CH 4 常用傳感器(new)

1、第第4 4章章 常用傳感器常用傳感器Transducer4.1 傳感器概述傳感器概述 Introduction4.2 傳感器選用原則傳感器選用原則 Principle of Transducer Selection4.3 電阻式傳感器電阻式傳感器 Resistance Transducer4.4 電感式電感式傳感器傳感器 Inductance Transducer4.5 電容式傳感器電容式傳感器 Capacitance Transducer血糖乳酸測(cè)定流程血糖乳酸測(cè)定流程體育上耐力訓(xùn)練體育上耐力訓(xùn)練德國(guó)研發(fā)的環(huán)境廢水德國(guó)研發(fā)的環(huán)境廢水BODBOD分析儀分析儀手掌型葡萄糖手掌型葡萄糖(gluco

2、se)(glucose)分析儀分析儀工廠發(fā)酵車間化驗(yàn)工廠發(fā)酵車間化驗(yàn)員正在分析樣品員正在分析樣品發(fā)酵工廠谷氨酸發(fā)酵工廠谷氨酸- -葡萄糖分析葡萄糖分析4.1 傳感器概述傳感器概述1.傳感器概念 是指直接作用于被測(cè)量，并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。傳感器傳感器處于測(cè)試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個(gè)測(cè)試裝置的工作質(zhì)量。2.傳感器分類 按被測(cè)量分類位移、力、溫度、壓力、流量、速度傳感器等。 按工作原理分類機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式、化學(xué)型等。傳感器概述傳感器概述(2/5) 按信號(hào)變換特征分類物性型 依靠敏感元件本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。 如水銀溫度計(jì)、壓電式傳感器等

3、。結(jié)構(gòu)型 依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。如電容式、電感式傳感器等。 按能量變換關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換型(無源型、 發(fā)電型或主動(dòng)傳感器）直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作。 如熱電偶溫度計(jì)、彈性壓力計(jì)、壓電式傳感器。能量轉(zhuǎn)換型傳感器存在負(fù)載效應(yīng)。能量控制型( 有源型、能量調(diào)節(jié)型或被動(dòng)傳感器)由外部輔助能量使其工作，并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化。如電橋式電阻應(yīng)變計(jì)等。傳感器的換能元件可能不止一個(gè)（如電容式壓力傳感器），甚至是一個(gè)小型裝置（如力反饋式加速度計(jì)）。注意：傳感器概述傳感器概述(3/5)3.傳感器的性能要求（9）低成本、通用性強(qiáng)。（1）靈敏度高，輸入和輸出之間有較好的線性關(guān)系；（2）噪聲

4、小，并且具有抗外部噪聲的性能；（3）滯后、漂移誤差??；（4）動(dòng)態(tài)特性良好；（5）在接入測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)被測(cè)量不產(chǎn)生影響；（6）功耗小，復(fù)現(xiàn)性好，有互換性；（7）防水及抗腐蝕等性能好，能長(zhǎng)期使用；（8）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維修和校正；傳感器概述傳感器概述(4/5)傳感器的技術(shù)指標(biāo)基本參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其它指標(biāo)量程指標(biāo)量程指標(biāo):量程范圍、過載能力等靈敏度指標(biāo)靈敏度指標(biāo): :靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸入輸出阻抗等精度有關(guān)指標(biāo)精度有關(guān)指標(biāo): :精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo):固有頻率、阻尼比、時(shí)間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)

5、定時(shí)間、過沖量、穩(wěn)態(tài)誤差等溫度指標(biāo)溫度指標(biāo):工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等抗沖振指標(biāo)抗沖振指標(biāo): :允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差等其它環(huán)境參數(shù)其它環(huán)境參數(shù): :抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕能力、抗電磁干擾能力等工作壽命、平均無故障時(shí)間、保險(xiǎn)期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等使用有關(guān)指標(biāo)使用有關(guān)指標(biāo): :供電方式(直流、交流、頻率及波形等)、功率、各項(xiàng)分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等結(jié)構(gòu)方面指標(biāo)結(jié)構(gòu)方面指標(biāo): :外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等安裝連接方面指安裝連接方面指標(biāo)標(biāo): :安裝方式、饋線電纜等傳感器概述傳感器概述(5/5)4.傳感器的發(fā)展趨勢(shì)（6

6、）研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器。（1）采用新原理、開發(fā)新型傳感器；（2）大力開發(fā)物性型傳感器(因?yàn)榭拷Y(jié)構(gòu)型有些滿足不了要求)；（3）傳感器的集成化；（4）傳感器的多功能化；（5）傳感器的智能化(Smart Sensor)；4.2 傳感器選用原則傳感器選用原則1.靈敏度傳感器的靈敏度越高，可以感知的變化量越小。 傳感器往往要求有較大的信噪比。傳感器的量程范圍與靈敏度密切相關(guān)。 過高的靈敏度會(huì)影響其適用的范圍。在測(cè)量過程中，傳感器在被測(cè)量方向上的靈敏度愈高愈好，而橫向靈敏度愈小愈好； 對(duì)于二維或三維向量的測(cè)量，傳感器的交叉靈敏度愈小愈好。2.線性范圍任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與

