第三章常用傳感器02

第三章常用傳感器1機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述一、什么叫傳感器

傳感器是獲取信息的工具。

傳感器（Transducer或Sensor），俗稱探頭，有時亦被稱為換能器、變換器、變送器或探測器。指那些對某一確定的信息具有感受（或響應(yīng)）與檢出功能，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的有用輸出信號的元器件或裝置。第三章常用傳感器2機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述物理量電量

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。

傳感器是能感受規(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(GB766-87)。狹義上，非電信號電信號。物理量電量第三章常用傳感器3機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述密封型壓力變送器

壓阻式壓力傳感器電容式差壓變送器第三章常用傳感器4機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述旋轉(zhuǎn)差動變壓器電渦流傳感器電感式接近開關(guān)第三章常用傳感器5機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述熱電偶熱敏電阻光敏電阻第三章常用傳感器6機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述光敏三極管壓電加速度傳感器第三章常用傳感器7機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述激光位移傳感器霍爾電壓傳感器溫度傳感器8機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述二、傳感器的構(gòu)成

并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件，因此，敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩者合一的傳感器是很多的。例如：壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等都是這種形式的傳感器。

敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)理電路輔助電路被測量非電量其它量非電量電量電信號標準信號電量

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)理電路和輔助電路組成。9機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述二、傳感器的構(gòu)成

例如應(yīng)變式力傳感器。10機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述三、傳感器的分類

1按被測物理量分類常見的被測物理量有------如位移，速度，加速度，旋轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速，力，壓力，力矩，溫度，聲壓，聲強等11機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述三、傳感器的分類

2按工作的物理基礎(chǔ)分類如機械式,電氣式,光學(xué)式,流體式等。車削測力儀12機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述三、傳感器的分類

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。3按信號變換特征分類物性型與結(jié)構(gòu)性所謂物性型傳感器，是利用敏感器件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號的檢測。例如，用水銀溫度計測溫。是利用了水銀的熱脹冷縮的現(xiàn)象；用光電傳感器測速，是利用了光電器件本身的光電效應(yīng)；用壓電測力計測力，是利用了石英晶體的壓電效應(yīng)等。

所謂結(jié)構(gòu)型傳感器，則是通過傳感器本身結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化來實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換的。例如，電容式傳感器，是通過極板間距離發(fā)生變化而引起電容量的變化；電感式傳感器，是通過活動銜鐵的位移引起自感或互感的變化等。4按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系14機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.1概述三、傳感器的分類

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。能量轉(zhuǎn)換型與能量控制型能量轉(zhuǎn)換型傳感器(或稱無源傳感器)，是直接由被測對象輸入能量使其工作的。例如，熱電偶將被測溫度直接轉(zhuǎn)換為電量輸出。由于這類傳感器在轉(zhuǎn)換過程中需要吸收被測物體的能量，容易造成測量誤差。

能量控制型傳感器(或稱有源傳感器)，是從外部供給輔助能量使傳感器工作的，并由被測量來控制外部供給能量的變化。例如，電阻應(yīng)變計中電阻接于電橋上，電橋工作能源由外部供給，而由被測量的變化所引起的電阻變化去控制電橋輸出。

機械式傳感器是以彈性體作為傳感器的敏感元件。它的輸入量可以是力，壓力、溫度等物理量，輸出則是彈性元件本身的彈性變形。3.2機械式傳感器

機械式傳感器做成的機械式指示儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠、使用方便、價格低廉、讀數(shù)直觀等優(yōu)點。但彈性變形不宜大,以減小線性誤差。此外,由于放大和指示環(huán)節(jié)多為機械傳動，不僅受間隙影響,而且慣性大,固有頻率低,只宜用于檢測緩變或靜態(tài)被測量。典型機械式傳感器

微型探測開關(guān)

19機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器能把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器?！?.3.1電阻式傳感器§3.3

電阻、電容、電感傳感器按工作的原理可分為:

變阻器式（大電阻式）、電阻應(yīng)變式（微電阻式）20機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)一、變阻器式傳感器電阻式傳感器第三章常用傳感器1類型21機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器一、變阻器式傳感器2結(jié)構(gòu)和工作原理

線繞電位器的結(jié)構(gòu)主要由電阻絲、電刷和骨架三部分組成。電阻絲：康銅、鎳鉻、卡瑪（Karma）絲以及鉑銥、金銀。電刷：一般選用貴金屬。骨架：塑料、膠木、金屬（經(jīng)絕緣處理）。22機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.2電阻式傳感器一、變阻器式傳感器3后接電路xPxueuo1ueuo=xxPRLRp+xPx()-VRL負載效應(yīng)23機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器一、變阻器式傳感器負載效應(yīng)0xuo24機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.2電阻式傳感器一、變阻器式傳感器當電刷在變阻器線圈上移動時，電位器的阻值隨電刷從一圈移動到另一圈是不連續(xù)變化的，故輸出電壓Uo也不連續(xù)變化，而是階躍式地變化。電刷每移動一匝線圈使輸出電壓產(chǎn)生一次跳動，移動n匝，則使輸出電壓產(chǎn)生n次電壓跳動（階躍）。階梯特性25機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器一、變阻器式傳感器階梯特性26機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器一、變阻器式傳感器階梯特性實際27機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器一、變阻器式傳感器非線性變阻器28機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.2電阻式傳感器一、變阻器式傳感器電位器拉線式位移傳感器

