工程測試技術(shù)基礎(chǔ)(第四章常用傳感器)新

第四章、常用傳感器本章學(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測試技術(shù)及應(yīng)用正在給主人敬送飲料的機(jī)器人傳感器技術(shù)——信息采集——“感官”通信技術(shù)———信息傳輸——“神經(jīng)”計(jì)算機(jī)技術(shù)——信息處理——“大腦”傳感器按感官的歸類人的感覺人的感官信號形態(tài)轉(zhuǎn)換相關(guān)器件物理現(xiàn)象視覺眼光→電流光→電阻光→電流光電池光敏電阻器光電晶體管光電動勢光導(dǎo)效應(yīng)聽覺耳位移→電壓位移→電阻位移→電壓位移→電容壓電器件應(yīng)變計(jì)霍爾元件壓變電容器壓電效應(yīng)壓阻效應(yīng)霍爾效應(yīng)壓力引起電容量變化溫覺與觸覺皮膚溫度→電壓溫度→電阻壓力→電阻壓力→電容壓力→電壓壓力→電壓熱電偶熱敏電阻器應(yīng)變計(jì)壓變電容器壓電傳感器電感式傳感器塞貝克效應(yīng)溫度引起載流子數(shù)的變化壓阻效應(yīng)壓力引起電容量的變化壓電效應(yīng)嗅覺鼻氣體→電阻氣體→電流半導(dǎo)體氣敏元件電化學(xué)氣體傳感器表面吸附現(xiàn)象電化學(xué)反應(yīng)味覺舌化學(xué)變化→電離子電極酶傳感器第四章、常用傳感器4.1概述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。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(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。4.1概述dV3.傳感器的分類4.1概述1)按被測物理量分類常見的被測物理量機(jī)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4.1概述機(jī)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:4.1概述能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.3)按信號變換特征: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(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量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.4.1概述4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系: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)信號變換.如:水銀溫度計(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)信號轉(zhuǎn)變.例如:電容式和電感式傳感器.4.2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變阻器式傳感器第四章、常用傳感器等效電路分析:xL4.2電阻式傳感器L-變阻器總長;x-電刷移動量.R-總電阻;RL電刷電阻;R=K*ll=R/KEE1Lx=RRL=EE1x=L*E1/E4.2電阻式傳感器x=L*E1/E=K*E10LEE1x4.2電阻式傳感器EE1VRmRxR-Rx1EE1=xLRmR+Lx()-4.2電阻式傳感器負(fù)載效應(yīng)1EE1=xLRmR+Lx()-[]0LE(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)整個電阻值的偏差;6)壽命;(3)變阻器式傳感器的分類4.2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4.2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)電材料粉變阻器式傳感器產(chǎn)品4.2電阻式傳感器案例：重量的自動檢測--配料設(shè)備

比較重量設(shè)定原材料4.2電阻式傳感器原理：彈簧->力->位移->電位器->電阻案例：煤氣包儲量檢測煤氣包鋼絲4.2電阻式傳感器原理：鋼絲->收線圈數(shù)->電位器->電阻案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼）4.2電阻式傳感器原理：電機(jī)->轉(zhuǎn)角->電位器->電阻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(jī)械變形時，其電阻值隨著所受機(jī)械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化象。4.2電阻式傳感器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)4.2電阻式傳感器金屬應(yīng)變片的電阻R為代入3.2電阻式傳感器有：金屬絲：金屬絲體積不變：4.2電阻式傳感器有：對金屬材料，導(dǎo)電率不變：金屬絲應(yīng)變片：應(yīng)變計(jì)4.2電阻式傳感器金屬應(yīng)變計(jì)4.2電阻式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)簡化為：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大;體積小;缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。3)應(yīng)變片的主要參數(shù)

