傳感器原理3課件

第三章、常用的傳感器3.6磁電式傳感器

1.變換原理:

磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應電動勢的一種轉(zhuǎn)換器。感應線圈的感應電動勢e為磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關，改變其中一個因素，都會改變感應電動勢。

2分類

磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N3.6磁電式傳感器

動圈式傳感器線速度型3.6磁電式傳感器

E=NBlv磁阻式傳感器

磁電式車速傳感器3.6磁電式傳感器

NS案例：鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷細條檢測3.6磁電式傳感器

1、磁感應半導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體開關3.7

磁敏元件傳感器霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示。

3.7磁敏元件傳感器3.7磁敏元件傳感器測轉(zhuǎn)角：3.7磁敏元件傳感器鐵磁材料裂紋檢測

NS3.7磁敏元件傳感器葉片和齒輪位置傳感器應用3.7磁敏元件傳感器案例：汽車速度測量:3.7磁敏元件傳感器特點電阻的增量與磁場的平方成正比；與磁場的正負無關；溫度系數(shù)影響大；磁感應的范圍比霍爾元件大。應用磁頭；接近開關和無觸點開關。3.7磁敏元件傳感器產(chǎn)品3.7磁敏元件傳感器案例：轉(zhuǎn)速測量3.7磁敏元件傳感器

3.8熱敏傳感器3.8熱敏傳感器熒光燈啟輝器熒光燈

熒光燈

零線火線當電路接通，啟輝器兩端極片得電，擊穿惰性氣體而導電（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電動勢，在強電場的作用下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光放電.3.8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。當電路接通，啟輝器兩端極片得電，擊穿惰性氣體而導電（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。ABTT0k——玻耳茲曼常數(shù)，e——電子電荷量，T——接觸處的溫度NA，NB——分別為導體A和B的自由電子密度。3.8熱敏傳感器熱電偶測溫基本定律1)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)中間導體定律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熱電偶回路的總熱電動勢。TT0V3.8熱敏傳感器3)參考電極定律兩種導體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由于鉑的物理化學性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。3.8熱敏傳感器3.8熱敏傳感器3.8熱敏傳感器3、金屬熱電阻熱電阻溫度傳感器的基本工作原理是利用物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的特性，即熱阻效應。

常用的金屬熱電阻材料有鉑、銅、鎳、銦、錳、碳等。

因為鉑的物理和化學性能穩(wěn)定，抗氧化能力強，電阻率高，且材料易于提純，復制性、工藝性好，作為測溫電阻十分理想。在國際實用溫標中，從溫度范圍內(nèi)，以鉑電阻溫度計作為標準儀器。R2RaGR1R4ERtr2r3r1a)R2Rtr2r3r1GR1R4RaEb)R2RaGR1R4ERt3.8熱敏傳感器熱電阻溫度計的測量電路最常用的是電橋電路。為消除引線引起的測量誤差，一般采用三線連接法和四線連接法。

三線法四線法4、熱敏電阻傳感器

半導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而成的半導體，它具有負的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。3.8熱敏傳感器RT3.8熱敏傳感器3.8熱敏傳感器3.8熱敏傳感器產(chǎn)品溫控器3.8熱敏傳感器應用汽車發(fā)動機傳感器水溫感應塞還廣泛應用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計等

3.9氣敏電阻傳感器3.9氣敏電阻傳感器氣體與人類日常生活密切相關，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(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0.8～1.15ml/L時，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至暈厥。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3.9氣敏電阻傳感器氣敏傳感器是利用氣敏半導體材料，如氧化錫、氧化錳。當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。

3.9氣敏電阻傳感器3.9氣敏電阻傳感器

3.9氣敏電阻傳感器實驗室中的傳感器3.9氣敏電阻傳感器燃氣報警器煙霧報警器

酒精傳感器3.9氣敏電阻傳感器3.10超聲波檢測傳感器

3.10超聲波檢測傳感器1)聲波及其分類(1)次聲波，振動頻率低于l6Hz的機械波。(2)聲波:振動頻率在16Hz―20KHz之間的機械波。(3)超聲波:高于20KHz的機械波。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，可以定向傳播，其能量遠遠大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。3.10超聲波檢測傳感器聲壓所謂聲壓，是指某點上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為Pa，1Pa=1N/m2。聲強聲強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)生機械振動，發(fā)射出超聲波。接收原理是當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)生感應電勢輸出。

3.10超聲波檢測傳感器超聲波傳感器對3.10超聲波檢測傳感器超聲波傳感器應用

超聲波探傷/測距/測物tA3.10超聲波檢測傳感器案例：輸油管檢測檢測機器人3.10超聲波檢測傳感器倒車雷達3.10超聲波檢測傳感器

魚群探測器

3.10超聲波檢測傳感器3.11光電傳感器3.11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。內(nèi)光電效應

半導體材料受到光照時會產(chǎn)生電子-空穴對,使其導電性能增強,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,稱為內(nèi)光電效應

。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管3.11光電傳感器3.11光電傳感器

照相機自動測光光控燈工業(yè)控制

3.11光電傳感器

光電池

光生伏特效應指半導體材料P-N結受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。+++---PN應用光電傳感器在工業(yè)上的應用可歸納為輻射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式。

案例：光電鼠標就是利用LED與光敏晶體管組合來測量位移。

亮度傳感器：通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達到節(jié)約電能的目的。

相機測距反射式光電傳感器

3.12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三章、傳感器原理光纖流速傳感器3.12光纖傳感器

結構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）結構型光纖傳感器3.12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3.12光纖傳感器第三章、傳感器原理3.13傳感器選用原則

選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。1、靈敏度

一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。a)靈敏度過高引起的干擾問題；b)量程范圍。c)交叉靈敏度問題。2響應特性

傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件。實際上傳感器的響應總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時間越短越好。3線性范圍

任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。