電能量傳感器

關(guān)于電能量傳感器5.1

熱電偶

本節(jié)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:1.了解熱電偶的工作原理

2.了解熱電偶的分類及特點(diǎn)

3.掌握熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償?shù)?頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶

1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；

2、測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)-270

C，上限可達(dá)1800

C以上；

3、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。

熱電偶的優(yōu)點(diǎn)：第3頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB第4頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶一.熱電偶的工作原理熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的溫差電動(dòng)勢(shì)同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)（帕爾帖電勢(shì)）

eAB(T)、eAB(T0)

兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。++++----ABe接觸電勢(shì)的產(chǎn)生eAB(T)或eAB(T0)ABeAB(T)eAB(T0)第5頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶熱電偶的工作原理熱電偶回路中產(chǎn)生的總電動(dòng)勢(shì)EAB（T，T0）可寫成：

EAB(T,T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0)第6頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶EAB(T,T0)=eAB(T)—c=f(T)溫差電動(dòng)勢(shì)遠(yuǎn)小于接觸電勢(shì)，又T〉T0，所以

EAB(T,T0)的方向取決于eAB(T)的方向。自由電子密度大的為正極。EAB(T,T0)=eAB(T)—eAB(T0)=f(T)T0固定，則：第7頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶二.關(guān)于熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論1、若A、B材料相同，熱電勢(shì)為02、若T=T0，則熱電勢(shì)為04、中間溫度定律ABTT0中間溫度定律EAB（T，T0）=EAB（T，Tn)+EAB(Tn,T0)（4-6）AB=TTn+ABTT03、熱電偶AB的熱電勢(shì)與AB材料的中間溫度無關(guān)，只與接觸點(diǎn)溫度有關(guān)第8頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶二.關(guān)于熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論中間溫度定律為制定熱電偶分度表奠定了基礎(chǔ)。EAB（T，0°）=EAB（T，Tn)+EAB(Tn,0°)計(jì)算測(cè)量查表由EAB（T，0°）查表得T值。第9頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，測(cè)量端實(shí)際溫度為830℃用S型熱電偶測(cè)量某一溫度，若參比端溫度Tn=30℃，測(cè)得的熱電勢(shì)E(T,Tn)=7.5mV，求測(cè)量端實(shí)際溫度T。第10頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶二.關(guān)于熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論

在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi),接入第三種導(dǎo)體,只要第三種導(dǎo)體（導(dǎo)線）兩端溫度相同,則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響。5、中間導(dǎo)體定律BACT0T0T第11頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電勢(shì)之和。

EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0)

當(dāng)T=T0

時(shí),有

eBC(T0)+eCA(T0)=—eＡＢ(T0)

ＥＡＢＣ(T,T0)=eAB(T)—eAB(T0)=EAB(T,T0)證明（4-7）5.1

熱電偶第12頁,共90頁，2024年2月25日，星期天6、標(biāo)準(zhǔn)電極定律EAB（T，T0）=EAC（T，T0）+ECB（T，T0）標(biāo)準(zhǔn)電極C用純鉑絲制成?？珊?jiǎn)化熱電偶的選配工作。T0TACTBTCAB+=T0T0

標(biāo)準(zhǔn)電極定律示意圖5.1

熱電偶第13頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶第14頁,共90頁，2024年2月25日，星期天三.工業(yè)熱電偶5.1

熱電偶

八種國際通用熱電偶：

B:鉑銠30—鉑銠6R:鉑銠13—鉑

K:鎳鉻—鎳硅

N:鎳鉻硅—鎳硅

E:鎳鉻—銅鎳

J:鐵—銅鎳

T:銅—銅鎳

S:鉑銠10—鉑

用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲第15頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電勢(shì)

分度號(hào)名稱測(cè)量溫度范圍1000

C熱電勢(shì)/mVB鉑銠30－鉑銠650～1820

C4.834R鉑銠13—鉑-50～1768

C10.506S鉑銠10—鉑-50～1768

C9.587K鎳鉻－鎳鉻(鋁)-270～1370

C41.276E鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800

C——?5種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電勢(shì)各有什么特點(diǎn)？第16頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析

