過程裝備測試技術(shù)第二章傳感器

1、L o g oL o g o第第2章傳感器章傳感器過程裝備測試技術(shù)教學(xué)引入及回顧：教學(xué)引入及回顧：被測對象被測對象傳感器傳感器測量電路測量電路顯示器顯示器記錄裝置記錄裝置數(shù)據(jù)處理裝置數(shù)據(jù)處理裝置L o g oL o g o第第2章傳感器章傳感器過程裝備測試技術(shù)教學(xué)引例：教學(xué)引例：傳感器傳感器 感覺，感知感覺，感知 （Sensor、Transducer）人類有五大感覺器官，即眼、耳、鼻、舌、皮膚。人類有五大感覺器官，即眼、耳、鼻、舌、皮膚。通過這些感覺器官感知外界信息。通過這些感覺器官感知外界信息。機(jī)器系統(tǒng)中，傳感器是各種機(jī)械和電子設(shè)備的感機(jī)器系統(tǒng)中，傳感器是各種機(jī)械和電子設(shè)備的感覺器官。能感知

2、光、色、溫度、壓力、聲音、濕度、覺器官。能感知光、色、溫度、壓力、聲音、濕度、氣味及輻射等。氣味及輻射等。第第2章傳感器章傳感器教學(xué)引例：教學(xué)引例：汽車與傳感器汽車與傳感器傳統(tǒng)：傳統(tǒng)： 行駛速度、距離、發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量行駛速度、距離、發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量安全：安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱安全：安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱 死裝置、電子變速控制裝置、死裝置、電子變速控制裝置、環(huán)保：排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置環(huán)保：排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置L o g oL o g o第第2章傳感器章傳感器過程裝備測試技術(shù)要點要點知識要點知識要點相關(guān)知識相關(guān)知識能

3、力要求能力要求傳感器概述傳感器概述基本概念基本概念 分類和發(fā)展分類和發(fā)展趨勢趨勢了解了解電參數(shù)型傳感器電參數(shù)型傳感器電阻應(yīng)變式傳感器，電電阻應(yīng)變式傳感器，電感式以及電容式傳感器感式以及電容式傳感器的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用掌握掌握壓電式傳感器壓電式傳感器電磁感應(yīng)式和霍爾式傳電磁感應(yīng)式和霍爾式傳感器基本原理結(jié)構(gòu)及應(yīng)感器基本原理結(jié)構(gòu)及應(yīng)用用理解理解光電式傳感器光電式傳感器光電效應(yīng)和光電器件，光電效應(yīng)和光電器件，特別是光纖傳感器的基特別是光纖傳感器的基本原理結(jié)構(gòu)及應(yīng)用本原理結(jié)構(gòu)及應(yīng)用理解理解其他傳感器其他傳感器包括超聲波、紅外線、包括超聲波、紅外線、半導(dǎo)體、數(shù)字式、智能半導(dǎo)體、數(shù)字式、

4、智能式等傳感器式等傳感器了解了解L o g oL o g o2.1 概述概述過程裝備測試技術(shù)傳感器傳感器2.1.1氣敏傳感器壓電式壓力傳感器溫度傳感器熱電偶超聲波傳感器L o g oL o g o過程裝備測試技術(shù)傳感器傳感器2.1.1v傳感器：能感受被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出傳感器：能感受被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。信號的器件或裝置。v傳感器的共性：利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)、生傳感器的共性：利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)、生物等特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量物等特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量v傳感器功能：檢測和轉(zhuǎn)換。傳感器功能：檢測和轉(zhuǎn)換。2.1 概述概述L o g

5、oL o g o過程裝備測試技術(shù)傳感器傳感器2.1.1v 敏感元件是傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測信息（非電敏感元件是傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測信息（非電量）的元件，能夠敏感地感受被測量并作出響應(yīng)的元件。量）的元件，能夠敏感地感受被測量并作出響應(yīng)的元件。v 轉(zhuǎn)換元件則是指傳感器中能將敏感元件輸出的非電量信號直轉(zhuǎn)換元件則是指傳感器中能將敏感元件輸出的非電量信號直接轉(zhuǎn)換為電信號。接轉(zhuǎn)換為電信號。v 轉(zhuǎn)換電路是將輸出的電信號進(jìn)行調(diào)理，以便顯示、處理和傳轉(zhuǎn)換電路是將輸出的電信號進(jìn)行調(diào)理，以便顯示、處理和傳輸。常用有電橋、放大器、濾波和調(diào)制解調(diào)電路輸。常用有電橋、放大器、濾波和調(diào)制解調(diào)電路2.1