工作原理：被測物體移動時通過鋼絲繩帶動傳感器的拉線盤使電位器旋轉(zhuǎn)，電位器接在高精密的信號源上，其滑動頭上的電位變化通過V/I變換器變換成4~20mA

輸出。

主要特色：電位器為高精密線繞式多圈電位器，其線繞電阻絲為合金絲，精密可靠耐用，尤其適用于頻繁動作的場合。變送器為高精密的V/I變換器模塊，其變換精度可高達十萬分之五。

適用范圍：水輪機調(diào)速器的接力器和閘門行程，以及計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的位移測量。

29機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器案例：玩具機器人（廣州中鳴數(shù)碼）原理：電機->轉(zhuǎn)角->電位器->電阻30機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片1工作原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力(拉力或壓力)作用時，產(chǎn)生機械變形，機械變形導(dǎo)致其阻值變化，這種因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。外力→變形→應(yīng)力→應(yīng)變→電阻值變化→電壓變化上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化,求偏微分金屬應(yīng)變片的電阻R為§3.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片311工作原理代入電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片321工作原理電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片331工作原理金屬絲徑向相對變形：§3.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片341工作原理電阻率相對變化：對金屬材料，主要考慮其幾何變形引起電阻變化：2金屬電阻應(yīng)變片電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片35被稱為靈敏度，其值為1.7~3.6之間。電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片36基本結(jié)構(gòu)

1－基底2－敏感柵3－覆蓋層4－引線，用以和外接導(dǎo)線連接L－敏感柵長度b－敏感柵的寬度

電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片37基本結(jié)構(gòu)

3半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片38對半導(dǎo)體材料，主要考慮其電阻率變化引起電阻變化。3半導(dǎo)體應(yīng)變片§3.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片391–應(yīng)變片2–半導(dǎo)體敏感條3–外引線4–引線連接片5–內(nèi)引線優(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。4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)。電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片405電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)

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。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.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?！?.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片41焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。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。應(yīng)變片保護：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片425電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)

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，立即放在試件貼片位置。6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器43案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器446電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用§3.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器45輪輻式力傳感器特點：

剛性比較大，同時利用它的對稱性，能夠比較好地防止橫向力的影響。6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器46特點：

在外力作用下，各點的應(yīng)力差別較大。薄壁圓環(huán)式力傳感器標準產(chǎn)品6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器476電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器48

軸剪切力傳感器（應(yīng)變片式扭矩傳感器）6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用§3.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器49

軸剪切力傳感器（應(yīng)變片式扭矩傳感器）6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器50彈性元件為一具有盲孔的圓筒，當被測流體壓力P作用于筒體內(nèi)壁時，圓筒部分發(fā)生變形，沿圓筒周向粘貼的應(yīng)變片產(chǎn)生正應(yīng)變。用于管道及槍（炮）管內(nèi)壓力測量。筒式壓力傳感器案例：橋梁固有頻率測量§3.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器51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。電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器52案例：機器人握力測量§3.2電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片53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)。電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器54電阻式傳感器機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)二電阻應(yīng)變式傳感器553.3.2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。一、變極距型機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電容式傳感器57+++二、變面積型機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電容式傳感器58平面線位移型59二、變面積型機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電容式傳感器柱面線位移型二、變面積型機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電容式傳感器60三、介質(zhì)變化型機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電容式傳感器61(一)電橋型電路將電容傳感器作為電橋的一部分,由電容變化轉(zhuǎn)換為電橋的電壓輸出。通常采用電阻、電容或電感、電容組成的交流電橋。

二、測量電路電橋型電路~(二)諧振電路

電容傳感器的電容Cx作為諧振電路調(diào)諧電容的一部分。此諧振回路通過電壓藕合,從穩(wěn)定的高頻振蕩器獲得振蕩電壓。當傳感電容Cx發(fā)生變化,諧振回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)變化,并被轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出,經(jīng)過放大、檢波即可得到輸出。

(三)調(diào)頻電路

傳感器電容是振蕩器諧振回路的一部分。當輸入量使傳感器電容量發(fā)生變化時,振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化。頻率的變化經(jīng)過鑒頻器變?yōu)殡妷鹤兓?再經(jīng)過放大后由記錄器記錄或顯示儀表指示。

傳感器電容固定電容(四)運算放大器電路

極距變化型電容傳感器的極距變化與電容變化量成非線性關(guān)系,這一缺點使電容傳感器的應(yīng)用受到一定限制。采用比例運算放大器電路可得到輸出電壓uy和位移量的線性關(guān)系。

