chapter3常用傳感器和敏感元

第3章

常用傳感器和敏感元件

測試技術(shù)本章學(xué)習(xí)要求：1.了解傳感器的分類2.掌握常用傳感器測量原理3.了解傳感器測量電路chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!3.1常用傳感器分類3.2*機械式傳感器及儀器3.3電阻、電容與電感式傳感器3.4磁電、壓電與電熱式傳感器3.5光電傳感器

3.6*光纖傳感器

3.7半導(dǎo)體傳感器

3.8*紅外測試系統(tǒng)3.9*激光測試傳感器3.10傳感器的選用原則

第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3.1常用傳感器分類1.傳感器定義傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。

物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!①傳感器是人類感官的延伸a．視覺與光傳感器；b．聽覺與聲壓傳感器;c．觸覺與溫度、壓力傳感器；d．嗅覺與氣敏傳感器；②是現(xiàn)代測控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。擴展人的信息功能。因此，從廣義講，傳感器是一個感知系統(tǒng)，是為了從外部感知信息而工作的系統(tǒng)。傳感器的作用chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!傳感器的發(fā)展動向1、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象2、開發(fā)新材料3、采用微細加工技術(shù)4、研究多功能集成傳感器“IntelligentSensor”5、智能化傳感器“SmartSensor”，6、仿生傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!輸入P大氣壓殼體膜盒電感線圈磁芯基本轉(zhuǎn)換電路敏感元件轉(zhuǎn)換元件例：壓力傳感器：敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測量電量RLC第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!機械式,電氣式,光學(xué)式,流體式等.2)按工作的物理基礎(chǔ)分類:第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!4)按信號變換特征：物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換.如:水銀溫度計.結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變.

例如:電容式和電感式傳感器.chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!3．典型應(yīng)用:3）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定4）彈性極限和強度極限要高5）具有良好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性6）具有良好的機械加工性和熱處理性第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!3.3電阻、電容、電感傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!3.3.1電阻式傳感器1變阻器式傳感器3.3電阻、電容與電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!x=L*E1/E=K*E10LEE1xchapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!負載效應(yīng)1EE1=xLRmR+Lx()-[]0LEchapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!3.3.1電阻式傳感器按制作方式：線繞電位器導(dǎo)電塑料電位器普通塑料基底導(dǎo)電材料粉chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!案例：重量的自動檢測--配料設(shè)備

比較重量設(shè)定原材料3.3.1電阻式傳感器原理：彈簧->力->位移

->電位器->電阻chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!(4)變阻器式傳感器特點:優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便。缺點：分辨率低，噪聲大。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!1)工作原理上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化,求導(dǎo)數(shù)金屬應(yīng)變片的電阻R為代入3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!有：對金屬材料，導(dǎo)電率不變：金屬絲應(yīng)變片：3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!半導(dǎo)體應(yīng)變計簡化為：優(yōu)點：靈敏度大;體積小;缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!3)應(yīng)變片測量電路VER2R1R3R43.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)

1.目測電阻應(yīng)變片有無折痕.斷絲等缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。2.用數(shù)字萬用表測量應(yīng)變片電阻值大小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值相差不得大于0.5歐姆.3.試件表面處理：貼片處置用細紗紙打磨干凈，用酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.應(yīng)變片粘貼:在應(yīng)變片基底上擠一小滴502膠水，輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!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。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!案例：機器人握力測量chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!3.3.2電容式傳感器

變換原理:將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++Aδ、A或ε發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!駐極體電容傳聲器它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!平面線位移型3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!產(chǎn)品.陶瓷電容壓力傳感器液體壓力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片產(chǎn)生位移。

3.3.2電容式傳感器

壓力變送器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!c)介質(zhì)變化型3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!電容式接近開關(guān)振蕩電路被測物體感應(yīng)電極被測電容測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化.接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!3測量電路a)電橋電路3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!c)運算放大器電路

3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!3.3.3電感式傳感器

電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測量轉(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第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!電感式接近傳感器（金屬）測量范圍：0.001mm-1mm3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!原線圈的等效阻抗Z變化：3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!產(chǎn)品：3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測油管檢測3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!差動變壓器測量電路3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!案例：板的厚度測量

~3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!3.4磁電、壓電、熱電傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!2分類

磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N3.4.1磁電式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!角速度型測速電機3.4.1磁電式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!NS案例：鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷細條檢測3.4.1磁電式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!3.4.2壓電式傳感器

1.變換原理:壓電效應(yīng)

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!3.4.2壓電式傳感器

1.變換原理:壓電效應(yīng)

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!3.4.2壓電式傳感器

3.測量特性

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!3.4.2壓電式傳感器

4.等效電路

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!產(chǎn)品壓力變送器

加速度計力傳感器3.4.2壓電式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!復(fù)習(xí)3.4磁電、壓電傳感器

磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N線圈在磁場中做切割磁力線運動產(chǎn)生感生電動勢。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!3.4.3熱電式傳感器3.4.3熱電式傳感器

1.雙金屬溫度計把兩種膨脹系數(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，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機械量變化。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單牢固可靠防爆

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!熒光燈啟輝器熒光燈

熒光燈

零線火線當(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），雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形成閉合電路。1-8s后降溫雙金屬片斷開，電路中電流突然中斷，使鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個比電源電壓高得多的感應(yīng)電動勢，在強電場的作用下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光放電.3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!熱電偶測溫基本定律1)均質(zhì)導(dǎo)體由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。TT02)接點溫度決定熱電動勢

若熱電偶接點處溫度相同，則熱電偶回路的熱電動勢為零，即使導(dǎo)體材料不同。3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!5)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)生的熱電動勢為已知，A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：ABTT0=ACTT0+CBTT0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。3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!復(fù)習(xí)3.4磁電傳感器

磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N線圈在磁場中做切割磁力線運動產(chǎn)生感生電動勢。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!復(fù)習(xí)3.4熱電傳感器-熱電偶：1、原理

熱電效應(yīng)：將兩種不同材料的導(dǎo)體串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個接點溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!復(fù)習(xí)3.4熱電傳感器-熱電偶:2、特性:中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入與第三種導(dǎo)體（如中間導(dǎo)體C）時，只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同，熱電偶回路總電動勢不受中間導(dǎo)體接入的影響。T0T1C導(dǎo)體D導(dǎo)體C導(dǎo)體chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!3.4熱電傳感器-熱電偶：2、特性:中間溫度定律復(fù)習(xí)如圖所示，同一熱電偶,接點溫度分別為T1、T2時,其熱電勢為EAB(T1,T2)；接點溫度分別為T2、T3時，其熱電勢為EAB(T2,T3)；則接點溫度分別為T1、T3時，其熱電勢為EAB(T1,T3)。即BBAT2T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶3、分度表熱電勢是T和T0的溫度函數(shù)的差，而不是溫度差的函數(shù)。若令T0=0℃，則有：則熱電偶的熱電勢成為被測溫度的單值函數(shù)?？捎帽砀穹绞矫枋鲈摵瘮?shù)關(guān)系。該表格稱為分度表。注意：分度表是以參比端溫度為攝氏零度制定的。例：K型熱電偶，E（300，0）=12.209mV（查分度表可得）chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!分度號熱電極材料E(100,0)(mv)測溫范圍（度）

正極負極平常短期S鉑銠10純鉑0.6460-13001600R鉑銠13純鉑0.6470-13001600B鉑銠30鉑銠60鎳鉻鎳硅4純銅銅鎳4.279-200-350400J鐵銅鎳5.269-40-600750N鎳鉻硅鎳硅2.774-200-12001300E鎳鉻銅鎳6.319-200-760850二、熱電偶4、常見熱電偶：標準化熱電偶3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶4、常見熱電偶：標準化熱電偶熱電動勢與溫度的關(guān)系chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶5、熱電偶的結(jié)構(gòu)為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護套管也是必不可少的。（a）1—接線柱；2—接線座；3—絕緣套管；4—熱電極（b）1—測量端；2—熱電極；3絕緣套管；4—保護管；5—接線盒主要結(jié)構(gòu)包括：(1)熱電極(2)絕緣材料(3)保護套管(4)接線盒chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶5、熱電偶的結(jié)構(gòu)保護套管：熱電偶的熱電極(包括絕緣管)裝在保護套管中。使熱電極避免遭受有害氣體的腐蝕及機械損傷，防止或減小火焰與氣流的沖刷和輻射，保護熱電極。對保護套管材料的要求是耐腐蝕,不滲透氣體,不與氧化性和還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),耐酸堿腐蝕,熱慣性小,能承受溫度劇變,價格低。常用的保護套管材料有:銅,20號碳鋼,鎳鉻合金，陶瓷。接線盒：主要作用是防止灰塵和水,氣的侵入,便于熱電偶與補償導(dǎo)線或?qū)Ь€連接。接線盒用鋁合金材料制成,裝在保護套管的尾部,接線盒的上部有墊片或墊圈加以密封。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶6、熱電偶的冷端補償常用的幾種冷端處理和補償方法有：

冷端溫度恒溫法

計算修正法

硬件電路補償法

軟件補償法chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶6、熱電偶的冷端補償：計算修正法在實際應(yīng)用中熱電偶的參比端往往不是0℃，而是環(huán)境溫度t0，這時測量出的熱電勢不是E（t，0），不能直接用于查表求溫度。根據(jù)公式：

