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目錄同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity車(chē)用傳感器
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車(chē)用傳感器概述傳感器分傳感器及其工作原理類(lèi)位置測(cè)量傳感器及其工作原理速度轉(zhuǎn)速傳感器及其工作原理溫度傳感器及其工作原理電流傳感器及其工作原理目錄汽車(chē)電子學(xué)車(chē)用傳感器
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車(chē)用傳感器車(chē)用傳感器概述傳感器分傳感器及其工作原理類(lèi)位置測(cè)量傳感器及其工作原理速度轉(zhuǎn)速傳感器及其工作原理溫度傳感器及其工作原理電流傳感器及其工作原理2車(chē)用傳感器概述工程測(cè)試技術(shù)模擬電子技術(shù)信號(hào)處理技術(shù)自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)“科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的”-門(mén)捷列夫賀桂芳.汽車(chē)與工程機(jī)械用傳感器.北京:人民交通出版社.2002.3發(fā)動(dòng)機(jī):向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元(ECU)提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等
汽車(chē)傳感器:汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源,關(guān)鍵部件,核心技術(shù)內(nèi)容普通轎車(chē):約安裝幾十到近百只傳感器,豪華轎車(chē):傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。
底盤(pán):控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等車(chē)速、踏板、加速度、節(jié)氣門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車(chē)身:提高汽車(chē)的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車(chē)速、測(cè)距、圖象等車(chē)用傳感器概述檢測(cè)技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用日新月異4車(chē)用傳感器概述溫度傳感器冷卻水、吸氣、排氣、車(chē)內(nèi)外空氣、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油流量傳感器吸入空氣量、燃油流量、排氣再循環(huán)量、二次空氣量壓力傳感器進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力、大氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓、燃燒混合氣壓、制動(dòng)液壓、輪胎氣壓位置傳感器曲軸位置、節(jié)氣門(mén)位置、排氣再循環(huán)閥開(kāi)量、行駛方位、踏板位置、轉(zhuǎn)向液位傳感器冷卻水、燃油、機(jī)油、電解液、制動(dòng)液、洗窗器液速度、加速度傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)速、輪速、加速度、負(fù)加速度其他傳感器氣體濃度傳感器、爆震、濕度、電流、雨滴、光照、轉(zhuǎn)矩汽車(chē)常用傳感器的種類(lèi)和檢測(cè)對(duì)象5車(chē)用傳感器概述汽車(chē)常用傳感器空氣質(zhì)量流量傳感器壓力傳感器加速度傳感器胎壓傳感器6目錄汽車(chē)電子學(xué)車(chē)用傳感器
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車(chē)用傳感器車(chē)用傳感器概述傳感器分傳感器及其工作原理類(lèi)位置測(cè)量傳感器及其工作原理速度轉(zhuǎn)速傳感器及其工作原理溫度傳感器及其工作原理電流傳感器及其工作原理7汽車(chē)電子控制系統(tǒng)是典型的測(cè)控系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)是此類(lèi)系統(tǒng)的重要組成。測(cè)量一般由以下環(huán)節(jié)組成。傳感器分類(lèi)和組成傳感器測(cè)量原理8傳感器分類(lèi)和組成“傳感器”定義為能感受被測(cè)量,并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)的器件或裝置,它通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。