五、電容傳感器應(yīng)用機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電容式傳感器671、轉(zhuǎn)速測量1—齒輪（動極板）2—定極3—電容傳感器4—頻率計機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電容式傳感器682、電容測厚儀電容傳感器在板材軋制裝置中的應(yīng)用69機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)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一、自感型1.可變磁阻式70機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電感式傳感器式中：N—線圈匝數(shù)Rm—磁路的總磁阻銜鐵線圈鐵芯71機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電感式傳感器磁路的總磁阻Rm為：l——鐵芯導(dǎo)磁長度(m)A——鐵芯橫截面積(m2)μ——鐵芯磁導(dǎo)率(H／m)

δ

——氣隙厚度(m)

A0——氣隙導(dǎo)磁橫截面積(m2)μ0——空氣的導(dǎo)磁率(4π×10-7H／m)銜鐵線圈鐵芯72機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電感式傳感器銜鐵線圈鐵芯可變磁阻式電感傳感器典型結(jié)構(gòu)73機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電感式傳感器a)是可變導(dǎo)磁面積型；b)差動型；c)單螺管線圈型；d)雙螺管線圈型雙螺管線圈差動型電橋電路及輸出特性74機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電感式傳感器應(yīng)用：電感式圓度儀75機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電感式傳感器1－被測工件；2－精密主軸；3－傳感器；4－工作臺76機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)電感式傳感器一、自感型原理:渦流效應(yīng)2.渦流式高頻反射式高頻交流電i交變磁通量Φ渦流i1交變磁通量Φ1Φ1總是抵抗Φ的變化，從而導(dǎo)致原線圈等效阻抗Z發(fā)生變化：3.3.3電感式傳感器低頻透射式e2的大小與G的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗表明，e2隨材料厚度h的增加按負指數(shù)規(guī)律減少,如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用e2的變化即可測量其厚度。3.3.3電感式傳感器79分壓式調(diào)幅電路渦流式傳感器的測量電路電路中由振蕩器提供穩(wěn)定的高頻信號電源。當諧振頻率與該電源頻率相同時,輸出電壓U最大。測量時，傳感器線圈阻抗隨δ而改,LC回路失諧,輸出信號U(t)頻率雖然仍為振蕩器的工作頻率,但幅值隨δ而變化。它相當于一個調(diào)幅波。此調(diào)幅波經(jīng)放大、檢波、濾波后即可以得到氣隙δ的動態(tài)變化的信息。

803.3.3電感式傳感器a)諧振曲線b)輸出特性調(diào)頻電路工作原理把傳感器線圈接入LC振蕩回路,當金屬板至傳感器之間的距離δ發(fā)生變化時,將引起線圈電感變化,從而使振蕩器的振蕩頻率f發(fā)生變化,再通過鑒頻器進行頻率一電壓轉(zhuǎn)換,即可得到與δ成比例的輸出電壓。

82機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.3電感式傳感器渦流式傳感器應(yīng)用案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測83機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.3電感式傳感器一、自感型——渦流式油管檢測案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。84機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.3電感式傳感器一、自感型——渦流式案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。85機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.3電感式傳感器一、自感型——渦流式二、互感型——差動變壓器式傳感器i1

原理：利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，當線圈W1輸入交流電流i1時,線圈W2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e12,其大小與電流i1的變化率成正比,即

互感型傳感器就是利用這一原理，將被測位移量轉(zhuǎn)換為線圈互感的變化，互感變化引起副線圈輸出電壓產(chǎn)生相應(yīng)變化。因常常將兩個次級線圈組成差動式，又稱為差動變壓器式傳感器。二、互感型--差動變壓器88機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.3電感式傳感器后接電路：.

右圖(

差動變壓器式力傳感器)所示差動變壓器式力傳感器的彈性元件是簿壁圓筒，在外力作用下，變形使差動變壓器的鐵芯介質(zhì)微位移，變壓器次級產(chǎn)生相應(yīng)電信號。

差動變壓器式測力傳感器§3.4.1磁電式傳感器

一、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。

90機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.4磁電、壓電、與熱電傳感器磁電式動圈式二、分類機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)磁電式傳感器91線速度型角速度型磁阻式1.線速度型傳感器工作原理。在永久磁鐵產(chǎn)生的直流磁場內(nèi),放置一個可動線圈,當線圈在磁場中作直線運動時,它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為B——磁場的磁感應(yīng)強度;l——單匝線圈有效長度;W——線圈匝數(shù);v——線圈與磁場的相對運動速度;——線圈運動方向與磁場方向的夾角。2.角速度型傳感器工作原理。線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢ω——角速度;A——單匝線圈的截面積;k——與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)二、磁阻式

磁阻式傳感器的線圈與磁鐵彼此不作相對運動,由運動著的物體(導(dǎo)磁材料)來改變磁路的磁阻,而引起磁力線增強或減弱,使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。nnma)測頻數(shù)b)測轉(zhuǎn)速c)偏心測量d)振動測量壓電式傳感器是一種可逆型換能器,既可以將機械能轉(zhuǎn)換為電能,又可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能。被廣泛用于力、壓力、加速度測量,也被用于超聲波發(fā)射與接收裝置。壓電式傳感器的工作原理是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)。3.4.2壓電傳感器

