金屬熱電阻金屬熱電阻金屬熱電阻測溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性金屬熱電阻測溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而達(dá)到測溫的目的。質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而達(dá)到測溫的目的。在振動嚴(yán)重的情況下容易出現(xiàn)破損，這種傳感器在汽車上在振動嚴(yán)重的情況下容易出現(xiàn)破損，這種傳感器在汽車上應(yīng)用較少。應(yīng)用較少。 典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)構(gòu)及溫典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示。度特性如圖

53、所示。 (2) 熱敏電阻熱敏電阻 熱敏電阻熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTCNTC隨溫度升高其阻抗下降隨溫度升高其阻抗下降正溫度系數(shù)熱敏電阻正溫度系數(shù)熱敏電阻PTCPTC溫度超過某一溫度后其阻抗急劇溫度超過某一溫度后其阻抗急劇增加的增加的臨界溫度系數(shù)熱敏電阻臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTRCTR溫度超過某一溫度后其阻抗減小的溫度超過某一溫度后其阻抗減小的熱敏電阻是非線性元件，其溫度熱敏電阻是非線性元件，其溫度- -電阻關(guān)系是指數(shù)關(guān)系，通過熱敏電阻電阻關(guān)系是指數(shù)關(guān)系，通過熱敏電阻的電流和熱敏電阻兩端的電壓不服從歐姆定律。的電流和熱敏電阻兩端的電壓不服從歐姆定律。 遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)

54、院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院熱敏電阻與金屬絲電阻比較，具有下述優(yōu)點(diǎn)：熱敏電阻與金屬絲電阻比較，具有下述優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，可測電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，可測0.0010.0010.0050.005微小溫度的微小溫度的變化，比金屬熱電阻大變化，比金屬熱電阻大1010100100倍。由于靈敏度高，可以大大倍。由于靈敏度高，可以大大降低對后面調(diào)理電路的要求；降低對后面調(diào)理電路的要求；熱敏電阻元件可制成片狀、柱狀，直徑可達(dá)熱敏電阻元件可制成片狀、柱狀，直徑可達(dá)0.5mm0.5mm，由于結(jié)構(gòu)，由于結(jié)

55、構(gòu)簡單，體積小，可測量點(diǎn)溫度；簡單，體積小，可測量點(diǎn)溫度；熱慣性小，響應(yīng)速度快，時間常數(shù)可小到毫秒級，適宜動態(tài)測熱慣性小，響應(yīng)速度快，時間常數(shù)可小到毫秒級，適宜動態(tài)測量；量；元件本身的電阻可達(dá)元件本身的電阻可達(dá)3 3700k700k，在遠(yuǎn)距離測量時，導(dǎo)線電阻，在遠(yuǎn)距離測量時，導(dǎo)線電阻的影響可不考慮；的影響可不考慮；結(jié)構(gòu)簡單、堅固，能承受較大的沖擊、振動，易于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離結(jié)構(gòu)簡單、堅固，能承受較大的沖擊、振動，易于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量。測量。由于上述優(yōu)點(diǎn)，這種傳感器在汽車上得到了廣泛應(yīng)用。由于上述優(yōu)點(diǎn)，這種傳感器在汽車上得到了廣泛應(yīng)用。注意：除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合注意：除特殊高溫?zé)?/p>

56、敏電阻外，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0 0150150范圍的溫度測量。范圍的溫度測量。4. 熱電式傳感器的應(yīng)用熱電式傳感器的應(yīng)用3. PN結(jié)結(jié)半導(dǎo)體半導(dǎo)體PNPN結(jié)溫度傳感器是利用晶體二極管和晶體三極管的結(jié)溫度傳感器是利用晶體二極管和晶體三極管的PNPN結(jié)的結(jié)電壓降隨溫度變化的特性而制成的溫度敏感元件。結(jié)的結(jié)電壓降隨溫度變化的特性而制成的溫度敏感元件。PNPN結(jié)溫度傳感器具有靈敏度高、線性好、熱響應(yīng)快和輕巧結(jié)溫度傳感器具有靈敏度高、線性好、熱響應(yīng)快和輕巧等特點(diǎn)，在溫度測量數(shù)字化、溫度控制以及用微機(jī)進(jìn)行溫度實等特點(diǎn)，在溫度測量數(shù)字化、溫度控制以及用微機(jī)進(jìn)行溫度實時信號處理等方面，乃是其他溫度傳感器所