哪幾種熱電偶的測(cè)溫上限較高？結(jié)論：哪幾種熱電偶的線性較差？哪一種熱電偶的靈敏度較高？哪一種熱電偶的靈敏度較低？為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？第17頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1

熱電偶熱電偶的分度表

——熱電偶的線性較差，多數(shù)情況下采用查表法

我國從1991年開始采用國際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990年國際溫標(biāo)”（簡(jiǎn)稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的分度表，并且有相應(yīng)的線性化集成電路與之對(duì)應(yīng)。

直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系時(shí)的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0

C。第18頁,共90頁，2024年2月25日，星期天幾種冷端處理方法：1.補(bǔ)償導(dǎo)線法2.冷端溫度校正法3.冰浴法4.冷端補(bǔ)償電橋法四.熱電偶的冷端處理和補(bǔ)償5.1熱電偶第19頁,共90頁，2024年2月25日，星期天為何要對(duì)冷端進(jìn)行補(bǔ)償？只有T0恒定，熱電勢(shì)與溫度T成線性關(guān)系。

冷端溫度受環(huán)境影響變化，造成測(cè)量誤差。5.1熱電偶熱電偶輸出的電動(dòng)勢(shì)是兩結(jié)點(diǎn)溫度差的函數(shù)。Ｔ作為被測(cè)溫度端，T0作為參比溫度端（冷端）通常要求T0保持為0℃，但在實(shí)際中做到這一點(diǎn)很困難，于是產(chǎn)生了熱電偶冷端補(bǔ)償問題。第20頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1熱電偶采用與熱電偶熱電特性相同或相近的補(bǔ)償導(dǎo)線。1.補(bǔ)償導(dǎo)線法要求第21頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.1熱電偶

使用熱電偶專用連接器熱電偶插頭插孔補(bǔ)償線第22頁,共90頁，2024年2月25日，星期天2.冷端溫度校正法

實(shí)際使用中，熱電偶的冷端往往不是0℃，而是環(huán)境溫度Tn，這時(shí)測(cè)得的熱電勢(shì)值為中間溫度定律測(cè)出查熱電偶分度表，得到被測(cè)熱源的溫度T。分度表查出計(jì)算由5.1熱電偶第23頁,共90頁，2024年2月25日，星期天3.冰浴法（0℃恒溫法）

可直接從儀表中讀出熱電勢(shì)值，查分度表得出被測(cè)點(diǎn)的溫度值。冷端溫度處理冰點(diǎn)槽法5.1熱電偶由于冰融化較快，所以一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中第24頁,共90頁，2024年2月25日，星期天4.補(bǔ)償電橋法（冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法）補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓作為補(bǔ)償信號(hào),

來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶測(cè)量過程中冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。

補(bǔ)償電橋銅電阻與熱電偶參考端處在同一環(huán)境溫度。

室溫時(shí)電橋平衡

R1R3=R2RCu

此時(shí)UAB=05.1熱電偶第25頁,共90頁，2024年2月25日，星期天冷端補(bǔ)償電橋法5.1

熱電偶第26頁,共90頁，2024年2月25日，星期天UbaEAB(T,T0)EAB(T0+△T,T0)

冷端補(bǔ)償電橋法等效電路示意圖5.1

熱電偶第27頁,共90頁，2024年2月25日，星期天普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭第28頁,共90頁，2024年2月25日，星期天普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖接線盒引出線套管固定螺紋（出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）不銹鋼保護(hù)管第29頁,共90頁，2024年2月25日，星期天鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面第30頁,共90頁，2024年2月25日，星期天鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點(diǎn)。第31頁,共90頁，2024年2月25日，星期天隔爆型熱電偶外形厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線第32頁,共90頁，2024年2月25日，星期天隔爆型熱電偶

