傳感器課件講義整理

第四章常用傳感器第一節(jié)傳感器概述

一傳感器定義能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

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)換成電信號(hào)的裝置。物理量電量第四章常用傳感器第一節(jié)傳感器概述一傳感器定義1二傳感器的工作機(jī)理傳感器的工作機(jī)理是基于各種物理學(xué)、化學(xué)學(xué)、生物學(xué)的現(xiàn)象和效應(yīng)，并受相應(yīng)的定律和法則所支配，來進(jìn)行能量形式的變換。被測(cè)量和它們之間的能量的相互轉(zhuǎn)換是各種各樣的。機(jī)械能光能電磁能化學(xué)能熱能二傳感器的工作機(jī)理傳感器的工作機(jī)理是基于2作為傳感器工作物理基礎(chǔ)的基本定律有：1）守恒定律。包括能量、動(dòng)量、電荷量等守恒定律。2）場(chǎng)的定律。包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的感應(yīng)定律等。3）物質(zhì)定律。表示各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律（歐姆定律等）4）統(tǒng)計(jì)定律。是把微觀與宏觀聯(lián)系起來的物理法則。作為傳感器工作物理基礎(chǔ)的基本定律有：3三傳感器的構(gòu)成

傳感器一般由敏感器件與輔助器件（變換元件與信號(hào)調(diào)理電路）組成。敏感器件是傳感器的核心，它的作用是直接感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。

dV三傳感器的構(gòu)成傳感器一般由敏感器件與輔助4圖4-3傳感器組成框圖敏感元件變換元件輔助電源信號(hào)調(diào)理電路被測(cè)量電信號(hào)非電量電參量圖4-3傳感器組成框圖敏感元件變換元件輔助電源信號(hào)調(diào)理電5

四傳感器的分類

(1)按被測(cè)物理量分類:(2)按變換原理分類:(3)按信號(hào)變換特征:(4)按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系:位移,力,溫度等.電阻式,電感式,光電式,壓電式等.物性型,結(jié)構(gòu)型.能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.四傳感器的分類(1)按被測(cè)物理量分類:位移,力,溫度6表1基本被測(cè)量和派生被測(cè)量基本被測(cè)量派生被測(cè)量位移線位移長度、厚度、應(yīng)變、振動(dòng)、磨損、不平度角位移旋轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角、角振動(dòng)速度線速度速度、振動(dòng)、流量、動(dòng)量角速度轉(zhuǎn)速、角振動(dòng)加速度線加速度振動(dòng)、沖擊、質(zhì)量角加速度角振動(dòng)、扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量力壓力重量、應(yīng)力、力矩時(shí)間頻率周期、計(jì)數(shù)、統(tǒng)計(jì)分布溫度熱容量、氣體速度、渦流光光通量與密度、光譜分布濕度水氣、水分、露點(diǎn)表1基本被測(cè)量和派生被測(cè)量7A物性型與結(jié)構(gòu)型傳感器物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換.例如:水銀溫度計(jì),壓電測(cè)力計(jì).結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變.例如:電容式和電感式傳感器.B能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計(jì),壓電式加速度計(jì).能量控制型:從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.

例如:電阻應(yīng)變片.A物性型與結(jié)構(gòu)型傳感器B能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器8第二節(jié)電阻式傳感器

概述

電阻式傳感器是將被測(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)量的裝置。電阻式傳感器按工作原理可分為：滑動(dòng)變阻器（電位器）式、電阻應(yīng)變片式（彈性電阻式）、熱敏電阻式、磁敏電阻式、氣敏電阻式等。

第二節(jié)電阻式傳感器概述9滑動(dòng)變阻器式傳感器工作原理

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。

其中，：電阻率；

l：導(dǎo)體長度；

A：導(dǎo)體橫截面積。顯然，若導(dǎo)體材質(zhì)和截面積A一定，其阻值隨導(dǎo)線長度l而線性變化。

導(dǎo)體電阻公式：（）滑動(dòng)變阻器式傳感器其中，：電阻率；導(dǎo)體電阻公式：10

直線位移型

如圖，當(dāng)改變觸點(diǎn)

C的位置時(shí)，AC間

電阻值：

kl：單位長度內(nèi)的電阻值。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。

傳感器靈敏度：（/m）xCxABCR直線位移型kl：單位長度內(nèi)的電阻值。當(dāng)導(dǎo)線均勻分布時(shí)，輸11

角位移型

（/rad）

：

角位移；k：單位弧度對(duì)應(yīng)

的電阻值。傳感器靈敏度：角位移型（/rad）：角位移；傳感器靈敏度12

非線性型

非線性型13分辨率（力）：電位器總匝數(shù)的倒數(shù)。如：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。

線性度：由于電阻絲本身的不均勻性或間隔的不均勻?qū)е码A梯特性，增加了傳感器的非線性性。

使用時(shí)應(yīng)注意的特性參數(shù)：分辨率（力）：電位器總匝數(shù)的倒數(shù)。如：1000匝直線型線繞14測(cè)量電路、負(fù)載誤差

測(cè)量電路

對(duì)于后接電阻分壓電路的變阻器式傳感器：u0xpxRLuy其中：

R0：變阻器總電阻

Rx：x段的電阻。

測(cè)量電路、負(fù)載誤差u0xpxRLuy其中：15令，對(duì)直線位移型變阻器，顯然：于是：易知，空載時(shí)：由此可見，當(dāng)接入負(fù)載電阻RL后，輸出uy與r不再保持線性關(guān)系。令，對(duì)直線位移型變阻器，顯16若要求在整個(gè)行程內(nèi)誤差不超過1~3%，必須有：

RL>(10~20)R0

負(fù)載誤差：由負(fù)載效應(yīng)引起的非線性誤差。

01102030405060m=5m=2m=1m=0.5m=0.1m=0reL若要求在整個(gè)行負(fù)載誤差：由負(fù)載效應(yīng)引起的非線性誤差。017特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，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)：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。

特點(diǎn)與應(yīng)用應(yīng)用

主要應(yīng)用于線位移、角位移測(cè)量。特點(diǎn)特點(diǎn)與應(yīng)用應(yīng)用18案例：重量的自動(dòng)檢測(cè)--配料設(shè)備重量設(shè)定原材料

比較原理用彈簧將力轉(zhuǎn)換為位移;再用變阻器將位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化案例：重量的自動(dòng)檢測(cè)--配料設(shè)備重量設(shè)定原材料比較原理19案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼）原理直接將關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化轉(zhuǎn)換為電阻器阻值變化案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼）原理20電阻應(yīng)變式傳感器

工作原理

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，稱為導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片阻值的計(jì)算公式為：變形時(shí)，、l、A將同時(shí)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致R改變。電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變片阻值的計(jì)算公式為：變形時(shí)，21若已知、l、A的變化量為d、dl、dA，則：即：對(duì)半徑為r的金屬電阻絲有：，從而：

金屬電阻應(yīng)變片若已知、l、A的變化量為d、dl、dA，則：即：對(duì)半徑為22：電阻絲軸向相對(duì)變形，或稱縱向應(yīng)變。：電阻絲徑向相對(duì)變形，或稱橫向應(yīng)變。橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變間的關(guān)系為：為泊松比。負(fù)號(hào)表示兩者變化相反。：電阻絲電阻率相對(duì)變化，與電阻絲軸向所受正應(yīng)力有關(guān)，E為電阻絲材料的彈性模量；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)。：電阻絲軸向相對(duì)變形，或稱縱向應(yīng)變。：電阻絲徑向相對(duì)變形，或23因此：其中，由電阻絲幾何尺寸隨應(yīng)變改變所引起，對(duì)于同一電阻材料，為常數(shù)。由電阻率隨應(yīng)變的改變引起，對(duì)金屬電阻絲，很小。從而：即電阻相對(duì)變化與應(yīng)變成正比。比值sg稱為金屬電阻應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)或靈敏度。通常sg=1.7~3.6。因此：其中，由電阻絲幾何尺寸隨應(yīng)變改變所引起，對(duì)于同一電阻材24材料名稱成

