常用傳感器與敏感元件

1、常用傳感器與敏感元件第一節(jié)常用傳感器分類 第二節(jié)機(jī)械式傳感器及儀器 第三節(jié) 電阻、電容與電感式傳感器 第四節(jié) 磁電、壓電與熱電式傳感器 第五節(jié)光電傳感器第六節(jié)光纖傳感器 第七節(jié)半導(dǎo)體傳感器 第八節(jié)紅外測試系統(tǒng) 第九節(jié)激光測試傳感器 第十節(jié)傳感器的選用原則第一節(jié)常用傳感器分類將被測量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的，易檢測、易傳輸或易處理信號(hào)的裝置，稱為傳感器。直接受被測量作用的元件稱為傳 感器的敏感元件。傳感器處于測試裝置的輸入端，是測試系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán) 節(jié)，其性能直接影響整個(gè)測試系統(tǒng)，對(duì)測試精度至關(guān)重要。工程中常用傳感器的種類繁多，往往一種物理量可用多種 類型的傳感器來測量，而同一種傳感器也可用于多種物理量

2、的測量。傳感器有多種分類方法。按被測物理量的不同分: 位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器等。按傳感器工作原理的不同分：機(jī)械式傳感器、電氣式傳感器、光學(xué)式傳感器、流體式傳感 器等。按信號(hào)變換特征分：物性型傳感器與結(jié)構(gòu)型傳感器。物性型傳感器是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)變換的。例如，水銀溫度計(jì)是利用了水銀的熱脹冷縮 性質(zhì)；壓力測力計(jì)利用的是石英晶體的壓電效應(yīng)等。結(jié)構(gòu)型傳感器則是依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn) 變的。例如，電容式傳感器依靠極板間距離變化引起電容量 的變化；電感式傳感器依靠銜鐵位移引起自感或互感的變化。按敏感元件與被測對(duì)象之間的能量關(guān)系分: 能量轉(zhuǎn)換型傳感器與能量

3、控制型傳感器。Ill能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱無源傳感器，是直接由被測對(duì)象輸 入能量使其工作的，例如，熱電偶溫度計(jì)、彈性壓力計(jì)等。 在這種情況下，由于被測對(duì)象與傳感器之間的能量交換，必 然導(dǎo)致被測對(duì)象狀態(tài)的變化和測量誤差。III能量控制型傳感器，也稱有源傳感器，是從外部供給能量使 傳感器工作的，并且由被測量來控制外部供給能量的變化。 例如，電阻應(yīng)變計(jì)中電阻接于電橋上，電橋工作能源由外部 供給，而由被測量變化所引起電阻變化來控制電橋輸出。電 阻溫度計(jì)、電容式測振儀等均屬此種類型。按輸出信號(hào)類型分：模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器等。另一類傳感器是以外信號(hào)（由輔助能源產(chǎn)生）激勵(lì)被測對(duì)象, 傳感器獲取的信號(hào)是

4、被測對(duì)象對(duì)激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)，它反映了 被測對(duì)象的性質(zhì)或狀態(tài)。例如，超聲波探傷儀、Y射線測厚 儀、X射線衍射儀等。需要指出的是，不同情況下，傳感器可能只有一個(gè)，也可能有幾個(gè)換能元件，也可能是一個(gè)小型裝置。例如，電容式 位移傳感器是位移-電容變化的能量控制型傳感器，可以直接 測量位移。而電容式壓力傳感器，則經(jīng)過壓力-膜片彈性變形 （位移）-電容變化的轉(zhuǎn)換過程。此時(shí)膜片是一個(gè)由機(jī)械量-機(jī) 械量的換能件，由它實(shí)現(xiàn)第一次變換；同時(shí)它又與另一極板 構(gòu)成電容器，用來完成第二次轉(zhuǎn)換。再如電容型伺服式加速 度計(jì)（也稱力反饋式加速度計(jì)），實(shí)際上是一個(gè)具有閉環(huán)回 路的小型測量系統(tǒng)。這種傳感器較一般開環(huán)式傳感器具有更

5、高的精確度和穩(wěn)定性。表3-1匯總了機(jī)械工程中常用傳感器的基本類型及其名稱、被測量、性能 指標(biāo)等。第二節(jié)機(jī)械式傳感器及儀器機(jī)械式傳感器應(yīng)用很廣。在測試技術(shù)中，常常以彈性體作 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，而輸出則為彈性元件本身的彈性變形（或應(yīng)變）。這種變 形可轉(zhuǎn)變成其他形式的變量。例如被測量可放大而成為儀表指 針的偏轉(zhuǎn)，借助刻度指示出被測量的大小。優(yōu)點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠、使用方便、價(jià)格低廉、讀數(shù)直觀等。缺點(diǎn)：慣性大,固有頻率低，只宜用于檢測緩變或靜態(tài)被測近年來，在自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制技術(shù)中廣泛應(yīng)用的微型 探測開關(guān)亦被看做機(jī)械式傳感器。這種開關(guān)能把物體的運(yùn)動(dòng)、 位置

6、或尺寸變化，轉(zhuǎn)換為接通、斷開信號(hào)。a)b)ABc)a）測力計(jì)b）壓力計(jì)c）溫度計(jì)a)b)ABc)a）測力計(jì)b）壓力計(jì)c）溫度計(jì) / f/ 丁" 2 # "/*1工件2電磁鐵3導(dǎo)槽4一簧片開關(guān)5電極6惰性氣體7簧片第三節(jié) 電阻、電容與電感式傳感器一、電阻式傳感器電阻式傳感器是一種把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。 按其工作原理可分為變阻器式和電阻應(yīng)變式兩類。1.變阻器式傳感器oA。C。Bb)c)a)a）直線位移型b）角位移型c）非線性型變阻器式傳感器通過改變電位器觸頭位置，實(shí)現(xiàn)將位移 轉(zhuǎn)換為電阻的變化。其表達(dá)式為R = p一A直線位移型K. = k、x靈敏度S = dR=kx

