測(cè)試技術(shù)學(xué)習(xí)課件第3章

1、第三章第三章 常用的傳感器常用的傳感器傳傳感感器器3.1 概述概述3.2 傳感器的分類傳感器的分類3.3 機(jī)械式傳感器機(jī)械式傳感器3.4 電阻式傳感器電阻式傳感器3.6 電感式傳感器電感式傳感器3.5 電容式傳感器電容式傳感器本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容3.8 壓電式傳感器壓電式傳感器3.7 磁電式傳感器磁電式傳感器3.9 熱電式傳感器熱電式傳感器3.10 光電傳感器光電傳感器3.11 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器3.12 傳感器的選用原則傳感器的選用原則概概述述3.1 概述概述3.1.1 傳感器傳感器(Sensor)定義定義 傳感器是個(gè)器件或裝置，能感受被測(cè)量、并按傳感器是個(gè)器件或裝置，能感受被測(cè)量

2、、并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)。通常由照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)。通常由敏感元敏感元件件和和轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件組成。組成。 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置。換成電信號(hào)的器件或裝置。返回概概述述3.1.2 傳感器在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用傳感器在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用1）敏感作用：感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)）敏感作用：感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)2）變換作用：被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理的）變換作用：被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理的電信號(hào)電

3、信號(hào)返回傳傳感感器器的的分分類類3.2 傳感器的分類傳感器的分類1. 按照被測(cè)量分類，分為位移、力、溫度傳感器等按照被測(cè)量分類，分為位移、力、溫度傳感器等2. 按照傳感器的工作原理，分為機(jī)械式、電氣式、光按照傳感器的工作原理，分為機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式、流體式等學(xué)式、流體式等3. 按照信號(hào)變換特征，分為物性型和結(jié)構(gòu)型按照信號(hào)變換特征，分為物性型和結(jié)構(gòu)型 a. 物性型傳感器：依靠敏感元件材料本身物理化學(xué)物性型傳感器：依靠敏感元件材料本身物理化學(xué)性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換。如水銀溫度計(jì)，利用性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換。如水銀溫度計(jì)，利用水銀的熱脹冷縮現(xiàn)象，壓電測(cè)力計(jì)是利用石英晶體的水銀的熱脹冷縮現(xiàn)

4、象，壓電測(cè)力計(jì)是利用石英晶體的壓電效應(yīng)等。壓電效應(yīng)等。傳傳感感器器的的分分類類b. 結(jié)構(gòu)型傳感器：是依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化而實(shí)結(jié)構(gòu)型傳感器：是依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的。如電容式傳感器依靠極板間距離變化現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的。如電容式傳感器依靠極板間距離變化引起電容量的變化。引起電容量的變化。4. 按照敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系，分為能按照敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系，分為能量轉(zhuǎn)換型與能量控制型量轉(zhuǎn)換型與能量控制型 a. 能量轉(zhuǎn)換型傳感器：被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作能量轉(zhuǎn)換型傳感器：被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作,如壓電式傳感器如壓電式傳感器 b. 能量控制型傳感器：從外部供給輔助能量

5、使傳感能量控制型傳感器：從外部供給輔助能量使傳感器工作，并由被測(cè)量來(lái)控制外部供給能量的變化。器工作，并由被測(cè)量來(lái)控制外部供給能量的變化。5. 按照輸出信號(hào)不同，分為模擬式和數(shù)字式按照輸出信號(hào)不同，分為模擬式和數(shù)字式返回機(jī)機(jī)械械式式傳傳感感器器3.3 機(jī)械式傳感器機(jī)械式傳感器 把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成彈性變形，如彈簧秤等把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成彈性變形，如彈簧秤等輸入量：力、壓力、溫度等物理量輸入量：力、壓力、溫度等物理量輸出量：彈性元件本身的彈性變形輸出量：彈性元件本身的彈性變形返回電電阻阻式式傳傳感感器器3.4 電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換