有時(shí)也將信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路作為傳感器的組成部分。V傳感器定義思考題:請(qǐng)列舉你已知的傳感器轉(zhuǎn)換原理9分類(lèi)法型式說(shuō)明按構(gòu)成原理分類(lèi)結(jié)構(gòu)型物性型以轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按能量關(guān)系分類(lèi)能量轉(zhuǎn)換型能量控制型傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而來(lái)傳感器輸出量能量由外部能源提供,但受輸入量控制按工作原理分電阻式電容式電感式壓電式磁電式熱電式光電式光纖式利用電阻參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電容參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電感參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光纖特性參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按被測(cè)量分類(lèi)長(zhǎng)度、角度、振動(dòng)、位移、壓力、溫度、流量、距離、速度等以被測(cè)量命名(即按用途分類(lèi))按輸出量分類(lèi)模擬式數(shù)字式輸出量為模擬信號(hào)(電壓、電流、……)輸出量為數(shù)字信號(hào)(脈沖、編碼、……)傳感器分類(lèi)和組成傳感器的分類(lèi)101)按被測(cè)測(cè)量分類(lèi)機(jī)械量:長(zhǎng)長(zhǎng)度,厚度度,位移,速度,加加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量量,重量,力,壓力,真空空度,力矩矩,風(fēng)速,流速,流量;聲:聲聲壓,噪聲.磁:磁磁通,磁場(chǎng).溫度:溫溫度,熱熱量,比熱熱.光:亮亮度,色色彩傳感器分類(lèi)類(lèi)和組成傳感器的分分類(lèi)11機(jī)械式,電電氣式,光光學(xué)式,流流體式等.2)按工作作的物理基基礎(chǔ)分類(lèi):傳感器分類(lèi)類(lèi)和組成傳感器的分分類(lèi)12能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.3)按信號(hào)變換特征:能量轉(zhuǎn)換型型:直接由被測(cè)測(cè)對(duì)象輸入入能量使其其工作.例如:熱電電偶溫度計(jì)計(jì),壓電式式加速度計(jì)計(jì).能量控制型型:從外部供給給能量并由由被測(cè)量控控制外部供給能量的的變化.例例如:電阻阻應(yīng)變片.傳感器分類(lèi)類(lèi)和組成傳感器的分分類(lèi)134)按敏感感元件與被被測(cè)對(duì)象之之間的能量量關(guān)系:物性型:依靠敏感元元件材料本本身物理性性質(zhì)的變化化來(lái)實(shí)現(xiàn)信信號(hào)變換.如:水銀溫溫度計(jì).結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器器結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)的變化實(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變.例如:電容容式和電感感式傳感器器.傳感器分類(lèi)類(lèi)和組成傳感器的分分類(lèi)14目錄汽車(chē)電子學(xué)學(xué)車(chē)用傳感器器AutomotiveSensors車(chē)用傳感器器車(chē)用傳感器器概述傳感器分傳傳感器及其其工作原理理類(lèi)位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理速度轉(zhuǎn)速傳傳感器及其其工作原理理溫度傳感器器及其工作作原理電流傳感器器及其工作作原理15位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理位置傳感器器采集不同同形式運(yùn)動(dòng)動(dòng)部件的行行程位置和和角度位置置,它在汽汽車(chē)用的所所有傳感器器中居首位位。測(cè)量參數(shù)測(cè)量范圍汽油機(jī)上節(jié)氣門(mén)角度90°加速踏板、制動(dòng)踏板角度30°燃油箱液面高度20~50cm離合器位置50mm轉(zhuǎn)向角度±2×360°車(chē)用位置傳傳感器也用用來(lái)間接測(cè)測(cè)量一些變變量,如扭扭矩、流量量、轉(zhuǎn)速等等。