分靈敏度電阻率溫度系數(shù)線脹系數(shù)元素含量

sg·mm2/m×10-6/°C×10-6/°C康

銅CuNi57%43%1.7~2.10.49-20~2014.9鎳鉻合金NiCr80%20%2.1~2.50.9~1.1110~15014.0鎳鉻鋁合金(卡瑪合金)NiCrAlFe73%20%3~4%余量2.4~2.61.33-10~1013.3常用金屬電阻絲材料物理性能材料名稱成分靈敏度電阻率溫度系數(shù)線脹系數(shù)元素含量25絲式應(yīng)變片

金屬絲式應(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。

常用金屬電阻應(yīng)變片有絲式和箔式兩種。絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片常用金屬電阻應(yīng)變片有絲式和箔26金屬絲式應(yīng)變片又有回線式和短接式兩種?；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5～10倍的鍍銀絲短接而成，其優(yōu)點(diǎn)是克服了橫向效應(yīng)。絲式應(yīng)變片制作簡單、性能穩(wěn)定、成本低、易粘貼。絲式應(yīng)變片安全電流：10~50mA，電阻：50~1000（典型120）。金屬絲式應(yīng)變片又有回線式和短接式兩種?；鼐€式應(yīng)變片因圓弧部分27

箔式應(yīng)變片

箔式應(yīng)變片由厚度為1~10m的康銅箔（金屬制成的薄片）或鎳鉻箔經(jīng)光刻，腐蝕工藝制成的柵狀箔片。優(yōu)點(diǎn)：適于大批量生產(chǎn)，可制成多種復(fù)雜形狀，線條均勻，敏感柵尺寸準(zhǔn)確，柵長最小可到0.2mm；散熱好，允許電流大；橫向效應(yīng)和機(jī)械滯后小，疲勞壽命長;柔性好（可貼于形狀復(fù)雜的表面），傳遞試件應(yīng)變性能好。目前使用的應(yīng)變片大多是金屬箔式應(yīng)變片。箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片由厚度為1~10m的康銅箔（金28

半導(dǎo)體應(yīng)變片利用半導(dǎo)體單晶的壓阻效應(yīng)使阻值變化。壓阻效應(yīng)：單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。單晶半導(dǎo)體在外力作用下的電阻變化量仍為：對(duì)半導(dǎo)體而言，電阻率變化引起的電阻變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于形變引起的電阻變化，從而：半導(dǎo)體應(yīng)變片利用半導(dǎo)體單晶的壓阻效應(yīng)使阻值變化。壓阻效應(yīng)：29半導(dǎo)體應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)如圖所示：半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度比金屬絲應(yīng)變片大50~70倍。不同材料的半導(dǎo)體、不同載荷施加方向，壓阻效應(yīng)不同，靈敏度也不同。半導(dǎo)體應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)如圖所示：半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度比金屬絲30

半導(dǎo)體應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)：

靈敏度高

機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)小、體積小

易于集成化

缺點(diǎn)：

溫度穩(wěn)定性能差

靈敏度分散度大

較大應(yīng)力作用下，非線性誤差大

機(jī)械強(qiáng)度低半導(dǎo)體應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高31

電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用

直接用來測(cè)量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力

電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用直接用來測(cè)32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

將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測(cè)量力、位33

動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性：動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)應(yīng)限制其上限測(cè)量頻率，一般上限測(cè)量頻率應(yīng)在電橋激勵(lì)電源頻率的以下。應(yīng)變片基長(mm)0.20.51235101520最高工作頻率(KHz)125050025012583.3502516.612.5

粘貼劑的選擇：粘貼劑和粘貼工藝直接影響應(yīng)變片的線性、滯后等特性。要求粘貼強(qiáng)度高、固化后收縮率小、電氣絕緣阻抗大、耐濕、耐老化、耐疲勞等。

溫度影響：由溫度變化導(dǎo)致的應(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。

使用注意事項(xiàng)

應(yīng)變片基長(mm)0.20.51235101520最高工作34

應(yīng)變式傳感器的特點(diǎn)

性能穩(wěn)定、精度高，綜合誤差在0.1%~1.0%，高精度力傳感器已能達(dá)到0.01%

~0.03%。測(cè)量范圍廣力：0.1~107N壓力：104~109Pa；

能適應(yīng)較大的振動(dòng)和沖擊，抗輻射能力強(qiáng)。應(yīng)變式傳感器的特點(diǎn)35案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。案例：電子稱原理36

概述

第三節(jié)電感式傳感器

電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)物理量，如位移等，轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類:電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型差動(dòng)變壓器式概述第三節(jié)電感式傳感器電感式傳感器37

自感型

可變磁阻式

工作原理可變磁阻式傳感器的構(gòu)造如圖，由線圈、鐵芯和銜鐵組成。在鐵芯與銜鐵之間存在氣隙。自感型38由電工學(xué)可知，線圈自感量：其中，N：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

Rm=RF+RRF：鐵芯與銜鐵的磁阻

R：空氣隙磁阻

由電工學(xué)可知，線圈自感量：其中，N：線圈匝數(shù)39其中：l1、l2：鐵芯和銜鐵的導(dǎo)磁長度

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

：氣隙長度

0：空氣磁導(dǎo)率，0=410-7H/m

A0：空氣隙導(dǎo)磁截面積。若不考慮磁路的損失，且空氣隙較小時(shí)：其中：l1、l2：鐵芯和銜鐵的導(dǎo)磁長度若不考慮磁路的40一般，1和2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0，即：RF<<R

，因此：從而：上式表明：自感L與氣隙長度成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積A0成正比。當(dāng)固定A0，變化時(shí)，L與成非線性關(guān)系，此時(shí)，傳感器靈敏度：一般，1和2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0，即：RF<<R，從而41即固定A0，變化

時(shí)，傳感器靈敏度與氣隙長度的平方成反比。為了提高其靈敏度，減小非線性誤差，通常使這種傳感器在較小間隙范圍內(nèi)工作。設(shè)間隙變化范圍為（0，0+），一般實(shí)際應(yīng)用中，取/00.1。變氣隙長度式電感傳感器適用于微小位移的測(cè)量，測(cè)量范圍：0.001~1mm。

即固定A0，變化時(shí)，傳感器靈敏度與氣隙長42可變磁阻式傳感器典型結(jié)構(gòu)

可變導(dǎo)磁面積型：線性，靈敏度底

差動(dòng)變氣隙型：提高靈敏度，改善非線性

可變磁阻式傳感器典型結(jié)構(gòu)可變導(dǎo)磁面積型：線性，靈敏度底43

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?。?/p>

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)44當(dāng)/0<<1時(shí)：當(dāng)/0<<1時(shí)：45差動(dòng)方式時(shí)：靈敏度：，為原來的兩倍。比較：顯然，L大大降低了相對(duì)非線性誤差。差動(dòng)方式時(shí)：靈敏度：，為原來的兩倍。比較：顯然，L大大降低46