6、為電阻變化的一種傳感器3.4.1 變阻器式傳感器變阻器式傳感器1）原理：通過(guò)改變電位器觸點(diǎn)位置，把觸點(diǎn)的位移轉(zhuǎn)）原理：通過(guò)改變電位器觸點(diǎn)位置，把觸點(diǎn)的位移轉(zhuǎn)換為電阻值的變化換為電阻值的變化 AlR：電阻率：電阻率 2）靈敏度：電阻絲長(zhǎng)度與電阻值成線性比）靈敏度：電阻絲長(zhǎng)度與電阻值成線性比AlRS 電阻值：電阻值：電電阻阻式式傳傳感感器器3.4.2 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器1）原理：電阻絲沿軸向伸縮應(yīng)變，截面積和電阻）原理：電阻絲沿軸向伸縮應(yīng)變，截面積和電阻率也隨著改變，從而將應(yīng)變（應(yīng)力）轉(zhuǎn)換為電阻值率也隨著改變，從而將應(yīng)變（應(yīng)力）轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。的變化。電電阻阻式式傳傳感感器器Al

7、RdAldAAldlAdR22rA dAldrrlr2dlAdR42 )d1drr2dll1(R d1drr2dll1RdR2）靈敏度）靈敏度電電阻阻式式傳傳感感器器徑向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的關(guān)系式：徑向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的關(guān)系式：ldlrdr：電阻絲材料的泊桑比：電阻絲材料的泊桑比 ：電阻絲軸向相對(duì)變形，：電阻絲軸向相對(duì)變形， 也稱縱向應(yīng)變也稱縱向應(yīng)變 電阻率的變化率與軸向正應(yīng)力電阻率的變化率與軸向正應(yīng)力 的關(guān)系：的關(guān)系： Ed：壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)：壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān) E：電阻絲材料的彈性模量：電阻絲材料的彈性模量 電電阻阻式式傳傳感感器器有：有： EERdR)21 (2其中：其中： )21 (

8、項(xiàng)由幾何尺寸變化引起項(xiàng)由幾何尺寸變化引起 E項(xiàng)由電阻率變化引起項(xiàng)由電阻率變化引起 3）金屬電阻應(yīng)變片）金屬電阻應(yīng)變片電電阻阻式式傳傳感感器器a. 金屬電阻應(yīng)變片的電阻變化與應(yīng)變的關(guān)系金屬電阻應(yīng)變片的電阻變化與應(yīng)變的關(guān)系 金屬電阻絲的金屬電阻絲的 E很小，可忽略，有：很小，可忽略，有： )21 ( RdR即：電阻絲的電阻相對(duì)變化率與應(yīng)變成正比即：電阻絲的電阻相對(duì)變化率與應(yīng)變成正比21/ldlRdRSgSg為常數(shù)為常數(shù)靈敏度：靈敏度：b. 使用方式使用方式把應(yīng)變片用特制膠水固在彈性元件或需要測(cè)量變形把應(yīng)變片用特制膠水固在彈性元件或需要測(cè)量變形的物體表面上。在外力作用下，電阻絲隨同該物體的物體表面上

9、。在外力作用下，電阻絲隨同該物體一起變形。一起變形。 電電阻阻式式傳傳感感器器2）半導(dǎo)體應(yīng)變片）半導(dǎo)體應(yīng)變片a. 電阻變化與應(yīng)變的關(guān)系電阻變化與應(yīng)變的關(guān)系)21 ( EERdR靈敏度：靈敏度： ESg遠(yuǎn)大于金屬電阻絲應(yīng)變片的靈敏度遠(yuǎn)大于金屬電阻絲應(yīng)變片的靈敏度 電電阻阻式式傳傳感感器器返回金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的比較金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的比較：a. 金屬應(yīng)變片的穩(wěn)定性和溫度特性較好金屬應(yīng)變片的穩(wěn)定性和溫度特性較好b. 半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度較高半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度較高應(yīng)變片粘合劑和粘合技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果有直接的影響應(yīng)變片粘合劑和粘合技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果有直接的影響 電電容容式式傳傳感感器器3.5 電