57、不能相比的。時信號處理等方面，乃是其他溫度傳感器所不能相比的。 熱電偶、金屬熱電阻和熱敏電阻等都可以用作溫度傳感熱電偶、金屬熱電阻和熱敏電阻等都可以用作溫度傳感器，各有優(yōu)缺點(diǎn)，在汽車測試中得到了不同程度的應(yīng)用。器，各有優(yōu)缺點(diǎn)，在汽車測試中得到了不同程度的應(yīng)用。溫控器溫控器熱敏電阻熱敏電阻遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院三、三、 氣敏電阻傳感氣敏電阻傳感器器（1） 氣敏傳感器及其分類氣敏傳感器及其分類 氣敏傳感器是一種將檢測到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中，會接觸到各種各樣的氣體，需要進(jìn)行檢測和控制。

58、比如化工生產(chǎn)中氣體成分的檢測與控制、煤礦瓦斯?jié)舛鹊臋z測與報警、環(huán)境污染情況的監(jiān)測、煤氣泄漏、火災(zāi)報警、燃燒情況的檢測與控制等。 氣敏傳感器的種類較多，主要包括敏感氣體種類的氣敏傳感器、敏感氣體量的真空度氣敏傳感器，以及檢測氣體成分的氣體成分傳感器。 遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院(2) 半導(dǎo)體氣敏傳感器工作原理半導(dǎo)體氣敏傳感器工作原理 半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導(dǎo)體性質(zhì)的變化來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度。半導(dǎo)體氣敏傳感器大體上可分為兩類：電阻式和非電阻式。電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫(SnO2)、氧化錳(MnO2)等

59、金屬氧化物制成敏感元件，當(dāng)它們吸收了可燃?xì)怏w的煙霧，如氫、一氧化碳、烷、醚、醇、苯以及天然氣、沼氣等時，會發(fā)生還原反應(yīng)，放出熱量，使元件溫度相應(yīng)增高，電阻發(fā)生變化。利用半導(dǎo)體材料的這種特性，將氣體的成分和濃度變換成電信號，進(jìn)行監(jiān)測和報警。遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院(3) 應(yīng)用應(yīng)用 氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于防災(zāi)報警，如可制成液化石油氣、天然氣、城市煤氣、煤礦瓦斯以及有毒氣體等方面的報警器。也可用于對大氣污染進(jìn)行監(jiān)測以及在醫(yī)療上用于對O2、CO等氣體的測量。生活中則可用于空調(diào)機(jī)、烹調(diào)裝置、酒精濃度探測等方面。遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院 氣敏傳感器應(yīng)用較廣泛的

60、是用于防災(zāi)報警，如煤氣、氣敏傳感器應(yīng)用較廣泛的是用于防災(zāi)報警，如煤氣、或有毒氣體報警，也可用于對大氣污染監(jiān)測、或有毒氣體報警，也可用于對大氣污染監(jiān)測、CO氣體氣體測量、酒精濃度探測等方面。測量、酒精濃度探測等方面。煙霧報警器煙霧報警器酒精傳感器酒精傳感器二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院遼寧工學(xué)院汽車與交通學(xué)院七七. 電荷耦合器件電荷耦合器件- CCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的結(jié)構(gòu)是在光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體半導(dǎo)體(P型硅型硅)基片上形成一種氧化物基片上形成一種氧化物(如二氧化硅如二氧化硅)，在氧，在氧化物