渦電流式

工作原理

利用金屬導(dǎo)體在交

變磁場(chǎng)中的渦電流

效應(yīng)工作，包括高

頻反射式和低頻透

射式兩種。

高頻反射式渦流

傳感器

渦電流式工作原理高頻反射式渦流47金屬板置于線圈附近，相互間距為

。當(dāng)線圈中通入高頻交變電流i時(shí)，產(chǎn)生磁通

，此交變磁通作用于鄰近的金屬板（由于趨膚效應(yīng)，僅作用于金屬板表面的薄層內(nèi)），使金屬板產(chǎn)生“旋渦狀”的閉合感應(yīng)電流

i1（稱為渦電流或渦流）。該電流也產(chǎn)生交變磁通1，反作用于線圈，根據(jù)楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)變化方向與線圈磁場(chǎng)變化方向相反，1總是抵抗的變化，從而導(dǎo)致原線圈等效阻抗發(fā)生變化。金屬板置于線圈附近，相互間距為。當(dāng)線圈中通入高頻交變電流48等效阻抗的變化程度與線圈尺寸、距離、金屬板電阻率和磁導(dǎo)率、線圈激勵(lì)電流i及其頻率有關(guān)。

通常線圈尺寸、激勵(lì)電流i及其頻率一定，若金屬板材料一定，變化可以用來測(cè)量位移、振動(dòng)等參量。若一定，變化或可實(shí)現(xiàn)材質(zhì)鑒別或無損探傷。

等效阻抗的變化程度與線圈尺寸、距離、金49注意：趨膚效應(yīng)，即產(chǎn)生的渦流主要集中在被測(cè)物體的表面。渦流貫穿深度

：注意：渦流貫穿深度：50

低頻透射式渦流傳感器

如圖L1和L2分別為發(fā)射線圈和接收線圈，兩線圈間存在金屬板M，低頻交流電流流經(jīng)L1產(chǎn)生交變磁場(chǎng)穿過金屬板作用于L2，并產(chǎn)生感應(yīng)電壓Uo。由于金屬板產(chǎn)生的渦流消耗了一部分磁場(chǎng)能量，從而使Uo有所降低，板越厚，Uo越低。即Uo的大小間接反映了金屬板的厚度。

低頻透射式渦流傳感器如圖L1和L2分別為發(fā)射線圈51

阻抗分壓式調(diào)幅電路傳感器由振蕩器提供高頻電源，當(dāng)傳感器諧振頻率與電源頻率相同時(shí)，輸出電壓

u最大。

渦流傳感器測(cè)量電路阻抗分壓式調(diào)幅電路傳感器由振蕩器提供高頻電源，當(dāng)傳感器諧振52測(cè)量時(shí)，傳感器等效電感隨而改變，LC回路失諧，輸出信號(hào)頻率雖仍為電源頻率，但幅值隨變化，即對(duì)輸出信號(hào)存在調(diào)幅作用。對(duì)此調(diào)幅波放大、檢波、濾波即可得的變化信息。

測(cè)量時(shí)，傳感器等效電感隨而改變，LC回路53

調(diào)頻電路

以LC振蕩回路的諧振頻率作為輸出量。

調(diào)頻電路以LC振蕩回路的諧振頻率作為輸出量。54

渦流傳感器的特點(diǎn)

動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量

靈敏度高

分辨力高，檢測(cè)范圍：1mm~10mm，

最高分辨力可達(dá)滿量程的0.1%。

結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不受油液等介質(zhì)

影響

渦流傳感器的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量55渦流傳感器的應(yīng)用

渦流傳感器的應(yīng)用56案例：測(cè)厚案例：零件計(jì)數(shù)案例：測(cè)厚案例：零件計(jì)數(shù)57

互感型——差動(dòng)變壓器式電感傳感器

工作原理

由互感現(xiàn)象，傳感器初級(jí)線圈W1輸入交流電流時(shí)，次級(jí)線圈W2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與初級(jí)線圈電流的變化率成正比,即：M為兩線圈的互感，其大小與兩線圈的相對(duì)位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力等因素有關(guān)。當(dāng)中間的銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，傳感器兩線圈的互感改變，導(dǎo)致輸出相應(yīng)改變?；ジ行汀顒?dòng)變壓器式電感傳感器M為兩線圈的互感，其大小58實(shí)際的互感傳感器通常采用兩個(gè)結(jié)構(gòu)、參數(shù)完全相同的次級(jí)線圈W1、W2，并接成差動(dòng)式，即W1、W2反極性串接，輸出eo=e1e2，故又稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。實(shí)際的互感傳感器通常采用兩個(gè)結(jié)構(gòu)、參數(shù)完全相同的次級(jí)線圈W159鐵芯P位于中心位置：e1=e2，eo=0鐵芯P上移：e1

>e2，eo與e1同相。

鐵芯P下移：e1

<e2，eo0，eo與e2同相。兩點(diǎn)說明

存在零點(diǎn)殘余電壓（鐵芯位于中心處時(shí),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。

鐵芯P位于中心位置：e1=e2，eo=0兩點(diǎn)說明60下圖為用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路，其中R用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)殘余電壓的大小。

下圖為用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路，其中R用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)殘61

特點(diǎn)

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減小到0.1%線性范圍大（可達(dá)100mm）

穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便

因包含機(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

特點(diǎn)精度高(0.1m數(shù)量級(jí)，最高可達(dá)0.01m62應(yīng)用:主要測(cè)量位移、力；也可測(cè)厚度,表面粗糙度;張力;振動(dòng),速度,加速度等.案例：板的厚度測(cè)量~案例：張力測(cè)量應(yīng)用:主要測(cè)量位移、力；也可測(cè)厚度,表面粗糙度;張力63

變換原理第四節(jié)電容式傳感器

A電容式傳感器實(shí)質(zhì)是一具有可變參數(shù)的電容器。中間充滿介質(zhì)的兩塊平行金屬極板構(gòu)成的電容器，其電容量為：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。變換原理第四節(jié)電容式傳感器A電容式傳感器實(shí)質(zhì)是64當(dāng)被測(cè)量使、A或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起C的變化。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）

當(dāng)被測(cè)量使、A或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起C的變化。實(shí)際使用中65

極距變化型初始電容：顯然，C與極距成反比（如圖）。當(dāng)極板間距減小時(shí)，電容為：極距變化型初始電容：顯然，C與當(dāng)極板間距66電容增量為：當(dāng)/0<<1時(shí)，有：（近似線性）

忽略非線性項(xiàng)，得：相對(duì)非線性誤差為：=電容增量為：當(dāng)/0<<1時(shí)，有：（近似線性）忽略非線67可見，靈敏度與極距的平方成反比，極距越小，靈敏度越高，但極距減小受極板間擊穿電壓的限制。此外，為了減小因靈敏度隨極距變化導(dǎo)致的非線性誤差，通常極距變化范圍/00.1。因此，此類電容傳感器僅適于微小位移的測(cè)量（0.01m~數(shù)百微米）。

靈敏度：當(dāng)極板間距增加時(shí)，同理可以求得：可見，靈敏度與極距的平方成反比，極距越小，靈敏度越高，但極距68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（如右圖）。此時(shí)靈敏度提高一倍，相對(duì)非線性誤差減小為：而實(shí)際應(yīng)用中，為而69

