3-3-1電量型-電壓輸出型

常用傳感器

傳感器定義、組成及分類

電參量型傳感器

電量型傳感器

光電式傳感器

光纖傳感器數(shù)字式傳感器2024/9/261電量型傳感器電量型傳感器是輸出為電量，即電壓、電流或電荷的傳感器的總稱。電量型傳感器有的屬于自源型，如熱電偶傳感器、壓電傳感器、光電池等；有的屬于帶激勵源型(輔助能源型，輔助能源可以是電源，也可以是磁源)，如磁電式、壓磁式、霍爾式傳感器，差動變壓器式傳感器、透射式電渦流傳感器等。以上兩種類型，由于其轉(zhuǎn)換元件起著能量轉(zhuǎn)換的作用，故有時又統(tǒng)稱為“能量轉(zhuǎn)換型”。2024/9/262電壓輸出型傳感器電荷輸出型傳感器電量型傳感器測量電路電量型傳感器2024/9/263電壓輸出型傳感器磁電式傳感器壓磁式傳感器霍爾式傳感器熱電偶傳感器被測量變化能引起傳感器輸出電壓值變化的傳感器稱為電壓輸出型傳感器。傳感器的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件合二為一，輸出信號是直接的電壓信號，其后續(xù)測量電路只要將信號進行解調(diào)(如輸出為調(diào)制波)、放大就可以進行顯示。2024/9/264磁電式傳感器(MagnetoelectricSensor)利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運動速度、加速度變換成感應(yīng)電勢輸出的傳感器，又稱為電動式傳感器，或磁電感應(yīng)式傳感器。磁電式傳感器具有“雙向轉(zhuǎn)換”性質(zhì)，能實現(xiàn)機—電的雙向能量轉(zhuǎn)換，使得它可以作為力驅(qū)動器、位移發(fā)生器和低頻振動源。磁電式傳感器2024/9/265基本原理：電磁感應(yīng)：因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關(guān)。分類：動鐵式動圈式磁電式恒磁通式變磁通式（變磁阻式）線速度型角速度型磁電式傳感器2024/9/266恒磁通式磁電傳感器在恒磁通式結(jié)構(gòu)中，工作氣隙的磁通恒定，感應(yīng)電動勢是由于永久磁鐵與線圈之間的相對運動—線圈切割磁力線而產(chǎn)生的。分類：動鐵式動圈式恒磁通式線速度型角速度型磁電式傳感器2024/9/267變磁通式磁電傳感器磁路磁阻變化引起磁通變化，而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因此又稱為變磁阻式磁電傳感器。 如圖（a）所示為測量旋轉(zhuǎn)角速度的旋轉(zhuǎn)式變磁通式結(jié)構(gòu)，則可得兩磁軛2上相互串聯(lián)的兩個線圈中的感應(yīng)電勢e為：

磁電式傳感器如圖（b）所示為測量振動的平移型變磁通式結(jié)構(gòu)。2024/9/268變磁通式磁電傳感器磁電傳感器的應(yīng)用特點：被測對象：動態(tài)被測量，如速度，加速度、振動等。輸出信號：電壓信號輸出，且輸出功率大，故配用電路較簡單。零位及性能穩(wěn)定。具有雙向轉(zhuǎn)換功能，可構(gòu)成力（矩）發(fā)生器和電磁激振器。磁電式傳感器2024/9/269壓磁式傳感器(PiezomagneticSensor)又稱磁彈性式傳感器，是利用鐵磁材料的磁彈性效應(yīng)工作的傳感器。壓磁效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)壓磁效應(yīng)：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械應(yīng)力，從而引起磁導(dǎo)率的改變，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應(yīng)”。磁致伸縮效應(yīng)：某些鐵磁物質(zhì)在磁場中磁化時，在磁場方向會伸長或縮短，這種現(xiàn)象稱為“磁致伸縮效應(yīng)”。鐵磁材料的相對磁導(dǎo)率μ變化與應(yīng)力σ之間的關(guān)系為：壓磁式傳感器2024/9/2610壓磁式傳感器的工作原理壓磁式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，通過測量線圈的感應(yīng)電動勢的大小來實現(xiàn)被測量的測量。壓磁式測力傳感器的壓磁元件由具有正磁致伸縮效應(yīng)的硅鋼片粘疊而成。兩組線圈互相垂直繞于壓磁元件。一組接入交流激勵電流；另一組接輸出。當壓磁元件感受應(yīng)力，自身的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，使激勵線圈周圍的磁力線發(fā)生畸變，致使其與感應(yīng)線圈交鏈，因此在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。壓磁式傳感器2024/9/2611壓磁式傳感器的工作原理磁致伸縮效應(yīng)的應(yīng)用：利用材料的磁致伸縮效應(yīng)可制成磁致伸縮執(zhí)行器。

磁致伸縮執(zhí)行器的基本工作原理是，通過改變磁場的大小使磁致伸縮材料產(chǎn)生應(yīng)變，從而產(chǎn)生力或位移。磁致伸縮執(zhí)行器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和軍事各行業(yè)，如超聲波發(fā)生器、聲換能器、微位移執(zhí)行器，還可制成新型直線步進電機等。壓磁式傳感器2024/9/2612霍爾式傳感器(HallSensor)是基于霍爾效應(yīng)原理而將被測量，如電流、磁場、位移、壓力、壓差、轉(zhuǎn)速等轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。

霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，當有電流I流過時，只要電流方向不與磁場方向重合，則在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH。

霍爾電勢產(chǎn)生的實質(zhì)：

運動電荷受到磁場中洛倫茲力的作用，是洛倫茲力和電場力綜合作用的結(jié)果?；魻柺絺鞲衅鱂LFE----++++-2024/9/2613霍爾效應(yīng)霍爾電勢：霍爾式傳感器2024/9/2614霍爾元件結(jié)構(gòu)：霍爾元件的結(jié)構(gòu)如圖所示，由具有霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體薄片、電極引線及殼體組成。abcdBiiiUH圖3.49

霍爾元件用來制造霍爾元件的半導(dǎo)體片，幾何形狀對輸出的霍爾電勢也有一定的影響。l/b0.51.01.52.02.53.04.0f(l/b)0.3700.6750.8410.9230.9670.9840.996霍爾式傳感器2024/9/2615不等位電勢和溫度誤差的補償不等位電勢及其補償不等位電勢：當磁感應(yīng)強度為零時，元件通以額定激勵電流時，霍爾電極間的空載電勢稱為不等位電勢，或者叫零位電勢。產(chǎn)生原因：由于制造工藝不可能保證將兩個霍爾輸出電極對稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點不能完全位于同一等位面上?；魻柺絺鞲衅髌浯?，材料不均勻或者工藝不良等原因?qū)Σ坏任浑妱菀灿幸欢ㄓ绊?。此外，因控制電極接觸不良造成控制電流不均勻分布也造成不等位電勢輸出。補償方法：電橋補償方法。2024/9/2616不等位電勢和溫度誤差的補償溫度誤差及其補償霍爾電勢、輸入電阻、輸出電阻也都是溫度的函數(shù)，從而在使用中產(chǎn)生溫度誤差。

補償方法：采用溫度系數(shù)小的元件；根據(jù)精度要求進行溫度誤差補償——電橋補償法霍爾式傳感器2024/9/2617霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器是以霍爾元件為核心構(gòu)成的一種磁敏傳感器，它是基于測量霍爾電勢UH=(RH/d)IBsina進行工作的。參數(shù)—電流I、磁場B、角度a中兩個保持不變，只要被測量能夠引起另一個參數(shù)變化就能使霍爾電勢發(fā)生變化，通過測量霍爾電勢的大小即可測得被測量大小。

I不變，VH正比于B：測量交、直流磁感應(yīng)強度、磁場強度等，及可以轉(zhuǎn)化為磁感應(yīng)強度B的物理量，如位移、角度、轉(zhuǎn)速和加速度等。B不變，VH正比于I：測量交、直流電流、電壓等參數(shù)，及可以轉(zhuǎn)換為電流變化的物理量。測可以轉(zhuǎn)換為乘法的物理量（如功率）。霍爾式傳感器2024/9/2618霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器應(yīng)用示例：霍爾式位移傳感器霍爾轉(zhuǎn)速計霍爾式傳感器2024/9/2619熱電偶傳感器(Thermocouple)是熱電式傳感器的一種，其變換是基于金屬的熱電效應(yīng)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢變化的傳感器。熱電效應(yīng)熱電偶傳感器熱電效應(yīng)：將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A、B組成閉合回路，如果兩結(jié)點的溫度T和T0不同，則在回路中有電勢產(chǎn)生，形成一定大小的電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝爾效應(yīng)。相應(yīng)的電勢稱為熱電勢，產(chǎn)生的電流稱為熱電流。2024/9/2620

熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢由兩部分組成：接觸電勢（珀爾帖電勢）和溫差電勢（湯姆遜電勢）。接觸電勢：當兩種不同金屬接觸時，在接觸處形成的電勢，稱為接觸電勢。熱電偶傳感器2024/9/2621

熱電效應(yīng)溫差電勢：對于單一金屬，如果兩端的溫度不同，則溫度高端的自由電子向低端遷移，使單一金屬兩端產(chǎn)生不同的電位，形成電勢，稱為溫差電勢。熱電偶傳感器2024/9/2622

熱電效應(yīng)回路熱電勢：熱電偶傳感器2024/9/2623

熱電效應(yīng)結(jié)論：如果熱電偶兩電極材料相同，即NA=NB，δA=δB

但閉合回路的總熱電勢仍為零。因此，熱電偶必須用兩種不同材料作電極。如果熱電偶兩電極材料不同，而熱電偶兩端的溫度相同，即T=T0，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢。即熱電偶兩接點溫度不同時，才有熱電勢輸出。必須形成閉合回路才有熱電勢產(chǎn)生。熱電偶傳感器2024/9/2624工作定律：中間導(dǎo)體定律、連接導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標準電極定律。熱電偶傳感器中間導(dǎo)體定律：導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，當引入第三導(dǎo)體時，只要保持其兩端溫度相同，則對回路總熱電勢無影響，這就是中間導(dǎo)體定律。應(yīng)用：將第三導(dǎo)體換成毫伏表，只要保證兩個節(jié)點溫度一致，就可以完成熱電勢的測量而不影響熱電偶的輸出。2024/9/2625工作定律熱電偶傳感器連接導(dǎo)體定律：應(yīng)用：連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運用補償導(dǎo)線進行溫度測量的理論基礎(chǔ)