修正公式冷端t0的熱電勢測量得出的熱電勢

被測溫度t的熱電勢測量得出的熱電勢

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!3.4磁電、壓電、熱電傳感器

熱電傳感器-熱電阻chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!3.4.3熱電式傳感器三、熱電阻1、金屬熱電阻金屬熱電阻傳感器：由電阻體（感溫元件為金屬），絕緣套管和接線盒組成。熱電阻的材料要求：電阻溫度系數(shù)α要大，以提高熱電阻的靈敏度；在測量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，復(fù)現(xiàn)性好； 電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價格便宜。使用最廣泛的金屬熱電阻材料是鉑和銅。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!3.4.3熱電式傳感器三、熱電阻1、金屬熱電阻⑴鉑熱電阻

鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系，即特性方程如下：當(dāng)溫度t在－200℃≤t≤0℃時：當(dāng)溫度t在0℃≤t≤650℃時：國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用標準鉑電阻，R0分為10Ω、100Ω和1000Ω三種(0℃時)，分度號分別為Pt10、Pt100和Pt1000。Pt10主要用于650℃以上溫區(qū)測量；Pt100主要用于650℃以下溫區(qū)測量。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!3.4.3熱電式傳感器三、熱電阻1、金屬熱電阻⑵銅熱電阻工業(yè)上使用的標準化銅熱電阻的R0按國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計取50Ω和100Ω兩種(0℃時)，分度號分別為Cu50和Cu100，相應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。或近似為chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!3.4.3熱電式傳感器三、熱電阻2、半導(dǎo)體熱電阻定義：利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)。優(yōu)點：熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（4～9倍）；電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點溫、表面溫度及快速變化的溫度。結(jié)構(gòu)簡單、機械性能好。缺點：線性度較差，重復(fù)性和互換性較差。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!3.4.3熱電式傳感器三、熱電阻3、應(yīng)用

金屬熱電阻傳感器

－200～+500℃范圍的溫度測量特點：精度高、適于測低溫。

半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器

應(yīng)用范圍很廣，可在宇宙航船、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及家用電器等方面用作測溫、控溫、溫度補償、流速測量、液面指示等。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!產(chǎn)品3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!3.5光電傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!第3章

常用傳感器和敏感元件3.5光電傳感器一、光電測量原理光既是一種波，同時又是由一個個光子所構(gòu)成。也就是具有波粒二象性。光的量子學(xué)說最初是由A．Einstein于1905年在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時提出來。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁!第3章

常用傳感器和敏感元件3.5光電傳感器一、光電測量原理采用光電元件作為檢測元件的傳感器被稱為光電傳感器。光電傳感器由光源、光學(xué)通路和光電元件組成。主要特點：精度高、反應(yīng)快、非直接接觸、結(jié)構(gòu)簡單、形式多樣、應(yīng)用廣泛。光電測量就是利用光與能量的關(guān)系，即利用光電效應(yīng)實現(xiàn)測量。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁!1、外光電效應(yīng)（光電子發(fā)射效應(yīng)）

第3章

常用傳感器和敏感元件一、光電測量原理3.5光電傳感器在光照的條件下，物體內(nèi)部電子從物體表面溢出的現(xiàn)象，被稱做外光電效應(yīng)。愛因斯坦則是因為研究外光電效應(yīng)現(xiàn)象并從理論上對其做出了正確的量子解釋而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁!2、內(nèi)光電效應(yīng)

半導(dǎo)體材料受到光照時，激發(fā)出的光生載流子（電子空穴對）停留在物質(zhì)內(nèi)部不逸出。電子-空穴對,使其導(dǎo)電性能增強,光線愈強，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)

。第3章

常用傳感器和敏感元件3.5光電傳感器一、光電測量原理chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁!3、光生伏達效應(yīng)

在光線照射下，物體能夠產(chǎn)生一定方向上的電動勢的現(xiàn)象，被稱為光生伏達效應(yīng)。第3章

常用傳感器和敏感元件3.5光電傳感器一、光電測量原理chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁!第3章

常用傳感器和敏感元件3.5光電傳感器二、光電元件;光敏電阻：隨著光照，阻值變化2、內(nèi)光電效應(yīng)光電元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第79頁!第3章

常用傳感器和敏感元件3.5光電傳感器二、光電元件：光敏電阻2、內(nèi)光電效應(yīng)光電元件光照特性：光敏電阻光通量與光電流之間的關(guān)系曲線。非線性，且隨材料不同而不同。伏安特性：一定光照條件下，光敏電阻兩端施加的電壓與電流之間的關(guān)系。光譜特性：對于不同頻率的入射光，其靈敏度不同。響應(yīng)時間特性：光電流對光照強度變化有一個滯后時間。光譜溫度特性：光敏電阻光學(xué)與化學(xué)特性受到溫度影響。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第80頁!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，達到節(jié)約電能的目的。第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第81頁!復(fù)習(xí)3.5光電傳感器一、光電測量原理：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏達效應(yīng)。二、光電元件：真空光電管、光電倍增管、光敏電阻和光電池。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第82頁!吸收式實例：測量液體、氣體的透明度、混濁度的光電比色計、混濁度計（被測量吸收光能）3、模擬量光電傳感器應(yīng)用chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第83頁!反射式實例：基于反射測量表面粗糙度3、模擬量光電傳感器應(yīng)用chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第84頁!4、開關(guān)量光電傳感器應(yīng)用脈沖盤式角度----數(shù)字編碼器碼盤式角度----數(shù)字編碼器（接觸式、光電式、電磁式）光電式角度----數(shù)字編碼器