面積變化型

包括線位移型（平面線位移和圓柱體線位移）和角位移型兩種。

角位移型

1—?jiǎng)影?—定板其中，：覆蓋面積對(duì)應(yīng)的中心角；

r：極板半徑。面積變化型包括線位移型（平面線位移和圓柱體線位移）和角位70

平面線位移型1—?jiǎng)影?—定板其中，b：極板寬度。

平面線位移型1—?jiǎng)影?—定板其中，b：極板寬71

圓柱線位移型

1—?jiǎng)影?—定板其中，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，適用于較大直線位移及角位移測(cè)量。

圓柱線位移型1—?jiǎng)影?—定板其中，D：圓筒72第四章傳感器課件73

介質(zhì)變化型

如右圖，厚度為2

的介質(zhì)（2

為其相對(duì)介電常數(shù)）在電容器中左右運(yùn)動(dòng)，由于電容器中介質(zhì)的介電常數(shù)改變，電容量改變。設(shè)電容器極板寬度為b，介質(zhì)2的寬度大于等于b。

介質(zhì)變化型如右圖，厚度為74當(dāng)極板間無介質(zhì)2時(shí)，存在介質(zhì)時(shí)，C=CA+CB（并聯(lián)）其中：1=-2當(dāng)極板間無介質(zhì)2時(shí)，存在介質(zhì)時(shí)，C=CA+CB（并聯(lián)）其75顯然，靈敏度為常數(shù)，輸入輸出成線性關(guān)系。從而：顯然，靈敏度為常數(shù)，輸入輸出成線性關(guān)系。從而：76

特點(diǎn)輸入能量?。O板間靜電引力小）、靈敏度高

動(dòng)態(tài)特性好（可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高）

發(fā)熱小，能量損耗小

結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性好，可在高、低溫、強(qiáng)輻射

環(huán)境中工作

可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量

一般傳感器兩極板間電容很?。◣灼し▇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）影響大特點(diǎn)輸入能量?。O板間靜電引力?。?、靈敏度高77

測(cè)量電路

電橋型電路振蕩器C1L1L2C2Cx放大檢波輸出諧振電路~L1L2C1C2放大相敏解調(diào)濾波測(cè)量電路電橋型電路振蕩器C1L1L2C2Cx放大輸出諧78運(yùn)放電路放大器C0Cxuyu0調(diào)頻電路限幅鑒頻放大輸出Cx傳感器調(diào)頻振蕩器被測(cè)物體運(yùn)放電路放大器C0Cxuyu0調(diào)頻電路限幅鑒頻放大輸出Cx傳79概述第五節(jié)磁電式傳感器

磁電式傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也稱為（電磁）感應(yīng)式或電動(dòng)式傳感器。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，運(yùn)動(dòng)線圈在磁場(chǎng)中切割磁力線或線圈所在磁場(chǎng)磁通變化時(shí)，線圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小和方向?yàn)椋?/p>

其中，N：線圈匝數(shù)，：通過線圈的磁通量

概述第五節(jié)磁電式傳感器磁電式傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為80

磁通的變化率主要與下列因素有關(guān)：

線圈與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度磁路中磁阻的大小線圈的面積磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小

因此，只要改變其中的任一參數(shù)，都會(huì)改變線圈的感應(yīng)電勢(shì)。按照結(jié)構(gòu)方式不同，磁電式傳感器可分為的動(dòng)圈式和變磁阻的磁阻式兩種。

磁通的變化率主要與下列因素有關(guān)：線圈與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)81

動(dòng)圈式

動(dòng)圈式82線速度型：e=NBlvsin角速度型：e=kNBA其中，N：線圈的匝數(shù)B：磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；

l：單匝線圈的有效長度；

v：線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；

：線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角；

A：單匝線圈的截面積；

：角速度；

k：與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，k<1。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)一定時(shí)，B、l、、A、k為常數(shù)，e與線圈運(yùn)動(dòng)的線速度（角速度）成正比。

線速度型：e=NBlvsin83顯然，磁電式傳感器可用于動(dòng)態(tài)速度測(cè)量。根據(jù)位移、速度、加速度間的積分、微分關(guān)系，因此，磁電式傳感器經(jīng)過一定的信號(hào)處理電路也可用來測(cè)量位移與加速度。應(yīng)用：顯然，磁電式傳感器可用于動(dòng)態(tài)速度測(cè)量。根據(jù)位移、速度、加速度84動(dòng)圈磁電式傳感器測(cè)量電路測(cè)量電路:其中，Z0為線圈阻抗，Rc為電纜電阻（不長時(shí)可忽略）

Cc為電纜電容，RL為負(fù)載電阻。

動(dòng)圈磁電式傳感器測(cè)量電路測(cè)量電路:其中，Z0為線圈阻抗，Rc85上式忽略了Rc，Cc，且RL>>Z0。

注意：

上面討論的速度是指線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)速度，而非線圈或磁場(chǎng)的絕對(duì)速度。

磁電式傳感器工作原理可逆，作為傳感器它處于發(fā)電狀態(tài)；相反，若對(duì)線圈施加交流激勵(lì)電壓，線圈將在磁場(chǎng)中振動(dòng)，此時(shí)可作為激振器。上式忽略了Rc，Cc，且RL>>Z0。注意：上面討論的速86線圈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)后，線圈中將有電流流過，此電流產(chǎn)生的交變磁通會(huì)削弱原磁場(chǎng)的磁通，使傳感器靈敏度降低，導(dǎo)致非線性誤差（必要時(shí)可采用補(bǔ)償裝置減小非線性）。磁阻式

磁阻式傳感器線圈與磁鐵彼此無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而是由運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)磁物體改變磁路磁阻，引起磁力線的增強(qiáng)或減弱，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

線圈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)后，線圈中將有電流流過，此電流產(chǎn)生的87第四章傳感器課件88第六節(jié)壓電式傳感器

壓電式傳感器是一種可逆型換能器，既可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，又能將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。其工作原理是利用一些物質(zhì)的壓電效應(yīng)。

壓電效應(yīng)

工作原理某些晶體在外力作用下，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內(nèi)部發(fā)生極化，在其表面產(chǎn)生電荷，形成電場(chǎng)；去掉外力后又重新回到不帶電的平衡狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

第六節(jié)壓電式傳感器壓電式傳感器是一種可逆型換能器，既可89與壓電效應(yīng)相反，如果將具有壓電效應(yīng)的晶體置于電場(chǎng)中，其幾何尺寸也發(fā)生變化，這種由于外電場(chǎng)作用導(dǎo)致物體機(jī)械變形現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)或稱為電致伸縮效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體。