16利用金屬導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)電阻或或薄膜電阻阻的長(zhǎng)度與與電阻值的的正比對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)位置的的測(cè)量,這這是典型的的結(jié)構(gòu)型傳傳感器。1變阻器器式傳感器器位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理EE117位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理如圖所示,,利用滑動(dòng)動(dòng)變速器Rl和電壓壓表V測(cè)量量一位置,,R0為保保護(hù)電阻。。測(cè)量電路路的總電壓壓為12V?;瑒?dòng)變變阻器電電壓壓表內(nèi)阻。。計(jì)算測(cè)測(cè)量電壓El對(duì)應(yīng)位位置x的關(guān)關(guān)系。例題:變阻器式式傳感器的的負(fù)載效應(yīng)應(yīng)解:代入18變換原理:將被測(cè)量量的變化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電容容量變化兩平行極板板組成的電電容器,它它的電容量量為:+++Aδ、A或εε發(fā)生變化化時(shí),都會(huì)會(huì)引起電容容的變化。。2電容式式傳感器位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理19a)極距δδ變化型++++++位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理2電容式式傳感器b)面積變變化型c)介質(zhì)變變化型角位移型平面線(xiàn)位移型柱面線(xiàn)位移型.20位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理例題:比較不同測(cè)測(cè)量原理的的靈敏度解:根據(jù)靈靈敏度定義義公式和電電容公式可以分別求求出相對(duì)面面積,間隙隙和介質(zhì)的的介電常數(shù)數(shù)的靈敏度度對(duì)與面積對(duì)與間隙對(duì)與間隙常數(shù)常數(shù)間隙的靈敏敏度21測(cè)量電路a)電橋電電路b)諧振振電路c)運(yùn)算算放大器電電路位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理2電容式式傳感器22無(wú)接觸式位位置傳感器器,其基本本工作原理理是將位移移變化轉(zhuǎn)化化為等效阻阻抗或差動(dòng)動(dòng)阻抗變化化,通過(guò)在在線(xiàn)圈輸入入端輸入交交變激勵(lì)信信號(hào)可測(cè)得得上述阻抗抗值,進(jìn)而而實(shí)現(xiàn)對(duì)位位置測(cè)量分類(lèi):電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理3磁感式式傳感器23a)自感型型--可變變磁阻式((活動(dòng)鐵芯芯式)位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理3磁感式式傳感器活動(dòng)鐵芯式式傳感器的的基本原理理改變氣隙隙的長(zhǎng)度來(lái)來(lái)改變磁通通量的大小小。由于激激勵(lì)線(xiàn)圈在在電路中相相當(dāng)于一個(gè)個(gè)電感,所所以最后可可以通過(guò)對(duì)對(duì)電感變化化的測(cè)量得得到位置的的變化。。例題:活動(dòng)鐵芯式式位置傳感感器的基本本表達(dá)式和和其靈敏度度解:根據(jù)磁磁路歐姆定定律:磁阻有兩部部分組成,,分別是鐵鐵芯和氣隙隙。由磁阻阻公式:其中為相對(duì)對(duì)磁導(dǎo)率,,為真真空中的磁磁電導(dǎo)率24位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理例題:活動(dòng)鐵芯式式位置傳感感器的基本本表達(dá)式和和其靈敏度度由于鐵芯的的磁阻相對(duì)對(duì)于空氣的的磁阻可以以忽略不計(jì)計(jì)??諝獾牡南鄬?duì)磁導(dǎo)導(dǎo)率為1。式中A為氣隙的橫橫截面積,,再由電感感公式其靈敏度為為代入得得到圖像。。25b)自感型型--渦流流式原理:渦流流效應(yīng)渦流效應(yīng)是是指處于交交變磁場(chǎng)中中的閉合鐵鐵芯會(huì)產(chǎn)生生感應(yīng)電流流,形成渦渦電流。渦渦電路會(huì)部部分抵消線(xiàn)線(xiàn)圈產(chǎn)生的的磁場(chǎng),使使敏感元件件勵(lì)磁線(xiàn)圈圈的電感量量、阻抗和和品質(zhì)因數(shù)數(shù)發(fā)生變化化。