把被測量轉(zhuǎn)化成斷續(xù)變化的光電流。

精度高數(shù)字化量程大安裝方便、維護簡單chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第85頁!4、開關(guān)量光電傳感器應(yīng)用碼盤式開關(guān)量光電傳感器工作原理碼盤式數(shù)字編碼器：光電式、接觸式、電磁式chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第86頁!案例：光電轉(zhuǎn)速計工作原理4、開關(guān)量光電傳感器應(yīng)用chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第87頁!案例：明渠水位測量工作原理4、開關(guān)量光電傳感器應(yīng)用chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第88頁!3.6光纖傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第89頁!3.6光纖傳感器第3章

常用傳感器和敏感元件一、概述光纖導(dǎo)光原理：當(dāng)光線有光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，當(dāng)折射角大于90度時，光線會產(chǎn)生全反射，不進入光疏介質(zhì)。如此光線將會在光纖中永遠傳播下去。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第90頁!3.6光纖傳感器第3章

常用傳感器和敏感元件二、光纖分類按照光從纖芯到包層的折射率的變化規(guī)律，光纖可分為階躍型、漸變型和單模型三種。單模光纖的折射率分布是階躍型的，但光纖的光學(xué)尺寸很小，只能傳輸單模光波，是一種超寬帶光纖；多模光纖能傳輸數(shù)百種模式。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第91頁!3.6光纖傳感器第3章

常用傳感器和敏感元件二、光纖分類1、物性型（功能型）光纖傳感器

光纖一方面起傳輸光的作用，另一方面是敏感元件，是靠被測物理量調(diào)制或影響光纖的傳輸特性，把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制的光信號。因此光纖具有“傳”和“感”的功能。光纖的輸出端采用光電器件，所接受的光信號便是被測量調(diào)制后的信號，并使之轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。此類傳感器的?yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，但是，它需用特殊光纖和先進的檢測技術(shù)，因此成本高。其典型例子如光纖陀螺、光纖水聽器等。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第92頁!3.6光纖傳感器第3章

常用傳感器和敏感元件二、光纖分類2、結(jié)構(gòu)型（非功能型）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。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第93頁!3.6光纖傳感器第3章

常用傳感器和敏感元件三、光纖傳感器應(yīng)用光纖流速傳感器：光纖流速傳感器由多模光纖、光源、銅管、光電二極管及測量電路所組成。多模光纖插入順流而置的銅管中，由于流體流動而使光纖發(fā)生機械變形，從而使光纖中傳播的各模式光的相位發(fā)生變化，光纖的發(fā)射光強出現(xiàn)強弱變化。其振幅的變化與流速成正比。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第94頁!3.6光纖傳感器第3章

常用傳感器和敏感元件三、光纖傳感器應(yīng)用該系統(tǒng)主要由激光光源、分光器、光接收器、頻率檢測器及振動物體等部分組成。當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對運動時，接收到的聲波頻率與入射聲波頻率存在差別的現(xiàn)象稱為光學(xué)多普勒效應(yīng)，是奧地利學(xué)者多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)單色光束人射到運動體上某點時，光波在該點被運動體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運動速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。案例3.激光多普勒效應(yīng)速度傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第95頁!第3章

常用傳感器和敏感元件3.6光纖傳感器四、光纖傳感器優(yōu)點1、不受電磁干擾，電氣絕緣性好，可在強電磁干擾下完成傳統(tǒng)傳感器無法測量的信號；2、無電能、無電火花，可在易燃易爆、腐蝕性環(huán)境中工作；3、某些光纖傳感器性能優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器；4、重量輕、體積小、可纏繞、形狀適應(yīng)性好，可以適于在狹小環(huán)境中使用。5、頻帶寬、動態(tài)范圍大，對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，精度高。6、適于信號遠傳。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第96頁!3.7半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體對光、熱、力、磁、濕、氣體等量敏感，這種敏感特性可以實現(xiàn)非電量到電信號的轉(zhuǎn)變。半導(dǎo)體傳感器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，功耗低、安全可靠、壽命長，敏感響應(yīng)快，易于集成。缺點：對溫度變化敏感，且非線性強。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第97頁!3.7半導(dǎo)體傳感器3.7.1磁敏元件傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第98頁!3.7半導(dǎo)體傳感器3.7.1磁敏元件傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第99頁!測轉(zhuǎn)角：3.7.1磁敏元件傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第100頁!電流傳感器