4）其它表示應(yīng)變計(jì)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）。

4.2電阻式傳感器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(jì)的原始電阻值。3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。4.2電阻式傳感器3)應(yīng)變片測量電路VER1R2R3R44.2電阻式傳感器令：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4.2電阻式傳感器電阻應(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(xì)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。4.2電阻式傳感器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(hù)：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。4.2電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力4.2電阻式傳感器標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品案例：橋梁固有頻率測量4.2電阻式傳感器案例：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。4.2電阻式傳感器案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測4.2電阻式傳感器案例：機(jī)器人握力測量4.2電阻式傳感器4.2電阻式傳感器案例：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)。4.2電阻式傳感器第四章、常用傳感器4.3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。6.2電容式傳感器一、電容傳感器概述、工作原理和類型；二、電容傳感器輸出特性；三、電容式傳感器的特點(diǎn)；四、電容傳感器測量電路；五、電容式傳感器的應(yīng)用舉例。主要內(nèi)容學(xué)習(xí)要求1.掌握電容式傳感器工作原理；2.掌握電容式傳感器的分類、及它們各自的特點(diǎn)；3.了解電容式傳感器的測量電路。電容式傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的裝置，實(shí)質(zhì)上是一個具有可變參數(shù)的電容器。6.2電容式傳感器介電常數(shù)變化型面積變化型極距變化型6.2電容式傳感器極距變化型OΔδCδΔC6.2電容式傳感器討論要提高傳感器靈敏度S應(yīng)減小初始極距,但極距也要受電容擊穿電壓限制。非線性隨相對位移的增加而增加，為保證線性度應(yīng)限制相對位移。初始極距與S，與線性度相矛盾，決定了極距變化型電容傳感器只適合測小位移（在0.01微米至零點(diǎn)幾毫米）。為提高靈敏度和改善非線性，一般采用差動結(jié)構(gòu)。極距變化型電容傳感器Δδδ0δ0C1C2差動式極距變化型差動式極距變化型傳感器靈敏度可提高一倍，而非線性可大大減小。極距變化型電容傳感器

極距變化型電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是動態(tài)響應(yīng)快，靈敏度高，可進(jìn)行非接觸測量。但由于輸出非線性特性、傳感器雜散電容對靈敏度和測量精度的影響，以及與傳感器配合使用的電子線路比較復(fù)雜等缺點(diǎn)，因此使用范圍受到一定限制。差動式電容傳感器比單個電容靈敏度提高一倍，非線性誤差減小。特點(diǎn)1.主要用于小位移量測量，0.01μm到數(shù)百μm。2.分辨力可達(dá)0.1μm，靈敏度較高。極距變化型電容傳感器應(yīng)用舉例電容式傳聲器

面積變化型電容傳感器的工作原理是在被測參數(shù)的作用下改變極板的有效面積。常用的有角位移型和線位移型兩種。優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系。但與極距變化型相比，靈敏度較低。適用于較大角位移及直線位移的測量。面積變化型電容傳感器α定板動板覆蓋面積電容量靈敏度電容量靈敏度面積變化型電容傳感器特點(diǎn)輸出特性為線性，靈敏度S為常數(shù)，適合測量大位移。

2.與極距變化型相比，靈敏度較低

應(yīng)用舉例

——檢測齒輪轉(zhuǎn)速面積變化型電容傳感器介電常數(shù)變化型電容傳感器介電常數(shù)變化型電容傳感器非線性板材測厚介電常數(shù)變化型電容傳感器位移測量線性電容式傳感器的等效電路Rs為引線,電容器支架和極板的電阻。Rp為并聯(lián)損耗電阻，它代表極板間的泄漏電阻和極板間的介質(zhì)損耗。通常在低頻時較大。電感L由電容器本身的電感和外部引線的電感所組成。低頻時很小，在很高的頻率工作時需要加以考慮。電容傳感器諧振頻率通常為幾十兆赫，通常工作點(diǎn)應(yīng)在其諧振頻率的1/21/3，且使用條件必須與標(biāo)定條件相同。AB傳感器等效電容：電容式傳感器的等效電路驅(qū)動電纜技術(shù)消除寄生電容的影響電容式傳感器的常用轉(zhuǎn)換電路電橋電路，