10、容式傳感器電容式傳感器將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化電容值公式：電容值公式： AC0+A式中式中 ：極板件介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)：極板件介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù) 0：真空中的介電常數(shù)：真空中的介電常數(shù) A：極板面積：極板面積 ：極板間距離：極板間距離電電容容式式傳傳感感器器3.5.1 電容傳感器類型電容傳感器類型1）極距變化型）極距變化型原理：以兩極板間隙原理：以兩極板間隙 感知到位移信號(hào)，感知到位移信號(hào)， 并轉(zhuǎn)換為電容的變化并轉(zhuǎn)換為電容的變化靈敏度：靈敏度： 20ACS即即為變量為變量AC0問(wèn)題問(wèn)題：C與與不成線性關(guān)系，不成線性關(guān)系，S不是一個(gè)常數(shù)，這種傳不是一個(gè)常數(shù)，這

11、種傳感器不能使用。感器不能使用。電電容容式式傳傳感感器器解決辦法：解決辦法：只有當(dāng)被測(cè)量變化范圍（即只有當(dāng)被測(cè)量變化范圍（即 ）很小的時(shí)候，靈很小的時(shí)候，靈敏度敏度S才近似為一個(gè)常數(shù)。才近似為一個(gè)常數(shù)。 結(jié)論：極距變化型電容傳感器只能測(cè)量較小的間距結(jié)論：極距變化型電容傳感器只能測(cè)量較小的間距變化量。變化量。電電容容式式傳傳感感器器例例1： 較大，則誤差大較大，則誤差大221122115 . 0133. 075. 01CCCCCCCCCC；，；，若若=1mm時(shí)電容值為時(shí)電容值為C，=0.75mm時(shí)電容值為時(shí)電容值為C1，=0.5mm時(shí)電容值為時(shí)電容值為C2，則：，則：AC0電電容容式式傳傳感感器

12、器例例2 ： 較小，則誤差小較小，則誤差小若若=1mm時(shí)電容值為時(shí)電容值為C，=0.95mm時(shí)電容值為時(shí)電容值為C1，=0.9mm時(shí)電容值為時(shí)電容值為C2，則：，則：CCC05. 195. 011CCC11. 19 . 012CCC05. 005. 011CCC1 . 11 . 011. 022CCC2211AC0電電容容式式傳傳感感器器2）面積變化型）面積變化型b. 電容變化與位移成正比電容變化與位移成正比a. 電容變化與角度成正比電容變化與角度成正比3）介質(zhì)變化型）介質(zhì)變化型電電容容式式傳傳感感器器3.5.2 電容式傳感器測(cè)量電路電容式傳感器測(cè)量電路即電容傳感器的后續(xù)電路。電容傳感器將被測(cè)

13、量（如即電容傳感器的后續(xù)電路。電容傳感器將被測(cè)量（如位移）轉(zhuǎn)換為電容量的變化，后續(xù)電路將電容量的變位移）轉(zhuǎn)換為電容量的變化，后續(xù)電路將電容量的變化轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率信號(hào)?；D(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率信號(hào)。 1）電橋型電路）電橋型電路教材教材P81 圖圖3-152）諧振電路）諧振電路教材教材P82 圖圖3-17電電容容式式傳傳感感器器返回3）調(diào)頻電路）調(diào)頻電路教材教材P82 圖圖3-184）運(yùn)算放大器電路）運(yùn)算放大器電路教材教材P83 圖圖3-19xgCuCu00ACuCCuuxg00000電電阻阻式式傳傳感感器器3.6 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電感量變化電感式傳感

