電能量傳感器

1、電能量傳感器第一頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶 本節(jié)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有: 1.了解熱電偶的工作原理2.了解熱電偶的分類(lèi)及特點(diǎn)3.掌握熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償 第二頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶 1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表； 2、測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)-270C ，上限可達(dá)1800C以上； 3、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。 熱電偶的優(yōu)點(diǎn)：第三頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 熱電極A右端稱(chēng)為：自由端（參考端、冷端） 左端稱(chēng)為：測(cè)量端（工作端、熱端） 熱電極B熱電勢(shì)AB第四

2、頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶一.熱電偶的工作原理 熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的 溫差電動(dòng)勢(shì) 同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同 而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。 接觸電動(dòng)勢(shì)（帕爾帖電勢(shì)） eAB(T) 、 e AB(T0) 兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度 不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。+-ABe接觸電勢(shì)的產(chǎn)生eAB(T)或e AB(T0)ABeAB(T)e AB(T0)第五頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶熱電偶的工作原理熱電偶回路中產(chǎn)生的總電動(dòng)勢(shì)EAB（T，T0）可寫(xiě)成： EAB(T,T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0)第六頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶EAB(T, T0) = eAB(T)

3、 c = f(T)溫差電動(dòng)勢(shì)遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)，又T T0，所以 EAB(T,T0)的方向取決于eAB(T)的方向。自由電子密度大的為正極。EAB(T, T0) = eAB(T) eAB(T0) = f (T)T0固定，則：第七頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶二.關(guān)于熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論1、若A、B材料相同，熱電勢(shì)為02、若T=T0，則熱電勢(shì)為04、中間溫度定律ABTT0中間溫度定律EAB（T，T0）=EAB（T，T n)+EAB(T n,T0)（4-6）AB=TTn+ABTT03、熱電偶AB的熱電勢(shì)與AB材料的中間溫度無(wú)關(guān)， 只與接觸點(diǎn)溫度有關(guān)第八頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶二.關(guān)于熱電偶回路的幾點(diǎn)

4、結(jié)論中間溫度定律為制定熱電偶分度表奠定了基礎(chǔ)。EAB（T，0 ）=EAB（T，T n)+EAB(T n,0)計(jì)算 測(cè)量 查表由EAB（T，0 ）查表得T值。第九頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶查分度表有E（30，0）= 0.173 mV 反查分度表有T=830，測(cè)量端實(shí)際溫度為830用S型熱電偶測(cè)量某一溫度，若參比端溫度Tn=30，測(cè)得的熱電勢(shì)E(T,T n)=7.5mV，求測(cè)量端實(shí)際溫度T。 第十頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶二.關(guān)于熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論 在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi), 接入第三種導(dǎo)體, 只要第三種導(dǎo)體（導(dǎo)線）兩端溫度相同, 則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。 5、中間導(dǎo)體定律BACT0T0T第十

5、一頁(yè)，共89頁(yè)。 回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電勢(shì)之和。 EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) 當(dāng)T= T0 時(shí), 有 eBC(T0)+eCA(T0)=e(T0) (T, T0)=eAB(T)eAB(T0)=EAB(T, T0) 證明（4-7）5.1 熱電偶第十二頁(yè)，共89頁(yè)。6、標(biāo)準(zhǔn)電極定律EAB（T，T0）=EAC（T，T0）+ECB（T，T0）標(biāo)準(zhǔn)電極C用純鉑絲制成?？珊?jiǎn)化熱電偶的選配工作。T0TACTBTCAB+=T0T0 標(biāo)準(zhǔn)電極定律示意圖5.1 熱電偶第十三頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶第十四頁(yè)，共89頁(yè)。三.工業(yè)熱電偶5.1 熱電偶 八種國(guó)際通用熱

