傳感器類型及原理2

1、南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 第四章、傳感器類型及工作原理第四章、傳感器類型及工作原理 壓電式傳感器是一種自發(fā)電式傳感器。它以某些電介質(zhì)的壓電效應為基礎，在外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量電測的目的。 壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動態(tài)力、動態(tài)壓力、振動加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測量。 壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、頻響高、信噪比大等特點。由于它沒有運動部件，因此結構堅固、可靠性、穩(wěn)定性高。 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 一、工作原理一

2、、工作原理壓電效應壓電效應 天然結構的石英晶體呈天然結構的石英晶體呈六角形晶柱，用金剛石刀具六角形晶柱，用金剛石刀具切割出一片正方形薄片。當切割出一片正方形薄片。當晶體薄片受到壓力時，晶格晶體薄片受到壓力時，晶格產(chǎn)生變形，表面產(chǎn)生正電荷，產(chǎn)生變形，表面產(chǎn)生正電荷，電荷電荷Q Q與所施加的力與所施加的力F F成正比，成正比，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。還這種現(xiàn)象稱為壓電效應。還有一些人造的材料也具有壓有一些人造的材料也具有壓電效應。電效應。 當力的方向改變時，當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變；電荷的極性隨之改變；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而電荷將由于表面漏電而很

3、快泄漏、消失。很快泄漏、消失。南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 若在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電壓，它就會產(chǎn)生若在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電壓，它就會產(chǎn)生機械變形。當去掉外加電場時，電介質(zhì)的變形隨之消機械變形。當去掉外加電場時，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應（失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應（電致伸縮效應電致伸縮效應）。）。 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 壓電效應的應用原理壓電效應的應用原理力力電軸電軸縱向壓電效應，在電軸方向產(chǎn)生電效應縱向壓電效應，在電軸方向產(chǎn)生電效應力力力軸力軸橫向壓電效應，在電軸

4、方向產(chǎn)生電效應，橫向壓電效應，在電軸方向產(chǎn)生電效應， 極性與相反極性與相反力力光軸光軸無壓電效應無壓電效應電電電軸電軸逆壓電效應，產(chǎn)生機械應變逆壓電效應，產(chǎn)生機械應變光光光軸光軸無雙折射現(xiàn)象無雙折射現(xiàn)象南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 壓電材料的分類及特性壓電材料的分類及特性 壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類：壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類：第一類是第一類是壓電晶體壓電晶體（如石英晶體）；（如石英晶體）； 第二類是經(jīng)過極化處理的第二類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷壓電陶瓷；第三類是第三類是高分子壓電材料高分子壓電材料。南昌大學機電工程學院南昌大學機電

5、工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 天然形成的石英晶體外形天然形成的石英晶體外形1 壓電晶體石英晶體壓電晶體石英晶體南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院石英晶體切片及封裝石英晶體切片及封裝雙面鍍銀并封裝雙面鍍銀并封裝4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 2 壓電陶瓷壓電陶瓷 壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，因此目前國內(nèi)外生壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷產(chǎn)的壓電元

6、件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷 。常用的壓電陶瓷材。常用的壓電陶瓷材料有料有鈦酸鉛鈦酸鉛系列壓電陶瓷（系列壓電陶瓷（PZT）及）及非鉛系非鉛系壓電陶瓷壓電陶瓷 （如（如鈦鈦酸鋇酸鋇BaTiO3等）。等）。 壓電陶瓷外形壓電陶瓷外形南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 3 高分子壓電材料高分子壓電材料 典型的高分子壓電材料有聚偏二氟乙烯（典型的高分子壓電材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或或PVDF）、）、聚氟乙烯（聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（）、改性聚氯乙烯（PVC）等。它是一種柔軟）等。它是一種柔軟的壓電材料，可根據(jù)需要制成薄膜或電纜套管等形狀。它不易的壓電材料

7、，可根據(jù)需要制成薄膜或電纜套管等形狀。它不易破碎，具有防水性，可以大量連續(xù)拉制，制成較大面積或較長破碎，具有防水性，可以大量連續(xù)拉制，制成較大面積或較長的尺度，價格便宜，頻率響應范圍較寬。的尺度，價格便宜，頻率響應范圍較寬。高分子壓電薄膜及拉制高分子壓電薄膜及拉制 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜 可用報警的高分子壓電踏腳板可用報警的高分子壓電踏腳板南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 高分子壓電薄膜制作的壓電喇叭高分子壓電薄膜制作的壓電喇叭（逆壓電