7、輸入成比例關(guān)系。 線性范圍越寬，傳感器的工作量程越大。傳感器選用原則傳感器選用原則(2/2)3.響應(yīng)特性傳感器響應(yīng)特性必須在所測(cè)頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲，但延遲時(shí)間越短越好。4.穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間和環(huán)境。5.精確度精確度表示傳感器輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。傳感器的精確度并非越高越好，選擇時(shí)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)。6.其它選用原則如實(shí)際測(cè)試條件下的工作方式等因素。4.3 電阻式傳感器電阻式傳感器 將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再通過中間變換電路將電阻變化變換為電壓或電流進(jìn)行測(cè)量。電阻式傳感器電阻式傳感器按工作原

8、理可分為：（5）氣敏電阻式等（1）變阻器（電位器）式（2）應(yīng)變片式（彈性電阻式）（3）熱敏電阻（4）磁敏電阻式電阻式傳感器電阻式傳感器(2/22)1.電阻應(yīng)變式傳感器（1）應(yīng)變式傳感器工作原理1）金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng) 是指導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨所受機(jī)械變形（應(yīng)變）的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。電阻應(yīng)變效應(yīng)設(shè)金屬絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)，截面積為A，電阻率為，AlR則其阻值為：金屬絲變形時(shí)，、l、A將同時(shí)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致R改變。若、l、A的變化量為d、dl、dA，則：AdAdldlRdAARdRdllRdR電阻式傳感器電阻式傳感器(3/22)AdAdldlRdR即：對(duì)半徑為r的金屬電阻絲有：2r

9、ArdrdA2rdrdldlRdR2，ldl：電阻絲軸向相對(duì)變形，或稱縱向應(yīng)變。rdr：電阻絲徑向相對(duì)變形，或稱橫向應(yīng)變。ldlrdr橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變間的關(guān)系為：式中為泊松比。負(fù)號(hào)表示兩者變化相反。d：電阻率相對(duì)變化，與電阻絲軸向所受正應(yīng)力有關(guān)。電阻式傳感器電阻式傳感器(4/22)EdE為電阻絲材料的彈性模量；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)。ERdR2121RdR受力后電阻絲幾何尺寸變化所引起，對(duì)于同一材料（1+2v）為常數(shù)。受力后電阻率的改變引起，對(duì)金屬材料，E很小。即，在電阻絲拉伸比例范圍內(nèi)，電阻相對(duì)變化與其所受的軸向應(yīng)變成正比。電阻式傳感器電阻式傳感器(5/22)constant21/ldlR

10、dRsg電阻應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)或靈敏度sg定義為：通常，sg =1.74.6。2）應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理金屬絲應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)：將一根高電阻率金屬絲（康銅、鎳鉻、卡瑪合金等，直徑 0.025mm左右）繞成柵形，粘貼在絕緣的基片和覆蓋層之間，由引出導(dǎo)線接于電路中。測(cè)量原理： 應(yīng)變式傳感器是將應(yīng)變片粘貼羽壇星體表面或者直接將應(yīng)變片粘貼與被測(cè)件上，彈性體的變形通過基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵，使其阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，并通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)。電阻式傳感器電阻式傳感器(6/22)如果把位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，可以構(gòu)成各種不同的傳感器。（2）電阻應(yīng)變片的分類及材料金屬電阻

11、應(yīng)變片分為絲式、箔式和膜式。1）絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式兩種。回線式短接式電阻式傳感器電阻式傳感器(7/22)絲式應(yīng)變片制作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本低、易粘貼?；鼐€式應(yīng)變片因圓弧部分參與變形，橫向效應(yīng)較大；短接式應(yīng)變片敏感柵平行排列，兩端用直徑比柵線直徑大 510倍的鍍銀絲短接而成，其優(yōu)點(diǎn)是克服了橫向效應(yīng)。安全電流：1050mA，電阻：50 1000（典型120）。2）箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片由厚度為 110m 的康銅箔或鎳鉻箔經(jīng)光刻，腐蝕工藝制成的柵狀箔片。 大批量生產(chǎn)，可制成多種復(fù)雜形狀； 散熱好，允許電流大； 橫向效應(yīng)、蠕變和機(jī)械滯后小，疲勞壽命長(zhǎng)； 柔性好（可貼于形狀復(fù)雜的表面

12、），傳遞試件應(yīng)變性能好。電阻式傳感器電阻式傳感器(8/22)3）膜式應(yīng)變片采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1mm以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵。 應(yīng)變靈敏系數(shù)大； 允許電流密度大； 工作范圍廣，可達(dá)-197317。（3）電阻應(yīng)變片的應(yīng)用 直接用來測(cè)量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力； 將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測(cè)量力、位移、壓力、加速度等物理參數(shù)的傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器(9/22)齒輪輪齒彎矩x位移傳感器m質(zhì)塊加速度傳感器F柱式測(cè)力傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器(10/22) 應(yīng)用注意事項(xiàng)應(yīng)變極限：機(jī)械滯后： 零漂和蠕變：零漂：恒定溫度，無機(jī)械應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片阻值隨時(shí)間變化