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機(jī)械強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進(jìn)行密封，因此，當(dāng)接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界環(huán)境的危險(xiǎn)氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆、隔爆效果。

使用場(chǎng)合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。第33頁,共90頁，2024年2月25日，星期天其他熱電偶外形小形K型熱電偶第34頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

定義利用電磁感應(yīng)原理(發(fā)電機(jī)原理）將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。變磁通的開磁路式或閉磁路的磁電式傳感器。恒磁通的動(dòng)圈式與動(dòng)鐵式磁電式傳感器。類型5.2磁電式傳感器第35頁,共90頁，2024年2月25日，星期天磁電式傳感器的工作原理

法拉第電磁感應(yīng)定律（發(fā)電機(jī)原理）：N匝線圈在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)或穿過線圈的磁通量變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與磁通Ф的變化率關(guān)系如下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線速度或角速度成正比。5.2磁電式傳感器第36頁,共90頁，2024年2月25日，星期天磁電式傳感器結(jié)構(gòu)圖5.2磁電式傳感器第37頁,共90頁，2024年2月25日，星期天加積分電路可測(cè)位移（振幅）；加微分電路可測(cè)加速度。RCCRU0eU0e圖(a)積分電路圖(b)微分電路5.2磁電式傳感器第38頁,共90頁，2024年2月25日，星期天磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)。氣隙不變，磁通不變。磁鐵與線圈之間相對(duì)切割磁力線運(yùn)動(dòng)。

一、恒磁通式磁電傳感器特點(diǎn)5.2磁電式傳感器第39頁,共90頁，2024年2月25日，星期天二、變磁通（磁阻式）磁電傳感器開磁路和閉磁路。結(jié)構(gòu)分類測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速。應(yīng)用（1）開磁路式磁電傳感器工作原理傳感器的線圈和磁鐵部分靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪（導(dǎo)磁材料制成）安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。5.2磁電式傳感器第40頁,共90頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒的凹凸引起磁阻的變化，使磁通變化，在線圈中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)，其頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積，即當(dāng)齒數(shù)Z已知，測(cè)得感應(yīng)電勢(shì)的頻率f就可以知道被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速n。

（r/min）（4-33）（4-34）5.2磁電式傳感器第41頁,共90頁，2024年2月25日，星期天開磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器1-轉(zhuǎn)軸2-軟鐵3-線圈4-齒輪5-永久磁鐵輸出電勢(shì)的頻率取決與磁通的變化頻率。5.2磁電式傳感器第42頁,共90頁，2024年2月25日，星期天(2)閉磁路式磁電傳感器工作原理磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器1-轉(zhuǎn)軸2-轉(zhuǎn)子3-永久磁鐵4-線圈5-定子5.2磁電式傳感器第43頁,共90頁，2024年2月25日，星期天測(cè)量時(shí)，當(dāng)定子與轉(zhuǎn)子齒凸凸相對(duì)時(shí)，氣隙最小，磁阻最小，磁通最大；當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子的齒凸凹相對(duì)時(shí)，氣隙最大，磁阻最大，磁通最小。磁阻周期性變化導(dǎo)致磁通周期性地變化，在線圈中感應(yīng)出近似正弦波的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，測(cè)得感應(yīng)電勢(shì)的頻率即可算出轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)子和定子的環(huán)形端部都均勻銑出等間距的一些齒和槽。要求工作原理（r/min）5.2磁電式傳感器第44頁,共90頁，2024年2月25日，星期天特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)力與電荷的轉(zhuǎn)換。5.3

壓電傳感器、超聲波發(fā)送器。單片機(jī)、鐘表晶體振蕩逆壓電效應(yīng)振動(dòng)交變電場(chǎng)超聲波接收器。防盜、引爆、聲控?zé)?、壓電效?yīng)電荷、電壓力??第45頁,共90頁，2024年2月25日，星期天一、壓電式傳感器的工作原理壓電效應(yīng)FE+x壓電效應(yīng)_y逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)原理示意圖5.3