8、效應）（逆壓電效應）南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院壓電式動態(tài)力傳感器以及在壓電式動態(tài)力傳感器以及在 車床中用于動態(tài)切削力的測量車床中用于動態(tài)切削力的測量 4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院壓電式動態(tài)力傳感器在體育動態(tài)測量中的應用壓電式動態(tài)力傳感器在體育動態(tài)測量中的應用壓電式步態(tài)壓電式步態(tài)分析跑臺分析跑臺壓電式縱跳壓電式縱跳 訓練分析裝置訓練分析裝置壓電傳感器測量壓電傳感器測量雙腿跳的動態(tài)力雙腿跳的動態(tài)力4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 +并聯(lián)并聯(lián)F+Q=KpF Q電荷；K

9、p壓電常數(shù)；F壓力。壓電式傳感器連接方法壓電式傳感器連接方法: :1 1）并聯(lián)法）并聯(lián)法 兩壓電片的負極都集中在中間電極上，正電極在兩邊的電極上，這種連接方法稱為并聯(lián)。輸出電容C為單片電容的 n倍；輸出電壓U等于單片電壓Ua；極板上電荷量Q為單片電荷量Q的n倍，即 Q=nQ U=Ua C= nCa 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院2 2）串聯(lián)法）串聯(lián)法 正電荷集中在上極板，負電荷集中在下極板，而中間的極板上片產(chǎn)生的負電荷與下片產(chǎn)生的正電荷相互抵消，這種接法稱為串聯(lián)。 Q=Q U=nUa C= 3 3）比較：）比較： 并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大（因而接上負載后時間常數(shù)大），宜用于以電

10、荷作為輸出量的場合，相對來說允許被測對象變化頻率稍低。 串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小，宜用于以電壓作為輸出量的場合，要求后續(xù)電路有較大的輸入阻抗。 4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 +串聯(lián)串聯(lián)南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院壓電式傳感器測量電路壓電式傳感器測量電路: : 由于壓電傳感器的輸出信號非常微弱，需將其輸出電信號進行放大才能測量出來； 壓電傳感器的內(nèi)阻抗相當高，不是普通放大器能放大的，需進行阻抗匹配； 連接電纜的長度、噪聲對系統(tǒng)輸出有明顯影響。 壓電式傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號。當采用電壓輸出信號時，這時把傳感器看作電壓發(fā)生器；當采用電荷輸出信號時，這時把傳

11、感器看作電荷發(fā)生器。 前置放大器有兩種形式：電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓成比例，一般稱為阻抗變換器；電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成比例。4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 1 ）電壓放大器）電壓放大器 C C越大，越大，e e越小越小0 0，e e0 0南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 2 ）電荷放大器）電荷放大器 兩種前置放大器的主要區(qū)別： 使用電壓放大器時，整個測量系統(tǒng)對電纜電容的變化非常敏感，尤其是連接電纜長度變化更為明顯； 使用電荷放大器時，電纜長度變化的影響差不多可

12、以忽略不計。 C Cc c對結果影響小對結果影響小南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院 電荷放大器能將壓電傳感器輸出的電荷轉電荷放大器能將壓電傳感器輸出的電荷轉換為電壓（換為電壓（Q/U轉換器），但并無放大電荷的轉換器），但并無放大電荷的作用，只是一種習慣叫法。作用，只是一種習慣叫法。面板式電荷放大器面板式電荷放大器4.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 焊接式焊接式 電荷放大器電荷放大器 主要指標主要指標: 靈靈 敏敏 度：度：1、10、100mV/pC(任選一檔任選一檔) 頻率范圍：頻率范圍：0.3100KHz(上、下限可選上、下限可選) 噪聲噪聲(最大靈敏度最大靈敏度)：輸出端小于：輸出端

13、小于1mV 歸歸 一一 化：外接電阻調(diào)整化：外接電阻調(diào)整 線性誤差：線性誤差：1% 最大輸出：最大輸出：5V或或10V 電電 源：源：6V15V 特點：可組成經(jīng)濟的多點測試系統(tǒng)特點：可組成經(jīng)濟的多點測試系統(tǒng)南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.6 4.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 1.1.變換原理變換原理: : 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉換為感磁電式傳感器是把被測量的物理量轉換為感應電動勢的一種轉換器。應電動勢的一種轉換器。dtdWe感應線圈的感應電動勢感應線圈的感應電動勢e e為為磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關，改變其中一個

14、因素，都會改變感應電動勢。關，改變其中一個因素，都會改變感應電動勢。 cosSB),(mdtdRB第四章、傳感器類型及工作原理第四章、傳感器類型及工作原理南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院2 2 分類分類 磁磁電電式式動圈式動圈式磁阻式磁阻式線速度型線速度型角速度型角速度型N4.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院動圈式傳感器動圈式傳感器 線速度型線速度型4.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院角速度型角速度型測速電機測速電機4.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院磁阻式傳感器磁阻式傳感