7、dx角位移型R =靈敏度S=dR=kada a為了使輸出電阻值弘0與/（無）呈線性關(guān)系，變阻器骨架應(yīng)做成直角三角形。/(x) = kx變阻器骨架應(yīng)做成拋物線形。阻器式傳感器的后接電路一般釆用電阻 分壓電路。"丄+()() 兀 RlXp優(yōu)點(diǎn)：是結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便。缺點(diǎn)：是分辨力不高，因?yàn)槭艿诫娮杞z直徑的限制。應(yīng)用：用于線位移、角位移測量，在測量儀器中用于伺服記錄 儀器或電子電位差計(jì)等。2.電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器可分為金屬電阻應(yīng)變片式與半導(dǎo)體應(yīng)變片式 兩類。(1)金屬電阻應(yīng)變片工作原理:應(yīng)變片發(fā)生機(jī)械變形時(shí),其電阻值發(fā)生變化。金屬絲電阻應(yīng)變片21 一電阻絲2基片3覆蓋

8、層4引出線金屬箔式應(yīng)變片d)b）a）單軸b）測扭矩e)電阻絲的電阻值C）c）多軸d）平行軸多柵e）同軸多柵R = p A電阻絲即隨同物體一起變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化r dR”dR6R A = 7rr2dR dl HuA -dpdldAdpdRdl2drdpRl rpdl=sI= Act = AEs Pdrdl= -v dR=£R+ 2 滄 + AEs = (1 + 2v)£? + AEs(l + 2i/)w是由電阻絲幾何尺寸改變所引起的，對(duì)于同一種材料，項(xiàng)是常數(shù)。2爲(wèi)項(xiàng)則是由于電阻絲的電阻率隨應(yīng)變的改變而引起的，對(duì)于 金屬絲來說，是很小的，可忽略。上式可簡化為dR門 c、

9、q (l + 2v)R靈敏度S廣羋£ = * =常數(shù) dl/l1=.(2)半導(dǎo)體應(yīng)變片一般市售電阻應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)阻值有60Q、1200、350Q、600Q 和1000Q等。其中以120Q最為常用。應(yīng)變片的尺寸可根據(jù)使用 要求來選定。優(yōu)點(diǎn)：體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測量精確度高、使用簡便等。缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性能差，在較大應(yīng)變作用下，非線性誤差大等。應(yīng)用：用于應(yīng)變、力、位移、加速度、扭矩等參數(shù)的測量。1 膠膜襯底2 P-Si3 內(nèi)引線4 焊接板23外引線4工作原理:是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)是指單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時(shí)， 原子點(diǎn)陣排列規(guī)律發(fā)生變化，導(dǎo)致載流子遷移率及載流子

10、濃度 的變化，從而引起電阻率。變化的現(xiàn)象。在電阻相對(duì)變化的表達(dá)式中,(1 + 21/)$項(xiàng)是由幾何尺寸變化引 起的是由于電阻率變化而引起的。對(duì)半導(dǎo)體而言,加咒項(xiàng) 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于(1 + 2可$項(xiàng)，它是半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要部分，故電阻 相對(duì)變化的表達(dá)式可簡化為dRQR靈敏度優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)小、體積小等特點(diǎn)。 缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性能差、靈敏度離散度大,非線性誤差大等。 應(yīng)用：用于壓力、加速度等參數(shù)的測量。電阻應(yīng)變式傳感器有以下兩種應(yīng)用方式：1）直接用來測定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力。2）將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測量力、位移、壓力、加 速度等物理參數(shù)的傳感器。3. 固態(tài)壓阻式傳感器工作原理:是基于

11、半導(dǎo)體材料的電阻效應(yīng)。!1!固態(tài)壓阻式傳感器是以單晶硅為基底材料，按一定晶向 將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到N型硅底層上，形成一層極薄的導(dǎo)電P型層。 此P型層就相當(dāng)于半導(dǎo)體應(yīng)變片中的電阻條，連接引線后就 構(gòu)成了擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。由于基底（硅片）與敏感元件 （導(dǎo)電層）互相滲透，結(jié)合緊密，所以基本上為一體。在生產(chǎn) 時(shí)可以根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)形成制成各種形狀，如圓形杯或長方 形梁等。這時(shí)基底就是彈性元件，導(dǎo)電層就是敏感元件。當(dāng) 有機(jī)械力作用時(shí)，硅片產(chǎn)生應(yīng)變，使導(dǎo)電層發(fā)生電阻變化。 一般這種元件做成按一定晶向擴(kuò)散、四個(gè)電阻組成的全橋形 式，在外力作用下，電橋產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。應(yīng)用：固態(tài)壓阻式傳感器主要用于測量壓力與

12、加速度。典型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀二、電容式傳感器1.變換原理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，它 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器 平行極板電容器的電容量根據(jù)電容器變化的參數(shù)，電容器可分為極距變化型、面積變化 型和介質(zhì)變化型三類。(1) 極距變化型dC _ dS° §2a）極距變化靈敏度dC s =dS68b)b)輸出特性二-sosA 為了提高傳感器的靈敏度、線性度以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)測量精確度的影響，常常 采用差動(dòng)式。優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)行動(dòng)態(tài)非接觸式測量，靈敏度高。缺點(diǎn)：非線性誤差大、雜散電容對(duì)靈敏度和測量精確度有影 響，配用的電子線