原線(xiàn)圈的等效阻抗Z變化:位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理3磁感式式傳感器26位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理例題:渦流式位置置傳感器的的基本表達(dá)達(dá)式有一個(gè)扁平平線(xiàn)圈距離離金屬導(dǎo)體體x的距離離,線(xiàn)圈兩兩段加以的的電壓,線(xiàn)圈圈于金屬導(dǎo)導(dǎo)體之間可可以定一個(gè)個(gè)互感系數(shù)數(shù)M,它隨隨x的減小小而增大。。求等效阻阻抗的表達(dá)達(dá)式。解:把導(dǎo)體體看成一個(gè)個(gè)短路線(xiàn)圈圈,將其結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為為如右圖的的電路路圖。根據(jù)據(jù)克西荷夫夫定律:式中R1、、L1———線(xiàn)圈的電電阻和電感感;R2、L2——金屬屬導(dǎo)體的電電阻和電感感27位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理例題:渦流式位置置傳感器的的基本表達(dá)達(dá)式解得由表達(dá)式我我們可以看看出線(xiàn)圈受受到渦電流流影響后的的等效阻抗抗為等效電阻等效電感28c)互感感型WW1W2Esx-x工作原理:互感現(xiàn)象象.位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理3磁感式式傳感器EwEout29目錄汽車(chē)電子學(xué)學(xué)車(chē)用傳感器器AutomotiveSensors車(chē)用傳感器器車(chē)用傳感器器概述傳感器分傳傳感器及其其工作原理理類(lèi)位置測(cè)量傳傳感器及其其工作原理理速度轉(zhuǎn)速傳傳感器及其其工作原理理溫度傳感器器及其工作作原理電流傳感器器及其工作作原理30速度轉(zhuǎn)速傳傳感器及其其工作原理理轉(zhuǎn)速和速度度傳感器測(cè)測(cè)量單位時(shí)時(shí)間哪物體體轉(zhuǎn)過(guò)的角角度或者移移動(dòng)的位移移。在汽車(chē)車(chē)上大多測(cè)測(cè)量?jī)晌矬w體間或相對(duì)對(duì)道路的相相對(duì)角度或或相對(duì)位移移。主要測(cè)量原原理靜磁式磁敏磁阻型霍爾式光電式電磁感應(yīng)式式31
金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中,當(dāng)有電流流過(guò)時(shí),在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。
霍爾效應(yīng)
速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理1霍爾式式:32汽車(chē)速度測(cè)測(cè)量:速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理1霍爾式式:33分類(lèi)電磁感應(yīng)式動(dòng)圈式磁阻式線(xiàn)速度型角速度型N速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理1電磁感感應(yīng)式:電磁感應(yīng)式式傳感器是是把被測(cè)量量的物理量量轉(zhuǎn)換為感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。它所利用的的就是法拉拉第電磁感感應(yīng)現(xiàn)象,,即變化磁磁通量產(chǎn)生生感應(yīng)電動(dòng)動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象象。341例題::推導(dǎo)測(cè)速電電機(jī)轉(zhuǎn)速與與電壓的關(guān)關(guān)系式。速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理電磁感應(yīng)式式的代表就就是測(cè)速電電機(jī)。是屬屬于動(dòng)圈式式角速度型型傳感器。。測(cè)速電機(jī)的的結(jié)構(gòu)類(lèi)似似于永磁交交流發(fā)電機(jī)機(jī),其簡(jiǎn)化化結(jié)構(gòu)如圖圖所示,其其發(fā)電線(xiàn)圈圈于被測(cè)物物體的軸心心相連。其其感應(yīng)電勢(shì)勢(shì)e于磁通量Φ的變化率成成正比,即即:設(shè)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)速速為n,那那么穿越線(xiàn)線(xiàn)圈的磁通通量為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)勢(shì)35光電傳感器器通常是指指能敏感到到由紫外線(xiàn)線(xiàn)到紅外線(xiàn)線(xiàn)光的光能能量,并能能將光能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成電信信號(hào)的器件件。