6、 概述概述L o g oL o g o過程裝備測試技術(shù)傳感器的分類傳感器的分類2.1.2v 按傳感器的工作原理進(jìn)行分類按傳感器的工作原理進(jìn)行分類 ：物理型、化學(xué)型、生物型等 v 按傳感器的構(gòu)成進(jìn)行分類按傳感器的構(gòu)成進(jìn)行分類：物理型物理型和和結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型 v 按傳感器的能量變換關(guān)系進(jìn)行分類按傳感器的能量變換關(guān)系進(jìn)行分類：有源（能量控制型）、無源（能量轉(zhuǎn)換型）v 按照物理原理可分為按照物理原理可分為：電參量式傳感器、磁電式、壓電式、光電式、氣電式、熱電式、波式、射線式、半導(dǎo)體式等v 按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進(jìn)行分類按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進(jìn)行分類：位移、速度、溫度、壓力、振動傳感器等

7、v 按傳感器的輸出量進(jìn)行分類按傳感器的輸出量進(jìn)行分類 ：模擬式和數(shù)字式 （雙向和單向傳感器）2.1 概述概述L o g oL o g o過程裝備測試技術(shù)傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的發(fā)展趨勢2.1.31.1.新型傳感器的開發(fā)新型傳感器的開發(fā)2.2.傳感器的集成化傳感器的集成化3.3.智能化和網(wǎng)絡(luò)化智能化和網(wǎng)絡(luò)化4.4.多傳感器的信息融合多傳感器的信息融合2.1 概述概述L o g oL o g o2.2 電參數(shù)型傳感器電參數(shù)型傳感器過程裝備測試技術(shù)電參數(shù)型傳感器電參數(shù)型傳感器2.2電參數(shù)型傳感器：因被測量變化導(dǎo)致電阻、電電參數(shù)型傳感器：因被測量變化導(dǎo)致電阻、電感、電容變化的敏感元件制成的傳感器感、電

8、容變化的敏感元件制成的傳感器分類：電阻應(yīng)變式、電感式、電容式分類：電阻應(yīng)變式、電感式、電容式L o g oL o g o過程裝備測試技術(shù)電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2.2.1各種電子秤各種電子秤2.2 電參數(shù)型傳感器電參數(shù)型傳感器第第2章傳感器章傳感器電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2.2.11 1、應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng) 當(dāng)金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值會隨著當(dāng)金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值會隨著它的機(jī)械變形（伸長或縮短）將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬它的機(jī)械變形（伸長或縮短）將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器

9、2.2.12、電阻應(yīng)變式傳感器工作原理電阻應(yīng)變式傳感器工作原理組成：組成： 電阻應(yīng)變式傳感器由彈性元件、電阻應(yīng)變片和測量電路構(gòu)電阻應(yīng)變式傳感器由彈性元件、電阻應(yīng)變片和測量電路構(gòu)成。成。功能：功能： 彈性元件：感受載荷，產(chǎn)生應(yīng)變；彈性元件：感受載荷，產(chǎn)生應(yīng)變； 應(yīng)變片：感受應(yīng)變，產(chǎn)生電阻變化；應(yīng)變片：感受應(yīng)變，產(chǎn)生電阻變化； 測量電路：將電阻變化轉(zhuǎn)變成電壓。測量電路：將電阻變化轉(zhuǎn)變成電壓。電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2.2.12、電阻應(yīng)變式傳感器工作原理電阻應(yīng)變式傳感器工作原理電阻應(yīng)變片又稱電阻應(yīng)變計，一般由敏感元件、基底、引線、和覆蓋層組成。 敏感元件也叫敏感柵。根據(jù)其材料不同，應(yīng)變片可分