13、路較復(fù)雜。應(yīng)用：適用于較小位移（0. 01頃數(shù)百微米）的測量。（2）面積變化型28角位移型S”二丘=常數(shù) da 23靈敏度21aa)2loc)a）角位移型b）平面線位移型c）柱體線位移型靈敏度212定板靈敏度21靈敏度21平面線位移型靈敏度21$ =空=衛(wèi)=常數(shù)dx 8靈敏度圓柱體線位移型C 27T£0£X ln（D/（y）靈敏度S“= 2嚀=常數(shù)dx ln（D/）優(yōu)點(diǎn)：輸出與輸入成線性關(guān)系。3靈敏度3靈敏度缺點(diǎn):靈敏度較低3靈敏度3靈敏度應(yīng)用：適用于較大直線位移及角位移測量。(3) 介質(zhì)變化型sqsA$ =空=翌=常數(shù) ds 83靈敏度介質(zhì)層a)層 緣 絕夕板a）介質(zhì)厚度

14、、溫度、濕度計(jì)b）介質(zhì)液位計(jì)應(yīng)用：測量電介質(zhì)的液位或某些材料的溫度、濕度和厚度等。2.測量電路電容傳感器將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量的變化以后，由后續(xù)電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率信號(hào)。(1)電橋型電路將電容傳感器作為橋路的一部分，由電容變化轉(zhuǎn)換為電橋的電壓輸出，通常釆用電阻、電容或電感、電容組成的交流電橋。uy7dSs么I丄E°oo(3)諧振電路振蕩器G豐乙1 '仏2豐C2半C： f黑盍°毛輸出(4)調(diào)頻電路Rm | M AoA) “o4)b）Xa)靈敏度s = f三、電感式傳感器1=電感式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置， 其變換是基于電磁感應(yīng)原理。按照變換方

15、式的不同，可分為自 感型（包括可變磁阻式與渦流式）與互感型（差動(dòng)變壓器式）O1.自感型（1）可變磁阻式NN21 飩 25IEa）可變磁阻結(jié)構(gòu)b）特性曲線 1線圈2鐵心3銜鐵a)a）可變導(dǎo)磁面積型c）單螺管線圈型% ii 11§0ob)ood)b）差動(dòng)型 d）雙螺管線圈差動(dòng)型雙螺管線圈差動(dòng)型，較之單螺管型有較高靈敏度及線性, 被用于電感測微計(jì)上，常用測量范圍為0300頃，最小分辨 力為0. 5Mmoa)Lfub)a）電橋電路b）輸出特性(2)渦流式 電渦流效應(yīng)一塊金屬導(dǎo)體置于一只扁平線圈附近，相互間距為X。當(dāng) 線圈中通有高頻交變電流ii時(shí)，在線周圍產(chǎn)生交變磁通0)1； 此交變磁通

16、69;1通過鄰近的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流i2(這種電 流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱之為“渦電流”)。渦電流i2也將 產(chǎn)生交變磁通0)2。根據(jù)楞次定律，渦電流的交變磁場與線圈 的磁場變化方向相反，即®2總是抵抗的變化；從而使線圈 中的電流ii的大小和相位均發(fā)生變化，即線圈中的等效阻抗發(fā) 生變化。這就是電渦流效應(yīng)。線圈等效阻抗的變化程度與線 圈的半徑r,激勵(lì)電流婦的頻率3、金屬導(dǎo)體的電阻率p、磁 導(dǎo)率以及線圈到金屬板間距離x等有關(guān)。Z = f(r, i", a x)當(dāng)改變其中某一因素時(shí)，即可達(dá)到不同的變換目的。例如, 變化X,可作為位移、振動(dòng)測量；變化P或唯，可作為材質(zhì)鑒 別或探傷等

17、。0i等效電路分析0i0i(&+ jeLji、- jeMi? =Uin 冬+ jcoL- jcoMl, =0Z牛RZ曲.r cd2M2 、 農(nóng)+莎厶;+丿"（廠2&+牡）= Re+ JLeRe =7?j+7?2（d2M2R；+o）Ha尋為由上式可看出：由于渦流效應(yīng)的作用，線圈的阻抗由ZT +j叫 變成了ZY + MS比較Z。與Z可知：電渦流影響的結(jié)果使等效 阻抗Z的實(shí)部增大，虛部減小。即等效品質(zhì)因數(shù)Q值減小了，即 渦電流會(huì)消耗電能，在導(dǎo)體中產(chǎn)生熱量。Q = coLjReQo =eLjR渦流式傳感器的測量電路分壓式調(diào)幅電路及調(diào)頻電路。傳感器線圈和電容組成并聯(lián)諧振回路，其

18、諧振頻率為分壓式調(diào)幅電路由振蕩器提供穩(wěn)定的高頻信號(hào)電源。當(dāng)諧振頻率與該電源頻率相同時(shí)，輸出電壓如最大。測量時(shí)，傳感器線圈阻抗Z隨間隙而改變，LC回路失諧，輸出信號(hào)如頻率雖 然仍為振蕩器的工作頻率f，但幅值隨§而變化，它相當(dāng)于 一個(gè)被5調(diào)制的調(diào)幅波，再經(jīng)放大、檢波、濾波后，即可以 得到間隙的動(dòng)態(tài)變化信息。調(diào)頻電路調(diào)頻電路是將傳感器線圈接入LC振蕩回路，與調(diào)幅法不 同之處是取回路的諧振頻率作為輸出量。當(dāng)金屬板至傳感器 之間的距離5發(fā)生變化時(shí)，將引起線圈電感變化，從而使振 蕩器的振蕩頻率/發(fā)生變化，再通過鑒頻器進(jìn)行頻率-電壓 轉(zhuǎn)換，即可得到與5成比例的輸出電壓。優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)非接觸測量、分辨力