13、的特性。蠕變：恒定溫度、恒定應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片阻值隨時(shí)間變化的特性。 隨應(yīng)變加大，應(yīng)變片輸出的非線性加大，一般將誤差達(dá)到10% 時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，作為應(yīng)變片的應(yīng)變極限。 敏感柵、底基及膠粘層承受機(jī)械應(yīng)變后，一般都會(huì)存在殘余變形，造成應(yīng)變片的機(jī)械滯后最大工作電流：應(yīng)變片正常工作允許通過的最大電流。通常靜態(tài)測(cè)量時(shí)為 25 mA， 動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)為 75100 mA。工作電流過大會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變片過熱、靈敏度變化、零漂和蠕變?cè)黾?，甚至燒毀。電阻式傳感器電阻式傳感?11/22)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性應(yīng)變片柵長(zhǎng) (mm)0.20.51235101520最高工作頻率 (KHz) 125050025012583.3502516.61

14、2.5溫度影響：溫度變化導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化與由應(yīng)變引起的電阻變化往往具有同等數(shù)量級(jí)，須用適當(dāng)電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償。（4）電阻應(yīng)變片的特點(diǎn) 性能穩(wěn)定、精度高，綜合誤差在 1.0% 0.1%，高精度力傳感器已能達(dá)到0.03% 0.01%； 測(cè)量范圍廣；壓力：104109Pa；力：0.1 107N。 能適應(yīng)較大的振動(dòng)和沖擊，抗輻射能力強(qiáng)。電阻式傳感器電阻式傳感器(12/22)2.壓阻式傳感器（1）基本工作原理 是指半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。壓阻效應(yīng)單晶半導(dǎo)體在外力作用下的電阻變化量仍為：ERdR21對(duì)半導(dǎo)體而言，電阻率變化引起的電阻變化E遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于形變引起的電阻變化(1+2v) ，

15、則 實(shí)際上，任何材料都不同程度地呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。ddRdR)21 (電阻式傳感器電阻式傳感器(13/22)ERdRsLg/靈敏度系數(shù)：EdLL由半導(dǎo)體理論 E 半導(dǎo)體材料的彈性模量。L 沿某晶向L的壓阻系數(shù)； 沿某晶向L的應(yīng)力；半導(dǎo)體電阻材料的靈敏系數(shù)比金屬絲要高5070倍。例：對(duì)于半導(dǎo)體硅，L=(4080)10-11m2/N，E=1.671011Pa，則Sg = LE50100。電阻式傳感器電阻式傳感器(14/22)（2）壓阻式傳感器類型與特點(diǎn) 壓阻式傳感器有兩種類型1）利用半導(dǎo)體材料的體電阻制成粘貼式的應(yīng)變片，其使用方法與電阻應(yīng)變片類似；2）在半導(dǎo)體材料的基片上

16、用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作為測(cè)量傳感元件，測(cè)量壓力和加速度等物理量。 壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)是溫度誤差大，故需溫度補(bǔ)償或恒溫條件下使用。1）靈敏度非常高；2）分辨率高，例如測(cè)量壓力時(shí)可測(cè)出1020Pa的微壓；3）測(cè)量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高；4）可測(cè)量低頻加速度和直線加速度。電阻式傳感器電阻式傳感器(15/22)3. 變阻器式傳感器（1）變阻器式傳感器的結(jié)構(gòu)和原理變阻器式傳感器實(shí)際是精密線繞電位器，通過改變電位器觸頭位置將位移轉(zhuǎn)換為電阻變化。導(dǎo)體材質(zhì)和截面積一定，其阻值隨導(dǎo)線長(zhǎng)度而線性變化。變阻器式傳感器除可以測(cè)量線位移和角位移，還可以測(cè)量任何可以轉(zhuǎn)換為位移的物理參數(shù)，如壓力

17、、加速度等。1）直線位移型xCxABCR改變觸點(diǎn)C的位置時(shí)，AC間電阻值為xkRlkl：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)的電阻值電阻式傳感器電阻式傳感器(16/22)lkdxdRs傳感器靈敏度：（/m）當(dāng)導(dǎo)線均勻分布時(shí)，輸出（電阻）與輸入（位移）成線性關(guān)系。2）角位移型kR ： 角位移；k：?jiǎn)挝换《入娮柚?。傳感器靈敏度：（/rad） kddRsACB電阻式傳感器電阻式傳感器(17/22)3）非線性型2kxR （2）變阻器式傳感器的特性變阻器式傳感器具有階梯特性和負(fù)載效應(yīng)。xACB電阻式傳感器電阻式傳感器(18/22)階梯輸出特性 是指電位器觸點(diǎn)的最小位移為線圈的一匝，每當(dāng)觸點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，輸出電阻產(chǎn)生一匝電阻值的跳