6、電偶： B:鉑銠30鉑銠6 R:鉑銠13鉑 K:鎳鉻鎳硅 N:鎳鉻硅鎳硅 E:鎳鉻銅鎳 J:鐵銅鎳 T:銅銅鎳 S:鉑銠10鉑 用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲第十五頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì) 分度號(hào) 名稱(chēng) 測(cè)量溫度范圍 1000C熱電勢(shì)/ mVB鉑銠30鉑銠6501820 C4.834R鉑銠13鉑-501768 C10.506S鉑銠10鉑-501768 C9.587K鎳鉻鎳鉻 (鋁) -2701370 C41.276E鎳鉻銅鎳 (康 銅)270800 C?5種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電勢(shì)各有什么特點(diǎn)？第十六頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度

7、的關(guān)系曲線分析 哪幾種熱電偶的測(cè)溫上限較高？ 結(jié)論：哪幾種熱電偶的線性較差？哪一種熱電偶的靈敏度較高？ 哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過(guò)原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？第十七頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶熱電偶的分度表 熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法 我國(guó)從1991年開(kāi)始采用國(guó)際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990年國(guó)際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱(chēng)ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。 直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。第十八頁(yè)，共89頁(yè)。幾種冷端處理方法： 1. 補(bǔ)償導(dǎo)線法2. 冷端溫度校正法3. 冰浴法4.

8、冷端補(bǔ)償電橋法四.熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償5.1 熱電偶第十九頁(yè)，共89頁(yè)。為何要對(duì)冷端進(jìn)行補(bǔ)償？ 只有T0恒定，熱電勢(shì)與溫度T成線性關(guān)系。 冷端溫度受環(huán)境影響變化，造成測(cè)量誤差。 5.1 熱電偶熱電偶輸出的電動(dòng)勢(shì)是兩結(jié)點(diǎn)溫度差的函數(shù)。作為被測(cè)溫度端，T0作為參比溫度端（冷端）通常要求T0保持為0，但在實(shí)際中做到這一點(diǎn)很困難，于是產(chǎn)生了熱電偶冷端補(bǔ)償問(wèn)題。第二十頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶采用與熱電偶熱電特性相同或相近的補(bǔ)償導(dǎo)線。1.補(bǔ)償導(dǎo)線法要求第二十一頁(yè)，共89頁(yè)。5.1 熱電偶 使用熱電偶專(zhuān)用連接器熱電偶插頭插孔補(bǔ)償線第二十二頁(yè)，共89頁(yè)。2.冷端溫度校正法 實(shí)際使用中，熱電偶的冷端往往不

9、是0，而是環(huán)境溫度T n，這時(shí)測(cè)得的熱電勢(shì)值為中間溫度定律測(cè)出查熱電偶分度表，得到被測(cè)熱源的溫度T。分度表查出計(jì)算由5.1 熱電偶第二十三頁(yè)，共89頁(yè)。3. 冰浴法（0 恒溫法 ） 可直接從儀表中讀出熱電勢(shì)值，查分度表得出被測(cè)點(diǎn)的溫度值。冷端溫度處理冰點(diǎn)槽法5.1 熱電偶由于冰融化較快，所以一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中第二十四頁(yè)，共89頁(yè)。4.補(bǔ)償電橋法（冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法）補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓作為補(bǔ)償信號(hào), 來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶測(cè)量過(guò)程中冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。 補(bǔ)償電橋銅電阻與熱電偶參考端處在同一環(huán)境溫度。 室溫時(shí)電橋平衡 R1R3=R2RCu 此時(shí)UAB=0 5.1

10、熱電偶第二十五頁(yè)，共89頁(yè)。冷端補(bǔ)償電橋法5.1 熱電偶第二十六頁(yè)，共89頁(yè)。U baEAB(T, T0)EAB(T0+T, T0) 冷端補(bǔ)償電橋法等效電路示意圖5.1 熱電偶第二十七頁(yè)，共89頁(yè)。普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭第二十八頁(yè)，共89頁(yè)。普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖 接線盒引出線套管 固定螺紋 （出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼保護(hù)管 第二十九頁(yè)，共89頁(yè)。鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬 保護(hù)套管（鎧體） BA絕緣 材料鎧裝型熱電偶橫截面第三十頁(yè)，共89頁(yè)。鎧裝型熱電偶 鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中

11、、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。 鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問(wèn)題，且具有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 第三十一頁(yè)，共89頁(yè)。隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線第三十二頁(yè)，共89頁(yè)。隔爆型熱電偶 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過(guò)壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機(jī)械強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用