19、高（01師）、結(jié)構(gòu)簡單、 使用方便、不受油污等介質(zhì)的影響等。缺點(diǎn)：測量范圍較小、靈敏度受被測材料性質(zhì)和面積影響。應(yīng)用：電渦流傳感器通常可用來測量: 位移、振幅； 轉(zhuǎn)速； 表面裂紋、厚度； 材料分選、表面不平度等，還可以進(jìn)行零件計(jì)數(shù)。電渦流傳感器在使用時(shí)應(yīng)保證被測導(dǎo)體的面積要比線圈的 面積大，否則靈敏度下降。另外，對(duì)于不同的材料，由于磁導(dǎo) 率、電導(dǎo)率不同，也會(huì)導(dǎo)致靈敏度不同，因此，在使用前應(yīng)對(duì) 傳感器進(jìn)行標(biāo)定。e)f)a）徑向振擺測量d）穿透式測厚b）軸心軌跡測量e）零件計(jì)數(shù)器c）轉(zhuǎn)速測量f）表面裂紋測量2.互感型一一差動(dòng)變壓器式電感傳感器工作原理：這種傳感器利用了電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上

20、就是一個(gè)變壓器。其一次側(cè)線圈接入穩(wěn)定交流電源，二次側(cè)線 圈感應(yīng)產(chǎn)生一輸出電壓。當(dāng)被測參數(shù)使互感M變化時(shí)，二次側(cè) 線圈輸出電壓也產(chǎn)生相應(yīng)變化。由于常常釆用兩個(gè)二次側(cè)線圈 組成差動(dòng)式，故又稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。實(shí)際應(yīng)用較多的 是螺管形差動(dòng)變壓器。c)wlhr 字b)a7( '1isvw WW2a)傳感器開路輸出電壓為兩次級(jí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢之差E（）= je（M、一M2）I = -jcoAM般采用反串電路和橋路兩種。下圖是一種用于測量電路：小位移測量的差動(dòng)相敏檢波電路工作原理圖。優(yōu)點(diǎn)：精確度高（最高分辨力可達(dá)0. lMm）、線性范圍大（可 擴(kuò)展到± 100mm）、穩(wěn)定性好和使用方便

21、。缺點(diǎn)：實(shí)際測量頻率上限受到傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制。1=.|=應(yīng)用：廣泛用于直線位移測定。借助于彈性元件可以將壓力、 重量等物理量轉(zhuǎn)換為位移的變化，故也將這類傳感器用于壓力、 重量等物理量的測量。第四節(jié) 磁電、壓電與熱電式傳感器一、磁電式傳感器IT工作原理：根據(jù)電磁感應(yīng)定理，一個(gè)匝數(shù)為W的線圈，當(dāng)穿過 該線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為：e = -Nddt線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，取決于匝數(shù)和穿過線圈的磁通變 化率。磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈的運(yùn)動(dòng)速度有 關(guān)，故若改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢。按 照結(jié)構(gòu)不同，磁電式傳感器可分為動(dòng)圈式與磁阻式。1.動(dòng)圈式動(dòng)圈式又可分為

22、線速度型與角速度型O線圈/線圈a)b)a）線速度型b）角速度型線速度型 = NBlv sin 6e = NBlv角速度型e kNBA co測量電路輸出傳感器輸出電壓1 + 才 + jeCcZ。Kl注意：上面所討論的速度指的是線圈與磁場（殼體）的相對(duì)速度，而不是殼體本身的絕對(duì)速度。2.磁阻式工作原理：一般通過改變傳感器到被測對(duì)象間的氣隙厚度等方法來改變磁路磁阻。VC)d)a）測頻數(shù)b）測轉(zhuǎn)速c）偏心測量d）振動(dòng)測量二、壓電式傳感器工作原理：利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)。1.壓電效應(yīng)|正壓電效應(yīng)：某些物質(zhì)在沿一定方向受外力的作用而變形時(shí), 其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù) 相反的電荷

23、。當(dāng)外力去掉后，它又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。這 種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)電荷的極性 也隨之改變 逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在這種物質(zhì)的極化方向上施加電場時(shí)，其幾何 尺寸也會(huì)發(fā)生變化。電場去掉后，其變形也隨之消失，這種現(xiàn) 象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮效應(yīng)。2.壓電材料常用的壓電材料大致可分為三類：壓電單晶、壓電陶瓷和有機(jī) 壓電薄膜。壓電單晶為單晶體，常用的有q .石英（SiO, 鋸酸鋰（LiNbOj、 鉗酸鋰（UTaOj等。除天然石英外，還大量應(yīng)用人造石英。石英 的壓電常數(shù)不高，但具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和時(shí)間、溫度穩(wěn)定性。Z光軸Y機(jī)械軸YX電軸石英晶體切片Y石英晶體的化學(xué)式是Si。?, 向異性

24、。是單晶體結(jié)構(gòu)。其的最大特點(diǎn)是各當(dāng)石英晶體切片受X向壓力時(shí)，所產(chǎn)生的電荷量與作用力成 正比，而與切片的幾何尺寸無關(guān)。Qx=dnFx壓電系數(shù)么1=2.31x10-2 C/N電荷極性與受力方向有關(guān)。+ + + + + + +X1Fx11y1 r1十+ '十+24 +11y + + + + + + +當(dāng)沿著Y軸方向施加壓力時(shí)，則仍在與X軸垂直的平面上產(chǎn)生 電荷，產(chǎn)生的電荷量與切片的幾何尺寸有關(guān)，且電荷的極性與 沿電軸X方向施加壓力時(shí)產(chǎn)生的電荷極性相反。=12（_）耳a壓電系數(shù)dn = dn當(dāng)沿著Z軸方向施加壓力時(shí)，由于晶體沿X軸和Y軸方向產(chǎn)生 同樣的變形，石英晶體不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，即d13=