壓電傳感器第46頁,共90頁，2024年2月25日，星期天1、石英晶體壓電效應(yīng)正六面體。

石英晶體各個(gè)方向的特性是不同的。在直角坐標(biāo)系中，它有三個(gè)軸。電軸（X軸）：穿過六棱柱的棱線，垂直于Z軸（光軸）。垂直于此軸面上的壓電效應(yīng)最強(qiáng)。(1)石英晶體的結(jié)構(gòu)機(jī)械軸（Y軸）：垂直于棱柱面。

5.3

壓電傳感器第47頁,共90頁，2024年2月25日，星期天在電場(chǎng)沿X向作用下，沿該軸方向的機(jī)械變形最大。光軸（Z軸）：垂直于XY。光線沿該軸通過石英晶體時(shí)，無折射，在此方向加外力，無壓電效應(yīng)現(xiàn)象。5.3

壓電傳感器第48頁,共90頁，2024年2月25日，星期天hlb5.3

壓電傳感器第49頁,共90頁，2024年2月25日，星期天(2)、力與電荷的關(guān)系當(dāng)在電軸方向施加作用力時(shí),在與電軸x垂直的平面上將產(chǎn)生電荷,其大小為

qx=d11fx

產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸無關(guān)?？v向壓電效應(yīng)。

沿機(jī)械軸y方向施加作用力fy,則仍在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qx,其大小為lblb5.3

壓電傳感器第50頁,共90頁，2024年2月25日，星期天式中:d12——y軸方向受力的壓電系數(shù),d12=－d11;

l、h——晶體切片長度和厚度。產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸有關(guān)。壓電效應(yīng)為橫向壓電效應(yīng)。5.3

壓電傳感器第51頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

電荷符號(hào)與受力方向的關(guān)系5.3

壓電傳感器第52頁,共90頁，2024年2月25日，星期天(3)壓電效應(yīng)的物理解釋石英晶體sio2，3個(gè)硅離子Si4+離子,6個(gè)氧離子O2-。兩兩成對(duì)。微觀分子結(jié)構(gòu)為一個(gè)正六邊形。（1）未受外力作用時(shí),正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上,形成三個(gè)互成120°夾角的電偶極矩P1、P2、P3。P1+P2+P3=0。正負(fù)電荷中心重合，晶體垂直X軸表面不產(chǎn)生電荷。呈中性。5.3

壓電傳感器第53頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.3

壓電傳感器第54頁,共90頁，2024年2月25日，星期天（2）受x軸方向的壓力作用時(shí),此時(shí)正負(fù)電荷重心不再重合,電偶極矩在x方向上的分量由于P1的減小和P2、P3的增加而不等于零,即（P1+P2+P3）>0。在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷,電偶極矩在y方向上的分量仍為零,不出現(xiàn)電荷。（3）受到沿y軸方向的壓力作用時(shí),P1增大,P2、P3

減小。在垂直于x軸正方向出現(xiàn)負(fù)電荷,在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。5.3

壓電傳感器第55頁,共90頁，2024年2月25日，星期天（4）沿z軸方向施加作用力,晶體在x方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同,所以正負(fù)電荷中心保持重合,電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸方向施加作用力,晶體不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力fx、fy的方向相反時(shí),電荷的極性也隨之改變。石英晶體的優(yōu)點(diǎn)：介電和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好。多用在校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)傳感器或精度很高的傳感器中。也用于鐘表及微機(jī)中的晶振(逆壓電效應(yīng))。5.3

壓電傳感器第56頁,共90頁，2024年2月25日，星期天2、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)

在無外電場(chǎng)作用時(shí),電疇在晶體中雜亂分布,它們的極化效應(yīng)被相互抵消,壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性,不具有壓電性質(zhì)。（1）未加電場(chǎng)晶粒內(nèi)自發(fā)極化方向一致的小區(qū)域稱之為電疇。顯微鏡觀察。5.3