14、器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置的一種裝置電電阻阻式式傳傳感感器器3.5.1 自感型自感型1) 可變磁阻式可變磁阻式線圈自感量：線圈自感量： mRWL2W：線圈匝數(shù)：線圈匝數(shù) Rm：磁路總磁阻，：磁路總磁阻， 包括鐵心磁阻與氣隙磁阻包括鐵心磁阻與氣隙磁阻 a. 變間隙型變間隙型002AAlRm其中其中 002A：氣隙磁阻：氣隙磁阻 Al：鐵心磁阻：鐵心磁阻電電感感式式傳傳感感器器因?yàn)闅庀洞抛柽h(yuǎn)大于鐵心磁阻，所以因?yàn)闅庀洞抛柽h(yuǎn)大于鐵心磁阻，所以 002ARm：氣隙長(zhǎng)度：氣隙長(zhǎng)度 0：空氣磁導(dǎo)率：空氣磁導(dǎo)率 0A：氣隙導(dǎo)磁橫截面積：氣隙導(dǎo)磁橫截面積 則：則：2002AWL a.1 原理原理

15、用氣隙長(zhǎng)度用氣隙長(zhǎng)度感知感知被測(cè)量（位移），并將被測(cè)量轉(zhuǎn)被測(cè)量（位移），并將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電感的變化。換為電感的變化。電電感感式式傳傳感感器器a.2 靈敏度：靈敏度： 20022AWLS由靈敏度表示式可看出：由靈敏度表示式可看出：由于由于S不是常數(shù)，所以會(huì)出現(xiàn)線性誤差，不是常數(shù)，所以會(huì)出現(xiàn)線性誤差，為使為使S近似為常數(shù)，一般實(shí)際應(yīng)用中近似為常數(shù)，一般實(shí)際應(yīng)用中 1 . 0因此，可變磁阻式傳感器適用于較小位移因此，可變磁阻式傳感器適用于較小位移（0.0011mm）的測(cè)量。）的測(cè)量。 例如：若例如：若，mmmmmm5 . 025. 0121121222115 . 0133. 075. 01LLLLL

16、LLLLL；，；，則電電感感式式傳傳感感器器b. 差動(dòng)型差動(dòng)型銜鐵銜鐵電電感感式式傳傳感感器器2) 渦電流式渦電流式線圈通高頻交流電線圈通高頻交流電產(chǎn)生交流磁場(chǎng)產(chǎn)生交流磁場(chǎng)金屬板金屬板產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流）產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流）渦流磁場(chǎng)使線圈的阻抗渦流磁場(chǎng)使線圈的阻抗發(fā)生變化，變化量與距離發(fā)生變化，變化量與距離 、金屬板電阻率、金屬板電阻率 等有關(guān)。因此，渦電流傳感器可等有關(guān)。因此，渦電流傳感器可作位移、振動(dòng)測(cè)量，也可做材質(zhì)鑒別。作位移、振動(dòng)測(cè)量，也可做材質(zhì)鑒別。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：非接觸非接觸，不受油污影響。，不受油污影響。電電感感式式傳傳感感器器3）互感式）互感式-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器1e2e210e

17、ee0e1e2e工作原理工作原理輸出特性輸出特性改變互感值，隨著鐵心偏離中心位置，輸出改變互感值，隨著鐵心偏離中心位置，輸出e0逐逐漸增大漸增大電電感感式式傳傳感感器器電感式傳感器應(yīng)用案例電感式傳感器應(yīng)用案例：板厚測(cè)量板厚測(cè)量張力測(cè)量張力測(cè)量返回渦流式傳感器的分壓式調(diào)幅測(cè)量電路：渦流式傳感器的分壓式調(diào)幅測(cè)量電路：P86 圖圖3-25可變磁阻式差動(dòng)型可變磁阻式差動(dòng)型磁磁電電式式傳傳感感器器3.7 磁電式傳感器磁電式傳感器3.7.1 原理：原理：把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：dtdNe磁磁電電式式動(dòng)圈式動(dòng)圈式磁阻式磁阻式線速