12、密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。 使用場(chǎng)合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。第三十三頁(yè)，共89頁(yè)。其他熱電偶外形小形K型熱電偶第三十四頁(yè)，共89頁(yè)。 定義 利用電磁感應(yīng)原理(發(fā)電機(jī)原理）將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。 直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。變磁通的開(kāi)磁路式或閉磁路的磁電式傳感器。恒磁通的動(dòng)圈式與動(dòng)鐵式磁電式傳感器。類(lèi)型5.2 磁電式傳感器第三十五頁(yè)，共89頁(yè)。磁電

13、式傳感器的工作原理 法拉第電磁感應(yīng)定律（發(fā)電機(jī)原理）：N匝線圈在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)或穿過(guò)線圈的磁通量變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與磁通的變化率關(guān)系如下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線速度或角速度成正比。5.2 磁電式傳感器第三十六頁(yè)，共89頁(yè)。磁電式傳感器結(jié)構(gòu)圖5.2 磁電式傳感器第三十七頁(yè)，共89頁(yè)。加積分電路可測(cè)位移（振幅）；加微分電路可測(cè)加速度。RCCRU0eU0e圖(a) 積分電路圖 (b) 微分電路5.2 磁電式傳感器第三十八頁(yè)，共89頁(yè)。磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)。氣隙不變，磁通不變。磁鐵與線圈之間相對(duì)切割磁力線運(yùn)動(dòng)。 一、恒磁通式磁電傳感器特點(diǎn)5.2 磁電式傳感器第三十九頁(yè)，共89頁(yè)。二、

14、 變磁通（磁阻式）磁電傳感器開(kāi)磁路和閉磁路。結(jié)構(gòu)分類(lèi)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速。應(yīng)用（1）開(kāi)磁路式磁電傳感器工作原理傳感器的線圈和磁鐵部分靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪（導(dǎo)磁材料制成）安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。5.2 磁電式傳感器第四十頁(yè)，共89頁(yè)。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒的凹凸引起磁阻的變化，使磁通變化，在線圈中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)，其頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積，即當(dāng)齒數(shù)Z已知，測(cè)得感應(yīng)電勢(shì)的頻率f就可以知道被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速n。 （r/min）（4-33）（4-34）5.2 磁電式傳感器第四十一頁(yè)，共89頁(yè)。開(kāi)磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器1-轉(zhuǎn)軸 2-軟鐵 3-線圈 4-齒輪 5-永久磁鐵輸出電勢(shì)的頻率取決與磁通的變化頻率。

15、5.2 磁電式傳感器第四十二頁(yè)，共89頁(yè)。(2)閉磁路式磁電傳感器工作原理磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器1-轉(zhuǎn)軸 2-轉(zhuǎn)子 3-永久磁鐵 4-線圈 5-定子 5.2 磁電式傳感器第四十三頁(yè)，共89頁(yè)。測(cè)量時(shí)，當(dāng)定子與轉(zhuǎn)子齒凸凸相對(duì)時(shí)，氣隙最小，磁阻最小，磁通最大；當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子的齒凸凹相對(duì)時(shí)，氣隙最大，磁阻最大，磁通最小。磁阻周期性變化導(dǎo)致磁通周期性地變化，在線圈中感應(yīng)出近似正弦波的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，測(cè)得感應(yīng)電勢(shì)的頻率即可算出轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)子和定子的環(huán)形端部都均勻銑出等間距的一些齒和槽。要求工作原理（r/min）5.2 磁電式傳感器第四十四頁(yè)，共89頁(yè)。特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)力與電荷的轉(zhuǎn)換。5.3 壓電傳感器、超聲波發(fā)送器。單片