石英晶體的壓電效應(yīng)結(jié)晶形狀：中間為六角形棱柱，兩端為對(duì)稱的棱錐，共30個(gè)晶面。

與壓電效應(yīng)相反，如果將具有壓電效應(yīng)的晶體置于電場(chǎng)中，其幾何尺90光軸：

z軸，與晶體縱軸方向一致。光線沿

z軸方向通過晶體不發(fā)生雙折射。而且，沿光軸的作用力不產(chǎn)生壓電效應(yīng)，故又稱為中性軸。電軸：

x軸，通過兩個(gè)相對(duì)的六角棱線并垂直于光軸的軸線。

垂直于此軸的晶面上有最強(qiáng)的壓電效應(yīng)。

光軸：z軸，與晶體縱軸方向一致。光線沿z軸方向通過晶91機(jī)械軸：y軸，垂直于x軸和z軸所在平面的軸線。在電場(chǎng)作用下，y軸具有最明顯的機(jī)械變形。石英晶體z軸僅一個(gè)，x軸和y軸各有3個(gè)?？v向壓電效應(yīng)：沿x軸施加作用力，晶體表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。電荷出現(xiàn)在與x軸相垂直的表面上。產(chǎn)生的電荷量為：

qx=dxFx其中，dx：縱向壓電常數(shù)；Fx：作用力。

機(jī)械軸：y軸，垂直于x軸和z軸所在平面的軸線。在電場(chǎng)作用下，92橫向壓電效應(yīng)：沿

y軸施加作用力，晶體表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。電荷仍出現(xiàn)在與

x軸相垂直的表面上。產(chǎn)生的電荷量為：

其中，dy：橫向壓電常數(shù)；

Fy：作用力；

sx、sy

：分別為與x軸、y軸相垂直的表面

面積；

a：x軸向厚度；

b：y軸向長度。由于力所施加的表面與感生電荷的表面不同，電荷量與晶體尺寸有關(guān)。橫向壓電效應(yīng)：沿y軸施加作用力，晶體表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。93根據(jù)石英晶體軸對(duì)稱的條件，dy=dx，從而：即橫向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷與縱向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷極性相反。切向壓電效應(yīng)：沿x軸或y軸施加剪切力，晶體表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。沿x軸的剪切力產(chǎn)生的電荷出現(xiàn)在與y軸垂直的表面上；沿y軸的剪切力產(chǎn)生的電荷出現(xiàn)在與x軸垂直的表面上（電荷量與剪切力成正比，與晶片尺寸無關(guān)）。

根據(jù)石英晶體軸對(duì)稱的條件，dy=dx，從而：即橫向壓電效應(yīng)94第四章傳感器課件95

壓電材料

壓電單晶：石英（SiO2）天然或人工合成。具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和壓電效應(yīng)。雖壓電系數(shù)較?。╠x=2.310-12C/N），但壓電系數(shù)的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性好。在20~200C內(nèi)，溫度每升高1C，壓電系數(shù)僅減小0.016%，升高到200C時(shí)，僅減小5%，達(dá)到573C時(shí)，失去壓電特性，此溫度稱為石英的居里點(diǎn)。相對(duì)介電常數(shù)為4.5。

壓電材料壓電單晶：石英（SiO2）天然或人工合成。具96第四章傳感器課件97第四章傳感器課件98居里點(diǎn)1210C，具有良好的壓電性，適用于高溫環(huán)境，但比石英脆，抗沖擊性差。鈮酸鋰（LiNbO3）

居里點(diǎn)666C，壓電常數(shù)為石英的3倍鉭酸鋰（LiTaO3）壓電系數(shù)較大（dx=310-9C/N），但機(jī)械強(qiáng)度、電阻率、居里點(diǎn)均較低，易受潮，性能不穩(wěn)定。酒石酸鉀鈉（NaKC4H4O64H2O）居里點(diǎn)1210C，具有良好的壓電性，適用于高溫環(huán)境，但比石99

多晶壓電陶瓷

由多種材料經(jīng)燒結(jié)而成，制作方便，成本低。原始?jí)弘娞沾身毥?jīng)強(qiáng)電場(chǎng)極化處理后才具有壓電性。壓電陶瓷的壓電常數(shù)一般比石英高數(shù)百倍。現(xiàn)代壓電元件，大多采用壓電陶瓷。

鈦酸鋇（BaTiO3）

碳酸鋇BaCO3和二氧化鈦TiO2按1：1混合燒結(jié)而成。壓電常數(shù)約為石英的50倍，相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)1200，居里點(diǎn)約120C。多晶壓電陶瓷由多種材料經(jīng)燒結(jié)而成，制作方便，成本低。原始100鋯鈦酸鉛（PZT）系列壓電陶瓷

居里點(diǎn)300C左右，壓電常數(shù)70~80010-12C/N，性能和穩(wěn)定性均超過鈦酸鋇。其中有些產(chǎn)品可耐高溫、高壓。

高分子有機(jī)壓電材料

聚二氟乙烯（PVF2）、聚氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）等。壓電特性并不很好，但易于大量生產(chǎn)、面積大、柔軟不易破碎，可制成陣列器件。壓電半導(dǎo)體

具有壓電和半導(dǎo)體兩種特性，易于集成。

鋯鈦酸鉛（PZT）系列壓電陶瓷居里點(diǎn)300C左右，壓101

壓電式傳感器及其等效電路

b)等效電荷源壓電器件相當(dāng)于具有一定電容的電荷源，其電容：電容兩極板間開路電壓為：金屬膜FFa)壓電晶片CaRaq壓電式傳感器及其等效電路b)等效電荷源壓電器件相當(dāng)于102若考慮負(fù)載（等效電路），等效電路如下：a)電荷源等效電路假設(shè)一恒定力F作用于壓電器件，產(chǎn)生電量q，則輸出電壓：其中，Cc、Ci分別為電纜寄生電容及后續(xù)測(cè)量電路的輸入電容。CcRiCiCaRaqUi忽略泄漏電流若考慮負(fù)載（等效電路），等效電路如下：a)電荷源等效電路假103由于晶片漏電阻Ra及后續(xù)電路輸入電阻Ri不可能無限大，所以電路將按指數(shù)規(guī)律放電，造成測(cè)量誤差。電路放電時(shí)間常數(shù)

=(Ra//Ri)C

RiC（一般Ra>>Ri），為了減小誤差，Ri越大越好。顯然，電荷泄漏使得利用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)量非常困難。通常壓電傳感器適宜作動(dòng)態(tài)測(cè)量。由于晶片漏電阻Ra及后續(xù)電路輸入電阻Ri不可能無限大，所以104++++++++++----------FFa)串接壓電式傳感器有電荷及電壓兩種輸出方式。為了增大輸出值，壓電傳感器往往用兩個(gè)（較多見）或兩個(gè)以上的晶體串接或并接：

n個(gè)晶體串接時(shí)，輸出電荷量與單片晶體電荷相同，總電容為單片晶體電容的1/n，

輸出電壓為單片晶體電壓的

n倍。

串接時(shí)，輸出電壓大、電容小、時(shí)間常數(shù)小，適宜測(cè)量迅變信號(hào)和以電壓輸出的場(chǎng)合。

++++++++++----105++++++++++----------FFb)并接

n個(gè)晶體并接時(shí)，輸出電荷量為單片晶體電荷n倍，總電容為單片晶體電容n倍，輸出電壓等于單片晶體電壓。

并接時(shí)，輸出電荷量大、電容大、時(shí)間常數(shù)大，適宜測(cè)量緩變信號(hào)和以電荷輸出的場(chǎng)合。

++++++++++----106

壓電式傳感器測(cè)量電路

對(duì)應(yīng)于壓電式傳感器的兩種輸出方式，可以采用具有高輸入阻抗的前置放大器：電壓放大器或電荷放大器，對(duì)傳感器輸出的電壓或電荷信號(hào)進(jìn)行放大處理，并實(shí)現(xiàn)阻抗變換，將傳感器的高阻抗輸出變?yōu)榉糯笃鞯牡妥杩馆敵?。因?yàn)閴弘娛絺鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)是很微弱的，而且傳感器本身有很大的內(nèi)阻。壓電式傳感器測(cè)量電路對(duì)應(yīng)于壓電式傳感器的兩種輸出方式，107-ACaRa電壓放大電路uaCcRiCiuiuo