一、壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng) 某些電介質(zhì)受外力作用時，在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)的現(xiàn)象。FF＋＋＋＋＋＋－－－－－－2/5/202399逆壓電效應(yīng)當在某些電介質(zhì)極化方向施加電場，這些電介質(zhì)也會產(chǎn)生幾何變形的現(xiàn)象。E正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)101二、壓電材料——石英晶體常見壓電材料石英晶體壓電陶瓷石英晶體化學(xué)式：SiO2形狀：六角形晶柱，兩端為一對稱棱錐。三個垂直軸：z軸：光軸x軸：電軸（經(jīng)過任一棱線）y軸：機械軸（垂直于棱面）壓電效應(yīng)模型2/5/2023傳感器原理與應(yīng)用103厚度縱向壓電效應(yīng)沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。橫向壓電效應(yīng)沿機械軸y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。電荷量y方向受力的壓電系數(shù)，d12=-d11作用力長度x方向受力的壓電系數(shù)

在壓電晶片的兩個工作面上進行金屬蒸鍍,形成金屬膜,構(gòu)成兩個電極。當晶片受到外力作用時,在兩個極板上積聚數(shù)量相等、而極性相反的電荷,形成了電場。因此壓電傳感器可以看作是電荷發(fā)生器,它又是一個電容器。三、壓電傳感器及等效電路其電容量為：ε——壓電材料的相對介電常數(shù),石英晶體ε=4.5;鈦酸鋇ε=1200;

——極板間距,即晶片厚度;A——壓電晶片工作面的面積。并聯(lián)，適宜于以電荷作為輸出的場合。串聯(lián)，適宜于以電壓作為輸出的場合。實際壓電傳感器中，往往用兩個和兩個以上的串接和并接。等效電路

壓電式傳感器是具有一定電容的電荷源Ca:傳感器電容Ci:外界電路輸入電容Cc:電纜分布電容Ra:傳感器漏電阻Ri:輸入阻抗考慮負載影響3.4.2壓電式傳感器簡化等效電路壓電傳感器的輸出電壓當外力為正弦力F0sint時,ω為外力的圓頻率，根據(jù)電荷平衡建立的方程式為:由于3.4.2壓電式傳感器其穩(wěn)態(tài)解為：

上式表明：壓電元件的輸出電壓受回路的時間常數(shù)R0C的影響。在測試動態(tài)量時，為了建立一定的輸出電壓并實現(xiàn)不失真測量，壓電傳感器的測量電路必須有高輸入阻抗并在輸入端并聯(lián)一定的電容Ci以加大時間常數(shù)R0C.但并聯(lián)電容過大也會使輸出電壓降低過多，降低了測量電路的靈敏度。四、測量電路1、測量電路概述1）壓電傳感器對測量電路的要求：壓電傳感器內(nèi)阻很高，且信號微弱，因此，一般不能直接顯示和記錄，而需經(jīng)過二次儀表進行阻抗變換和信號放大。壓電傳感器需后接高輸入阻抗的前置放大器。2）前置放大器的作用：阻抗變換（高輸出阻抗低輸出阻抗）放大微弱信號3）前置放大器的形式：電壓放大器：電荷放大器：電阻反饋；輸出電壓與輸入電壓成正比。帶電容負反饋的高增益運放；輸出電壓與輸入電荷成正比。2、使用電壓放大器使用電壓放大器時，放大器輸入電壓為由于電容包含了、和，其中比都大，故整個測量系統(tǒng)對電纜對地的電容的變化非常敏感。連接電纜的長度和形態(tài)的變化，都會導(dǎo)致傳感器輸出電壓的變化。

3、電荷放大器等效電路

電荷放大器是一個高增益帶電容反饋的運算放大器，當略去傳感器的漏電阻及電荷放大器的輸入電阻時，其等效電路如下圖所示。由于電壓放大器輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出）成正比，所以電壓放大器的輸出電壓也會受到連接電纜的影響，其長度和形態(tài)的變化，都會導(dǎo)致傳感器輸出電壓的變化。

Ca

qCc

Ci

-Aui

uy

Cf

由電荷平衡建立方程式：如果放大倍數(shù)足夠大,則有上式簡化為:輸出電壓與傳感器的電荷量近似正比，且只與反饋電容有關(guān)，不受電纜電容的影響。五、壓電式傳感器的應(yīng)用

壓電式傳感器常用來測量力、壓力、振動的加速度,也用于聲學(xué)(包括超聲)和聲發(fā)射等測量。壓電效應(yīng)是一種力一電荷變換,可直接用作力的測量。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§3.4.3熱電式傳感器

概述

115機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)第三章常用傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它利用某種材料或元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特性來達到測量的目的。例如將溫度轉(zhuǎn)化為電阻、磁導(dǎo)或電勢等的變化，通過適當?shù)臏y量電路，就可由這些電參數(shù)的變化來表達所測溫度的變化。在各種熱電式傳感器中，以把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻和電勢變化的方法最為普遍。將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小的熱電式傳感器叫做熱電阻。將溫度轉(zhuǎn)換為電勢大小的熱電式傳感器叫做熱電偶。116機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