10、為：金屬電阻應(yīng)變片敏感元件也叫敏感柵。根據(jù)其材料不同，應(yīng)變片可分為：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片兩大類。和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片兩大類。工作原理：工作原理：應(yīng)用時將應(yīng)變片粘結(jié)在被測試件或者彈性元件表面上，當(dāng)試件應(yīng)用時將應(yīng)變片粘結(jié)在被測試件或者彈性元件表面上，當(dāng)試件受力變形時，應(yīng)變片的敏感柵也隨之變形，引起應(yīng)變片電阻變化，通過測受力變形時，應(yīng)變片的敏感柵也隨之變形，引起應(yīng)變片電阻變化，通過測量電路將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號輸出。量電路將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號輸出。電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2.2.13、電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)缺點、電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：由于應(yīng)變片的尺寸小，重量輕，因

11、而具有良好的動態(tài)特性，由于應(yīng)變片的尺寸小，重量輕，因而具有良好的動態(tài)特性，而且應(yīng)變片粘貼在試件上對其工作狀態(tài)和應(yīng)力分布沒有影響。而且應(yīng)變片粘貼在試件上對其工作狀態(tài)和應(yīng)力分布沒有影響。適用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。適用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。測量應(yīng)變的靈敏度和精確度高，可測測量應(yīng)變的靈敏度和精確度高，可測1 12 2微應(yīng)變，誤差小于微應(yīng)變，誤差小于1 1。測量范圍大，既可測量彈性變形，也可測量塑性變形，變形測量范圍大，既可測量彈性變形，也可測量塑性變形，變形范圍從范圍從1 12020。能適應(yīng)各種環(huán)境，可在高（低）溫、超低壓、高壓、水下、能適應(yīng)各種環(huán)境，可在高（低）溫、超低壓、高壓、水下、強(qiáng)磁場以及輻射

12、和化學(xué)腐蝕等惡劣環(huán)境下使用。強(qiáng)磁場以及輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣環(huán)境下使用。缺點：缺點：大應(yīng)變狀態(tài)下具有較明顯的非線性；大應(yīng)變狀態(tài)下具有較明顯的非線性； 輸出信號較弱。輸出信號較弱。電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2.2.14、應(yīng)用：、應(yīng)用：用于物體加速度的測量。用于物體加速度的測量。依據(jù)：依據(jù)：a=F/m。32141等 強(qiáng) 度 梁 ；2質(zhì) 量 塊 ；3殼 體 ；4電 阻 應(yīng) 變 敏 感 元 體第第2章傳感器章傳感器電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2.2.1 測量原理測量原理：將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當(dāng)被：將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當(dāng)被測物體以加速度測物體以加速度a 運動時，質(zhì)量塊受到

13、一個與加速度方向運動時，質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，相反的慣性力作用， 使懸臂梁變形，該變形被粘貼在懸臂使懸臂梁變形，該變形被粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片感受到并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電梁上的應(yīng)變片感受到并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應(yīng)變片組成的橋路出現(xiàn)不平阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應(yīng)變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓，衡，從而輸出電壓， 即可得出加速度即可得出加速度a值的大小。值的大小。 適用范圍適用范圍：不適用于頻率較高的振動和沖擊場合，：不適用于頻率較高的振動和沖擊場合， 一一般適用頻率為般適用頻率為1060 Hz范圍。范圍。 第第2章傳感

14、器章傳感器電感式傳感器電感式傳感器2.2.2u電感式傳感器的定義 一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的裝置。u電感式傳感器的感測量 位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。u電感式傳感器的種類 根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差動變壓器式）、電渦流式三種；L o g oL o g o電感式傳感器電感式傳感器2.2.2u電感式傳感器的優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單、可靠 分辨率高 機(jī)械位移0.1m，甚至更小；角位移0.1角秒。 輸出信號強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm 。 重復(fù)性好，線性度優(yōu)良 在幾十m到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。 能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制

15、2.2 電參數(shù)型傳感器電參數(shù)型傳感器電感式傳感器電感式傳感器2.2.2u自感式（変磁阻式）傳感器變磁阻式傳感器即自感式電感傳感器：利用線圈自感量的變化來實現(xiàn)測量的。傳感器結(jié)構(gòu)：線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。工作原理：222200SNSNL 為空氣隙，L 為線圈的自感；N為線圈匝數(shù)， 0 為真空磁導(dǎo)率；S為空氣隙通截面積， 0 初始?xì)庀叮?-1）靈敏度靈敏度電感式傳感器電感式傳感器2.2.2u互感式傳感器工作原理工作原理電感式傳感器電感式傳感器2.2.2u電渦流式傳感器電渦流式傳感器 電渦流式傳感器是利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行工作。電渦流式傳感器是利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行工作。一一. .工作原理工作原理 如圖如