16、機(jī)、鐘表晶體振蕩逆壓電效應(yīng)振動(dòng)交變電場(chǎng)超聲波接收器。防盜、引爆、聲控?zé)?、壓電效?yīng)電荷、電壓力第四十五頁(yè)，共89頁(yè)。一、壓電式傳感器的工作原理壓電效應(yīng)FE+x壓電效應(yīng)_y逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)原理示意圖5.3 壓電傳感器第四十六頁(yè)，共89頁(yè)。1、 石英晶體壓電效應(yīng)正六面體。 石英晶體各個(gè)方向的特性是不同的。在直角坐標(biāo)系中，它有三個(gè)軸。電軸（X軸）：穿過(guò)六棱柱的棱線，垂直于Z軸（光軸）。垂直于此軸面上的壓電效應(yīng)最強(qiáng)。(1)石英晶體的結(jié)構(gòu)機(jī)械軸（Y軸）：垂直于棱柱面。 5.3 壓電傳感器第四十七頁(yè)，共89頁(yè)。在電場(chǎng)沿X向作用下，沿該軸方向的機(jī)械變形最大。光軸（Z軸）：垂直于XY。光線沿該軸通過(guò)石英晶體時(shí)

17、，無(wú)折射，在此方向加外力，無(wú)壓電效應(yīng)現(xiàn)象 。5.3 壓電傳感器第四十八頁(yè)，共89頁(yè)。hlb5.3 壓電傳感器第四十九頁(yè)，共89頁(yè)。(2)、力與電荷的關(guān)系 當(dāng)在電軸方向施加作用力時(shí), 在與電軸 x 垂直的平面上將產(chǎn)生電荷, 其大小為 qx = d11 fx 產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸無(wú)關(guān)?？v向壓電效應(yīng)。 沿機(jī)械軸y方向施加作用力fy, 則仍在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qx ,其大小為lblb5.3 壓電傳感器第五十頁(yè)，共89頁(yè)。式中: d12y軸方向受力的壓電系數(shù), d12=d11; l、 h晶體切片長(zhǎng)度和厚度。產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸有關(guān)。壓電效應(yīng)為橫向壓電效應(yīng)。 5.3 壓電傳感器第五十一頁(yè)，共89頁(yè)

18、。 電荷符號(hào)與受力方向的關(guān)系5.3 壓電傳感器第五十二頁(yè)，共89頁(yè)。(3)壓電效應(yīng)的物理解釋 石英晶體sio2，3個(gè)硅離子Si 4+離子, 6個(gè)氧離子O2-。兩兩成對(duì)。微觀分子結(jié)構(gòu)為一個(gè)正六邊形。（1）未受外力作用時(shí), 正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上, 形成三個(gè)互成120夾角的電偶極矩P1、 P2、P3。 P1+ P2+P3=0。正負(fù)電荷中心重合，晶體垂直X軸表面不產(chǎn)生電荷。呈中性。5.3 壓電傳感器第五十三頁(yè)，共89頁(yè)。5.3 壓電傳感器第五十四頁(yè)，共89頁(yè)。（2）受x軸方向的壓力作用時(shí), 此時(shí)正負(fù)電荷重心不再重合, 電偶極矩在x方向上的分量由于P1的減小和P2、P3的增加而不等于零,

19、 即（P1+P2+P3） 0 。 在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷, 電偶極矩在y方向上的分量仍為零, 不出現(xiàn)電荷。（3）受到沿y軸方向的壓力作用時(shí), P1增大, P2、P3 減小。 在垂直于x軸正方向出現(xiàn)負(fù)電荷, 在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。5.3 壓電傳感器第五十五頁(yè)，共89頁(yè)。（4）沿z軸方向施加作用力, 晶體在x方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同, 所以正負(fù)電荷中心保持重合, 電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸方向施加作用力, 晶體不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 當(dāng)作用力fx、fy的方向相反時(shí), 電荷的極性也隨之改變。 石英晶體的優(yōu)點(diǎn)：介電和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好。多用在校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)傳感器或精度很高的傳感器中。