1823年，塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬A和B組成一個閉合回路。如果將它們的兩個接點中的一個進行加熱，使其溫度為T，而另一點置于室溫T0中，則在回路中就有電流產(chǎn)生。如果在回路中接入電流計M，就可以看到電流計的指針偏轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象稱為熱電動勢效應(yīng)（熱電效應(yīng)）。產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢（也稱塞貝克電勢），用EAB（T，T0）來表示。

通常把兩種不同的金屬的這種組合稱為熱電偶，A和B稱為熱電極，溫度高的接點稱為測量端（也稱為工作端或熱端），而溫度低的接點稱為參考端（也稱為自由端或冷端）。利用熱電偶把被測溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭妱菪盘?，用電測儀表測出電勢大小，就可間接求得被測溫度值。兩端溫差越大，熱電偶的熱電勢也越大。熱電偶的基本工作原理是基于“熱電動勢效應(yīng)”。工作原理117機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

接觸電勢

熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢EAB（T，T0）是由接觸電勢（珀爾帖Peltier效應(yīng)）和溫差電勢（湯姆森Thomson效應(yīng)）兩部分組成。

在不同的金屬中自由電子的濃度不同，因此當兩種不同金屬A和B接觸時，在接觸處便發(fā)生電子的擴散。若金屬A的自由電子濃度大于金屬B的濃度，則在同一瞬間由金屬A擴散到金屬B中去的電子將比由金屬B擴散到A中去的電子多，因而金屬A對于金屬B因失去電子而帶正電荷，金屬B獲得電子而帶負電荷。由于正、負電荷的存在，在接觸處便產(chǎn)生電場。該電場將阻礙擴散作用的進一步發(fā)生，同時引起反方向的電子轉(zhuǎn)移。擴散和反擴散形成矛盾運動，直至擴散作用和阻礙其擴散的作用的效果相同時，也即由金屬A擴散到金屬B的自由電子與金屬B擴散到金屬A的自由電子相等時，該過程便處于動態(tài)平衡。在這種動態(tài)平衡狀態(tài)下，A和B兩金屬之間在接觸處產(chǎn)生的電勢稱為接觸電勢（又稱為珀爾帖電勢）。118機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)3熱電偶§3.4.3熱電式傳感器

接觸電勢該電勢為k

——波爾茲曼常數(shù)（k0＝1.38×10-23J/K）

T——接觸點的絕對溫度；

nA，nB——材料A，B的自由電子密度；

e——電子電荷電量（e=1.6×10-19C）。

接觸電勢的數(shù)值取決于兩種金屬的性質(zhì)和接觸點的溫度，而與金屬的形狀及尺寸無關(guān)。

如果A、B

為同一種材料，接觸電勢為零。（nA

=nB）

119機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

溫差電勢對于任何一個金屬，當其兩端溫度不同時，兩端的自由電子濃度也不同。溫度高的一端濃度大，具有較大的動能；溫度低的一端濃度小，動能也小。因此，高溫端的自由電子要向低溫端擴散，高溫端失去電子而帶正電，而低溫端得到電子而帶負電，形成了電場，這個電場要阻礙電子的擴散，最后同樣要達到動態(tài)平衡，從而在兩端形成的電勢稱為溫差電勢，（又稱為湯姆森電勢）。設(shè)導(dǎo)體為均質(zhì)導(dǎo)體，兩端的溫度為T、T0，A、B導(dǎo)體的溫差電勢σ——湯姆森系數(shù)（與材料和兩端平均溫度有關(guān)）。

溫差電勢的數(shù)值取決于金屬的性質(zhì)和兩端的溫度，而與金屬的形狀、尺寸和溫度分布無關(guān)。

如果導(dǎo)體兩端的溫度相同，則溫差電勢為零。（T=T0）120機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

總熱電勢在由兩種不同金屬（nA

>

nB）組成的閉合回路中，當兩端點的溫度不同（T>T0）時，整個閉合回路內(nèi)總的熱電勢EAB（T，T0）為如果熱電偶兩電極材料相同（nA＝nB，A＝

B），兩接點溫度不同，不會產(chǎn)生熱電勢；如果兩電極材料不同，但兩接點溫度相同（T=T0），也不會產(chǎn)生熱電勢；熱電偶工作的基本條件：兩電極材料不同，兩接點溫度不同。

熱電勢的大小只與材料的性質(zhì)及兩端點的溫度有關(guān)，而與熱電極的幾何形狀和尺寸無關(guān)。121機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

測溫原理當兩熱電極材料不同，且A、B固定（即

nA、

nB、A、

B皆為常數(shù)），熱電勢便為兩接點溫度（T，T0）的函數(shù)，若保持T0不變，則E（T0）為常數(shù)這就是熱電偶測溫原理。熱電極的極性：熱端失去電子的熱電極為正極，獲得電子的為負極，且有應(yīng)該指出的是，在金屬中自由電子數(shù)目很多，以致溫度不能顯著地改變它的自由電子濃度，所以在同一種金屬內(nèi)的溫差電勢極小，可以忽略。因此，在一個熱電偶回路中起決定作用的是兩個接點處產(chǎn)生的與材料性質(zhì)和該點所處溫度有關(guān)的接觸電勢。122機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