18、躍，即輸出電阻值不是位移的連續(xù)函數(shù)，而是階梯形折線。理想電位器每個(gè)階梯大小均相同，通過每個(gè)階梯中點(diǎn)的直線即為理論特性曲線。xR01）階梯輸出特性電阻式傳感器電阻式傳感器(19/22)階梯誤差是指理想階梯特性線對(duì)理論直線的最大偏差。 階梯誤差%1002121nRnRej式中，n為總匝數(shù)。顯然，減小ej必須增加n，當(dāng)骨架長(zhǎng)度不變時(shí)，只有減小線徑。 分辨率（力）定義為電位器總匝數(shù)的倒數(shù)。分辨率例：1000匝直線型線繞電位器，分辨率為0.1%，即該電位器僅能檢測(cè)到它的總量程1/1000以上的位移量。電阻式傳感器電阻式傳感器(20/22) 線性度線性度 是指由于電阻絲本身的不均勻性或間隔的不均勻?qū)е码A梯

19、特性非理想階梯，增加了傳感器的非線性性。2）負(fù)載特性u(píng)0 xpxRLuy對(duì)于后接電阻分壓電路的變阻器式傳感器：0200uRRRRRRRuxxLLxy其中：R0：變阻器總電阻； Rx：x段的電阻。 電阻式傳感器電阻式傳感器(21/22)0RRrxpxxr 令，對(duì)直線位移型變阻器，0)1 (1urmrruyLRRm0于是：其中：0ruuyo易知，空載時(shí)： 。由此可見，接入負(fù)載電阻RL后，輸出uy與r不再保持線性關(guān)系。負(fù)載誤差由負(fù)載特性引起的非線性誤差。01102030405060m = 5m = 2m = 1m = 0.5m = 0.1m = 0reL%100)1 (111%100rmruuuey

20、oyoyL若整個(gè)行程內(nèi)誤差不超過13%，必須有：RL (1020)R0。電阻式傳感器電阻式傳感器(22/22)因觸點(diǎn)與繞線間存在摩擦，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。分辨力低，一般小于20m。噪聲大。 主要應(yīng)用于線位移、角位移測(cè)量?；蜃鳛樗欧涗泝x或電子電位差計(jì)。 （3）變阻器式傳感器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便，輸出信號(hào)大，受外界條件影響小。缺點(diǎn)：（4）變阻器式傳感器的應(yīng)用4.4 電感式傳感器電感式傳感器 將被測(cè)量，如位移或能轉(zhuǎn)換成位移的機(jī)械量，轉(zhuǎn)換為電感量的變化。電感式傳感器 互感型（差動(dòng)變壓器式）按照變換方式的不同可分為： 自感型（包括可變磁阻式與渦電流式）1. 自感型傳感器（1）可變磁阻式傳感

21、器可變磁阻式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵組成，在鐵芯與銜鐵之間存在氣隙。電感式傳感器電感式傳感器(2/22)由電工學(xué)可知，線圈自感量：mRWiWL2W：線圈匝數(shù)；i ：線圈中流過的電流；：通過線圈的磁通量；Rm：磁路的總磁阻（H-1）； Rm= RF + RRF：鐵芯與銜鐵的磁阻；R：空氣隙磁阻。ix123L01-線圈 2-鐵心 3-銜鐵電感式傳感器電感式傳感器(3/22)其中：l1、l2 ：鐵芯和銜鐵的導(dǎo)磁長(zhǎng)度； 1、2：鐵芯和銜鐵的磁導(dǎo)率； A1、A2：鐵芯和銜鐵的導(dǎo)磁截面積； ：氣隙長(zhǎng)度； 0 ：空氣磁導(dǎo)率，0=410-7； A0 ：空氣隙導(dǎo)磁截面積。002221112AAlAlRm若不考慮

22、磁路的鐵損，且空氣隙較小時(shí)：002ARm一般，1和2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0，即：RF R ，因此：電感式傳感器電感式傳感器(4/22)2002AWL 從而：自感L與氣隙成反比，與氣隙導(dǎo)磁截面積A0成正比。結(jié)論：當(dāng)固定A0，變化時(shí)，L與成非線性關(guān)系，傳感器靈敏度：LAWLS20022為了減小非線性誤差，/00.1。變氣隙長(zhǎng)度式傳感器適用于微小位移的測(cè)量，范圍：0.0011mm。傳感器靈敏度與氣隙長(zhǎng)度的平方成反比。結(jié)論：電感式傳感器電感式傳感器(5/22)1）可變磁阻式傳感器典型結(jié)構(gòu) 可變導(dǎo)磁面積型特點(diǎn)：線性，靈敏度低。 差動(dòng)變氣隙型特點(diǎn)：提高靈敏度，改善線性性。xx00電感式傳感器電感式傳感器(6/22)特

23、點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制造，靈敏度低，適于較大位移（數(shù)毫米）測(cè)量。 單螺管線圈型 雙螺管差動(dòng)型特點(diǎn)：提高靈敏度，改善線性性。xx電感式傳感器電感式傳感器(7/22)2）差動(dòng)變氣隙傳感器工作原理對(duì)差動(dòng)式傳感器，當(dāng)共用銜鐵位移時(shí)，兩線圈的間隙按0、0+變化，即一個(gè)線圈自感增加，另一個(gè)減小：1002111)(2LAWLLL1002221)(2LAWLLL 3211LL當(dāng)/ e2，eo與e1同相。 ioeLRMe2222 鐵芯P下移：M1 = MM，M2 = M+M，e1 e2，eo0，eo與e2同相。 ioeLRMe2222顯然eo與M成正比。電感式傳感器電感式傳感器(21/22)（3）幾點(diǎn)說明 存在零點(diǎn)