16、圖5.255.25所示，有一通以交變電流的傳感器所示，有一通以交變電流的傳感器線圈。由于電流的存在，線圈周圍就產(chǎn)生一個線圈。由于電流的存在，線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場交變磁場H H1 1。若被測導(dǎo)體置于該磁場范圍內(nèi)，。若被測導(dǎo)體置于該磁場范圍內(nèi)，導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，也將產(chǎn)生一個新磁場導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，也將產(chǎn)生一個新磁場H H2 2，H H2 2與與H H1 1方向相反，力圖削弱原磁場方向相反，力圖削弱原磁場H H1 1, ,從而導(dǎo)致從而導(dǎo)致線圈的電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。這些線圈的電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。這些參數(shù)變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、參數(shù)變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率

17、、磁導(dǎo)率、線圈的幾何參數(shù)、電流的頻率以及線圈到被測線圈的幾何參數(shù)、電流的頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中一個導(dǎo)體間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中一個參數(shù)改變，余者皆不變，就能構(gòu)成測量該參數(shù)參數(shù)改變，余者皆不變，就能構(gòu)成測量該參數(shù)的傳感器。的傳感器。圖圖2.11 2.11 電渦流電渦流式傳感器的式傳感器的基本原理基本原理電感式傳感器電感式傳感器2.2.2二二. .電渦流式傳感器的應(yīng)用電渦流式傳感器的應(yīng)用 測位移測位移 圖圖2.142.14為用電渦流式傳感器構(gòu)成的液位監(jiān)控系統(tǒng)。如圖所示，為用電渦流式傳感器構(gòu)成的液位監(jiān)控系統(tǒng)。如圖所示，通過浮子通過浮子3 3與杠桿帶動渦流板與杠

18、桿帶動渦流板1 1上下位移，由電渦流式傳感器上下位移，由電渦流式傳感器2 2發(fā)出信號控制電動泵的開啟而使液位保持一定。發(fā)出信號控制電動泵的開啟而使液位保持一定。電容式傳感器電容式傳感器2.2.3一、基本工作原理一、基本工作原理是將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器是將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器 兩個平行金屬板組成的平板電容器，不考慮邊緣效應(yīng)時電容量為兩個平行金屬板組成的平板電容器，不考慮邊緣效應(yīng)時電容量為0AACr電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，0為真空介電常數(shù)，為真空介電常數(shù)，r極極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)；板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)；A兩平行板所覆蓋的面積

19、；兩平行板所覆蓋的面積；為為兩平行板之間的距離。兩平行板之間的距離。 僅改變一個參數(shù)，僅改變一個參數(shù)，該參數(shù)的變化可轉(zhuǎn)換為該參數(shù)的變化可轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。輸出。被測參數(shù)變化被測參數(shù)變化A、 或或發(fā)生變化時，電容發(fā)生變化時，電容量量C也隨之變化。也隨之變化。電容式傳感器電容式傳感器2.2.3二、二、電容式傳感器的類型電容式傳感器的三種類型：電容式傳感器的三種類型：變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型。變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型。電容式傳感器電容式傳感器2.2.31 1、變極距型電容傳感器、變極距型電容傳感器電容傳感器的靈

20、敏度為電容傳感器的靈敏度為20CSddCKr(2-6)由式（由式（2-6）可看出，靈敏度）可看出，靈敏度K與極距平方成反比，極距越小，靈敏度越高。與極距平方成反比，極距越小，靈敏度越高。一般通過減小初始極距來提高靈敏度。由于電容量一般通過減小初始極距來提高靈敏度。由于電容量C與極距與極距 呈非線性關(guān)系，故呈非線性關(guān)系，故將引起非線性誤差。通常規(guī)定將引起非線性誤差。通常規(guī)定 。2 2、變面積型電容傳感器、變面積型電容傳感器被測量通過動極板移動引起兩極板有效覆蓋面積改變，產(chǎn)生電容量的變化。被測量通過動極板移動引起兩極板有效覆蓋面積改變，產(chǎn)生電容量的變化。電容式傳感器電容式傳感器2.2.33 3、變