25、0o石英晶體的特性與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。+ + + +|壓電陶瓷由許多鐵電體的微晶組成，微晶再細(xì)分為電疇，因而 壓電陶瓷是許多疇形成的多疇晶體。當(dāng)加上機(jī)械應(yīng)力時(shí)，它的 每一個(gè)電疇的自發(fā)極化會(huì)產(chǎn)生變化，但由于電疇的無規(guī)則排列, 因而在總體上不現(xiàn)電性，沒有壓電效應(yīng)。為了獲得材料形變與 電場呈線性關(guān)系的壓電效應(yīng)，在一定溫度下對(duì)其進(jìn)行極化處理, 即利用強(qiáng)電場(14kV / mm)使其電疇規(guī)則排列，呈現(xiàn)壓電性。 極化電場去除后，電疇取向保持不變，在常溫下可呈壓電性。 壓電陶瓷的壓電常數(shù)比單晶體高得多，一般比石英高數(shù)百倍?，F(xiàn)在的壓電元件大多數(shù)釆用壓電陶瓷。如錯(cuò)鈦酸鉛(PZT)系列壓電陶瓷。加直流電場極化極化后

26、高分子壓電薄膜的壓電特性并不很好，但它易于大批量生產(chǎn)， 且具有面積大柔軟不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，可用于微壓測量和機(jī)器 人的觸覺。其中以聚偏二氟乙烯(PVdF)最另著名。3.壓電式傳感器及其等效電路在手電晶片的兩個(gè)工作面上進(jìn)行金屬蒸鍍，形成金屬膜，構(gòu)成 兩個(gè)電極。當(dāng)晶片受到外力作用時(shí)，在兩個(gè)極板上將積聚數(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 看作是一個(gè)電荷發(fā)生器，又是一個(gè)電容器，其電容量C為5實(shí)際壓電傳感器中，往往用兩個(gè)和兩個(gè)以上的進(jìn)行串接或并接。并接時(shí)，兩晶片負(fù)極集中在中間極板上，正電極在兩側(cè)的電極±o并接時(shí)電容量大、輸出電荷量大、時(shí)間常數(shù)大，宜于測量緩變信號(hào)，適宜于以

27、電荷量輸出的場合。等效電荷源Slfl由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)是很微弱的電荷，而且傳感器 本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶來一定困 難。為此，通常把傳感器信號(hào)先輸?shù)礁咻斎胱杩沟那爸梅糯笃? 經(jīng)過阻抗變換以后，方可用一般的放大、檢波電路將信號(hào)輸給 指示儀表或記錄器。前置放大器電路的主要作用有兩點(diǎn)：一是將傳感器的高阻抗輸 出變換為低阻抗輸出；其次是放大傳感器輸出的微弱電信號(hào)。前置放大器電路有兩種形式：其一是帶電容反饋的電荷放大器, 其輸出電壓與輸入電荷成正比；另一種是用電阻反饋的電壓放 大器，其輸出電壓與輸入電壓（即傳感器的輸出）成正比。電荷放大器是一個(gè)高增益帶電容反饋的運(yùn)算放大器

28、，當(dāng)略去傳 區(qū)器漏電阻及電荷放大器輸入電阻時(shí)，它的等效電路如下圖所 Zjl O0P 氷 mlMk d氣B啜耦WK-床騙y輕咪呂 <9p+(<9m)二 Ho電荷放大器的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，并 且與電纜分布電容無關(guān)。因此，釆用電荷放大器時(shí)，即使連 接電纜長度達(dá)百米以上時(shí)，其靈敏度也無明顯變化。串接時(shí)，正電荷集中在上極板，負(fù)電荷集中在下極板。串接法傳感器本身電容小、輸出電壓大，適用于以電壓作為輸出 信號(hào)。串接等效電壓源1=Ui電壓放大器是一個(gè)高增益的運(yùn)算放大器，當(dāng)略去傳感器漏電 阻及電壓放大器輸入電阻時(shí)，它的等效電路如下圖所示。Hk-n C R. C.n豐屮豐C.5 =

29、 5 = 4 = CaUaUa Z£Cq +Cc +Cz.)5 = -AUtA5Q+q+G由于電纜對(duì)地電容Cc比Ca和Ci都大，故整個(gè)測量系統(tǒng)對(duì)電纜 對(duì)地電容Cc的變化非常敏感。連接電纜的長度和形態(tài)變化會(huì) 引起Cc的變化，導(dǎo)致傳感器輸出電壓的變化，從而使儀器的 靈敏度也發(fā)生變化5.壓電式傳感器的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：靈敏度、分辨率高，線性范圍大，體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng) 范圍寬等。缺點(diǎn)：由于電荷的泄漏，使壓電式傳感器實(shí)際上低端工作頻 率無法達(dá)到直流，難以精確測量常值力。應(yīng)用：壓電式傳感器常用來測量應(yīng)力、壓力、振動(dòng)的加速度, 也用于聲、超聲和聲發(fā)射等測量。5 = 三、熱電式傳感器熱電式傳感器是把被測量（主

30、要是溫度）轉(zhuǎn)換為電量變化的 一種裝置，其變換是基于金屬的熱電效應(yīng)。按照變換方式的不 同，可分為熱電偶與熱電阻傳感器。IIISilSia1.熱電偶傳感器（1）熱電偶的工作原理:基于金屬的熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)：把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，如果 將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度為T及To （假定T>T0）的熱源中, 則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢由接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢兩部分組成。接觸電勢：A、B兩導(dǎo)體接觸后，由于電子濃度不同，在截面 附近產(chǎn)生接觸電勢：EAB(T) = lne nBK波爾茨曼常數(shù)K = 1.38x 1（嚴(yán)Jce電子電荷量幺=4.80