當(dāng)電流流過導(dǎo)線時，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，然后用霍爾器件進行檢測。

3.7.1磁敏元件傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第101頁!葉片和齒輪位置傳感器應(yīng)用3.7.1磁敏元件傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第102頁!案例：轉(zhuǎn)速測量3.7.1磁敏元件傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第103頁!3磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類霍爾元件磁電阻元件磁敏二極管磁晶體管磁半導(dǎo)體開關(guān)3.7.1磁敏元件傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第104頁!3.7.3氣敏電阻傳感器氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(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0.8～1.15ml/L時，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，中毒死亡。還有易燃、易爆氣體、酒精等的探測。煙霧報警器酒精傳感器二氧化碳傳感器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，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。3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第105頁!燃氣報警器煙霧報警器

3.7.3氣敏電阻傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第106頁!3.7.5CCD固態(tài)圖象傳感器

MOS(MetalOxideSemiconductor)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，以此形成一個金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元(MOS)。

3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第107頁!特點:(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;容易與計算機連接(6)對被測物體需要強光照射;(7)受被測物體以外的光的影響.應(yīng)用:(1)寬度測量;(2)外徑測量;(3)主軸徑向跳動測量.3.7.5CCD固態(tài)圖象傳感器條形碼掃描器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第108頁!復(fù)習(xí)3.6

光纖傳感器一、光纖傳光原理：光的全反射二、光纖傳感器分類：單模，多模按照光的作用分類可分為物性型（功能型）光纖傳感器和結(jié)構(gòu)型（非功能型）光纖傳感器。按照光受被測對象的調(diào)制形式可分為強度調(diào)制型、偏振調(diào)制型、頻率調(diào)制型、相位調(diào)制型。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第109頁!GREY=RED*0.299+GREEG*0.587+BLUE*0.114

數(shù)碼相機3.7.5CCD固態(tài)圖象傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第110頁!嵌入式計算機智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器3.7.6智能傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第111頁!GSM/SMS3.7.6智能傳感器3.7半導(dǎo)體傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第112頁!3.8紅外測試系統(tǒng)第3章

常用傳感器和敏感元件紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側(cè)的那支溫度計很快升溫。因此得到結(jié)論：太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。

紅外線可分為三部分：近紅外線：波長為0.75～1.50μm之間；中紅外線：波長為1.50～6.0μm之間；遠紅外線：波長為6.0～l000μm之間。一、概述chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第113頁!3.8紅外測試系統(tǒng)第3章

常用傳感器和敏感元件二、紅外測試基本原理

絕對零度以上的物體都有輻射，其強度依賴于物體溫度(K)一切物體都在不停的輻射紅外線。物體的溫度越高，輻射的紅外線就越多。物體在輻射紅外線的同時，也在吸收紅外線。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第114頁!3.8紅外測試系統(tǒng)第3章

常用傳感器和敏感元件三、紅外探測器

熱釋電效應(yīng)：一些陶瓷材料具有自發(fā)極化（如鐵電晶體）的特征，且其自發(fā)極化的大小在溫度有稍許變化時有很大的變化。在溫度長時間恒定時由自發(fā)極化產(chǎn)生的表面極化電荷數(shù)目一定，它吸附空氣中的電荷達到平衡，并與吸附的存在于空氣中的符號相反的電荷產(chǎn)生中和；若溫度因吸收紅外光而升高，則極化強度會減小，使單位面積上極化電荷相應(yīng)減少，釋放一定量的吸附電荷；若與一個電阻連成回路會形成電流I,則電阻上可以產(chǎn)生一定的電壓降，這種因溫度變化引起自發(fā)極化值變化的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱為熱電元件。熱電元件常用的材料有單晶(LiTaO3等)、壓電陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVF2等)。3、熱釋電型chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第115頁!3.8紅外測試系統(tǒng)第3章

常用傳感器和敏感元件四、應(yīng)用人體生病的時候，雖然外面看起來沒有什么變化，但是由于局部皮膚的溫度不正常，如果在照相機里裝上對紅外感光的膠片，給皮膚拍照再與正常人的照片對比，可以對疾病作出診斷。這種相機拍出來的照片叫熱譜圖。根據(jù)紅外線的熱效應(yīng)，人們還研究出了紅外線夜視儀。紅外線夜視儀在漆黑的夜晚也可以發(fā)現(xiàn)人的存在。夜間人的體溫比周圍草木或建筑的溫度高，人體輻射出來的紅外線就比他們強。可以幫助人們在夜間進行觀察、搜索、瞄準和駕駛車輛等。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第116頁!3.8紅外測試系統(tǒng)第3章