21、介電常數(shù)型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器圖圖2.21 （a)中兩平行極板固定不動，極距為中兩平行極板固定不動，極距為0，相對介電常數(shù)為相對介電常數(shù)為 的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中，從而改變兩種介質(zhì)的極板覆的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中，從而改變兩種介質(zhì)的極板覆蓋面積，進(jìn)而得到電容的變化。蓋面積，進(jìn)而得到電容的變化。L o g oL o g o2.3 磁電式傳感器磁電式傳感器過程裝備測試技術(shù)工作原理工作原理磁電感應(yīng)式傳感器又稱磁電式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原磁電感應(yīng)式傳感器又稱磁電式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理將被測量（如振動、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳理將被測量（如振動、位移、轉(zhuǎn)速等

22、）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。感器。磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器2.3.12.3 磁電式傳感器磁電式傳感器過程裝備測試技術(shù)工作原理工作原理磁電感應(yīng)式式傳感器磁電感應(yīng)式式傳感器2.3.1 當(dāng)一個當(dāng)一個N匝線圈在磁場中運動切割磁力線或線圈所在磁場的磁匝線圈在磁場中運動切割磁力線或線圈所在磁場的磁通量變化時，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通量變化時，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e的大小決定于穿過線圈的大小決定于穿過線圈的磁通量的磁通量的變化率的變化率（2-7） 根據(jù)以上原理，磁通量變化率與磁場強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈的運根據(jù)以上原理，磁通量變化率與磁場強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈的運動速度有關(guān)，因為若改變其中一個參數(shù)，

23、都會改變線圈的感應(yīng)電動動速度有關(guān)，因為若改變其中一個參數(shù)，都會改變線圈的感應(yīng)電動勢，磁電感應(yīng)式傳感器由此可分為恒磁通式和變磁通式。勢，磁電感應(yīng)式傳感器由此可分為恒磁通式和變磁通式。2.3 磁電式傳感器磁電式傳感器恒磁通式工作原理恒磁通式工作原理恒磁通式有兩種：動圈式和動鐵式，二者的工作原理是一樣。恒磁通式有兩種：動圈式和動鐵式，二者的工作原理是一樣。如圖如圖2.25（2-8）式中：式中：B工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度la每匝線圈平均長度；每匝線圈平均長度；N線圈在工作氣隙磁場中線圈在工作氣隙磁場中的匝數(shù)的匝數(shù)v相對運動速度。相對運動速度。 變磁通式工作原理變磁通式工作原理 常用來測量旋

24、轉(zhuǎn)物體的角常用來測量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。圖速度。圖2.26為開路變磁通式為開路變磁通式傳感器結(jié)構(gòu)示意，線圈和磁傳感器結(jié)構(gòu)示意，線圈和磁鐵靜止不動，測量齒輪（導(dǎo)鐵靜止不動，測量齒輪（導(dǎo)磁材料制成）固定在被測旋磁材料制成）固定在被測旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產(chǎn)生的感阻變化一次，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)速量齒輪上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。的乘積。L o g oL o g o2.3 磁電式傳感器磁電式傳感器過程裝備測試技術(shù)工作原理工作原理霍爾式傳感器霍爾式傳感器

25、2.3.2概念概念1.1.霍爾元件霍爾元件2. 2. 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)fLfEvEHdIbBn定向運動的電子除受到洛侖茲力外，定向運動的電子除受到洛侖茲力外，還受到霍爾電場的作用，當(dāng)還受到霍爾電場的作用，當(dāng)F FL L=F=FE E時，達(dá)時，達(dá)到平衡，此時到平衡，此時bUeeEFHHEbUeevBHbvBUHnebdIvnevbdIIBkdIBRnedIBUHHHneRH1dRkHH霍爾系數(shù)，材料確定后為常數(shù)霍爾系數(shù)，材料確定后為常數(shù)靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)LFevBR RH H 為霍爾常數(shù)，為霍爾常數(shù)，e e為電子荷數(shù)，為電子荷數(shù)，n n為金屬導(dǎo)板為金屬導(dǎo)板3 3單位體積內(nèi)的電子數(shù)，單位體積內(nèi)的