24、殘余電壓（鐵芯位于中心處時(shí)，M1M2，eo0）； 傳感器輸出電壓包含了位移的大小及方向，但因其為交流信號(hào)，只有接入相應(yīng)電路（相敏檢波），才能提取出這兩種信息。用于小位移測(cè)量，其中R用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)殘余電壓的大小。放大器相敏檢波振蕩器差動(dòng)相敏檢波電路工作原理xR電感式傳感器電感式傳感器(22/22)（4）差動(dòng)變壓器式傳感器的優(yōu)點(diǎn) 包含機(jī)械結(jié)構(gòu)，頻率響應(yīng)較低，不宜測(cè)量高頻動(dòng)態(tài)參量。 精度高(0.1m 數(shù)量級(jí)，最高可達(dá)0.01m )，高精度型非線性誤差可達(dá)0.1%； 線性范圍大（可達(dá)100mm）； 穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便； 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理3.4 3.4 電感式傳感器電

25、感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。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4.4 電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型自感型-可變磁阻式可變磁阻式可變導(dǎo)磁面積型可變導(dǎo)磁面積型差動(dòng)型差動(dòng)型2002ANL 原理原理: :電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)電感式接近傳感器（金屬）電感式接近傳感器（金屬）3.4 電感式傳感器電感式傳感器教學(xué)用低成本四線制無二次儀表傳感器教學(xué)用低成本四線制無二次儀表傳感器3.4 電感式傳感器電感式傳感器2 2 渦流式渦流

26、式原理原理: :渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)3.4 電感式傳感器電感式傳感器原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z Z變化：變化：),(ZZ 3.4 電感式傳感器電感式傳感器3.4 電感式傳感器電感式傳感器產(chǎn)品：產(chǎn)品：3.4 電感式傳感器電感式傳感器案例：連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量案例：連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle3.4 電感式傳感器電感式傳感器案例：無損探傷案例：無損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化。火車輪檢測(cè)火車輪檢測(cè)油管檢測(cè)油管檢測(cè)3.4 電感式傳感器電感式傳感器2 2 互感型互感型-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器WW1W2Esx-x工作原理工作原

27、理: :互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.EwEout3.4 電感式傳感器電感式傳感器單螺管線圈型單螺管線圈型螺管線圈差動(dòng)螺管線圈差動(dòng)雙螺管線圈差動(dòng)型雙螺管線圈差動(dòng)型傳感器測(cè)量電路傳感器測(cè)量電路3.4 電感式傳感器電感式傳感器差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器測(cè)量電路測(cè)量電路3.4 電感式傳感器電感式傳感器差動(dòng)變壓器位移傳感器差動(dòng)變壓器位移傳感器3.4 電感式傳感器電感式傳感器案例：案例：板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量 3.4 電感式傳感器電感式傳感器案例：案例：張力測(cè)量張力測(cè)量3.4 電感式傳感器電感式傳感器4.5 電容式傳感器電容式傳感器1.工作原理及分類電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。A電容式傳感

28、器實(shí)質(zhì)是一具有可變參數(shù)的電容器。AC0電容量為式中，：介質(zhì)相對(duì)真空的介電常數(shù)，空氣1； 0：真空的介電常數(shù)，0=8.8510-12F/m； ：極板間距；A：極板面積。、A或發(fā)生變化都會(huì)引起C變化電容式傳感器電容式傳感器(2/12)實(shí)際使用中，通常僅改變一個(gè)參數(shù)，根據(jù)變化參數(shù)的不同，可分為三類： 改變極板間距的極距變化型； 改變極板相互遮蓋面積的面積變化型； 改變極板間介質(zhì)的介質(zhì)變化型（改變）； （1）極距變化型電容式傳感器000ACC 與極距成反比， 當(dāng)極板間距減小時(shí)，電容為：00AC0C0C極距變化型電容傳感器電容式傳感器電容式傳感器(3/12) 30200001CC100000001/1/

29、CCCCCC電容增量為：當(dāng)/01時(shí)，有：（近似線性） 00CC忽略非線性項(xiàng)，得： 403020非線性誤差為：20000ACCS靈敏度：電容式傳感器電容式傳感器(4/12)靈敏度與極距的平方成反比，極距越小，靈敏度越高，但極距受極板間擊穿電壓的限制。030200001 CC設(shè)間距增加 通常極距變化范圍/00.1，僅適于較小位移的測(cè)量（0.01m數(shù)百微米）。實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度、線性性及克服某些外界條件（如電源電壓、環(huán)境溫度等）的變化對(duì)測(cè)量精度的影響常采用差動(dòng)式，靈敏度提高一倍，非線性誤差減小為： 705030221電容式傳感器電容式傳感器(5/12)（2）面積變化型電容式傳感器面積變化型電