31、2x 10- °nA> nB導(dǎo)體A、B的自由電子密度T絕對(duì)溫度。溫差電勢：當(dāng)一塊導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí)，在導(dǎo)體兩端形成溫差 電勢。Eb(T,T0)= ( adtJ/oEa（T，T°）=:血O湯奴遜系數(shù)，與材料性質(zhì)及導(dǎo)體兩端平均溫度有關(guān)。所以，當(dāng)兩種材料AB組成一個(gè)閉合回路時(shí)，設(shè)T>T0時(shí)，回 路中總電勢為EAB (T,T°)=Eab (T)-Eab(T0)+Eb(T,T0)-Ea(T,T0)實(shí)驗(yàn)和理論均已證明：熱電偶回路的熱電勢主要是由接觸電勢 電勢引起的，又由于Eab和已壯（T。）的極性相反，所以回路總 電勢為結(jié)論:1) 若組成熱電偶的回路的兩種導(dǎo)體相同

32、，則無論兩接點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢為零;2) 若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，則盡管導(dǎo)體A、B的材料不同, 熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢也為零；3) 熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢只與材料、接點(diǎn)處的溫度有關(guān)，而與材料的尺寸、幾何形狀無關(guān);4) 若A、B材料確定，熱電偶的總熱電動(dòng)勢Eab(T, To)成為溫度 T和To的函數(shù)差；EAB(T,T0)=f(T)-f(T0)如果使冷端溫度T。固定，f(TO)=C (常數(shù))，則熱電動(dòng)勢就只 是工作端溫度T的單值函數(shù)EAB(T,T0) = f(T)-C熱電偶基本定理中間導(dǎo)體定律：在由A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶回路中，將 冷端斷開，接入第三種或更多種導(dǎo)體，只要保證接

33、入端的溫 度相同，則回路總電勢不變。CA TO證明:E abc(T = Eab(T) + Ebc (Tq ) + Eca (To ) + Eb (77) + Ec (7, 7) + EA(TQ9T) =In + In +- In ) + I*7 cBdt+ (Jcdt+ p' crAdtq nB q % q %a=Eae(T)- Eae(T°)+ Ee(T,T°) - Ea(T°)= Eab(TJ0)中間溫度定理Eab（T，T°） EabQ，TJ + EabQqTJ中間溫度定理為制定熱電偶分度表奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)中間溫度 定理，只需列出冷端為0C時(shí)

34、各工作端溫度與熱電勢的關(guān)系表。 若冷端不為0°C時(shí)，此時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢就可按上式計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)電極定理Eab（T'T°）= die（卩'幾）+ Ecb（T'To） =EacQ，%） Ebc （T, To）導(dǎo)體C稱作 參考電極有時(shí)熱電偶的兩個(gè)極AB的分度表不知，但知道AC、BC的分度 表，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定理就可以獲得A、B的分度表。III3）鐮輅-考銅熱電偶（WREA）由鎳輅材料與銀、銅合金材料 組成，用符號(hào)EA表示。熱偶絲直徑一般為ei22. Omm。 銀您為正極，考銅為負(fù)極。適宜于還原性或中性介質(zhì)，長期 使用溫度在600°C以下，短期測量可達(dá)8

35、00°Co EA熱電偶的特 點(diǎn)是熱電靈敏度高、價(jià)格便宜，但測溫范圍低且窄，考銅合 金易受氧化而變質(zhì)。1=|回4）鉗錯(cuò)30-鉗錯(cuò)6（WRLL）熱電偶 這種熱電偶以鉗錯(cuò)30絲為正 極，鉗錯(cuò)6絲為負(fù)極，用符號(hào)LL表示。可長期測量1600C的高 溫。LL熱電偶性能穩(wěn)定、精度高，適于在氧化性或中性介質(zhì) 中使用。但它產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢小，且價(jià)格昂貴。LL熱電偶由 于在低溫時(shí)熱電動(dòng)勢極小，因此冷端在40C以下時(shí)，對(duì)熱電 動(dòng)勢可不必修正。在測量時(shí)，為使熱電偶與被測溫度間呈單值函數(shù)關(guān)系，需要一 些特定的處理手段或補(bǔ)償使熱電偶冷端的溫度保持恒定。2.熱電阻傳感器幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨本身溫度的變化而變化，

36、這種現(xiàn)象 稱為熱電阻效應(yīng)。利用熱電阻效應(yīng)制成的傳感器叫熱電阻傳感 器，它主要用于對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)測定。按熱電阻的 性質(zhì)來分，可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類，前者通 常簡稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻。熱電阻是由電阻體、絕緣套管和接線盒等主要部件組成，其 中，電阻體是熱電阻的最主要部分。(1) 鉗電阻特點(diǎn)：是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。電阻與溫度之間的關(guān)系(經(jīng)驗(yàn)公式)0°C < r < 850°C- 200°C < t < 0°CRt =R0(l + At+Bt2)尺=傀1 + 加+血2 +(io血3A常數(shù)，A=3. 9

37、6847X10-3/ °C ；B常數(shù)，B=-5. 847X 10-7/°C2；C常數(shù)，O-4.22X10T2/ °C4o豐蠶靂熱電阻分度號(hào)有險(xiǎn)、沁，相應(yīng)的記為喻、鉗電阻體是用很細(xì)的鉗絲繞在云母、石英或陶瓷支架上做成的。 常用的WZB型鉗電阻體是由直徑為0. 030. 07mm的鉗絲繞在云 母片制成的平板型支架上，鉗絲繞組的出線端與銀絲引出線相 焊，并穿上瓷套管加以絕緣和保護(hù)。1鉗絲2釧釘3銀導(dǎo)線4絕緣片5夾持件6骨架(2) 銅電阻電阻與溫度之間的關(guān)系(經(jīng)驗(yàn)公式)尺=凡(1 + 血)-50°C < t < 150°Ca電阻溫度系數(shù)，取