常用傳感器和敏感元件四、應(yīng)用紅外遙感技術(shù)：由于一切物體，都在不停地輻射紅外線，并且不同物體輻射紅外線的強度不同，利用靈敏的紅外線探測器接收物體發(fā)出的紅外線，然后用電子儀器對接到的信號進行處理，就可以察知被測物體的形狀和特征，這種技術(shù)叫做紅外線遙感技術(shù)，衛(wèi)星或者紅外望遠鏡可以利用紅外遙感勘測地?zé)帷⑻綔y飛機、尋找水源、監(jiān)測森林火情、估計農(nóng)作物的長勢和收成。紅外遙控器：遙控器的前段有一個紅外發(fā)光二極管，按下不同的鍵時，它可以發(fā)射不同的紅外線，來實現(xiàn)電視機的遙控。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第117頁!3.9*激光測試系統(tǒng)

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第118頁!3.9激光測試傳感器激光測長精密測量長度是精密機械制造工業(yè)和光學(xué)加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)代長度計量多是利用光波的干涉現(xiàn)象來進行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。（激光測振）激光測距它的原理與無線電雷達相同，將激光對準目標發(fā)射出去后，測量它的往返時間，再乘以光速即得到往返距離。激光測速它也是基多普勒原理的一種激光測速方法,多普勒原理是指：若波源或接收波的觀察者相對于傳播波的媒質(zhì)而運動，那么觀察者所測到的頻率不僅取決于波源發(fā)出的振動頻率而且還取決于波源或觀察者的運動速度的大小和方向。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第119頁!1)聲波及其分類(1)次聲波，振動頻率低于l6Hz的機械波。(2)聲波:振動頻率在16Hz―20KHz之間的機械波。(3)超聲波:高于20KHz的機械波。2）超聲波的物理性質(zhì)

超聲波與聲波比，振動頻率高，波長短，具有束射特性，方向性強，可以定向傳播，其能量遠遠大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。3.9.2超聲波檢測傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第120頁!超聲波傳感器對3.9.2超聲波檢測傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第121頁!案例：輸油管檢測檢測機器人3.9.2超聲波檢測傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第122頁!

魚群探測器

3.9.2超聲波檢測傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第123頁!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，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第124頁!傳感器國家標準定義國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。敏感元件能直接感受被測量；轉(zhuǎn)換元件則將被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的物理量。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第125頁!傳感技術(shù)是信息科學(xué)中的一個重要組成部分，在現(xiàn)代被稱之為信息探測工程學(xué)，是研究物質(zhì)的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)及生物效應(yīng)，作為信息探測實際應(yīng)用的一門科學(xué)，它對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的作用和意義，已日益顯得重要和突出。借助于傳感器人們可以去探索那些無法用感官直接測量的事物，從微觀世界到宏觀世界、太空探索，從人體（CT)到自然界(海水深度、海底探測）都離不開傳感器。傳感器處于測試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個測試裝置的工作質(zhì)量。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第126頁!2.傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。3.1常用傳感器分類敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測量電量RLC傳感器的基本組成chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第127頁!3.傳感器的分類1)按被測物理量分類常見的被測物理量機械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,

旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,

壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,

流量;聲:聲壓,噪聲.磁:磁通,磁場.溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第128頁!3)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系::能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第129頁!3.2機械式傳感器及儀器敏感元件（彈性體）機械放大指示系統(tǒng)輸入量輸出量彈性變形輸出力壓力溫度…...1．組成：

彈性敏感元件在傳感器中因為直接參與變換和測量，所以對它有一定的要求。2．彈性敏感元件的材料：1）彈性滯后和彈性后效要小2）彈性模數(shù)的溫度系數(shù)要小機械式指針儀表第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第130頁!②機械式放大，指示系統(tǒng)使其慣性大，固有頻率低，故多用于靜態(tài)量或低頻變化量的測量。③彈性元件的蠕變，彈性后效現(xiàn)象會影響輸入、輸出的關(guān)系。5.改進：

為提高測量的頻率范圍,常把機械傳感器與其它傳感器結(jié)合起來,即先用彈性元件把被測量轉(zhuǎn)換成位移量,再用其它類型的傳感器(電阻、電容、電渦流式等）把位移轉(zhuǎn)換成電信號輸出。①結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；價格低廉，讀數(shù)直觀。4．特點：第3章

常用傳感器和敏感元件chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第131頁!3.3.1電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,按工作的原理可分為:變阻器式、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、電敏式.1變阻器式傳感器3.3電阻、電容與電感式傳感器基本原理：將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。1．工作原理：即

。當(dāng)電阻絲直徑A與材質(zhì)ρ一定時，的單值函數(shù)。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第132頁!（1）工作原理:等效電路分析:xLL-變阻器總長;x-電刷移動量.R-總電阻;Rx電刷電阻;R=K*ll=R/KEE1Lx=RRx=EE1x=L*E1/Echapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第133頁!EE1VRmRxR-Rx1EE1=xLRmR+Lx()-chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第134頁!(2)變阻器式傳感器的性能參數(shù):1)線性(或曲線的一致性);4)移動或旋轉(zhuǎn)角度范圍;2)分辨率;5)電阻溫度系數(shù);3)電阻值偏差;