30、容式傳感器的工作原理是在被測(cè)參數(shù)的作用下來變化極板的有效面積，常分為角位移型和線性位移型。1）角位移型 22rA220rC constant220rddCS：覆蓋面積對(duì)應(yīng)的中心角；r： 極板半徑。1 動(dòng)板 2 定板12電容式傳感器電容式傳感器(6/12) 2）平面線位移型bxA bxC0constant0bdxdCS其中，b：極板寬度。 xxxb121 動(dòng)板 2 定板電容式傳感器電容式傳感器(7/12) 3）圓柱線位移型 )/ln(20dDxCconstant)/ln(20dDdxdCS其中，D：圓筒孔徑； d ：圓柱外徑。面積變化型電容傳感器輸入輸出成線性關(guān)系，但靈敏度較低，適用較大直線位移

31、及角位移測(cè)量。 dD12xl01 動(dòng)板 2 定板電容式傳感器電容式傳感器(8/12)（3）介質(zhì)變化型電容式傳感器厚度為2 的介質(zhì)(介電常數(shù)2)在電容器中左右運(yùn)動(dòng)，電容器介質(zhì)介電常數(shù)改變，電容量改變。介質(zhì)2寬度大于等于b。10blC 無介質(zhì)2時(shí)，存在介質(zhì)2時(shí)，C=CA+CB （并聯(lián)）2121CCCCCA22112212)(bxbxb電容器極板寬度CACB12xl2電容式傳感器電容式傳感器(9/12)lxCCxlbCB001)(其中，1= - 2。212121001lxCCC21212101lCdxdCS顯然，靈敏度為常數(shù)，輸入輸出成線性關(guān)系。2.特點(diǎn)與應(yīng)用 輸入能量小（極板間靜電引力?。?、靈敏度

32、高動(dòng)態(tài)特性好（可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高）；1）特點(diǎn)電容式傳感器電容式傳感器(10/12) 可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量； 一般傳感器兩極板間電容很小（幾皮法 幾十皮法），不僅導(dǎo)致低頻輸出阻抗很大（幾十甚至上百M(fèi)），負(fù)載能力弱，而且電纜分布電容（大且不穩(wěn)定）影響大。2）測(cè)量電路電橋型電路L1L2C1C2放大相敏解調(diào)濾波電容式傳感器電容式傳感器(11/12)振蕩器C1L1L2C2Cx放大檢波輸出諧振電路調(diào)頻振蕩器限幅鑒頻放大輸出Cx傳感器調(diào)頻電路3）應(yīng)用 電容式測(cè)厚；軋輥工作極板被測(cè)帶材電容式傳感器電容式傳感器(12/12) 轉(zhuǎn)速測(cè)量；12341 齒輪2 定極3 電容傳感器 4 頻率計(jì)4.6 4.6 壓電式傳感

33、器壓電式傳感器 1.1.工作原理工作原理: :壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) +串聯(lián)串聯(lián)+并聯(lián)并聯(lián) 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。F+q=DFD：壓電系數(shù)；：壓電系數(shù)；F：施加力的大小：施加力的大小4.6壓電式傳感器壓電式傳感器 2 2、測(cè)量電路、測(cè)量電路 壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)把傳壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號(hào)先

34、輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。 產(chǎn)品產(chǎn)品壓力變送器壓力變送器加速度計(jì)加速度計(jì)力傳感器力傳感器 4.6壓電式傳感器壓電式傳感器 2022-5-19882壓電變換元件的應(yīng)用特性：壓電變換元件的應(yīng)用特性：壓電變換元件相當(dāng)于電荷源，其等效電路為：壓電變換元件相當(dāng)于電荷源，其等效電路為： 00/iiCCCRRR電路方程：電路方程： ( ).Q tCvi dt2022-5-1989( )dQ tdvdvvCiCdtdtdtR 兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換有：兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換有： 1(

35、 )( )( )1( )( )1( )11SQ sCSV sV sRV sRSCH sQ sRCSRSC1/()11CH jjcR當(dāng)輸入當(dāng)輸入 00( )sinF tFt時(shí)時(shí) 2022-5-19900000( )sinsinQ tDFtQt輸出輸出： 0000( )|() | sin()u tQH jt 其幅值：其幅值： 0002200/111()1()QCDFCVCRCR可見，若想使輸出信號(hào)保持一定的幅值，可見，若想使輸出信號(hào)保持一定的幅值，有一個(gè)范圍，或者說有一個(gè)范圍，或者說 1RC時(shí)時(shí) 00/VQC所以必須有足夠大的時(shí)間常數(shù)所以必須有足夠大的時(shí)間常數(shù)RC，但，但C大，大，V0小，相當(dāng)于靈

36、敏度小，相當(dāng)于靈敏度低，所以，要求低，所以，要求R大。而對(duì)于頻率較低或直流信號(hào)，用這種壓電機(jī)大。而對(duì)于頻率較低或直流信號(hào)，用這種壓電機(jī)理構(gòu)成的傳感器，就不能測(cè)量或誤差很大。理構(gòu)成的傳感器，就不能測(cè)量或誤差很大。【演示演示】案例：熱軋?jiān)O(shè)備診斷案例：熱軋?jiān)O(shè)備診斷4.6壓電式傳感器壓電式傳感器 2022-5-19924.7 4.7 磁電式傳感器磁電式傳感器 1.1.變換原理變換原理: : 磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。dtdWe感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e e為為磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)