18、度型線速度型角速度型角速度型N3.7.2 分類分類：磁通：磁通 N：線圈匝數(shù)：線圈匝數(shù)磁磁電電式式傳傳感感器器 a) 動(dòng)圈式動(dòng)圈式 sinNBlve B：磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度l：?jiǎn)卧丫€圈有效長(zhǎng)度：?jiǎn)卧丫€圈有效長(zhǎng)度v：線圈與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度：線圈與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度：線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向夾角：線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向夾角kNBAe B：磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度A：?jiǎn)卧丫€圈截面積：?jiǎn)卧丫€圈截面積：線圈與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度：線圈與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度k：系數(shù)，與結(jié)構(gòu)有關(guān)：系數(shù)，與結(jié)構(gòu)有關(guān)磁磁電電式式傳傳感感器器b）磁阻式）磁阻式1）線圈與磁鐵不做相對(duì)運(yùn)動(dòng)）線圈與磁鐵不做相對(duì)運(yùn)動(dòng)2）運(yùn)

19、動(dòng)著的物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路磁阻，引起）運(yùn)動(dòng)著的物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路磁阻，引起磁力線變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁力線變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁電式傳感器應(yīng)用案例磁電式傳感器應(yīng)用案例：磁電式車磁電式車速傳感器速傳感器返回1-2班壓壓電電式式傳傳感感器器3.8 壓電式傳感器壓電式傳感器 工作原理工作原理：利用某些物質(zhì)（如石英、鈦酸鋇、鋯鈦：利用某些物質(zhì)（如石英、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)酸鉛等）的壓電效應(yīng)3.8.1 相關(guān)概念相關(guān)概念1）壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)石英等物質(zhì)受外力作用時(shí)，石英等物質(zhì)受外力作用時(shí)，內(nèi)部極化，表面有電荷出現(xiàn)，內(nèi)部極化，表面有電荷出現(xiàn)，形成電場(chǎng)，當(dāng)外力消失時(shí)，形成電場(chǎng)，當(dāng)

20、外力消失時(shí)，材料重新回復(fù)到原來(lái)形狀。材料重新回復(fù)到原來(lái)形狀。 壓壓電電式式傳傳感感器器2）光軸，電軸，機(jī)械軸）光軸，電軸，機(jī)械軸光軸：光軸：z-z電軸：電軸：x-x機(jī)械軸：機(jī)械軸：y-y3）壓電縱向效應(yīng)、橫向效應(yīng)、）壓電縱向效應(yīng)、橫向效應(yīng)、切向效應(yīng)切向效應(yīng) （P91 圖圖3-36）利用縱向效應(yīng)測(cè)量，但橫向利用縱向效應(yīng)測(cè)量，但橫向效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾，所以，效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾，所以，選用橫向效應(yīng)小的壓電材料選用橫向效應(yīng)小的壓電材料較好較好。3-4班壓壓電電式式傳傳感感器器3.8.2 壓電材料壓電材料壓電單晶（如石英）、壓電陶瓷（如鈦酸鋇）壓電單晶（如石英）、壓電陶瓷（如鈦酸鋇）3.8.3 壓電式傳

21、感器及其等效電路壓電式傳感器及其等效電路壓電式傳感器相當(dāng)于一個(gè)電容壓電式傳感器相當(dāng)于一個(gè)電容 壓電電荷：壓電電荷： Cuq (q相當(dāng)于電流相當(dāng)于電流) 由于有放電，極板上的電荷無(wú)法保存，造成測(cè)量由于有放電，極板上的電荷無(wú)法保存，造成測(cè)量誤差，因此誤差，因此適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量（變化快，漏電量相（變化快，漏電量相對(duì)?。?duì)小）等效電路：等效電路：Ca：壓電傳感器電容：壓電傳感器電容Cc：連接電路、后續(xù)電：連接電路、后續(xù)電路的電容路的電容Ra：傳感器中的漏電阻：傳感器中的漏電阻Ri：后續(xù)電路的輸入阻抗后續(xù)電路的輸入阻抗等效電容等效電容C=Ca+Cc等效電阻等效電阻 R0=Ra+Ri因因Ra很