6)壽命;(3)變阻器式傳感器的分類3.3.1電阻式傳感器按測量類型：單圈電位器多圈電位器直線滑動式電位器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第135頁!變阻器式傳感器產(chǎn)品3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第136頁!案例：玩具機器人（廣州中鳴數(shù)碼）原理：電機->轉(zhuǎn)角

->電位器

->電阻chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第137頁!2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化象。3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第138頁!有：金屬絲：金屬絲體積不變：3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第139頁!應(yīng)變計金屬應(yīng)變計3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第140頁!3)應(yīng)變片的主要參數(shù)

4）其它表示應(yīng)變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。

1）幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用

b×L表示。2）電阻值：應(yīng)變計的原始電阻值。3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計變換性能的重要參數(shù)。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第141頁!令：金屬絲應(yīng)變片：V與應(yīng)變成線形關(guān)系，可以用電橋測量電壓測量應(yīng)變3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第142頁!5.焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng)大于500M歐。7.應(yīng)變片保護：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。3.3.1電阻式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第143頁!案例：橋梁固有頻率測量chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第144頁!案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第145頁!案例：振動式地音入侵探測器

適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第146頁!3.3.2電容式傳感器

a)極距δ變化型++++++chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第147頁!b)面積變化型角位移型+++3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第148頁!柱面線位移型.3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第149頁!chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第150頁!產(chǎn)品.電容式液位傳感器（液位計/料位計）3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第151頁!3.3.2電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第152頁!b)諧振電路3.3電容式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第153頁!復(fù)習(xí)3.3電阻、電容、電感傳感器

變阻器式傳感器金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片（靈敏度）電阻電容變極距型變面積型變介質(zhì)型chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第154頁!3.3.3電感式傳感器1自感型--可變磁阻式原理:電磁感應(yīng)chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第155頁!2渦流式原理:渦流效應(yīng)3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第156頁!3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第157頁!案例：連續(xù)油管的橢圓度測量CoiledTubeEddySensor

ReferenceCircle3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第158頁!2互感型--差動變壓器3.3.3電感式傳感器工作原理:互感現(xiàn)象chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第159頁!差動變壓器位移傳感器3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第160頁!案例：張力測量3.3.3電感式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第161頁!3.4.1磁電式傳感器

1.變換原理:

磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動勢的一種轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢e為磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關(guān)，改變其中一個因素，都會改變感應(yīng)電動勢。

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第162頁!動圈式傳感器線速度型3.4.1磁電式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第163頁!磁阻式傳感器

磁電式車速傳感器3.4.1磁電式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第164頁!3.4.2壓電式傳感器

1.變換原理:壓電效應(yīng)

+并聯(lián)+串聯(lián)

某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內(nèi)部會被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。F+q=DF3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第165頁!3.4.2壓電式傳感器

1.變換原理:壓電效應(yīng)

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第166頁!3.4.2壓電式傳感器

2.壓電材料

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第167頁!3.4.2壓電式傳感器

4.等效電路

3.4磁電、壓電與電熱式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第168頁!3.4.2壓電式傳感器

5、測量電路

壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號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。

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第169頁!案例：飛機模態(tài)分析3.4.2壓電式傳感器

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第170頁!3.4磁電、壓電、熱電傳感器

熱電傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第171頁!

3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第172頁!2.熱電偶(熱電溫度計)

熱電效應(yīng)

將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個接點溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第173頁!熱電偶測溫基本定律3)導(dǎo)體溫度

熱電偶AB的熱電動勢和導(dǎo)體材料A、B中間的溫度無關(guān)，只和接頭處溫度相關(guān)。熱電動勢大小是溫度函數(shù)的差，而不是溫度差的函數(shù)。TT04)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)體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。TT0V3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第174頁!3.4.3熱電式傳感器chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第175頁!復(fù)習(xí)3.3電阻、電容、電感傳感器

變阻器式傳感器金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片（靈敏度）電阻電容變極距型變面積型變介質(zhì)型電感電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第176頁!復(fù)習(xí)3.4壓電傳感器

正壓電效應(yīng)：某些物質(zhì)沿某一方向受力時，會產(chǎn)生變形，同時內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在這種材料的兩個表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉時候，又重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài)。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場，這些材料在某一方向上產(chǎn)生機械變形或者機械壓力；當(dāng)外加電場撤去時，這些變形或者應(yīng)力也隨之消失。壓電效應(yīng)主要特性：可逆性；瞬時性；不穩(wěn)定性。壓電傳感器不能做靜態(tài)測量。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第177頁!復(fù)習(xí)3.4熱電傳感器-熱電偶：2、特性:均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。