二極管雙T型電路電容式傳感器的常用轉(zhuǎn)換電路電容式傳感器的常用轉(zhuǎn)換電路運(yùn)算放大器式電路C0CxUsUo-Kixi0ai=0有一圓板電容傳感器，直徑，極板間距離,極板間介質(zhì)為空氣，試計(jì)算其電容之值。又若將此電容傳感器接至振蕩器的調(diào)諧回路(皮法，微亨)作為調(diào)頻元件，為使測量時有較均勻的靈敏度，要求調(diào)頻最大偏頻在以內(nèi)，求電容傳感器的。可移動極板課堂練習(xí)1)2)課堂練習(xí)解法1課堂練習(xí)解法2電容式傳感器的特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)1.溫度穩(wěn)定性好；2.結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)；3.動態(tài)響應(yīng)好；4.可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)。輸出阻抗高，負(fù)載能力差；2.寄生電容影響大。本講要點(diǎn)總結(jié)1．電容傳感器工作原理和類型2.電容傳感器輸出特性和測量電路3.電容式傳感器的應(yīng)用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6.3電感式傳感器6.3電感式傳感器鐵芯銜鐵線圈變磁阻式電感傳感器N——線圈匝數(shù)；Rm——磁路的總磁阻；變磁阻式電感傳感器傳感器類型可變導(dǎo)磁面積型可變氣隙厚度型差動型靈敏度與氣隙厚度的平方成反比。為了減小非線性誤差，提高靈敏度，通常使這種傳感器在小氣隙狀態(tài)下工作，其測量范圍在0.001mm與lmm之間。變氣隙型自感傳感器非差動式當(dāng)銜鐵位于中間位置(位移為零)時，兩線圈自感相等，i1＝i2，△i=0，輸出電壓U＝0。當(dāng)銜鐵有位移時，一個線圈自感增加，另一個線圈自感減小，U的大小表示了銜鐵位移量，極性表示了銜鐵移動方向。若位移使i1增大，則必定使i2減小相同的值，于是靈敏度增加一倍。變氣隙型自感傳感器差動式主要特點(diǎn)：具有較好的線性，測量范圍也比較大，但它的靈敏度比不上改變氣隙厚度的電感傳感器。變面積型自感傳感器螺線管式電感傳感器是一種開磁路電感傳感器，其工作原理是基于線圈漏磁路徑中的磁阻變化。由于空氣通路長，使得磁路的磁阻比較高，因此這種傳感器的靈敏度比較低，對于小位移測量意義不大。主要用于較大位移的測量，可達(dá)數(shù)毫米到數(shù)百毫米?？蓜予F芯螺管型自感傳感器這種傳感器實(shí)際上是個變壓器，初級線圈Wl通電后，次級線圈W2便感應(yīng)出電壓。被測量的變化使初、次級線圈間互感發(fā)生變化，感應(yīng)電壓也產(chǎn)生相應(yīng)變化。由于這種傳感器常制成差動的形式，故稱差動變壓器。差動變壓器式傳感器x次級線圈W1初級線圈W次級線圈W2鐵芯Px次級線圈W1初級線圈W次級線圈W2鐵芯P前提：M1＝M2＝M1、鐵芯位于中間e1=e2，eo=02、鐵芯上移，e1↑e2↓,eo與e1同相3、鐵芯下移，e2↑e1↓,eo與e2同相螺線管式差動變壓器式傳感器測量轉(zhuǎn)換電路

交流電橋交流電橋等效電路交流電橋式測量轉(zhuǎn)換電路諧振式調(diào)幅電路諧振式調(diào)頻電路諧振式電渦流式傳感器原理:渦流效應(yīng)高頻(1MHz以上)激勵電流i施加于鄰近金屬板一側(cè)的線圈，由線圈產(chǎn)生的高頻電磁場作用于金屬板的表面。金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的電磁場又反作用于線圈上，改變了電感的大小。當(dāng)線圈與金屬板的距離發(fā)生變化時，導(dǎo)致耦合系數(shù)k、線圈自感L、線圈阻抗ZL的相應(yīng)變化。高頻反射式渦流傳感器多用于測定材料厚度。當(dāng)激勵低頻電壓e1加到發(fā)射線圈W1上后，在被測材料中產(chǎn)生渦流i而損耗部分能量，導(dǎo)致接收線圈W2上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e2減小。其減小量與材料的厚度和材料性質(zhì)有關(guān)，對一定的材料，e2隨厚度呈指數(shù)規(guī)律減小。低頻透射式渦流傳感器不同頻率下的e=f(h)曲線應(yīng)用舉例高頻反射式渦流傳感器如何測厚？應(yīng)用舉例高頻反射式渦流測厚系統(tǒng)示意圖CCD應(yīng)用舉例連續(xù)油管的橢圓度測量CoiledTubeEddySensor

ReferenceCircle應(yīng)用舉例電渦流傳感器振動測量示意圖應(yīng)用舉例火車輪檢測油管檢測應(yīng)用舉例優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單可靠，沒有觸點(diǎn)摩擦，靈敏度、分辨率都比較高，輸出功率也比較大，測量準(zhǔn)確度也比較高。缺點(diǎn)：對激磁電源的頻率和振幅的穩(wěn)定性要求比較高。6.3電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測量（位移、壓力等）轉(zhuǎn)換為線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化量輸出，這種將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感變化的裝置稱為電感式傳感器。6.5壓電式傳感器壓電效應(yīng)