37、動(dòng)速度有磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 cosSB),(mdtdRB2 2 分類分類 磁磁電電式式動(dòng)圈式動(dòng)圈式磁阻式磁阻式線速度型線速度型角速度型角速度型N4.7 磁電式傳感器磁電式傳感器 動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈式傳感器 線速度型線速度型4.7 磁電式傳感器磁電式傳感器 角速度型角速度型測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)4.7 磁電式傳感器磁電式傳感器 磁阻式傳感器磁阻式傳感器 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器4.7 磁電式傳感器磁電式傳感器 N NS S案例：鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子斷細(xì)條檢測(cè)案例：鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子斷細(xì)條檢測(cè)4.7 磁電

38、式傳感器磁電式傳感器 4.7.2 4.7.2 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 sinIBKVHH 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 1 1 霍爾元件霍爾元件 霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示?；魻栐苫魻柶?、四根引線和殼體組成，如圖示。 測(cè)轉(zhuǎn)角：測(cè)轉(zhuǎn)角：電流傳感器電流傳感器 當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)

39、磁場(chǎng)大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)。 鐵磁材料裂紋檢測(cè)鐵磁材料裂紋檢測(cè) NS葉片和齒輪位置傳感器葉片和齒輪位置傳感器應(yīng)用應(yīng)用 案例：案例：汽車速度測(cè)量汽車速度測(cè)量:2 2 磁電阻元件磁電阻元件磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng))1 ()1 (cos/2202020BRRRR- -+ +lwx特點(diǎn)特點(diǎn) 電阻的增量與磁場(chǎng)的平方成正比；電阻的增量與磁場(chǎng)的平方成正比； 與磁場(chǎng)的正負(fù)無關(guān)；與磁場(chǎng)的正負(fù)無關(guān)； 溫度系數(shù)影響大；溫度系數(shù)影響大； 磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。應(yīng)用應(yīng)用 磁頭；接近開關(guān)和

40、無觸點(diǎn)開關(guān)。磁頭；接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。3 3 磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類霍爾元件霍爾元件磁電阻元件磁電阻元件磁敏二極管磁敏二極管磁晶體管磁晶體管磁半導(dǎo)體開關(guān)磁半導(dǎo)體開關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)品案例：轉(zhuǎn)速測(cè)量案例：轉(zhuǎn)速測(cè)量4.8 4.8 光電傳感器光電傳感器 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外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(hào)的器件。線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子- -空穴對(duì)空穴對(duì)

41、, ,使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)使其導(dǎo)電性能增強(qiáng), ,光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象, ,稱為稱為內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管3. 傳感器原理傳感器原理 3. 傳感器原理傳感器原理 照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光光控?zé)艄饪責(zé)艄I(yè)控制工業(yè)控制光電池光電池 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)受到光照后結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見光作光源產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)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。的光電池是常用的光生伏特型器

42、件。+-PN應(yīng)用應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、四種、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式?；拘问?。 案例：案例：光電鼠標(biāo)就是利用光電鼠標(biāo)就是利用LEDLED與光敏晶體管組合來與光敏晶體管組合來 測(cè)量位移。測(cè)量位移。亮度傳感器：亮度傳感器：通過檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比通過檢測(cè)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，有效利用自然光線，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)約電能的目的。達(dá)到節(jié)約電能的目的。相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感器相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感

43、器光纖傳感器光纖傳感器 物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。 1 1）物性型光纖傳感器）物性型光纖傳感器4.9 新型傳感器新型傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器 1.1.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì) 把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化?；D(zhuǎn)換成機(jī)械量變化。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固牢固可靠可靠防爆防爆 熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感

44、器熒光燈啟輝器熒光燈啟輝器零線零線火線火線 當(dāng)電路接通，啟輝器兩端極片得電，當(dāng)電路接通，啟輝器兩端極片得電，擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電），擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電），雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形成閉合電路。電路中電流突然中斷，成閉合電路。電路中電流突然中斷，使鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個(gè)比電源電壓高使鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個(gè)比電源電壓高得多的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，得多的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光放電放電. .熱敏傳感器熱敏傳感器熒光燈啟輝器熒光燈啟輝器 啟輝器由玻璃管制成的輝光放電管與小電容器并聯(lián)而成

45、輝光放電管內(nèi)啟輝器由玻璃管制成的輝光放電管與小電容器并聯(lián)而成輝光放電管內(nèi)有一個(gè)有一個(gè)U形雙金屬片，一個(gè)固定靜止觸極電板，稱為靜觸板或靜觸極，玻形雙金屬片，一個(gè)固定靜止觸極電板，稱為靜觸板或靜觸極，玻璃管內(nèi)充有氖氣或氬氣，或氖氬混合的惰性氣體。當(dāng)電路接通，啟輝器兩璃管內(nèi)充有氖氣或氬氣，或氖氬混合的惰性氣體。當(dāng)電路接通，啟輝器兩端極片得電，擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電過程），雙金屬片發(fā)熱彎曲端極片得電，擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電過程），雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形成閉合電路。此時(shí)電流直接經(jīng)過雙金屬片與靜觸板流通，而與靜觸板接通形成閉合電路。此時(shí)電流直接經(jīng)過雙金屬片與靜觸板流通，惰性氣體失去作