如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，當(dāng)熱電偶的偶絲溫度分布不同時，則熱電偶將產(chǎn)生附加電勢將會造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標之一。mV熱電極是勻質(zhì)導(dǎo)體時，不論其溫度如何分布，總有E(T,T0)＝0若E≠0，說明熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體，這著衡量熱電偶質(zhì)量的一種方法。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第178頁!3.4熱電傳感器-熱電偶：2、特性:參考電極定律復(fù)習(xí)ABTT0=ACTT0+CBTT0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。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)生的熱電動勢為已知，A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第179頁!3.4磁電、壓電、熱電傳感器

熱電傳感器-熱電偶chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第180頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶4、常見熱電偶：標準化熱電偶和非標準化熱電偶標準化熱電偶：工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國際和國家標準文件中的熱電偶。標準化熱電偶可以互相交換，精度有一定的保證。國際電工委員會（IEC）共推薦了8種標準化熱電偶。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第181頁!二、熱電偶4、常見熱電偶：標準化熱電偶3.4.3熱電式傳感器分度號優(yōu)點缺點R鉑銠13/純鉑、S鉑銠10/純鉑精度高、穩(wěn)定性好，不易劣化；抗氧化、耐化學(xué)腐蝕；可作標準靈敏度低；不適用于還原性氣氛(尤其是H2、金屬蒸氣)；熱電動勢的線性不好；價格高B鉑銠30/鉑銠6適于測量1000℃以上的高溫；常溫下熱電動勢極小，可不用補償導(dǎo)線；抗氧化、耐化學(xué)腐蝕在中低溫領(lǐng)域熱電動勢小，不能用于600℃以下；靈敏度低；熱電動勢的線性不好K鎳鉻/鎳硅熱電動勢線性好；1000℃下抗氧化性能良好；在廉金屬熱電偶中穩(wěn)定性更好不適用于還原性氣氛；同貴金屬熱電偶相比時效變化大；因短程有序結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生誤差T純銅/銅鎳熱電動勢線性好；低溫特性好；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好；可用于還原性氣氛使用溫度低；銅正極易氧化；熱傳導(dǎo)誤差大J鐵/銅鎳可用于還原性氣氛；熱電動勢較K型高20%左右鐵正極易生銹；熱電特性漂移大N鎳鉻硅/鎳硅熱電動勢線性好；1200℃以下抗氧化性能良好；短程有序結(jié)構(gòu)變化影響小不適用于還原性氣氛；同貴金屬勢電偶相比時效變化大E鎳鉻/銅鎳在現(xiàn)有的熱電偶中，靈敏度最高；同J型相比，耐熱性能良好；兩極非磁性不適用于還原性氣氛；熱導(dǎo)率低具有微滯后現(xiàn)象chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第182頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶4、常見熱電偶：非標準化熱電偶名稱熱電極材料使用溫度范圍(℃)過熱使用溫度范圍(℃)特征正極負極鎢萊系Wre5、Wre3Wre26、Wre250～23003000適用于還原性、H2及惰性氣體。質(zhì)脆鉑銠系PtRh20、PtRh40PtRh5、PtRh20300～150018001800在高溫下使用，熱電動勢小，其它性能與R型相同銥銠系Ir、Ir、IrIrRh40、IrRh50、IrRh601100～20002100適用于真空、惰性氣體及微氧化性氣氛。質(zhì)脆鎳鉬系NiNiMo180～1280/可用于還原性氣氛，熱電動勢大鈀鉑系Pd、Pt及Au合金Au、Pd合金0～11001300耐磨性能強，熱電動勢的大小基本上與K型相同鎳鉻、金鐵以Ni-Cr為主的合金含0.07mo1%Fe的合金0～300K/20K以下熱電動勢比較大，熱電動勢的線性好銀金、金鐵含Au為0.37mo1%的合金含0.03mo1%Fe的Au-Fe合金1～40K/熱電動勢小，受磁場影響chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第183頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶5、熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極：直徑由材料的機械強度,電導(dǎo)率,價格及熱電偶的用途和測量范圍等決定。用貴金屬時直徑很細,為0.35-0.65mm,用廉價金屬時,其直徑通常為1-3mm.熱電偶的長度可根據(jù)實際需要來決定。普通插入式熱電偶的長度可在300mm-2150mm之間。絕緣材料：在熱電偶的兩根電極上套有絕緣材料,其作用是防止兩根電極之間和電極與保護套管之間發(fā)生短路。常用絕緣材料橡皮,塑料等,最常用的絕緣材料是瓷管和高溫瓷管。

chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第184頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶6、熱電偶的冷端補償為什么需要熱電偶的冷端補償？保持冷端溫度為常數(shù)，熱電偶的輸出才是被測溫度的單值函數(shù)；分度表是按冷端為0℃制定的。熱電偶冷端通常處在溫度不為零，且有波動的地方。chapter3常用傳感器和敏感元共246頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第185頁!3.4.3熱電式傳感器二、熱電偶6、熱電偶的冷端補償：冷端溫度恒溫法

適用于實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用。ch