某些物質(zhì)在沿一定方向上施加外力使之變形時，其內(nèi)部電荷分布將發(fā)生變化，使得表面的金屬電極產(chǎn)生電荷。在外力除去后，它們又重新回到不帶電的狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。

相反，如果把這些物質(zhì)置于電場中，其幾何尺寸也將發(fā)生變化，這種由于外電場作用導(dǎo)致物質(zhì)的機(jī)械變形的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮效應(yīng)。壓電材料天然晶體(如天然石英晶體)——性能穩(wěn)定，機(jī)械性能好，廣泛應(yīng)用于振蕩器、諧振器等元件材料。人造晶體(如鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇等)——靈敏度較高，性能存在缺陷，已逐漸被取代。壓電陶瓷（鋯鈦酸鉛、氧化鋅等）——現(xiàn)今大多采用的材料。壓電高聚物薄膜（聚偏二氟乙烯）——壓電性強(qiáng)、柔性好，已得到應(yīng)用。具有這種壓電效應(yīng)的物質(zhì)稱為壓電材料或壓電元件。Oxyz縱向軸z稱為光軸經(jīng)過六面體棱線并垂直于光軸的x軸稱為電軸與z和x抽同時垂直的軸y稱為機(jī)械軸壓電材料通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，而把沿機(jī)械軸y方向的作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。而沿光抽z方向受力時不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)不受力時：大小相等，相互夾角，因此，。石英晶體極化效應(yīng)把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”?？v向壓電效應(yīng)把沿機(jī)械軸y方向的作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。橫向壓電效應(yīng)作用力越大，產(chǎn)生的電偶極矩越大，極板上出現(xiàn)的電荷越多。石英晶體極化效應(yīng)單個晶片的等效電路Ca壓電元件兩電極間的石英晶體或壓電陶瓷為絕緣體，因此就構(gòu)成一個電容器。壓電元件的開路電壓：++++++++++FF晶片并接CaRaqea靈敏度：特點(diǎn)1.電荷得到放大。2.適用于測量緩變信號和以電荷為輸出量的場合。晶片串接++++++++++FFCaRaea靈敏度：特點(diǎn)1.電壓得到放大。2.適用于以電壓為輸出量、測量電路有高輸入阻抗的場合。測量電路——電壓放大器U-A傳感器電纜電壓放大器RaRiCaCcCiUiUoq－AUoCaCcCiCfUi傳感器電纜電荷放大器測量電路——電荷放大器開環(huán)增益足夠大時，即，可簡化為:壓電式傳感器是一種典型的自發(fā)電式傳感器，常用來測量力、壓力、振動加速度，也用于聲學(xué)(包括超聲)、聲發(fā)射及幾何量等的測量。壓電式傳感器壓電式加速度傳感器6.7霍爾傳感器金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。6.7霍爾傳感器霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成。6.7霍爾傳感器測量電路6.7霍爾傳感器轉(zhuǎn)角測量6.7霍爾傳感器電流傳感器當(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(jìn)行檢測。6.7霍爾傳感器鐵磁材料裂紋檢測NS6.7霍爾傳感器葉片和齒輪位置傳感器6.7霍爾傳感器汽車速度測量型式測量范圍精確度直線性特點(diǎn)電感式自感式變氣隙型±0.2mm±1%±3%只宜用于微小位移測量螺管型1.5~2mm測量范圍較前者寬，使用方便可靠，動態(tài)性能較差特大型300~2000mm①0.15%~1%差動變壓器±0.08~75mm①±0.5％±0.5%分辨力好，受到磁場干擾時需屏蔽渦電流式±2.5~±250mm①±1%~3%＜3%分辨力好，受被測物體材料、形狀、加工質(zhì)量影響同步機(jī)360°±0.1°~±7°±0.5%可在1200r/min轉(zhuǎn)速工作，堅(jiān)固，對溫度和濕度不敏感微動同步器±10°±1%±0.05%非線性誤差與變壓比和測量范圍有關(guān)旋轉(zhuǎn)變壓器±60°±0.1%電容式變面積10-3~103mm①±0.005%±1%受介電常數(shù)因環(huán)境溫度、濕度而變化的影響變間距10-3~10mm①0.1%分辨力很好，但測量范圍很小，只能在小范圍內(nèi)近似地保存線性霍爾元件±1.5mm0.5%結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)特性好7.有一圓板電容傳感器，直徑，極板間距離,極板間介質(zhì)為空氣，試計(jì)算其電容之值。又若將此電容傳感器接至振蕩器的調(diào)諧回路(微微法，微亨)作為調(diào)頻元件,為使測量時有較均勻的靈敏度，要求調(diào)頻最大偏頻在以內(nèi)，求電容傳感器的?？梢苿訕O板特點(diǎn)電阻的增量與磁場的平方成正比；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)用磁頭；接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。4.7磁敏元件傳感器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)4.7磁敏元件傳感器產(chǎn)品4.7磁敏元件傳感器案例：轉(zhuǎn)速測量4.7磁敏元件傳感器4.8熱敏傳感器4.8熱敏傳感器