其工作作原理是基基于一些物物質(zhì)的光電電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)應(yīng)半導(dǎo)體材料料受到光照照時(shí)會(huì)產(chǎn)生生電子-空空穴對(duì),使使其導(dǎo)電性性能增強(qiáng),光線(xiàn)愈強(qiáng)強(qiáng),阻值愈愈低,這種種光照后電電阻率發(fā)生生變化的現(xiàn)現(xiàn)象,稱(chēng)為為內(nèi)光電效效應(yīng)。速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理3光電式式傳感器外光電效應(yīng)應(yīng)在電磁波的的照射下,,某些物質(zhì)質(zhì)內(nèi)部的電電子會(huì)被光光子激發(fā)向向外發(fā)射而而形成電流流。+++---PN光敏電阻光電池36速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理1---光源;;2---柱面面鏡;3---碼碼盤(pán);4---狹縫;;5---元件件原理:平行行光源→碼碼盤(pán)→光光電元件→→電信號(hào)輸輸出光學(xué)碼盤(pán)式式傳感器---用用光電方方法將被測(cè)測(cè)角位移轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成數(shù)字字電信號(hào)3光電式式傳感器a)絕對(duì)編編碼器37測(cè)量電路:編碼碼制:十進(jìn)制碼---0123456789二進(jìn)制碼---00000001001000110100格雷碼碼---循環(huán)碼碼:相鄰兩兩數(shù)只有一一位不同每次只有一一位變化→→轉(zhuǎn)換放大→足足夠電平平,驅(qū)動(dòng)動(dòng)整形→接接近理想想方波細(xì)分→提提高分辨辨率(光學(xué)學(xué)+電路))多位碼同時(shí)時(shí)動(dòng)作→同同步誤差→→錯(cuò)碼讀數(shù)直觀,,不易電路路處理直觀,易于于后續(xù)電路路和計(jì)算機(jī)機(jī)處理速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理3光電式式傳感器a)絕對(duì)編編碼器38結(jié)構(gòu):與絕對(duì)對(duì)編碼器類(lèi)類(lèi)似碼道:最外(A)---增量量碼道:透透光扇形區(qū)區(qū)→分辨率率中間(B)---辨向碼碼道:錯(cuò)開(kāi)開(kāi)半個(gè)扇形形區(qū)最內(nèi)(Z)---零位碼碼道:透光光狹縫→基基準(zhǔn)脈沖應(yīng)用:相對(duì)位置置測(cè)量---角度、、直線(xiàn)位置置,位移、速度度測(cè)量特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單、精度高高、分辨率率高,可靠靠性好,脈沖數(shù)字輸輸出,測(cè)量量范圍無(wú)限限速度不高((最高幾千千轉(zhuǎn)/分))怕振動(dòng)---丟丟數(shù)速度/轉(zhuǎn)速速傳感器及及其工作原原理3光電式式傳感器b)相對(duì)編編碼器39目錄汽車(chē)電子學(xué)學(xué)車(chē)用傳感器器AutomotiveSensors車(chē)用傳感器車(chē)用傳感器概概述傳感器分傳感感器及其工作作原理類(lèi)位置測(cè)量傳感感器及其工作作原理速度轉(zhuǎn)速傳感感器及其工作作原理溫度傳感器及及其工作原理理電流傳感器及及其工作原理理40溫度傳感器及及其工作原理理溫度傳感器一一般與被測(cè)介介質(zhì)直接、緊緊密地接觸,,以便可能精精確地測(cè)量介介質(zhì)溫度。特特定情況下也也使用無(wú)接觸觸式的溫度傳傳感器,器依依據(jù)物體的熱熱輻射,如熱熱成像計(jì)等。。幾乎所有的物物理特性(電電阻,體積)都隨溫度變變化,所以有有很多測(cè)溫方方法。但在實(shí)實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)應(yīng)滿(mǎn)足的要求求有:溫度靈敏度較較高;輸入入-輸出特性性良好,較較大的測(cè)溫范范圍,環(huán)境境適應(yīng)性好測(cè)量介質(zhì)測(cè)溫范圍/℃冷卻液-40~130機(jī)油油溫-40~170廢氣100~1000空調(diào)蒸發(fā)器-10~5041溫度分類(lèi):應(yīng)用:測(cè)溫接觸測(cè)溫非接觸測(cè)溫?zé)彷椛錅y(cè)溫?zé)醾鲗?dǎo)測(cè)溫壓電效應(yīng)熱阻效應(yīng)熱電勢(shì)效應(yīng)金屬熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻熱電偶溫度度傳感器壓電陶瓷(熱熱釋電效應(yīng)))→敏感元元件→電參數(shù)數(shù)光電效應(yīng)紅外溫度傳感感器、光纖溫度傳傳感器熱電阻電渦流傳感器器PN結(jié)熱電效效應(yīng)熱敏二極管/三極管、集成溫度傳感感器工作原理:溫度傳感器及及其工作原理理42熱電阻原理與與特性:要求:(1)溫度系系數(shù)、電阻率率較高→提提高靈敏度度,體積小,,反應(yīng)快(2)理化性性能穩(wěn)定→→提高穩(wěn)定定性和準(zhǔn)確性性,復(fù)現(xiàn)性好好(3)良好的的輸入-輸出出特性→線(xiàn)線(xiàn)性/接近近線(xiàn)性,測(cè)量量精度高(4)良好的的工藝性→→批量生產(chǎn)產(chǎn),降低成本本材料:純金屬屬---鉑鉑、銅、鎳、、鐵(5)較大的的測(cè)溫范圍→→特別是是在低溫范圍圍溫度傳感器及及其工作原理理1.