38、值范圍(4. 254. 28) XI0-3/°C我國生產(chǎn)的銅熱電阻的代號(hào)為WZC,按其初始電阻R0的不同, 有500和1000兩種，分度號(hào)為Cu50和CulOOo優(yōu)點(diǎn)：線性度好、電阻溫度系數(shù)高以及價(jià)格便宜等。缺點(diǎn)：是電阻率小，當(dāng)溫度超過100C時(shí)，銅容易氧化，因此 它只能在低溫和沒有浸蝕性介質(zhì)中工作。銅電阻體是一個(gè)銅絲繞組（包括猛銅補(bǔ)償部分），它是由直徑約 為0. 1mm的絕緣銅絲雙繞在圓形塑料支架上，如下圖所示。1線圈骨架2銅熱電阻絲3補(bǔ)償繞組4銅引出線第五節(jié)光電傳感器光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。若用這種 傳感器測量其他非電量時(shí)，只需將這些非電量的變化先轉(zhuǎn)換為 光信號(hào)

39、的變化。這種測量方法具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、精度 高、非接觸和反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于各種自動(dòng)檢測系統(tǒng)中。光電測量原理光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。用光照射某一物體， 即為光子與物體的能量交換過程，這一過程中產(chǎn)生的電效應(yīng)稱 為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)按其作用原理分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電 效應(yīng)和光生伏打效應(yīng)。1外光電效應(yīng)在光照作用下，物體內(nèi)的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。在這一過程中光子所攜帶的電磁能轉(zhuǎn)換為光電子 的動(dòng)能。當(dāng)物體受到光輻射時(shí)，其中的電子吸收了一個(gè)光子的能量hv, 該能量的一部分用于使電子由物體內(nèi)部逸出所作的逸出功A, 另一部分則為逸出電子的動(dòng)能mv2/2,即h普朗克常數(shù)hv

40、= mv2 + A2h=6. 62620 X ICT”J $m電子質(zhì)量;由上式可知:v電子逸出速度;A物體的逸出功。1）光電子逸出表面的必要條件是hv>Ao因此，對(duì)每一種光電 陰極材料，均有一個(gè)確定的光頻率閾值。當(dāng)入射光頻率低于該 值時(shí)，無論入射光的強(qiáng)度多大，均不能引起光電子發(fā)射。反之, 入射光頻率高于閾值頻率，即使光強(qiáng)極小，也會(huì)有光電子發(fā)射,稱為某種光電器且無時(shí)間延遲。對(duì)應(yīng)于此閾值頻率的波長入o 件或光電陰極的“紅限”，其值為heA1239 （如）c光速,c=3 X108m/s2）當(dāng)入射光頻率成分不變時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)與 入射光光強(qiáng)成正比。光強(qiáng)愈大，意味著入射光子數(shù)多，逸出的

41、 光電子數(shù)亦愈多。3）對(duì)于外光電效應(yīng)器件來說，只要光照射在器件陰極上，即使陰極電壓為零，也會(huì)產(chǎn)生光電流。這是因?yàn)楣怆娮右莩鰰r(shí)具 有初始動(dòng)能。要使光電流為零，必須使光電子逸出物體表面時(shí) 的初速度為零。為此要在陽極加一反向截止電壓,使外加電 場對(duì)光電子所作的功等于光電子逸出時(shí)的動(dòng)能，即e電子電荷,e=l. 602X10-19Co反向截止電壓U°僅與入射光頻率成正比，與入射光光強(qiáng)無關(guān)。外光電效應(yīng)器件有光電管和光電倍增管等o2.內(nèi)光電效應(yīng)在光照作用下，物體內(nèi)部的原子吸收光能量，獲得能量的電子 擺脫原子束縛成為物體內(nèi)部的自由電子，從而使物體的導(dǎo)電性 能如電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象稱內(nèi)光電效應(yīng)（光導(dǎo)效

42、應(yīng)）O發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)的臨界波長由下式確定1239(nrri) Eg材料的禁帶寬度。錯(cuò)為0. 75eV,硅為1. 2eVo,<r<:內(nèi)光電效應(yīng)器件主要為光敏電阻以及由光敏電阻制成的光導(dǎo)管。3.光生伏打效應(yīng)光線照射在半導(dǎo)體的P-N結(jié)上時(shí)，在結(jié)附近激發(fā)出電子空穴對(duì)，在結(jié)電場的作用下，電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，使P區(qū)剩下空穴,從而N區(qū)帶負(fù)電，P區(qū)帶正電，形成光生電動(dòng)勢。這種現(xiàn)象稱 為光生伏打效應(yīng)。光生伏打效應(yīng)器件主要有光電池，光敏三極管，二極管等。二、光電元件1. 光電管光電管主要兩種結(jié)構(gòu)形式a)b)a）金屬底層光電陰極光電b）光透明陰極光電管光電管的特性主要取決于光電陰極材料，不同的陰極材料對(duì)不

43、同波長的光輻射有不同的靈敏度。表征光電陰極材料特性的主 要參數(shù)是它的頻譜靈敏度、紅限和逸出功。光電管的光電特性是指在恒定工作電壓和入射光頻率成分條件 下，光電管接收的入射光通量與其輸出光電流G之間的比例 關(guān)系。00.5 1.0 1.5 2.0 2.51佛鎧光電陰極的光電管2氧鏈光電陰極的光電管 光電管的伏安特性是光電管的另一個(gè)重要性能指標(biāo)，指在恒定 的入射光的頻率成分和強(qiáng)度條件下，光電管的光電流1°與陽極 電壓Ua之間的關(guān)系。<K2. 光電倍增管a)b)a）結(jié)構(gòu)b）電路1入射光2第一倍增極3第三倍增極4陽極A 5第四倍增極6第二倍增極7陰極K光電倍增管陽極電流I與陰極電流I。之