壓電傳感器第57頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

壓電陶瓷的極化5.3

壓電傳感器第58頁,共90頁，2024年2月25日，星期天（2）加電場(chǎng)（極化處理）（20—30kV/cm的直流電場(chǎng)）電疇的極化方向轉(zhuǎn)向，基本與電場(chǎng)方向一致。

去掉外電場(chǎng)，材料具備壓電性能，陶瓷片對(duì)外不表現(xiàn)極性。陶瓷極化的兩端的束縛電荷與在陶瓷片的電極表面吸附一層外界的自由電荷方向相反，數(shù)值相等。5.3

壓電傳感器第59頁,共90頁，2024年2月25日，星期天二、壓電元件的等效電路及連接方式1、壓電元件的等效電路壓電元件兩電極之間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，構(gòu)成一個(gè)電容器，其電容量為壓電傳感器可等效成一個(gè)電壓源U和一個(gè)電容相串聯(lián)的電路，可等效成一個(gè)電荷源與一個(gè)電容相并聯(lián)的電路產(chǎn)生的電壓與電荷的關(guān)系為5.3

壓電傳感器第60頁,共90頁，2024年2月25日，星期天(a)電荷源(b)電壓源壓電傳感器等效電路5.3

壓電傳感器第61頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5.3

壓電傳感器第62頁,共90頁，2024年2月25日，星期天1、傳感器不宜測(cè)量靜態(tài)物理量，宜測(cè)高頻動(dòng)態(tài)量。使用時(shí)應(yīng)該注意的問題2、電纜不宜過長，否則，CC加大，使傳感器的電壓靈敏度下降。3、要使電壓靈敏度為常數(shù)，應(yīng)使壓電片與前置放大器的連接導(dǎo)線為定長，以保證CC不變。4、測(cè)量低頻信號(hào)，應(yīng)增大前置放大器的輸入電阻，使測(cè)量回路的時(shí)間常數(shù)增大，保證有較高的靈敏度。5.3

壓電傳感器第63頁,共90頁，2024年2月25日，星期天2、連接方式

并聯(lián)方式

輸出電荷大，時(shí)間常數(shù)大，適合測(cè)慢變信號(hào)，以電荷為輸出的場(chǎng)合。串聯(lián)方式

輸出電壓大，電容、時(shí)間常數(shù)小，適合以電壓為輸出，高輸入阻抗的場(chǎng)合。5.3

壓電傳感器第64頁,共90頁，2024年2月25日，星期天（a)并聯(lián)結(jié)構(gòu)

(b)串聯(lián)結(jié)構(gòu)

壓電元件的連接方式5.3

壓電傳感器第65頁,共90頁，2024年2月25日，星期天三、壓電式傳感器的應(yīng)用連接方式：采用并聯(lián)接法。1、壓電式加速度傳感器要求：為使壓電片電荷與力之間成線性關(guān)系，壓電片需有一定的預(yù)壓力，保證接觸面均勻接觸。（1）結(jié)構(gòu)（2）工作原理5.3

壓電傳感器第66頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

壓電式加速度傳感器工作原理框圖質(zhì)量塊m壓電元件d,k前置放大Au,Aq提高靈敏度的措施采用較大的壓電常數(shù)的材料。多片壓電片組合。5.3

壓電傳感器第67頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

檢測(cè)原理

檢測(cè)時(shí)傳感器用膠粘貼在玻璃上,然后通過電纜和報(bào)警電路相連。壓電傳感器把玻璃振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出。輸出電壓經(jīng)放大、帶通濾波、比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。帶通濾波使玻璃振動(dòng)頻率范圍內(nèi)的輸出電壓信號(hào)通過，其它頻段的信號(hào)濾除。2、壓電式玻璃破碎報(bào)警器5.3

壓電傳感器第68頁,共90頁，2024年2月25日，星期天比較器作用是當(dāng)傳感器輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí),輸出報(bào)警信號(hào),驅(qū)動(dòng)報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。如進(jìn)行聲光報(bào)警。放大帶通濾波執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較玻璃傳感器