基本定律（2）中間導(dǎo)體定律：在熱電偶中插入第三種材料，只要插入材料兩端的溫度相等，對熱電偶的總熱電勢沒有影響。

（1）均質(zhì)導(dǎo)體定律

兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其熱電勢大小與熱電極直徑、長度及沿熱電極長度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。要求熱電極材質(zhì)均勻，克服因熱電極上各點溫度不同時造成附加誤差。中間導(dǎo)體定律具有特別重要的實際意義。因為利用熱電偶來測量溫度時，必須在熱電偶回路中接入電氣測量儀表，也就相當于接入第三種材料。123機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

基本定律如果熱電偶回路各接點溫度相同，其總的熱電勢為0。于是假設(shè)當接點1、2和3的溫度都為T0時，其回路總的熱電勢必為0，

其結(jié)果與兩種金屬時完全相同。

右圖是將熱電偶的一個接點分開，接入第三種材料C。設(shè)接點2和接點3的溫度相同（T0），則這時熱電偶回路的總的熱電勢為124機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電偶熱電式傳感器

基本定律熱電偶回路總的熱電勢，絕不會因為在其電路中的任意部分接入第三種兩端溫度相同的材料而有所改變。熱電偶的這一特性，不但可以允許在其回路中接入電氣測量儀表，而且也允許采用任意的焊接方法來焊接熱電偶。這就是中間導(dǎo)體定律的實際意義。如果按右圖的方式接入第三種材料，則回路總熱電勢為

由于

所以

其結(jié)果與兩種金屬時完全相同。

但是，如果接入第三種材料的兩端溫度不等，熱電偶回路的總熱電勢將會發(fā)生變化。其變化大小，取決于材料的性質(zhì)和接點的溫度。對于上圖來說，其改變值相當于B與C組成的附加熱電偶的熱電勢。因此，接入第三種材料不宜采用與熱電極的熱電性質(zhì)相差很遠的材料；否則，一旦溫度發(fā)生變化，熱電偶的電勢變化將會很大，從而影響測量精度。125機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

若導(dǎo)體A、B分別與連線導(dǎo)線A、B相接，其結(jié)點溫度分別為T、Tn、T0，回路的總電勢為

此式是連接導(dǎo)線（導(dǎo)體）定律的數(shù)學(xué)模型，即回路的總電勢等于熱電偶熱電勢EAB（T,Tn）與連接導(dǎo)線熱電勢EA

B（Tn,T0）的代數(shù)和。此定律是工業(yè)運用補償導(dǎo)線進行溫度測量的理論基礎(chǔ)。當導(dǎo)體A與A及B與B材料分別相同時，上式可寫為

此式是中間溫度定律的數(shù)學(xué)模型，即回路的總電勢等于EAB（T,Tn）,EAB（Tn,T0）的代數(shù)和。Tn稱為中間溫度。此定律為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)，只要求得參考端溫度為0℃時的“熱電勢－溫度關(guān)系”，就可以根據(jù)此式求出參考溫度不等于0℃時的電勢。

（3）連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律：

126機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

（4）標準電極定律

如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢已知，則此兩種導(dǎo)體組成熱電偶的熱電勢就已知。

AC、AB

和BC三個熱電偶，其接點溫度一端都為T，另一端都為T0，若

由此可知，當任一電極B，C，D，…與一標準電極A組成熱電偶產(chǎn)生熱電勢為已知時，就可以利用上式求出這些熱電極彼此任意組成熱電偶時的熱電勢。通常采用鉑作為標準電極。

127機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

熱電偶實物裝配式熱電偶熱電阻鎧裝式熱電偶熱電阻熱套式熱電偶熱電阻隔爆熱電偶、熱電阻128機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)§3.4.3熱電式傳感器

熱電偶常用熱電偶1）鉑銠－鉑熱電偶（WRLB型）屬于貴金屬熱電偶。能長時間在0~1200℃中工作，短時間可以測到1600℃。它的物理化學(xué)穩(wěn)定性好，因此一般用于較為精密的測溫中。2）鎳鉻－鎳鋁熱電偶（WREU型）是非貴重金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種，因此應(yīng)用最廣?？砷L時間工作在1000℃，短時間可到1300℃。與鉑銠－鉑熱電偶相比具有接近直線的分度曲線。在相同溫差下，它的熱電勢要比鉑銠－鉑的熱電勢大4~5倍。缺點是熱電極不易做得均勻，但由于它的熱電勢較大，還是可以保證有足夠的精度，其誤差一般在6~8℃范圍內(nèi)。因?qū)儆谄胀ń饘伲瑑r格較為便宜，故它的電極制作得比較粗（3mm），這樣便帶來很多優(yōu)點，如使用壽命長、強度高等。129機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