電壓放大器

設(shè)作用于壓電晶片上的力F=F0sint。則：

而：q=dcF=dcF0sint，其中，R=Ra//Ri，C=Ca+Cc

+Ci。

q-ACaRa電壓放大電路uaCcRiCiuiuo電壓放大器108即：從而：輸入端電壓幅值：定義壓電傳感器輸出電壓靈敏度：

，穩(wěn)態(tài)解即：從而：輸入端電壓幅值：定義壓電傳感器輸出電壓靈敏度：，109，則：當(dāng)作用力頻率與電路時(shí)間常數(shù)RC足夠大時(shí)，

Uim和Sui與Cc有關(guān)，當(dāng)改變電纜長度或布線

方法時(shí)，Uim和Sui都會(huì)改變，從而導(dǎo)致測(cè)量

誤差。

結(jié)論：，則：當(dāng)作用力頻率與電路時(shí)間常數(shù)RC足夠大時(shí)，Uim和110若壓電器件上作用靜態(tài)力（=0），Uim和

Sui均等于0。即壓電傳感器不能測(cè)量靜態(tài)力。若要測(cè)的話，必須采用極高阻抗的負(fù)載。

對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量，較大，易滿足(RC)2>>1，

此時(shí)Uim和Sui近似與

無關(guān)，即壓電傳感器

具有良好的高頻響應(yīng)特性。若壓電器件上作用靜態(tài)力（=0），Uim和Sui均等111電荷放大器是一個(gè)高增益帶電容負(fù)反饋的運(yùn)算放大器，其輸入阻抗極高（1012以上）。

電荷放大器

Cf電荷放大電路-AuiuoCcRiCiCaRaq電荷放大器是一個(gè)高增益帶電容負(fù)反饋的運(yùn)算放大器，其輸入阻抗極112同樣可求得輸入端電壓幅值：其中，R=Ra//Ri，C=Ca+Cc

+Ci

+(1+A)Cf

。

若，則：同樣可求得輸入端電壓幅值：其中，R=Ra//Ri，C=113從而：若A足夠大（一般為100以上），則：(1+A)Cf

>>Ca+Cc

+Ci上式表明，在一定條件下，電荷放大器的輸出電壓與外力成正比，與反饋電容成反比，而與Ca、Cc和Ci無關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：電纜分布電容變化不會(huì)影響傳感器靈敏度及測(cè)量結(jié)果。從而：若A足夠大（一般為100以上），則：上式表明，在一定114缺點(diǎn)：由于采用電容負(fù)反饋，電荷放大器對(duì)直流工作點(diǎn)相當(dāng)于開環(huán)，因此零點(diǎn)漂移較大。為了減小零漂，使電荷放大器工作穩(wěn)定，一般在反饋電容兩端并聯(lián)一個(gè)大的反饋電阻Rf（約1010~1014）。電荷放大器電路復(fù)雜，價(jià)格昂貴，電壓放大器反之；但電壓放大器下限頻率較高，靈敏度與電纜分布電容有關(guān)，選用時(shí)宜綜合考慮。缺點(diǎn)：由于采用電容負(fù)反饋，電荷放大器對(duì)直流工作點(diǎn)相當(dāng)于開環(huán)，115

壓電式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用

特點(diǎn)

能量轉(zhuǎn)換型（發(fā)電型）傳感器靈敏度高，穩(wěn)定性好，可靠。而且對(duì)應(yīng)用縱向壓電效應(yīng)的傳感器，電荷量與晶體的變形無關(guān)，因而靈敏度與傳感器剛度無關(guān)。有比較理想的線性，且通常沒有滯后現(xiàn)象低頻特性較差，主要用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。

盡量采用低電容、低噪聲電纜。

工作原理可逆。壓電式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)116

應(yīng)用：沖擊、振動(dòng)加速度及動(dòng)態(tài)力的測(cè)量。注意：壓電式傳感器一般用來測(cè)量沿其軸線的作用力（x軸），但其他方向的作用力也會(huì)產(chǎn)生輸出（稱為橫向輸出），橫向輸出是一種干擾，是產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因之一。與橫向輸出對(duì)應(yīng)的靈敏度稱為橫向靈敏度。應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該使用橫向靈敏度小的傳感器。應(yīng)用：沖擊、振動(dòng)加速度及動(dòng)態(tài)力的測(cè)量。注意：壓電式傳感器117壓電式傳感器結(jié)構(gòu)

壓電測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)通常為荷重墊圈式。圖所示為YDS-781型壓電式單向傳感器結(jié)構(gòu)，它由底座、傳力上蓋、片式電極、石英晶片、絕緣件及電極引出插座等組成。當(dāng)外力作用時(shí)，上蓋將力傳遞到石英晶片，石英晶片實(shí)現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換，電信號(hào)由電極傳送到插座后輸出。壓電式傳感器結(jié)構(gòu)1181-傳力上蓋；2-壓電片；3-片式電極；4-電極引出插頭；5-絕緣材料；6-底座YDS-781型壓電式單向力傳感器結(jié)構(gòu)1-傳力上蓋；2-壓電片；3-片式電極；4-電極引出插頭；5119應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：120第四章傳感器課件121第四章傳感器課件122煤氣灶電子點(diǎn)火器煤氣灶電子點(diǎn)火裝置如圖3-40所示，是讓高壓跳火來點(diǎn)燃?xì)?。?dāng)使用者將開關(guān)往里壓時(shí)，把氣閥打開；將開關(guān)旋轉(zhuǎn)，則使彈簧往左壓，此時(shí)，彈簧有一個(gè)很大的力撞擊壓電晶體，產(chǎn)生高壓放電，導(dǎo)致燃燒盤點(diǎn)火。煤氣灶電子點(diǎn)火器123煤氣灶電子點(diǎn)火裝置

煤氣灶電子點(diǎn)火裝置124

壓電式玻璃破碎報(bào)警器

BS-D2壓電式玻璃破碎傳感器的外形及內(nèi)部電路見圖所示。傳感器把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。傳感器的最小輸出電壓為100mV，內(nèi)阻抗為15～20KΩ。報(bào)警器的電路框圖見圖所示。壓電式玻璃破碎報(bào)警器125

(a)外形；(b)內(nèi)部電路BS-D2壓電式玻璃破碎傳感器

(a)外形；(b)內(nèi)部電路126

壓電式玻璃破碎報(bào)警器電路框圖壓電式玻璃破碎報(bào)警器電路框圖127

指套式電子血壓計(jì)指套式電子血壓計(jì)是利用放在指套上的壓力傳感器，把手指的血壓變?yōu)殡娦盘?hào)，由電子檢測(cè)電路處理后直接顯示出血壓值的一種微型測(cè)量血壓裝置。圖所示是指套式血壓計(jì)的外形圖，它由指套、電子電路及壓力源三部分組成。指套的外圈為硬性指環(huán)，中間為柔性氣囊。它直接和壓力源相連，旋動(dòng)調(diào)節(jié)閥門時(shí)，柔性氣囊便會(huì)被充入氣體，使產(chǎn)生的壓力作用到手指的動(dòng)脈上。電子血壓計(jì)的電路框圖如圖

所示。指套式電子血壓計(jì)128

指套式電子血壓計(jì)外形圖

指套式電子血壓計(jì)外形圖129

指套式電子血壓計(jì)電路框圖

時(shí)鐘放大器壓電傳感器門控觸發(fā)移位寄存器幅值比較器移位寄存器幅值比較器A/D轉(zhuǎn)換器譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器顯示器譯碼驅(qū)動(dòng)S指套式電子血壓計(jì)電路框圖時(shí)鐘放大器壓電門控移位幅值移位130第四章傳感器課件131第七節(jié)熱電式傳感器第七節(jié)熱電式傳感器132一熱電偶傳感器