15、器 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器4.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院汽車速度的測量原理汽車速度的測量原理 與車輪聯(lián)動與車輪聯(lián)動4.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 1.1.變換原理變換原理: : 熱電式傳感器是把溫度變化轉換為電量變化的熱電式傳感器是把溫度變化轉換為電量變化的傳感器，分為熱電阻（見傳感器，分為熱電阻（見4.2）和熱電偶。）和熱電偶。第四章、傳感器類型及工作原理第四章、傳感器類型及工作原理熱電效應熱電效應 將兩種不同材料的導體將兩種不同材料的導體A A和和B B

16、串接成一個閉合回串接成一個閉合回路，當兩個接點溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱路，當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。電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應。南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極熱電極A A右端為：右端為：自由端自由端（參考端、冷端）（參考端、冷端） 左端為：左端為：測量端測量端（工作端、熱端）（工作端、熱端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB南昌大學機電工程學

17、院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 1821年，德國物理學家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結點），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉（說明什么？），（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對兩個結點同時加熱，指南針的偏轉角反而減?。ㄓ终f明什么？）（又說明什么？）。 熱電效應也叫賽貝克效應。熱電效應的發(fā)現(xiàn)熱電效應的發(fā)現(xiàn)南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 結點產(chǎn)生熱電勢的結點產(chǎn)生熱電勢的微觀微觀解釋及解釋及圖形符號圖形符號 兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內(nèi)自由電子兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內(nèi)自由

18、電子的密度不同，在兩金屬的密度不同，在兩金屬A A和和B B的接觸點處會發(fā)生自由電子的的接觸點處會發(fā)生自由電子的擴散擴散現(xiàn)象現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬。自由電子將從密度大的金屬A A擴散到密度小的金屬擴散到密度小的金屬B B，使，使A A失去電子帶正電失去電子帶正電，B B得到電子帶負電得到電子帶負電，從而產(chǎn)生，從而產(chǎn)生熱電勢，熱電勢，其值其值與溫度相關。與溫度相關。 自由自由電子電子ABT Tie南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 BAABNNekTTEln)(ABTT0k k玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，e e電子電荷量，電子電荷量，T T接觸處的溫

19、度，接觸處的溫度，N NA A，N NB B分別為導體分別為導體A A和和B B的自由電子密度。的自由電子密度。BAABNNekTTEln)(00 熱電偶兩結點所產(chǎn)生的總的熱電偶兩結點所產(chǎn)生的總的熱電勢熱電勢等于熱端熱等于熱端熱電勢與冷端熱電勢電勢與冷端熱電勢之差之差，是兩個結點的，是兩個結點的溫差溫差tt 的的函數(shù)：函數(shù)： EAB（T，T0）=EAB （ T T ）- - EAB （ T T0 ）熱電勢大致與熱電勢大致與兩個結點的兩個結點的溫差溫差tt 成正比成正比南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱電偶測溫基本定律熱電偶測溫基本定律1)1)均質(zhì)導體定

20、律均質(zhì)導體定律 由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，不論導體由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，不論導體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。電動勢。TT02)中間導體定律中間導體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要其兩端的溫度相等，該導體的接入就不會影響要其兩端的溫度相等，該導體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。熱電偶回路的總熱電動勢。TT0V南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 3)3)參考電極定律參考電極定律 兩種導體兩種導體A,BA,B分別與參考電極分別與

21、參考電極C C組成熱電偶，如組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，果他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，A A和和B B兩極配對后兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：的熱電動勢可用下式求得：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于鉑的物理化學性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極由于鉑的物理化學性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 八種國際通用熱電偶：八種國際通用熱電偶： B:B:鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 、R:R:鉑銠鉑銠1313鉑鉑 、S:S:鉑銠鉑銠1010鉑鉑 、 K

22、:K:鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 、N:N:鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅 、E:E:鎳鉻鎳鉻銅鎳、銅鎳、 J:J:鐵鐵銅鎳銅鎳 、T:T:銅銅銅鎳銅鎳 用于制造用于制造鉑鉑熱電偶的熱電偶的各種各種鉑鉑熱電偶絲熱電偶絲南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 設冷端為設冷端為0 0 C C，根據(jù)以下電路中，根據(jù)以下電路中的毫伏表的示值及的毫伏表的示值及K熱電偶的分度熱電偶的分度表，查出熱端的溫度表，查出熱端的溫度tx 。南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 普通裝配型普通裝配型熱電偶的外形熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭南昌大學機電工

23、程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱電偶冷端的延長熱電偶冷端的延長 采用相對采用相對廉價廉價的補償導線，可的補償導線，可延長熱電偶的冷端延長熱電偶的冷端，使之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于使之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設。敷設。 要求要求：補償導線在：補償導線在0 0100100 C范圍內(nèi)的熱電勢與配范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢套的熱電偶的熱電勢相等相等，所以，所以不影響不影響測量精度。測量精度。補償導線外形補償導線外形 屏蔽層屏蔽層保護層保護層南昌大學機電