20、也用于鐘表及微機(jī)中的晶振(逆壓電效應(yīng))。5.3 壓電傳感器第五十六頁(yè)，共89頁(yè)。2、壓電陶瓷的壓電效應(yīng) 在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí), 電疇在晶體中雜亂分布, 它們的極化效應(yīng)被相互抵消, 壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性, 不具有壓電性質(zhì)。 （1）未加電場(chǎng)晶粒內(nèi)自發(fā)極化方向一致的小區(qū)域稱(chēng)之為電疇。顯微鏡觀察。5.3 壓電傳感器第五十七頁(yè)，共89頁(yè)。 壓電陶瓷的極化5.3 壓電傳感器第五十八頁(yè)，共89頁(yè)。（2）加電場(chǎng)（極化處理）（2030kV/cm的直流電場(chǎng)）電疇的極化方向轉(zhuǎn)向，基本與電場(chǎng)方向一致。 去掉外電場(chǎng)，材料具備壓電性能，陶瓷片對(duì)外不表現(xiàn)極性。陶瓷極化的兩端的束縛電荷與在陶瓷片的電極

21、表面吸附一層外界的自由電荷方向相反，數(shù)值相等。5.3 壓電傳感器第五十九頁(yè)，共89頁(yè)。二、壓電元件的等效電路及連接方式1、壓電元件的等效電路壓電元件兩電極之間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，構(gòu)成一個(gè)電容器，其電容量為壓電傳感器可等效成一個(gè)電壓源U和一個(gè)電容相串聯(lián)的電路， 可等效成一個(gè)電荷源與一個(gè)電容相并聯(lián)的電路 產(chǎn)生的電壓與電荷的關(guān)系為5.3 壓電傳感器第六十頁(yè)，共89頁(yè)。 (a)電荷源 (b) 電壓源 壓電傳感器等效電路5.3 壓電傳感器第六十一頁(yè)，共89頁(yè)。5.3 壓電傳感器第六十二頁(yè)，共89頁(yè)。1、傳感器不宜測(cè)量靜態(tài)物理量，宜測(cè)高頻動(dòng)態(tài)量。使用時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題2、電纜不宜過(guò)長(zhǎng)，否則，CC加

22、大，使傳感器的電壓靈敏度下降。3、要使電壓靈敏度為常數(shù)，應(yīng)使壓電片與前置放大器的連接導(dǎo)線為定長(zhǎng)，以保證CC不變。4、測(cè)量低頻信號(hào)，應(yīng)增大前置放大器的輸入電阻，使測(cè)量回路的時(shí)間常數(shù)增大，保證有較高的靈敏度。5.3 壓電傳感器第六十三頁(yè)，共89頁(yè)。2、連接方式 并聯(lián)方式 輸出電荷大，時(shí)間常數(shù)大，適合測(cè)慢變信號(hào)，以電荷為輸出的場(chǎng)合。串聯(lián)方式 輸出電壓大，電容、時(shí)間常數(shù)小，適合以電壓為輸出，高輸入阻抗的場(chǎng)合。5.3 壓電傳感器第六十四頁(yè)，共89頁(yè)。（a)并聯(lián)結(jié)構(gòu) (b)串聯(lián)結(jié)構(gòu) 壓電元件的連接方式5.3 壓電傳感器第六十五頁(yè)，共89頁(yè)。三、壓電式傳感器的應(yīng)用連接方式：采用并聯(lián)接法。1、壓電式加速度傳感

23、器要求：為使壓電片電荷與力之間成線性關(guān)系，壓電片需有一定的預(yù)壓力，保證接觸面均勻接觸。（1）結(jié)構(gòu)（2）工作原理5.3 壓電傳感器第六十六頁(yè)，共89頁(yè)。 壓電式加速度傳感器工作原理框圖質(zhì)量塊m壓電元件d, k前置放大Au, Aq提高靈敏度的措施采用較大的壓電常數(shù)的材料。多片壓電片組合。5.3 壓電傳感器第六十七頁(yè)，共89頁(yè)。 檢測(cè)原理 檢測(cè)時(shí)傳感器用膠粘貼在玻璃上, 然后通過(guò)電纜和報(bào)警電路相連。壓電傳感器把玻璃振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出。輸出電壓經(jīng)放大、帶通濾波、 比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。 帶通濾波使玻璃振動(dòng)頻率范圍內(nèi)的輸出電壓信號(hào)通過(guò)，其它頻段的信號(hào)濾除。 2、壓電式玻璃破碎報(bào)警器5.3 壓電傳