熱電偶在溫度的測(cè)量中應(yīng)用十分廣泛。它構(gòu)造簡單，使用方便，測(cè)溫范圍寬，并且有較高的精確度和穩(wěn)定性。

熱電效應(yīng)及測(cè)溫原理1.熱電效應(yīng)兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩接點(diǎn)溫度不同，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。

一熱電偶傳感器133熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)1342.兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)假設(shè)兩種金屬A、B的自由電子密度分別為nA和nB,且nA>nB。當(dāng)兩種金屬相接時(shí)，將產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在A、B之間形成穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)eAB，如圖所示。

兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)2.兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)1353.單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)對(duì)于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度分別為T、TO，且T>TO，如圖4所示。

單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)3.單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)136

導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)散，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)稱為單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。勢(shì)電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)，由圖可知：EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)或EAB(t,tO)=eAB(t)+eB(t,tO)-eAB(tO)-eA(t,tO)

式中：EAB(T,TO):熱電偶回路中的總電動(dòng)勢(shì)；eAB(T):熱端接觸電勢(shì)；eB(T,TO):B導(dǎo)體溫差電勢(shì)；eAB(TO):冷端接觸電勢(shì)；eA(T,TO):A導(dǎo)體溫差電勢(shì)。導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向137接觸電勢(shì)示意圖接觸電勢(shì)示意圖138在總電勢(shì)中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的熱電勢(shì)可表示為：

EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)

對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度TO恒定時(shí)，EAB(TO)=c為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即：

EAB(T,TO)=eAB(T)-c

=f(T)

實(shí)際應(yīng)用中，熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系是通過熱電偶分度表來確定。分度表是在參考端溫度為00C時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)建立起來的熱電勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。在總電勢(shì)中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)139４.熱電偶的基本定律(1)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等，則熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢(shì)不變。

EABC(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)=EAB(T,TO)

根據(jù)這個(gè)定律，我們可采取任何方式焊接導(dǎo)線，將熱電勢(shì)通過導(dǎo)線接至測(cè)量儀表進(jìn)行測(cè)量，且不影響測(cè)量精度。４.熱電偶的基本定律140中間導(dǎo)體定律示意圖中間導(dǎo)體定律示意圖141(2)中間溫度定律在熱電偶測(cè)量回路中，測(cè)量端溫度為T，自由端溫度為TO，中間溫度為ＴO(shè)′，則T，TO熱電勢(shì)等于T，TO′與TO′，TO熱電勢(shì)的代數(shù)和。即EAB(T,TO)=EAB(T,TO′)+EAB(TO′,TO)

運(yùn)用該定律可使測(cè)量距離加長，也可用于消除熱電偶自由端溫度變化影響。(2)中間溫度定律142中間溫度定律示意圖中間溫度定律示意圖143(3)參考電極定律（也稱組成定律）已知熱電極A、B與參考電極C組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為(T，T0)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，則相同溫度下，由A、B兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，T0)可按下面公式計(jì)算：

EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0)

參考電極定律大大簡化了熱電偶選配電極的工作。(3)參考電極定律（也稱組成定律）144參考電極定律示意圖參考電極定律示意圖145

例

當(dāng)T為100℃，T0為0℃時(shí)，鉻合金—鉑熱電偶的E（100℃，0℃）=+3.13mV，鋁合金—鉑熱電偶E（100℃，0℃）為-1.02mV，求鉻合金—鋁合金組成熱電偶的熱電勢(shì)E（100℃，0℃）。解：

設(shè)鉻合金為A，鋁合金為B，鉑為C。即EAC（100℃，0℃）=+3.13mVEBC（100℃，0℃）=-1.02mV則EAB(100℃,0℃)=+4.15mV例146熱電偶的結(jié)構(gòu)形式及熱電偶材料1.普通型熱電偶普通型熱電偶一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無固定裝置等多種形式。

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式及熱電偶材料147

1-熱電極;2-絕緣瓷管;3-保護(hù)管;4-接線座;5-接線柱;6-接線盒直形無固定裝置普通工業(yè)用熱電偶1-熱電極;2-絕緣瓷管;3-保護(hù)管;4-接線座1482.鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）鎧裝熱電偶也稱纜式熱電偶，是將熱電偶絲與電熔氧化鎂絕緣物溶鑄在一起，外表再套不銹鋼管等構(gòu)成。這種熱電偶耐高壓、反應(yīng)時(shí)間短、堅(jiān)固耐用。

2.鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）149

1-熱電極;2-絕緣材料;3-金屬套管;4-接線盒;5-固定裝置

鎧裝熱電偶1-熱電極;2-絕緣材料;3-金屬套管;1503.薄膜熱電偶用真空鍍膜技術(shù)或真空濺射等方法，將熱電偶材料沉積在絕緣片表面而構(gòu)成的熱電偶稱為薄膜熱電偶。

薄膜熱電偶3.薄膜熱電偶薄膜熱電偶1514.熱電偶組成材料為了準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行溫度測(cè)量，必須對(duì)熱電偶組成材料嚴(yán)格選擇。目前工業(yè)上常用的四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶材料為:

鉑銠30－鉑銠6、鉑銠10－鉑、鎳鉻－鎳硅鎳鉻－銅鎳（我國通常稱為鎳鉻－康銅）。組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面的為負(fù)極。熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度之關(guān)系表，稱之為分度表。4.熱電偶組成材料152熱電偶測(cè)溫及參考端溫度補(bǔ)償1.熱電偶測(cè)溫基本電路如圖所示，圖（a）表示了測(cè)量某點(diǎn)溫度連接示意圖。圖（b）表示兩個(gè)熱電偶并聯(lián)測(cè)量兩點(diǎn)平均溫圖（c）為兩熱電偶正向串聯(lián)測(cè)兩點(diǎn)溫度之和。圖（d）為兩熱電偶反向串聯(lián)測(cè)量兩點(diǎn)溫差。熱電偶串、并聯(lián)測(cè)溫時(shí)，應(yīng)注意兩點(diǎn)：第一，必須應(yīng)用同一分度號(hào)的熱電偶；第二，兩熱電偶的參考端溫度應(yīng)相等。熱電偶測(cè)溫及參考端溫度補(bǔ)償153

常用的熱電偶測(cè)溫電路示意圖常用的熱電偶測(cè)溫電路示意圖1542.熱電偶參考端的補(bǔ)償熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)值的條件是參考端溫度為0℃。如果用熱電偶測(cè)溫時(shí)自由端溫度不為0℃，必然產(chǎn)生測(cè)量誤差。應(yīng)對(duì)熱電偶自由端（參考端）溫度進(jìn)行補(bǔ)償。例如：用K型（鎳鉻-鎳硅）熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，參考端溫度t0=30℃，由分度表可查得E(30℃,0℃)=1.203mv，若測(cè)爐溫時(shí)測(cè)得E(t,30℃)=28.344mv，則可計(jì)算得E(t,0℃)=E(t,30℃+E(30℃,0℃)=29.547mv

由29.547mv再查分度表得t=710℃，是爐溫。2.熱電偶參考端的補(bǔ)償155二金屬熱電阻傳感器

金屬熱電阻傳感器一般稱作熱電阻傳感器，是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。金屬熱電阻的主要材料是鉑和銅。熱電阻廣泛用來測(cè)量-220～+850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K（-272℃），高溫可測(cè)量至1000℃。二金屬熱電阻傳感器156最基本的熱電阻傳感器由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表組成，如圖所示。金屬熱電阻傳感器測(cè)量示意圖最基本的熱電阻傳感器由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表157熱電阻的溫度特性