熱電偶常用熱電偶

3）鎳鉻－考銅熱電偶（WREA型）的正極是鎳鉻合金，而負極是考銅。短時間可以測量到800℃的溫度。在標準分度的熱電偶中它的熱電勢最大（例如在600℃時有66.4mV）。它也有較為接近線性的分度曲線，因此其測量精度比較高，應(yīng)用較為廣泛。其主要缺點是測量溫度上限不高，電極材料成分含量不容易保證，因此復(fù)制性差。

4）銅－康銅熱電偶是非標準分度熱電偶中應(yīng)用較多的一種，尤其在低溫下使用更為普通。銅－康銅熱電偶一般多用于實驗和科研中，可以用來測量－200~＋200℃的溫度。測量低溫時，由于工作端的溫度低于自由端，所以正負極要發(fā)生變化。在測量0℃以上溫度時，銅為正極，康銅（成分為銅60％，鎳40％）為負極。目前在0~100℃范圍內(nèi)銅－康銅熱電偶已被定為三級標準熱電偶，用以檢定低溫測量儀表的精度。它的誤差不超過±0.1℃。130機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

熱電偶

冷端補償

因為熱電勢的大小只與熱電極的材料性質(zhì)及兩端點的溫度有關(guān)，而在測量中熱電極材料是一定的，所以必須使一端溫度（一般是冷端）保持不變，其熱電勢才是另一端溫度（一般是熱端）的單值函數(shù)。另外。熱電偶的標準分度表是在其冷端處于0℃的條件下測得的電勢值，只有冷端處于0℃時才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。所以在溫度測量中，熱電偶電路中最大的問題是冷端的處理和補償問題，即如何選擇測溫的參考點。131機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

熱電偶

冷端補償1）延長導(dǎo)線法利用延長導(dǎo)線（補償導(dǎo)線）使冷端遠離熱端，引到溫度較穩(wěn)定的T0端測試。（在實際使用的時候，可把補償導(dǎo)線一直延伸到配用儀表的接線端子，這時冷端溫度即為儀表接線端子所處的環(huán)境溫度）。

要求：在一定的溫度范圍內(nèi)，補償導(dǎo)線與配對的熱電偶具有相同或相近的熱電特性。如圖A、B為熱電偶電極，C、D為補償導(dǎo)線，冷端溫度為T0，E為銅導(dǎo)線，M為所配用的毫伏計（或數(shù)字儀表，此時需加放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換等電路）。這時回路中總熱電勢為EAB（T，T0），流過測溫毫伏計的電流為132機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

熱電偶

冷端補償式中RZ

，RC

，RM

分別為熱電偶、導(dǎo)線（包括銅線、補償導(dǎo)線和平衡電阻）和儀表的內(nèi)阻（包含負載電阻RL

）。如圖A、B為熱電偶電極，C、D為補償導(dǎo)線，冷端溫度為T0，E為銅導(dǎo)線，M為所配用的毫伏計（或數(shù)字儀表，此時需加放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換等電路）。這時回路中總熱電勢為EAB（T，T0），流過測溫毫伏計的電流為1）延長導(dǎo)線法

133機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

熱電偶

冷端補償2）0℃恒溫法將熱電偶冷端置于冰水混合物的0℃恒溫器（或電恒溫器）內(nèi)，使其工作與分度狀態(tài)達到一致。此方法只適用于實驗室。134機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

熱電偶

冷端補償3）冷端溫度修正法對于冷端溫度不等于0℃，但能保持恒定不變（恒溫器）或能用普通方法測出（室溫）的情況，可采用修正法。（1）熱電勢修正法冷端溫度不為0℃而是某一溫度Tn，實際測得的熱電勢為EAB(T,Tn)，無法直接利用分度表，可利用中間溫度定律進行修正。設(shè)Tn為室溫21℃，用鉑銠10—鉑熱電偶測量溫度T，測得熱電勢為EAB(T,21)＝0.465mV，查分度表知EAB(21,0)＝0.119mV。則用0.584mV查分度表知T＝92℃，即實測溫度T為92℃。135機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熱電式傳感器

3熱電偶

冷端補償3）冷端溫度修正法對于冷端溫度不等于0℃，但能保持恒定不變（恒溫器）或能用普通方法測出（室溫）的情況，可采用修正法。（2）溫度修正法由實測熱電勢EAB（T，Tn）直接查分度表表，得T，此溫度不是真實溫度T，

T＝T＋kTnk為熱電偶修正系數(shù)，決定于熱電偶種類和被測溫度范圍。例如上例，用鉑銠10—鉑熱電偶測量溫度T，測得熱電勢為EAB(T,21)＝0.465mV，直接查分度表得T＝75℃。查k值表得k=0.82，則T＝75＋0.82×21＝92.2℃與熱電勢修正法所得結(jié)果一致。將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。用這種傳感器測量其他非電量時，只需將這些非電量的變化先轉(zhuǎn)換為光信號的變化。優(yōu)點：響應(yīng)快，可靠性高結(jié)構(gòu)簡單，使用方便可以實現(xiàn)非接觸式測量工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。3.5光電傳感器光電效應(yīng)：外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)光電效應(yīng)分兩大類型：外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)金屬金屬氧化物光照