26、電子數(shù)，d d為為霍爾元件的厚度霍爾元件的厚度霍爾電壓霍爾電壓UH為：為： IBKnedIBUHH式中式中 n為為半導(dǎo)體單位體積中的載流子數(shù)半導(dǎo)體單位體積中的載流子數(shù) E為為電子電量電子電量 KH為為霍爾元件靈敏度，霍爾元件靈敏度，KH1/ned 對于導(dǎo)體，霍爾系數(shù)一般較小，故霍耳元件一般用半對于導(dǎo)體，霍爾系數(shù)一般較小，故霍耳元件一般用半導(dǎo)體制作，且愈?。ū。`敏度愈高導(dǎo)體制作，且愈小（?。?，靈敏度愈高 。L o g oL o g o2.3 磁電式傳感器磁電式傳感器過程裝備測試技術(shù)霍爾式傳感器霍爾式傳感器2.3.2霍爾傳感器基本電路霍爾傳感器基本電路霍爾元件外形和符號霍爾元件外形和符號 L

27、o g oL o g o2.3 磁電式傳感器磁電式傳感器過程裝備測試技術(shù)霍爾式傳感器霍爾式傳感器2.3.2霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用1.1.霍爾傳感器位移測量原理霍爾傳感器位移測量原理 2.2.霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理 L o g oL o g o2.4 壓電式傳感器壓電式傳感器過程裝備測試技術(shù)壓電效應(yīng)與壓電材料壓電效應(yīng)與壓電材料2.4.11.壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)2.逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)3.壓電材料及分類：壓電材料及分類：壓電晶體壓電晶體-石英晶體（單晶）石英晶體（單晶）壓電陶瓷壓電陶瓷-鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛系列（壓電多晶）鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛系列（壓電多晶）新型壓電材料新型壓電

28、材料L o g oL o g o2.4 壓電式傳感器壓電式傳感器過程裝備測試技術(shù)壓電效應(yīng)與壓電材料壓電效應(yīng)與壓電材料2.4.1天然石英天然石英L o g oL o g o2.4 壓電式傳感器壓電式傳感器過程裝備測試技術(shù)壓電效應(yīng)與壓電材料壓電效應(yīng)與壓電材料2.4.1壓電陶瓷壓電陶瓷L o g oL o g o2.4 壓電式傳感器壓電式傳感器過程裝備測試技術(shù)壓電式傳感器壓電式傳感器2.4.2u壓電式傳感器基本原理：壓電式傳感器基本原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)，實現(xiàn)機(jī)械利用壓電材料的壓電效應(yīng)，實現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的傳感器。能與電能相互轉(zhuǎn)換的傳感器。u根據(jù)工作原理：根據(jù)工作原理：正壓電效應(yīng)型和逆壓

29、電效應(yīng)型正壓電效應(yīng)型和逆壓電效應(yīng)型u壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量：外力作用在壓電材料上產(chǎn)生：外力作用在壓電材料上產(chǎn)生的電荷只有在無泄漏的情況下才能保存，需要測量回路具有無限的電荷只有在無泄漏的情況下才能保存，需要測量回路具有無限大的輸入阻抗，這實際上是不可能的。大的輸入阻抗，這實際上是不可能的。u壓電式傳感器適用于動態(tài)測量壓電式傳感器適用于動態(tài)測量：壓電材料在交變力的作用下，：壓電材料在交變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，以供給測量回路一定的電流。電荷可以不斷補(bǔ)充，以供給測量回路一定的電流。 u壓電式傳感器在有些測量中需要預(yù)載壓電式傳感器在有些測量中需要預(yù)載L o g

30、 oL o g o2.4 壓電式傳感器壓電式傳感器過程裝備測試技術(shù)壓電式傳感器壓電式傳感器2.4.2壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器L o g oL o g o光電效應(yīng)是光電傳感器的基本轉(zhuǎn)光電效應(yīng)是光電傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理。外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。換原理。外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)和光電器件光電效應(yīng)和光電器件2.5.1一一. .光電效應(yīng)概念光電效應(yīng)概念2.5 光電式傳感器光電式傳感器過程裝備測試技術(shù)L o g oL o g o光電效應(yīng)和光電器件光電效應(yīng)和光電器件2.5.11.1.外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)2.5 光電式傳感器光電式傳感器基于外光電效應(yīng)的光電器件有基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管光電管、光電倍增管等。等。過程裝備測試技術(shù)L o g oL o