24、感器第六十八頁(yè)，共89頁(yè)。比較器作用是當(dāng)傳感器輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí), 輸出報(bào)警信號(hào), 驅(qū)動(dòng)報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。如進(jìn)行聲光報(bào)警。 放大帶通濾波執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較玻璃傳感器 壓電式玻璃破碎報(bào)警電路框圖5.3 壓電傳感器第六十九頁(yè)，共89頁(yè)。一、工作原理（ “光生伏特效應(yīng)”） 光照射到大面積PN結(jié)的P區(qū)，當(dāng)光子能量大于P區(qū)半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí)，表面產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，由于濃度差，電子向N區(qū)擴(kuò)散，到達(dá)PN結(jié)，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，越過(guò)PN結(jié)到達(dá)N區(qū)，P區(qū)失去電子帶正電荷，N區(qū)得到電子帶負(fù)電荷。光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。5.4 光電池第七十頁(yè)，共89頁(yè)。PN-uAmV 光電池工作原理圖輸出電流輸

25、出電壓5.4 光電池第七十一頁(yè)，共89頁(yè)。光電池外形光敏面5.4 光電池第七十二頁(yè)，共89頁(yè)。能提供較大電流的大面積光電池外形5.4 光電池第七十三頁(yè)，共89頁(yè)。其他光電池及在照度測(cè)量中的應(yīng)用柔光罩下面為圓形光電池5.4 光電池第七十四頁(yè)，共89頁(yè)。光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽(yáng)能賽車(chē)太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)模型太陽(yáng)能硅光電池板5.4 光電池第七十五頁(yè)，共89頁(yè)。光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）太陽(yáng)能發(fā)電5.4 光電池第七十六頁(yè)，共89頁(yè)。光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用5.4 光電池第七十七頁(yè)，共89頁(yè)。二、光電池的基本特性1）光譜特性 在入射光照度一定時(shí)，光電元件的相對(duì)靈敏度隨光波波長(zhǎng)的變

26、化而變化，一種材料只對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的人射光敏感，這就是光譜特性。硅光電池光譜特性使用時(shí)應(yīng)根據(jù)光源性質(zhì)選擇光電池5.4 光電池第七十八頁(yè)，共89頁(yè)。二、光電池的基本特性2）光照特性 短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強(qiáng)度成線性關(guān)系,光電池工作于短路電流狀態(tài)，可做檢測(cè)元件。 開(kāi)路電壓（負(fù)載電阻RL無(wú)限大時(shí)）與光照度的關(guān)系是非線性的, 并且當(dāng)照度在2000 lx時(shí)趨于飽和了。光電池工作于開(kāi)路電壓狀態(tài)，可做開(kāi)關(guān)元件。 5.4 光電池第七十九頁(yè)，共89頁(yè)。硅光電池開(kāi)路電壓和短路電流與光照的關(guān)系硅光電池在不同光照下光照特性5.4 光電池第八十頁(yè)，共89頁(yè)。硅光電池頻率特性3）頻率特性表征光電器件的動(dòng)態(tài)性能，反映了

27、交變光照下器件的輸出特性。5.4 光電池第八十一頁(yè)，共89頁(yè)。 硅光電池溫度特性4）溫度特性 光電器件隨所處環(huán)境溫度的變化，其光電效應(yīng)的外在表現(xiàn)會(huì)發(fā)生變化。注意溫度補(bǔ)償問(wèn)題5.4 光電池第八十二頁(yè)，共89頁(yè)。三、 光電池的應(yīng)用自動(dòng)干手器原理圖 1、光電池在自動(dòng)干手器中的應(yīng)用+12VJMJ112V2A901251KL39470uf40015.4 光電池第八十三頁(yè)，共89頁(yè)。 手放入干手器時(shí)，手遮住燈泡發(fā)出的光，光電池不受光照，晶體管基極正偏而導(dǎo)通，繼電器吸合。風(fēng)機(jī)和電熱絲通電，熱風(fēng)吹出烘手。手干抽出后，燈泡發(fā)出光直接照射到光電池上，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，使三極管基射極反偏而截止，繼電器釋放，從而切斷風(fēng)機(jī)和電熱絲的電源。光照度定義為單位