熱電阻的溫度特性，是指熱電阻Rt隨溫度變化而變化的特性。1.鉑熱電阻的電阻—溫度特性鉑電阻的特點(diǎn)是測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。鉑電阻的應(yīng)用范圍為-200～+850℃。鉑電阻的電阻—溫度特性方程，在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)為：

Rt=RO[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]

在0～+850℃的溫度范圍內(nèi)為：

Rt=RO(1+At+Bt2)熱電阻的溫度特性1582.銅熱電阻的電阻溫度特性由于鉑是貴金屬，在測(cè)量精度要求不高，溫度范圍在-50～+150℃時(shí)普遍采用銅電阻。銅電阻與溫度間的關(guān)系為

Rt=R0(1+α1t+α2t2+α3t3)由于α2、α3比α1小得多，所以可以簡化為

Rt≈R0(1+α1t)熱電阻傳感器的結(jié)構(gòu)熱電阻傳感器由電阻體、絕緣管、保護(hù)套管、引線和接線盒等組成，如圖所示。2.銅熱電阻的電阻溫度特性159

熱電阻結(jié)構(gòu)熱電阻結(jié)構(gòu)160三半導(dǎo)體熱敏電阻

半導(dǎo)體熱敏電阻簡稱熱敏電阻，是一種新型的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。熱敏電阻可分為三種類型，即：正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻器（CTR）。

三半導(dǎo)體熱敏電阻161熱敏電阻的（Rt—t）特性1-突變型NTC；2-負(fù)指數(shù)型NTC；3-線性型PTC；4-突變型PTC

各種熱敏電阻的特性曲線熱敏電阻的（Rt—t）特性1-突變型NTC；2-負(fù)指數(shù)型N162熱敏電阻一般具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，其電阻值隨溫度的增加而減小。其特點(diǎn)是：（1）電阻溫度系數(shù)大，約為金屬熱電阻的10倍。（2）結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可測(cè)點(diǎn)溫。（3）電阻率高，熱慣性小，適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。（4）易于維護(hù)和進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。（5）制造簡單、使用壽命長。（6）互換性差，非線性嚴(yán)重。熱敏電阻一般具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)163

負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻結(jié)構(gòu)負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻結(jié)構(gòu)164負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度方程熱敏電阻值RT和R0與溫度TT和T0的關(guān)系為：

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻主要特性（1）標(biāo)稱阻值廠家通常將熱敏電阻25℃時(shí)的零功率電阻值作為R0

，稱為額定電阻值或標(biāo)稱阻值，記作R25

，85℃時(shí)的電阻值R85作為RT

。標(biāo)稱阻值常在熱敏電阻上標(biāo)出。

R85也由廠家給出。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度方程負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻主要特性165（2）B值將熱敏電阻25℃時(shí)的零功率電阻值R0和85℃時(shí)的零功率電阻值RT

，以及25℃和85℃的絕對(duì)溫度T0＝298K和TT＝358K代入負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度方程，可得:

B值稱為熱敏電阻常數(shù)，是表征負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻熱靈敏度的量。

B值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的熱靈敏度越高。（2）B值B值稱為熱敏電阻常數(shù)，是表征負(fù)溫度166（3）電阻溫度系數(shù)σ

熱敏電阻在其自身溫度變化1℃時(shí)，電阻值的相對(duì)變化量稱為熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)σ。

可知：①熱敏電阻的溫度系數(shù)為負(fù)值。②溫度減小，電阻溫度系數(shù)σ增大。在低溫時(shí)，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬熱電阻絲高得多，故常用于低溫測(cè)量（－100～300℃）。

（3）電阻溫度系數(shù)σ可知：167

霍爾元件——半導(dǎo)體磁電轉(zhuǎn)換傳感器

置于均勻磁場(chǎng)中的通電半導(dǎo)體（鍺、銻化銦、砷化銦等），在垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向產(chǎn)生橫向電場(chǎng)的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，相應(yīng)電場(chǎng)稱為霍爾電場(chǎng)。

第八節(jié)霍爾傳感器

霍爾元件——半導(dǎo)體磁電轉(zhuǎn)換傳感器置于均勻磁場(chǎng)中的通電半導(dǎo)168霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛倫磁力作用的結(jié)果。假設(shè)一通以固定電流i的N型半導(dǎo)體薄片置于與薄片厚度方向平行的磁場(chǎng)B中，則其中運(yùn)動(dòng)的載流子（電子）將受到洛倫磁力FL的作用向一邊偏移，并形成電子累積，另一邊積累正電荷，產(chǎn)生電場(chǎng)。該電場(chǎng)對(duì)電子產(chǎn)生電場(chǎng)力FE，阻止運(yùn)動(dòng)電子的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，當(dāng)FE=FL時(shí)，電子積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)電場(chǎng)即為霍爾電場(chǎng)。霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛倫磁力作用的結(jié)果。假設(shè)一通169

VH=kHiBsin其中，kH：霍爾常數(shù)，取決于材質(zhì)、溫度、元

件尺寸（厚度）

：

電流與磁場(chǎng)方向的夾角。顯然，改變i或B，即可改變VH。運(yùn)用這一特性，就可把被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓量的變化。霍爾電場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)（VH），其大小為：VH=kHiBsin霍爾電場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電1701、霍爾元件的結(jié)構(gòu)霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖所示。2、霍爾元件的符號(hào)1、霍爾元件的結(jié)構(gòu)霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖171應(yīng)用實(shí)例：1、霍爾元件測(cè)量位移測(cè)量原理：將霍爾元件置于兩個(gè)相鄰而方向相反的磁場(chǎng)內(nèi)，由于每點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B值不同，當(dāng)元件x沿方向移動(dòng)時(shí)，可由霍爾電勢(shì)的變化反映出位移量。應(yīng)用實(shí)例：1、霍爾元件測(cè)量位移測(cè)量原理：將霍爾元件置于兩個(gè)相1722、霍爾元件檢測(cè)鋼絲繩斷絲情況。測(cè)量原理：永久磁鐵使鋼絲繩磁化，當(dāng)鋼絲繩有斷絲時(shí)，在斷口處出現(xiàn)漏磁場(chǎng)，霍爾元件通過此漏磁場(chǎng)將獲得一個(gè)脈動(dòng)電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)放大、濾波、A/D變換后進(jìn)入計(jì)算機(jī)分析，可識(shí)別出斷絲根數(shù)和斷口位置。2、霍爾元件檢測(cè)鋼絲繩斷絲情況。測(cè)量原理：永久磁鐵使鋼絲繩磁1733霍耳汽車無觸點(diǎn)點(diǎn)火器

如圖所示，磁輪鼓代替了傳統(tǒng)的凸輪及白金觸點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)主軸帶動(dòng)磁輪鼓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍耳器件感受的磁場(chǎng)極性交替改變，輸出一連串與汽缸活塞運(yùn)動(dòng)同步的脈沖信號(hào)去觸發(fā)晶體管功率開關(guān)，點(diǎn)火線圈兩端產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，使火花塞產(chǎn)生火花放電，完成汽缸點(diǎn)火過程。第四章傳感器課件174

霍耳點(diǎn)火裝置示意圖1-磁輪鼓2-開關(guān)型霍耳集成電路3-晶體管功率開關(guān)4-點(diǎn)火線圈5-火花塞