熱電阻原理:熱能熱電阻阻電電阻值溫度熱熱電阻阻阻值43特點(diǎn):0~+850℃:0~-200℃::應(yīng)用:(1)在高高溫和氧化介介質(zhì)中性能極極為穩(wěn)定,易易于提純,工工藝性好(2)輸入入輸出特性接接近線(xiàn)性(4)貴重重金屬,成本本較高標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì),,高精度工業(yè)業(yè)測(cè)溫,高低低溫測(cè)試構(gòu)成:金屬鉑絲(0.02~0.07mm)繞制成線(xiàn)線(xiàn)圈(3)測(cè)量量精度高:<0℃:±1℃、0~100℃℃:±0.5℃、100~650℃:±±0.5%R0:0℃時(shí)的溫溫度–標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值(Pt100,Pt500)a)鉑電阻(Pt)溫度傳感器及及其工作原理理1.熱電阻44特點(diǎn):-50~180℃::應(yīng)用:(1)易于于提純,在-50~150℃范范圍內(nèi)性能穩(wěn)穩(wěn)定,價(jià)格低低(2)輸入入輸出特性接接近線(xiàn)性:(3)電阻阻率低(為鉑鉑電阻的1/6),體積積較大(Cu50,Cu100)(4)高溫溫易被氧化,,易被腐蝕(5)測(cè)量量精度低于鉑鉑電阻:-50~50℃℃:±0.5℃、50~150℃:±±1%小范圍,較低低溫度,測(cè)量量精度要求低低,沒(méi)有浸蝕蝕性介質(zhì),代代替鉑構(gòu)成:金屬鉑絲(0.02~0.07mm)繞制成線(xiàn)線(xiàn)圈b)銅電阻(Cu)R0:0℃時(shí)的溫溫度–標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值溫度傳感器及及其工作原理理1.熱電阻45材料:特點(diǎn):分類(lèi):(1)溫度系系數(shù)大→靈靈敏度高(為熱電阻10~100倍)(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單,體積小小→可以以測(cè)量點(diǎn)溫度度(3)電阻率率高、熱慣性性小→適適于動(dòng)態(tài)測(cè)溫溫(4)易于維維護(hù)、使用壽壽命長(zhǎng)→→適于現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫(5)互換性性差,非線(xiàn)性性嚴(yán)重,精度度低正溫度系數(shù)熱熱敏電阻(PTC)負(fù)溫度系數(shù)熱熱敏電阻(NTC)臨界溫度系數(shù)數(shù)熱敏電阻(CTR)半導(dǎo)體---半導(dǎo)體體熱電阻(6)成本低低,應(yīng)用廣泛泛溫度傳感器及及其工作原理理2.熱敏電阻阻非線(xiàn)性46測(cè)溫原理———熱敏電阻例題:NTC熱敏電阻的溫溫度電阻關(guān)系系和靈敏度已知一種熱敏敏電阻的溫度度和電阻變化化規(guī)律為式中;判別它是那一一種熱敏電阻阻并畫(huà)出溫度度電阻函數(shù)圖圖像和靈敏度度解:假設(shè)它在0℃℃時(shí),具有的的電阻量為1000歐姆姆;B取1000;溫度電阻關(guān)系系式:靈敏度為:47測(cè)溫原理———熱敏電阻例題:NTC熱敏電阻的溫溫度電阻關(guān)系系和靈敏度可以看出其電電阻——溫度度變化曲線(xiàn)可可近似表示成成指數(shù)變化曲曲線(xiàn)。溫度變化系數(shù)數(shù),,電阻隨溫溫度變化劇烈烈減小,故稱(chēng)稱(chēng)NTC負(fù)溫溫度系數(shù)熱敏敏電阻。48熱敏電阻的應(yīng)應(yīng)用家用電器電熨斗、電冰箱、電飯煲、洗衣機(jī)、電暖壺、烘干機(jī)、電烤箱、空調(diào)機(jī)、電熱毯、熱水器、熱得快、電磁爐、汽車(chē)電子電子噴油嘴、空調(diào)機(jī)、發(fā)電機(jī)防熱裝置、電熱座椅測(cè)量?jī)x器流量計(jì)、風(fēng)速表、真空計(jì)、濃度計(jì)、濕度計(jì)、空氣傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、辦公設(shè)備復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、掃描儀農(nóng)業(yè)園藝溫室控制、人工氣候箱、烘干系統(tǒng)、醫(yī)療器具體溫計(jì)、人工透析、散熱系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、溫度傳感器及及其工作原理理2.