46、用而不放電，雙金屬片開始冷卻，經(jīng)過惰性氣體失去作用而不放電，雙金屬片開始冷卻，經(jīng)過18秒的時(shí)間，雙秒的時(shí)間，雙金屬片收縮回原來狀態(tài)，啟輝器停止工作。金屬片收縮回原來狀態(tài)，啟輝器停止工作。2. 2. 熱電溫度計(jì)熱電溫度計(jì)( (熱電偶熱電偶) ) 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體將兩種不同材料的導(dǎo)體A A和和B B串接成一個(gè)閉合串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。生熱電勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱敏傳感器熱敏傳感器BAABNNekTTEln)(ABTT0k k玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常

47、數(shù)，e e電子電荷量，電子電荷量，T T接觸處的溫度接觸處的溫度NANA，NBNB分別為導(dǎo)體分別為導(dǎo)體A A和和B B的自由電子密度。的自由電子密度。BAABNNekTTEln)(00熱敏傳感器熱敏傳感器熱電偶測(cè)溫基本定律熱電偶測(cè)溫基本定律1)1)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn)體的橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。生熱電動(dòng)勢(shì)。TT02)中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)

48、影響要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。TT0V熱敏傳感器熱敏傳感器3)3)參考電極定律參考電極定律 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A,BA,B分別與參考電極分別與參考電極C C組成熱電偶，如組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A A和和B B兩極配對(duì)后兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。熱敏傳感器熱敏傳感器熱

49、敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器3 3 熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器 半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。值下降。 熱敏傳感器熱敏傳感器)11(00TTeRRRT熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品溫控器溫控器熱敏傳感器熱敏傳感器應(yīng)用應(yīng)用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器水溫感應(yīng)塞水溫感應(yīng)塞還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等還廣泛應(yīng)

50、用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。 如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)0.80.81.15 ml/L1.15 ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟?。還時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟?。還有易燃、易爆氣體、酒精等的探測(cè)。有易燃、易爆氣體、酒精等的探測(cè)。煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器酒精傳感器酒精傳感器二氧化碳傳感器二氧化

51、碳傳感器氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇氧化錳。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇等時(shí)，電阻發(fā)生變化。等時(shí)，電阻發(fā)生變化。從而使氣敏元件電阻值隨被從而使氣敏元件電阻值隨被測(cè)氣體的濃度改變而變化。測(cè)氣體的濃度改變而變化。 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器實(shí)驗(yàn)室中的傳感器實(shí)驗(yàn)室中的傳感器氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器燃?xì)鈭?bào)警器燃?xì)鈭?bào)警器煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器 酒精傳感器酒精傳感器氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器光纖流速傳感器光

52、纖流速傳感器光纖傳感器光纖傳感器 結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件與光纖結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。功能型光纖傳感器。2 2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器光纖傳感器光纖傳感器光纖檢測(cè)型光電傳感器光纖檢測(cè)型光電傳感器作業(yè)件檢測(cè)作業(yè)件檢測(cè)顏色檢測(cè)顏色檢測(cè)光纖傳感器光纖傳感器超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 1)1)聲波及其分類聲波及其分類(1)(1)次聲波，振動(dòng)頻率低于次聲波，振動(dòng)頻率低于l6Hzl6H

53、z的機(jī)械波。的機(jī)械波。(2)(2)聲波聲波: :振動(dòng)頻率在振動(dòng)頻率在16Hz20KHz16Hz20KHz之間的機(jī)械波。之間的機(jī)械波。(3)(3)超聲波超聲波: :高于高于20KHz20KHz的機(jī)械波。的機(jī)械波。2 2）超聲波的物理性質(zhì)）超聲波的物理性質(zhì) 超聲波與聲波比，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，具有超聲波與聲波比，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。遠(yuǎn)大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器聲壓聲壓 所謂聲壓，是指某點(diǎn)上各瞬間的壓力與大氣壓所謂聲壓，

54、是指某點(diǎn)上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為力之差值，單位為PaPa，1Pa =1N/m1Pa =1N/m2 2。聲強(qiáng)聲強(qiáng) 聲強(qiáng)是聲波在傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)通過單聲強(qiáng)是聲波在傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的能量，單位為位面積的能量，單位為W/m2W/m2。聲功率聲功率 聲功率聲功率( (W W) )是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量，單位是量，單位是W W。超聲波傳感器原理超聲波傳感器原理 超聲波發(fā)射原理是把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，超聲波發(fā)射原理是把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)射出超聲波。產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)射出超聲波。 接收原理是當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時(shí)，使接收原理是當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時(shí)，使磁滯材料磁場(chǎng)變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。磁滯材料磁場(chǎng)變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器超聲波傳感器對(duì)超聲波傳感器對(duì)超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器超聲波傳感器應(yīng)用超聲波傳感器應(yīng)用 超