22、大，很大，R0RiqCicR0iui電荷平衡方程式：電荷平衡方程式： idtdtiqcidtCui0Ruii壓壓電電式式傳傳感感器器qCaCcRiuiRaidtdtiqcidtCu0Ruii壓壓電電式式傳傳感感器器tqq00sintqidtiCR000sintqidtdiCR0000cos0CR20)(11)(CRA)()(0CRarctg若若R0大，則大，則i小，小，ui大，因此大，因此后續(xù)電路的阻抗大更好后續(xù)電路的阻抗大更好壓壓電電式式傳傳感感器器)(cos1110020000tCRCqiRui若若R0很大，則：很大，則：Cqui0qCaCcCiui傳感器傳感器電纜電纜等效電路：等效電路：

23、3.8.4 測(cè)量電路（放大器）測(cè)量電路（放大器）通常把傳感器信號(hào)先輸入到前置放大器，才能用通常把傳感器信號(hào)先輸入到前置放大器，才能用一般的放大、檢波。一般的放大、檢波。壓壓電電式式傳傳感感器器1）前置放大器的作用）前置放大器的作用 a. 將高阻抗輸出變換為低阻抗輸出將高阻抗輸出變換為低阻抗輸出 b. 將壓電式傳感器的微弱信號(hào)放大將壓電式傳感器的微弱信號(hào)放大壓壓電電式式傳傳感感器器2）前置放大器類型）前置放大器類型a. 電壓放大器（用電阻反饋）電壓放大器（用電阻反饋）結(jié)論：若電纜長(zhǎng)，則電纜電容的影響大結(jié)論：若電纜長(zhǎng)，則電纜電容的影響大CiqCaCcuyuiRf傳感器傳感器電纜電纜放大器放大器ic

24、aiCCCqCqu00qCaCcuyCiuiCf傳感器傳感器電纜電纜放大器放大器b. 電荷放大器電荷放大器（用電容反饋）（用電容反饋）壓壓電電式式傳傳感感器器等效電容等效電容C=Ca+Cc+CiqCicuyuiCfiftit iqfcfyiiCuuCu)(iykuu（k為放大器的放大倍數(shù)）為放大器的放大倍數(shù)） 將將 kuuyi代入得：代入得： ffykCCCkqu壓壓電電式式傳傳感感器器3.8.5 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用 用于測(cè)力、振動(dòng)加速度、聲發(fā)射用于測(cè)力、振動(dòng)加速度、聲發(fā)射返回壓壓電電式式傳傳感感器器若若ffCCkC則則 fyCqu因此，因此，電荷放大器的輸出電壓與電荷放大器的輸

25、出電壓與q成正比，與電成正比，與電纜的電容無(wú)關(guān)纜的電容無(wú)關(guān) 熱熱電電式式傳傳感感器器3.9 熱電式傳感器熱電式傳感器把溫度轉(zhuǎn)換為電量變化把溫度轉(zhuǎn)換為電量變化熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)：熱電元件受溫度作用，電子活性改變，生：熱電元件受溫度作用，電子活性改變，生成電量或阻值降低。成電量或阻值降低。3.9.1 熱電偶熱電偶原理：把兩種不同的導(dǎo)體兩端相接形成回路，兩個(gè)接點(diǎn)原理：把兩種不同的導(dǎo)體兩端相接形成回路，兩個(gè)接點(diǎn) 分別置于不同的溫度下，在同一個(gè)導(dǎo)體內(nèi)，由于分別置于不同的溫度下，在同一個(gè)導(dǎo)體內(nèi)，由于 于熱電效應(yīng)，兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，兩個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生于熱電效應(yīng)，兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，兩個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生 的電動(dòng)勢(shì)不同，因而兩個(gè)導(dǎo)體

