機(jī)械工程測試技術(shù)6傳感器原理與測量電路2

1、磁敏元件傳感器1 霍爾元件VHK Hsin 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栐苫魻柶⑺母€和殼體組成，如圖示。測轉(zhuǎn)角：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， 磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測。鐵磁材料裂紋檢測NS應(yīng)用葉片和齒輪位置傳感器案例：汽車速度測量:- - -xw+l磁阻效應(yīng)RR0 /cos2R0R0 2 ) 2B2)特點(diǎn)比；與磁場的正負(fù)無關(guān)；溫度系數(shù)影響大；磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。應(yīng)用關(guān)。磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類霍爾元件霍爾元件磁

2、電阻元件磁敏二極管磁晶體管磁半導(dǎo)體開關(guān)磁電阻元件磁敏二極管磁晶體管磁半導(dǎo)體開關(guān)產(chǎn)品案例：轉(zhuǎn)速測量1.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)，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化。優(yōu)點(diǎn)： 牢固3.8 熱敏傳感器熒光燈啟輝器零線當(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），火線電壓高得多的感應(yīng)電動(dòng)勢，在強(qiáng)電的作用下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而成弧光放電.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)而成輝光放電管內(nèi)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

3、，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，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，雙金屬片收縮回原來狀態(tài)，啟輝器停止工作。2熱電效應(yīng)將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B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)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。ATT0BEAB)kT ln NAeNBEAB) eln NANBk玻耳茲曼常數(shù)，e電子電荷量， T接觸處的溫度NA，NB分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。熱電偶測溫基本定律1)均質(zhì)導(dǎo)體定律TT0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、

4、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。T0T0V2)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。3)參考電極定律兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知，A和B兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢可用下式求得：EAB,T0 )AEAC,T0)AECB,T0 )CTT0 BTT0TCB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。3 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、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)，隨溫度上升而阻值下降。TRTT ( 1 1

5、)TR R0e0產(chǎn)品應(yīng)用溫控器水溫感應(yīng)塞汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等酒精傳感器煙霧報(bào)警器二氧化碳傳感器酒精傳感器煙霧報(bào)警器二氧化碳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)氣體的檢測已經(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。如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)0.81.15 ml/L 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。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、醇等時(shí)，電阻發(fā)生變化。從而使氣敏元件電阻值隨被測氣體的濃度改變而變化。實(shí)驗(yàn)室中

6、的傳感器煙霧報(bào)警器燃?xì)鈭?bào)警器酒精傳感器酒精傳感器1)聲波及其分類(1)次聲波，振動(dòng)頻率低于l6Hz的機(jī)械波。 (2)聲波:振動(dòng)頻率在16Hz20KHz(3)超聲波:高于20KHz的機(jī)械波。2）超聲波的物理性質(zhì)超聲波與聲波比，振動(dòng)頻率高，波長短，具有束射特性，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。聲壓所謂聲壓，是指某點(diǎn)上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為Pa，1Pa =1N/m2。聲強(qiáng)聲強(qiáng)是聲波在傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的能量，單位為W/m2。聲功率聲功率(W)是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量，單位是W。超聲波傳感器原理超聲波發(fā)射原理是把鐵磁材料置

7、于交變磁場中，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)，使磁滯材料磁場變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢輸出。超聲波傳感器對(duì)超聲波傳感器應(yīng)用超聲波探傷/測距/測物AtAt案例：輸油管檢測檢測機(jī)器人倒車?yán)走_(dá)魚群探測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)。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-空穴對(duì), 使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),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,稱為內(nèi)光電效應(yīng) 。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管傳感器原理照相機(jī)自動(dòng)測光光控?zé)艄I(yè)控制光電池光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P

8、-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)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。N+-N+-P應(yīng)用光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式。案例：光電鼠標(biāo)就是利用LED與光敏晶體管組合來測量位移。亮度傳感器：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，有效利用自然光 線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。相機(jī)測距反射式光電傳感器光纖傳感器 1）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)。光纖流速傳感器2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測元件與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統(tǒng)。其

9、中光 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。光纖檢測型光電傳感器作業(yè)件檢測顏色檢測CCD固態(tài)圖象傳感器MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體(P型硅)基片上形成一種氧化物 (如二氧化硅)，在氧化物上再沉積一層金屬電 極，以此形成一個(gè)金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元(MOS)。在半導(dǎo)體硅片上按線陣或面陣排列MOS單元， 如果照射在這些光敏元上的是一幅明暗起伏的圖 像，則這些光敏元上就會(huì)感生出一幅與光照強(qiáng)度 相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。011110光敏管10陣列0CCD并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換器 顯示電路 CCD并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換器 顯示電路驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)脈沖運(yùn)

10、算電路結(jié)束信號(hào)運(yùn)算電路特點(diǎn):(1)非接觸檢測;(2)響應(yīng)快;(3)可靠性高,為修簡便;(4)測量精度高;(5)體積小,重量輕容易與計(jì)算機(jī)連接(6)對(duì)被測物體需要強(qiáng)光照射;(7)受被測物體以外的光的影響.應(yīng)用:條形碼掃描器(1)寬度測量;(2)外徑測量;(3)主軸徑向跳動(dòng)測量.數(shù)碼相機(jī)GREY = RED*0.299 + GREEG*0.587 + BLUE*0.114其它類型的傳感器1、熱輻射檢測傳感器絕對(duì)零度以上的物體都有輻射，其強(qiáng)度依賴于物體溫度(K)，根據(jù)普朗克輻射定律有以下 表達(dá)式：應(yīng)用：冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過程中都涉及到動(dòng)態(tài)溫度場的檢測問題。2、聲發(fā)射檢測傳感器材料或結(jié)

11、構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱聲發(fā)射。 各種材料聲發(fā)射頻率范圍很寬，從次聲、聲頻到超 聲。多數(shù)金屬的聲發(fā)射頻帶在超聲范圍內(nèi)。案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測生物傳感器生物傳感器與其它傳感器是檢測對(duì)象中含生命物質(zhì)。根據(jù)敏感物質(zhì)不同,生物傳感器分酶傳感 器、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免疫傳感器等。微生物/酶等熱/光電量敏感元件應(yīng)用領(lǐng)域1、發(fā)酵工業(yè)(食品)2、環(huán)境監(jiān)測3.醫(yī)學(xué)血糖乳酸測定流程體育上耐力訓(xùn)練德國研發(fā)的環(huán)境廢水BOD分析儀德國研發(fā)的環(huán)境廢水BOD分析儀手掌型葡萄糖(glucose)分析儀手掌型葡萄糖(glucose)分析儀發(fā)酵工廠谷氨酸-葡萄糖分

12、析工廠發(fā)酵車間化驗(yàn)員正在分析樣品智能傳感器傳感器一般指能夠感知某種物理量（如電、光、磁等）、化學(xué)量（如濃度、PH值等）、生物量（如細(xì)菌等）等的信息，并將該信息轉(zhuǎn)化為電信息的裝置。智能傳感器是將傳感器與微型計(jì)算機(jī)集成在一塊芯片上，其主要特征是將敏感技術(shù)和信息處理技術(shù)相結(jié)合，使其除了具有感知的本能外，還具有認(rèn)知能力。智能傾角RS232傳感器智能傾角RS232傳感器ICIC總線數(shù)字溫度傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器GSM/SMS傳感器選用原則選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個(gè)方面的問題。1、靈敏度一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但， 在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。a)b)量程范圍。 c)交叉靈敏度問題。2 響應(yīng)特性傳感器的響應(yīng)特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件。實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。3 線性范圍任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系