44、間的關(guān)系KC5）"6 每極的倍增率（一個(gè)電子能轟擊產(chǎn)生出6個(gè)次級(jí)電子）；C各次陰極電子收集率；n-次陰極數(shù)。3. 光敏電阻某些半導(dǎo)體材料（如硫化鎘等）受到光照時(shí)，若光子能量hv 大于本征半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子后便可躍遷到導(dǎo)帶，從而激發(fā)出電子-空穴對(duì)，于是降低了材 料的電阻率，增強(qiáng)了導(dǎo)電性能。阻值的大小隨光照的增強(qiáng)而降 低，且光照停止后，自由電子與空穴重新復(fù)合，電阻恢復(fù)原來 的值。光敏電阻電極光照電極imiH-電源黑色絕緣玻璃引線玻璃光電導(dǎo)層電極絕緣襯底 金屬殼光敏電阻外殼封裝光敏電阻丁作原理光敏電阻的特點(diǎn)是靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬，可從紫外一直到紅外，且體積小

45、、性能穩(wěn)定。光敏電阻的材料種類很多，適用的波長范圍也不同。如硫化 鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)適用于可見光(0. 40. 75頃)的范 圍；氧化鋅(ZnO).硫化鋅(ZnS)適用于紫外光范圍；而硫化 鉛(PbS).硒化鉛(PbSe).確化鉛(PbTe)則適用于紅外光范光敏電阻的主要特征參數(shù)：（1）光電流、暗電阻、亮電阻（2）光照特性（3）伏安特性光譜特性（5）響應(yīng)時(shí)間特性（6）光譜溫度特性4. 光敏晶體管9暗電流很小。當(dāng)光敏二極管的PN結(jié)安裝在管子頂部，可直接接受光照，在電 路中一般處于反向工作狀態(tài)。在無光照時(shí)有光照時(shí)，光子打在PN結(jié)附近，從而在PN結(jié)附件產(chǎn)生電子-空 穴對(duì)。它們?cè)趦?nèi)電場作

46、用下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。光電 流隨光照度的增加而增加。因此在無光照時(shí)，光敏二極管處 于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)有光照時(shí)，二極管導(dǎo)通。PN光G0b)a)a）光敏二極管符號(hào)b）光敏二極管的連接光敏晶體管有NPN型和PNP型兩種。當(dāng)光照到三極管的PN結(jié)附近 時(shí)，在PN結(jié)附件有電子-空穴對(duì)產(chǎn)生，它們?cè)趦?nèi)電場作用下作 定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。這樣使PN結(jié)的反向電流大大增加。由 于光照發(fā)射極所產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于晶體管的基極電流，因此 集電極的電流為光電流的卩倍，因此光敏晶體管的靈敏度比光敏二極管的靈敏度高。pNpb1光NpN光Oba)b)e光敏晶體管的基本特性有:(1)光照特性(4) 溫度特性(2)伏安特性(5)

47、響應(yīng)時(shí)間(3) 光譜特性5. 光電池有硅、硒、碑化稼、硫化鎘、硫化鎧光電池種類很多，光電池等。其中硅光電池由于其轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、價(jià)格 便宜而應(yīng)用最為廣泛。光電池的工作原理：當(dāng)光輻射至PN結(jié)的P型面上時(shí)，如果光子 能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則在P型區(qū)每吸收一個(gè)光子 便激發(fā)一個(gè)電子-空穴對(duì)。在PN結(jié)電場作用下，N區(qū)的光生空穴 將被拉向P區(qū)，P區(qū)的光生電子被拉向N區(qū)。結(jié)果，在N區(qū)便會(huì)積 聚負(fù)電荷，在P區(qū)則積聚正電荷。這樣，在P區(qū)和N區(qū)之間形成 電勢差，若將PN結(jié)兩端以導(dǎo)線連接起來，電路中就會(huì)有電流流 過。光電池的基本特性包括光照特性、頻率響應(yīng)、光譜特性和溫 度特性等。常用的硅光電池的光譜范圍

48、為0. 451. lMm,在 800A左右有一個(gè)峰值；而硒光電池的光譜范圍為0. 340. 57Mm,比硅光電池的范圍窄得多，它在500A左右有一個(gè)峰 值。此外，硅光電池的靈敏度為68nAmnr2ixT,響應(yīng)時(shí)間為 數(shù)微秒至數(shù)十微秒。三、光電傳感器的應(yīng)用1.模擬量光電傳感器把被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值對(duì) 應(yīng)關(guān)系。屬于這一類的光電元件有以下幾種形式：1）光源本身是被測物（見圖3-50a）其能量輻射到光電元件 上。這種形式的光電傳感器可用于光電比色高溫計(jì)中，它的 光輻射的強(qiáng)度和光譜的強(qiáng)度分布都是被測溫度的函數(shù)。2）恒光源所輻射的光穿過被測物，部分被吸收，而后到達(dá) 光電元件上（

49、見圖3-50b） o吸收量取決于被測物質(zhì)的被測 參數(shù)。例如，測液體、氣體的透明度、混濁度的光電比色計(jì)、 混濁度計(jì)的傳感器等。光電比色高溫計(jì)田15 光電比色氏溫計(jì)的琢理結(jié)構(gòu)圖1«1«1 2平杼平面琥璃片 $光BK 4光忌特 5E®陋反姑械 6分光悽 7、9一慮光片 8、1Cife禿電1* :H一 柱反射憧 12B« 13ttit K 15Kt光電池處毀電虹 16可逆電動(dòng)機(jī) "一放大器透射式光電傳感器光源光電元件3）恒光源所輻射的光照到被測物，由被測物反射到達(dá)光電 元件上。表面反射狀態(tài)取決于該表面的性質(zhì)，因此成為被測 非電量的函數(shù)。如測量表面粗糙度等儀器的傳感器。反射法檢測粗糙度、裂紋4）恒光源所輻射的光遇到被測物