1.雙金屬溫度計(jì)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)：結(jié)構(gòu)簡單牢固可靠防爆

4.8熱敏傳感器4.8熱敏傳感器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。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(qiáng)電場的作用下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光放電.4.8熱敏傳感器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U形雙金屬片，一個固定靜止觸極電板，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，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1～8秒的時間，雙金屬片收縮回原來狀態(tài)，啟輝器停止工作。2.熱電溫度計(jì)(熱電偶)

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(diǎn)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)。4.8熱敏傳感器ABTT0k——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。4.8熱敏傳感器熱電偶測溫基本定律1)均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(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)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。TT0V4.8熱敏傳感器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。4.8熱敏傳感器4.8熱敏傳感器4.8熱敏傳感器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。4.8熱敏傳感器RT4.8熱敏傳感器4.8熱敏傳感器4.8熱敏傳感器產(chǎn)品溫控器4.8熱敏傳感器應(yīng)用汽車發(fā)動機(jī)傳感器水溫感應(yīng)塞還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等3傳感器原理

4.9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(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)0.8～1.15ml/L時，就會出現(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。煙霧報警器酒精傳感器二氧化碳傳感器4.9氣敏電阻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。

4.9氣敏電阻傳感器4.9氣敏電阻傳感器

4.9氣敏電阻傳感器實(shí)驗(yàn)室中的傳感器4.9氣敏電阻傳感器燃?xì)鈭缶鳠熿F報警器

酒精傳感器4.9氣敏電阻傳感器4.10超聲波檢測傳感器

4.傳感器原理

1)聲波及其分類(1)次聲波，振動頻率低于l6Hz的機(jī)械波。(2)聲波:振動頻率在16Hz―20KHz之間的機(jī)械波。(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。4.10超聲波檢測傳感器聲壓所謂聲壓，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于交變磁場中，產(chǎn)生機(jī)械振動，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，使磁滯材料磁場變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢輸出。

4.10超聲波檢測傳感器超聲波傳感器對4.10超聲波檢測傳感器超聲波傳感器應(yīng)用

超聲波探傷/測距/測物tA4.10超聲波檢測傳感器案例：輸油管檢測檢測機(jī)器人4.10超聲波檢測傳感器倒車?yán)走_(dá)4.10超聲波檢測傳感器

魚群探測器

4.10超聲波檢測傳感器4.傳感器原理

4.11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)體材料受到光照時會產(chǎn)生電子-空穴對,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4.傳感器原理

4.傳感器原理

照相機(jī)自動測光光控?zé)艄I(yè)控制4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

光電池

光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。+++---PN4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

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。4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

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。4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

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。4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

相機(jī)測距反射式光電傳感器4.7半導(dǎo)體敏感元件傳感器

4.12光纖傳感器

物性型光纖傳感器是利用光纖對環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號。1）物性型光纖傳感器第四章、常用傳感器光纖流速傳感器4.12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。2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器4.12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4.12光纖傳感器4.13CCD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)。

第四章、常用傳感器在半導(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感生出一幅與光照強(qiáng)度相對應(yīng)的光生電荷圖像。4.13CCD固態(tài)圖象傳感器01111100光敏管陣列并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換器運(yùn)算電路顯示電路結(jié)束信號驅(qū)動脈沖CCD4.13CCD固態(tài)圖象傳感器特點(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:(1)寬度測量;(2)外徑測量;(3)主軸徑向跳動測量.4.13CCD固態(tài)圖象傳感器

條形碼掃描器GREY=RED*0.299+