壓電式玻璃破碎報(bào)警電路框圖5.3

壓電傳感器第69頁,共90頁，2024年2月25日，星期天一、工作原理（“光生伏特效應(yīng)”）光照射到大面積PN結(jié)的P區(qū)，當(dāng)光子能量大于P區(qū)半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí)，表面產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，由于濃度差，電子向N區(qū)擴(kuò)散，到達(dá)PN結(jié)，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，越過PN結(jié)到達(dá)N區(qū)，P區(qū)失去電子帶正電荷，N區(qū)得到電子帶負(fù)電荷。光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。5.4光電池第70頁,共90頁，2024年2月25日，星期天PN----＋－uAmV

光電池工作原理圖輸出電流輸出電壓5.4光電池第71頁,共90頁，2024年2月25日，星期天光電池外形光敏面5.4光電池第72頁,共90頁，2024年2月25日，星期天能提供較大電流的大面積光電池外形5.4光電池第73頁,共90頁，2024年2月25日，星期天其他光電池及在照度測(cè)量中的應(yīng)用柔光罩下面為圓形光電池5.4光電池第74頁,共90頁，2024年2月25日，星期天光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽能賽車太陽能電動(dòng)機(jī)模型太陽能硅光電池板5.4光電池第75頁,共90頁，2024年2月25日，星期天光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）太陽能發(fā)電5.4光電池第76頁,共90頁，2024年2月25日，星期天光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用5.4光電池第77頁,共90頁，2024年2月25日，星期天二、光電池的基本特性1）光譜特性在入射光照度一定時(shí)，光電元件的相對(duì)靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種材料只對(duì)一定波長范圍的人射光敏感，這就是光譜特性。硅光電池光譜特性使用時(shí)應(yīng)根據(jù)光源性質(zhì)選擇光電池5.4光電池第78頁,共90頁，2024年2月25日，星期天二、光電池的基本特性2）光照特性

短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強(qiáng)度成線性關(guān)系,光電池工作于短路電流狀態(tài)，可做檢測(cè)元件。

開路電壓（負(fù)載電阻RL無限大時(shí)）與光照度的關(guān)系是非線性的,

并且當(dāng)照度在2000lx時(shí)趨于飽和了。光電池工作于開路電壓狀態(tài)，可做開關(guān)元件。5.4光電池第79頁,共90頁，2024年2月25日，星期天硅光電池開路電壓和短路電流與光照的關(guān)系硅光電池在不同光照下光照特性5.4光電池第80頁,共90頁，2024年2月25日，星期天硅光電池頻率特性3）頻率特性表征光電器件的動(dòng)態(tài)性能，反映了交變光照下器件的輸出特性。5.4光電池第81頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

硅光電池溫度特性4）溫度特性

光電器件隨所處環(huán)境溫度的變化，其光電效應(yīng)的外在表現(xiàn)會(huì)發(fā)生變化。注意溫度補(bǔ)償問題5.4光電池第82頁,共90頁，2024年2月25日，星期天三、光電池的應(yīng)用自動(dòng)干手器原理圖1、光電池在自動(dòng)干手器中的應(yīng)用+12VJMJ112V2A901251KL39470uf4001～5.4光電池第83頁,共90頁，2024年2月25日，星期天

手放入干手器時(shí)，手遮住燈泡發(fā)出的光，光電池不受光照，晶體管基極正偏而導(dǎo)通，繼電器吸合。風(fēng)機(jī)和電熱絲通電，熱風(fēng)吹出烘手。手干抽出后，燈泡發(fā)出光直接照射到光電池上，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，使三極管基射極反偏而截止，繼電器釋放，從而切斷風(fēng)機(jī)和電熱絲的電源。光照度定義為單位面積上所接收的光的輻射能量。單位勒克斯。Lx(W/m2)5.4光電池第84頁,共90頁，2024年2月25日，星期天