熱敏電阻阻49溫度傳感器及及其工作原理理3.熱電偶(1)工作作原理:溫差電勢(shì):σA-溫差系數(shù)TA,TB-A、B兩節(jié)節(jié)點(diǎn)絕對(duì)溫度度k-波爾茲曼曼常數(shù)e-電子電電荷量NA,NB-導(dǎo)體AB的的自由電子密密度→材料T-節(jié)點(diǎn)絕對(duì)對(duì)溫度接觸電勢(shì):不同導(dǎo)體→自自由電子密度度不同→擴(kuò)散散→帕爾帖電勢(shì)同一導(dǎo)體→兩兩端溫度不同同→電子遷移移(高→低低)→湯姆遜電勢(shì)塞貝克效應(yīng),,即如果在兩兩根金屬導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)兩端間有不不同的溫度,則其兩端形形成熱電勢(shì)。。帕爾貼接觸電動(dòng)勢(shì)湯姆遜溫差電電動(dòng)勢(shì)塞貝克熱電勢(shì)50溫度傳感器及及其工作原理理若兩種導(dǎo)體相同:σA=σB→E=0若兩端無(wú)溫差:T=T0→E=0兩種情況TT0TTV導(dǎo)體不同兩端溫差測(cè)溫條件在由于電動(dòng)勢(shì)勢(shì)和溫差的關(guān)關(guān)系非常復(fù)雜雜,在實(shí)際應(yīng)應(yīng)用時(shí),一般般使用一級(jí)近近似即可。其其溫差電動(dòng)勢(shì)勢(shì)為:式中C———塞貝克系數(shù)數(shù),與材料特特性相關(guān)的比比例系數(shù)3.熱電偶51常用熱電偶金屬材料:材料測(cè)溫范圍特點(diǎn)應(yīng)用鉑鐒10純鉑0~1000℃準(zhǔn)確性高,成本高工業(yè)銥鐒10純銥0~2100℃科學(xué)研究銥鐒40鉑鐒400~1900℃氧化、中性氣體鎳鐵鎳銅50~500℃<50℃無(wú)電勢(shì)火災(zāi)報(bào)警鎳鉻康銅-200~900℃各種場(chǎng)合鎳鉻鎳硅-50~1300℃電勢(shì)大,線(xiàn)性好各種場(chǎng)合、常用銅康銅-200~400℃各種場(chǎng)合鎳鉻金鐵-270~10℃低溫銅金鐵-270~-250℃靈敏度高低溫溫度傳感器及及其工作原理理3.熱電偶52(3)熱電電偶結(jié)構(gòu):a)普通熱熱電偶:應(yīng)用:測(cè)量氣氣體、蒸汽、、液體等介質(zhì)質(zhì)溫度結(jié)構(gòu):1-熱熱電極2-絕緣套管管3-保護(hù)套管管4-接線(xiàn)線(xiàn)盒b)鎧裝熱熱電偶:結(jié)構(gòu):熱電極極+絕緣緣材料+金屬保護(hù)護(hù)套特點(diǎn):細(xì)長(zhǎng)(1~3mm),可以彎彎曲,撓性好好,強(qiáng)度高測(cè)端熱容量小小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)快(0.01s),應(yīng)用:適于狹狹小空間、點(diǎn)點(diǎn)溫度c)其他熱熱電偶:薄膜熱電偶、、浸入式熱電電阻、溫度傳感器及及其工作原理理3.熱電偶53目錄汽車(chē)電子學(xué)車(chē)用傳感器AutomotiveSensors車(chē)用傳感器車(chē)用傳感器概概述傳感器分傳感感器及其工作作原理類(lèi)位置測(cè)量傳感感器及其工作作原理速度轉(zhuǎn)速傳感感器及其工作作原理溫度傳感器及及其工作原理理電流傳感器及及其工作原理理54電流傳感器及及其工作原理理為了改善環(huán)境境污染,石油油枯竭等狀況況,新能源汽汽車(chē)成了未來(lái)來(lái)汽車(chē)的一個(gè)個(gè)重要發(fā)展方方向。新能源汽車(chē)一一般都使用電電動(dòng)方式來(lái)代代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī),那么電電動(dòng)汽車(chē)無(wú)接接觸式電流檢檢測(cè)將成為汽汽車(chē)傳感器的的一個(gè)重要發(fā)發(fā)展。55電流傳感器及及其工作原理理1.變壓器式式變壓器本來(lái)利利用電磁感應(yīng)應(yīng)的原理來(lái)改改變交流電壓壓的裝置,主主要構(gòu)件是初初級(jí)線(xiàn)圈、次次級(jí)線(xiàn)圈和鐵鐵芯。在測(cè)量電路中中,可以將被被測(cè)電線(xiàn)作為為初級(jí)線(xiàn)圈,,對(duì)次級(jí)線(xiàn)圈圈進(jìn)行電流的的檢測(cè)。無(wú)接觸式電流流檢測(cè)的方法法一般有分為為兩種:霍爾爾式和變壓器器是。56電流傳感器及及其工作原理理2.霍爾式霍爾式電流傳傳感器一般是是基于電流磁磁效應(yīng)現(xiàn)象,,即在直線(xiàn)電電路周?chē)鷷?huì)形形成環(huán)形磁場(chǎng)場(chǎng)。利用霍爾爾傳感器來(lái)測(cè)測(cè)定環(huán)路磁場(chǎng)場(chǎng)的大小來(lái)判判定被測(cè)電路路的大小
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