26、之間有電動(dòng)勢(shì)差的電動(dòng)勢(shì)不同，因而兩個(gè)導(dǎo)體之間有電動(dòng)勢(shì)差 。若一端溫度衡定，則該電勢(shì)差僅與另一端溫。若一端溫度衡定，則該電勢(shì)差僅與另一端溫 度相關(guān)。度相關(guān)。熱熱電電式式傳傳感感器器鉑銠鉑銠鉑熱電偶鉑熱電偶常用熱電偶常用熱電偶1）鉑鐒）鉑鐒鉑熱電偶：可測(cè)鉑熱電偶：可測(cè)1300度度2）鎳鉻）鎳鉻鎳硅熱電偶：可測(cè)鎳硅熱電偶：可測(cè)900度度3）鎳鉻）鎳鉻考銅熱電偶：可測(cè)考銅熱電偶：可測(cè)600度度4）鉑鐒）鉑鐒鉑鐒熱電偶：可測(cè)鉑鐒熱電偶：可測(cè)1600度度熱熱電電式式傳傳感感器器3.9.2 熱電阻熱電阻簡(jiǎn)易鉑熱電阻簡(jiǎn)易鉑熱電阻引線鉑常用熱電阻常用熱電阻1）鉑電阻：可測(cè)）鉑電阻：可測(cè)650度度2）銅電阻：可測(cè)

27、）銅電阻：可測(cè)-50度度150度度返回?zé)釤犭婋娛绞絺鱾鞲懈衅髌?.10 光電傳感器光電傳感器先將被測(cè)量的非電量變化轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的變化，先將被測(cè)量的非電量變化轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的變化，再用光電傳感器將光信號(hào)變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變?cè)儆霉怆妭鞲衅鲗⒐庑盘?hào)變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變化化3.10.1 光電測(cè)量原理光電測(cè)量原理每個(gè)光子具有的能量：每個(gè)光子具有的能量：h其中：其中：h為普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù)光電效應(yīng)光電效應(yīng)：光子與物體能量交換過(guò)程產(chǎn)生的電效應(yīng)：光子與物體能量交換過(guò)程產(chǎn)生的電效應(yīng)為光的頻率為光的頻率熱熱電電式式傳傳感感器器1）外光電效應(yīng)）外光電效應(yīng)（光電子發(fā)射效應(yīng)）（光電子發(fā)射效應(yīng)） 在光照作用下，物體內(nèi)的電子

28、從物體表面逸出在光照作用下，物體內(nèi)的電子從物體表面逸出Amv21h2 其中其中A為電子逸出功為電子逸出功逸出條件：逸出條件：AhAhc0Ahc0其中：其中：c為光速為光速 0為入射光波長(zhǎng)為入射光波長(zhǎng)電電感感式式傳傳感感器器2）內(nèi)光電效應(yīng)）內(nèi)光電效應(yīng)（光導(dǎo)效應(yīng)）（光導(dǎo)效應(yīng)）電子吸收光子能量，活性增強(qiáng)，電阻率降低電子吸收光子能量，活性增強(qiáng)，電阻率降低內(nèi)光電效應(yīng)器件：內(nèi)光電效應(yīng)器件：光敏電阻光敏電阻（光導(dǎo)管）（光導(dǎo)管）3）光生伏打效應(yīng)）光生伏打效應(yīng)：光照使物體產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。：光照使物體產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。光電池光電池光強(qiáng)（光電子數(shù)）與能否產(chǎn)生逸出電子無(wú)關(guān)。光強(qiáng)（光電子數(shù)）與能否產(chǎn)生逸出電子無(wú)關(guān)。當(dāng)達(dá)到逸出閾值時(shí)，光強(qiáng)與逸出電子數(shù)相關(guān)。當(dāng)達(dá)到逸出閾值時(shí)，光強(qiáng)與逸出電子數(shù)相關(guān)。外光電效應(yīng)器件：外光電效應(yīng)器件：光電管、光電倍增管光電管、光電倍增管電電感感式式傳傳感感器器3.10.2 光電元件光電元件1）光電管）光電管在光的照射下，陰極材料產(chǎn)生外光電效應(yīng)，電子逸在光的照射下，陰極材料產(chǎn)生外光電效應(yīng)，電子逸出到陽(yáng)極。出到陽(yáng)極。陰極材料特性參數(shù)：頻譜靈敏度、紅限、逸出功陰極材料特性參數(shù)：頻譜靈敏度、紅限、逸出功常用光電管陰極材料：銀氧銫（常用光電管陰極材料：銀氧銫（Ag-Cs20）(銫：音銫：音se)電電感感式式傳傳感感器器2）光電倍增管）光電倍增管3）