電子逸出物體表面外光電效應(yīng)光照半導(dǎo)體

電子在物體內(nèi)部運動內(nèi)光電效應(yīng)外光電效應(yīng)在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。光子的能量：光的頻率普朗克常數(shù)逸出功初始動能光照射物體：說明：光子能量必須超過逸出功，才能產(chǎn)生光電子。光電子逸出后具有初始動能，因此，不加陽極電壓也會有光電流產(chǎn)生。欲使電流為零，需加負的截止電壓。內(nèi)光電效應(yīng)在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。分為：光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)：若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，就激發(fā)電子-空穴對，使導(dǎo)電性增加。應(yīng)用：光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管光生伏特效應(yīng)在光線的作用下，能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。應(yīng)用：光電池3、光敏電阻（1）光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理光敏電阻又稱光導(dǎo)管；幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成；沒有極性，可加直流或交流電壓；無光照時，電阻較大；有光照時，電阻急劇變小。（2）光敏電阻的主要參數(shù)暗電阻：

不受光照射時的阻值稱為暗電阻，此時的電流稱為暗電流。亮電阻：

受光照射時的阻值稱為亮電阻，此時的電流稱為亮電流。光電流：

亮電流與暗電流之差稱為光電流。4、光敏二極管和光敏三級管光敏管的工作原理與光敏電阻是相似的，其差別只是光照在半導(dǎo)體結(jié)上而已。

NPN型光敏晶體管結(jié)構(gòu)簡圖和基本電路光敏二極管結(jié)構(gòu)簡圖、符號和接線圖5、光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。實質(zhì)上是一個大面積的PN結(jié)。工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。種類較多：硒光電池硅光電池+++---PN6、光電耦合器件

由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接收元件組成。分為：實現(xiàn)電隔離的光電耦合器檢測有無物體的光電開關(guān)光電耦合器組合形式光電傳感器的應(yīng)用

按其接收狀態(tài)可分為模擬式光電傳感器和脈沖光電傳感器。1.）模擬式光電傳感器

被測物體位于恒定光源與光電元件之間,根據(jù)被測物對光的吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來測定被測參數(shù)。如測量液體、氣體的透明度、混濁度,對氣體進行成分分析,測定液體中某種物質(zhì)的含量等。

恒定光源發(fā)出的光投射到被測物體上,被測物體把部分光通量反射到光電元件上,根據(jù)反射的光通量多少測定被測物表面狀態(tài)和性質(zhì)。例如測量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。

被測物體位于恒定光源與光電元件之間,光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物遮去其一部分,使作用在光電元件上的光通量減弱,減弱的程度與被測物在光學(xué)通路中的位置有關(guān)。利用這一原理可以測量長度、厚度、線位移、角位移、振動等。

被測物體本身就是輻射源，它可以直接照射在光電元件上，也可以經(jīng)過一定的光路后作用在光電元件上。光電高溫計、比色高溫計、紅外偵察和紅外遙感等均屬于這一類。這種方式也可以用于防火報警和構(gòu)成光照度計等。

表面缺陷檢測光電轉(zhuǎn)速計工作原理

如圖所示為直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理。它是由裝在輸入軸上的開孔盤、光源、光敏元件以及縫隙板所組成，輸入軸與被測軸相連接。從光源發(fā)射的光，通過開孔盤和縫隙照射到光敏元件上，使光敏元件感光。開孔盤上開有一定數(shù)量的小孔，當開孔盤轉(zhuǎn)動一周，光敏元件感光的次數(shù)與盤的開孔數(shù)相等，因此產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的電脈沖信號。

2.）

脈沖式光電傳感器

脈沖式光電傳感器的作用方式是光電元件的輸出僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài),也就是“通”、“斷”的開關(guān)狀態(tài),所以也稱為光電元件的開關(guān)運用狀態(tài)。主要用于零件或產(chǎn)品的自動計數(shù)、光控開關(guān)、電子計算機的光電輸入設(shè)備、光電編碼器及光電報警裝置等方面。

3.6光纖傳感器

光纖傳感器以光學(xué)量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，以光信號為變換和傳輸?shù)妮d體，是利用光導(dǎo)纖維輸送光信號的傳感器。優(yōu)點不受電磁干擾；體積小、重量輕；靈敏度高、耐腐蝕；集傳感與傳輸于一體；應(yīng)用領(lǐng)域廣溫度、壓力、應(yīng)變外界因素光纖傳輸光波量光纖傳感器外界因素光纖傳輸光波量光纖傳感器外界因素：壓力、溫度、電場、磁場。光波量：光強、相位、頻率、偏振態(tài)。光纖結(jié)構(gòu)及傳光原理光纖結(jié)構(gòu)及傳光原理光纖結(jié)構(gòu)154光纖的基本結(jié)構(gòu)n1略大于n2光纖傳光原理