24、工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱電偶的冷端溫度補償熱電偶的冷端溫度補償必要性：必要性： 1 1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)- -溫度時，必溫度時，必須須滿足滿足t t0 0=0=0 C C的條件的條件。在實際測溫中，冷端溫度常。在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣隨環(huán)境溫度而變化，這樣t t0 0不但不是不但不是0 0 C C，而且也，而且也不恒定不恒定， 因此將產(chǎn)生誤差。因此將產(chǎn)生誤差。 2 2、一般情況下，、一般情況下，冷端溫度均高于冷端溫度均高于0 0 C C，熱電，熱電勢總是偏小。應想辦法消除或補償熱電偶的冷端勢總是偏小

25、。應想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失損失 。南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 冷端溫度補償?shù)姆椒ɡ涠藴囟妊a償?shù)姆椒?一、冷端恒溫法：一、冷端恒溫法： 將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在冷端的溫度保持在0 C不變。此法也稱冰浴法，它消除了不變。此法也稱冰浴法，它消除了t0不等于不等于0 C而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實驗室中。用于實驗室中。 冰浴法接線圖冰浴法接線圖 1被測流體管道被測流體管道 2熱電偶熱電偶 3接線盒接

26、線盒 4補償導線補償導線 5銅質(zhì)導線銅質(zhì)導線 6毫伏表毫伏表 7冰瓶冰瓶 8冰水混合物冰水混合物 9試管試管 10新的冷端新的冷端 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 二、計算修正法二、計算修正法 當熱電偶的冷端溫度當熱電偶的冷端溫度t0 0 C時，由于熱端與冷端時，由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢EAB（t，t0）與冷端為）與冷端為0 C時所測得的熱電勢時所測得的熱電勢EAB（t，0 C）不等。若冷端溫度高于不等。若冷端溫度高于0 C，則，則EAB（t，t0）EAB（t，0 C）。可以利用

27、下式計算并修正測量誤差：）。可以利用下式計算并修正測量誤差： EAB（t，0 C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0 C）南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 三、電橋補償法三、電橋補償法 XT-WBC熱電偶熱電偶 冷端補償器冷端補償器 電橋補償法是利用電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動補來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買與被償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值，可購買與被補償熱電偶對應型號的補償電橋。補償熱電偶對應型號的補償電橋。R RH H為熱電阻為熱電阻 南昌大學機電工程學院南昌

28、大學機電工程學院4.8 4.8 光電式傳感器光電式傳感器 第四章、傳感器類型及工作原理第四章、傳感器類型及工作原理 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外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，并能將光能轉化成電信號的器件。線光的光能量，并能將光能轉化成電信號的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應。 內(nèi)光電效應內(nèi)光電效應 半導體材料受到光照時會產(chǎn)生電子半導體材料受到光照時會產(chǎn)生電子- -空穴對空穴對, ,使其導電性能增強使其導電性能增強, ,光線愈強，阻值愈低，這種光光線愈強，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)

29、象, ,稱為稱為內(nèi)光電效應內(nèi)光電效應 。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管外光電效應外光電效應 受到光照時使電子逸出表面，稱為外受到光照時使電子逸出表面，稱為外光電效應光電效應 。光電管、光電倍增管光電管、光電倍增管南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.8 光電式傳感器光電式傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.8 光電式傳感器光電式傳感器 照相機自動測光照相機自動測光光控燈光控燈工業(yè)控制工業(yè)控制南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.8 光電式傳感器光電式傳感器 光電池光電池 光生伏特效應指半導體材料光生伏特效應指半導體材料P-NP-N結

30、受到光照后結受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應。以可見光作光源產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。的光電池是常用的光生伏特型器件。+-PN南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.8 光電式傳感器光電式傳感器 應用應用 光電傳感器在工業(yè)上的應用可歸納為輻射式光電傳感器在工業(yè)上的應用可歸納為輻射式( (直直射式射式) )、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式。、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式。 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.8 光電式傳感器光電式傳感器 案例：案例：鼠標就是利用鼠標就是利用LEDLED與光敏晶體管組合來與光敏晶體管組合

31、來 測量位移。測量位移。南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.8 光電式傳感器光電式傳感器 相機測距反射式光電傳感器相機測距反射式光電傳感器南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院3.9 3.9 霍爾傳感器霍爾傳感器 sinIBKVHH 金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生流過時，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。電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應。 1 1 霍爾元件霍爾元件 第四章、傳感器類型及工作原理第四章、傳感器類型及工作原理南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.9 霍爾傳感器霍爾傳感器 霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示?；魻栐苫魻柶?、四根引線和殼體組成，如圖示。 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.9 霍爾傳感器霍爾傳感器 南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院4.9 霍爾傳感器霍爾傳感器 測轉角：測轉角：南昌大學機電工程學院南