常用傳感器原理及應(yīng)用(已修改)
2025-05-31 03:11 本頁(yè)面
【正文】 寧波大學(xué)信息學(xué)院 常用傳感器原理及應(yīng)用 一、溫度傳感器 二、光電傳感器 三、霍爾傳感器 四、超聲波傳感器 寧波大學(xué)信息學(xué)院 一、溫度傳感器 熱電阻傳感器 ＰＮ結(jié)溫度傳感器 集成溫度傳感器 寧波大學(xué)信息學(xué)院 熱電阻傳感器 ? 幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨本身溫度的變化而變化 熱電阻效應(yīng) 。 ? 根據(jù)電阻和溫度之間的函數(shù)關(guān)系，可以將溫度變化量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電參量，從而實(shí)現(xiàn)溫度的電測(cè)量。 ? 利用這一原理制成的溫度敏感元件稱為 熱電阻 。 ? 熱電阻材料可分為 金屬熱電阻 和 半導(dǎo)體熱電阻 。 RTD以 0℃ 阻值作為標(biāo)稱值。 如： Pt100 寧波大學(xué)信息學(xué)院 （ 1）鉑電阻 鉑電阻與溫度變化之間的關(guān)系為 當(dāng) 0t660℃ 時(shí)， Rt=R0（ 1+At+Bt2） 當(dāng) 190℃t0℃ 時(shí)， Rt=R0[1+At+Bt2+C(t100)t3] R0， Rt— 分別為 0℃ 和 t℃ 的電阻值 A= 103/℃ B= 107/℃ 2 C= 1012/℃ 4 寧波大學(xué)信息學(xué)院 銅電阻輸出阻值與溫度之間的關(guān)系為 0℃ 100℃ ， Rt=R0（ 1+αt） R0， Rt— 分別為 0℃ 和 t℃ 的電阻值 α— 銅電阻溫度系數(shù)（ 103 103/℃ ) R0分別為 5０ Ω和１００ Ω。 （ 2）銅電阻 寧波大學(xué)信息學(xué)院 半導(dǎo)體熱敏電阻是利用某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化的特性。 按物理特性，可分為三類： （１）負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻（ＮＴＣ）多用于溫度測(cè)量和補(bǔ)償； （２）正溫度系數(shù)的熱敏電阻（ＰＴＣ）用于恒溫、加熱控制或溫度開(kāi)關(guān)； （３）臨界溫度系數(shù)的熱敏電阻（ＣＴＲ）用于溫度開(kāi)關(guān)。 （ 3） 半導(dǎo)體熱敏電阻 寧波大學(xué)信息學(xué)院 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻廣泛應(yīng)用。它是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，一般測(cè)量－１００ ~＋３００ ℃ 范圍內(nèi)的溫度。 011()0B TTR R e ?? Rt 寧波大學(xué)信息學(xué)院 ＰＮ 結(jié)溫度傳感器 半導(dǎo)體ＰＮ結(jié)溫度傳感器是利用晶體二極管或三極管ＰＮ結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的原理工作的。 具有較好的線性度、尺寸小、響應(yīng)快、靈敏度高，測(cè)溫范圍為－５０－－１５０ ℃ 。 寧波大學(xué)信息學(xué)院 半導(dǎo)體ＰＮ結(jié)特性測(cè)溫原理 ＰＮ結(jié)的反向電流隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化，硅二極管的電流方程為 寧波大學(xué)信息學(xué)院 二極管溫度傳感器 i u o T0 T1 T2 ~2mV/K 1N4148/15mA 當(dāng)正向電流一定時(shí) ,二極管的正向電壓與被測(cè)溫度Ｔ成線性關(guān)系； 在一定的電流下，其正向電壓隨溫度的升高而降低，故呈負(fù)溫度系數(shù) ． 寧波大學(xué)信息學(xué)院 集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是以晶體管作為感溫元件，并將溫敏晶體管及輔助電路集成在同一芯片上。單個(gè)晶體管基極 — 發(fā)射極之間的電壓在恒定集電極電流的條件下，可以認(rèn)為與溫度呈單值線性關(guān)系。 集成溫度傳感器的輸出形式有電壓型電流型。電壓型的靈敏度為 10mV/℃ ，電流型的靈敏度為 1μ A/K。 寧波大學(xué)信息學(xué)院 AD590 （電流型） AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： 流過(guò)器件的電流（ ?A）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度度數(shù) μ A /KIT? AD590的測(cè)溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。 AD590的電源電壓范圍為 4V～ 30V。 AD590可以承受 44V正向電壓和 20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 輸出電阻為 710M?。 精度高。有 I、 J、 K、 L、 M五檔， M檔精度最高，誤差為177。 ℃ 。 寧波大學(xué)信息學(xué)院 寧波大學(xué)信息學(xué)院 寧波大學(xué)信息學(xué)院 二、光電傳感器 （ 1） 光譜 光波 ： 波長(zhǎng)為 10— 106nm的電磁波 可見(jiàn)光 ： 波長(zhǎng) 380— 780nm 紫外線 ： 波長(zhǎng) 10— 380nm， 波長(zhǎng) 300— 380nm稱為近紫外線 波長(zhǎng) 200— 300nm稱為遠(yuǎn)紫外線 波長(zhǎng) 10— 200nm稱為極遠(yuǎn)紫外線， 紅外線 ： 波長(zhǎng) 780— 106nm 波長(zhǎng) 3μm（即 3000nm）以下的稱近紅外線 波長(zhǎng)超過(guò) 3μm 的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線。 概述 寧波大學(xué)信息學(xué)院 光譜分布如圖所示 顏 色 紫 藍(lán) 青 綠 黃 橙 紅 波長(zhǎng)（ nm） 430～ 380 450～ 430 500～ 450 570～ 500 600～ 570 630～ 600 780～ 630 寧波大學(xué)信息學(xué)院 光電效應(yīng) 是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng) 和 內(nèi)光電效應(yīng) 兩大類。 外光電效應(yīng) 在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象 稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。 （ 2）光電效應(yīng) 寧波大學(xué)信息學(xué)院 當(dāng)光照射在物體上，使物體的 電阻率 ρ發(fā)生變化，或產(chǎn)生 光生電動(dòng)勢(shì) 的現(xiàn)象叫做 內(nèi)光電效應(yīng) ，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為 光電導(dǎo)效應(yīng) 和 光生伏特效應(yīng) 兩類： A. 光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有 光敏電阻 。 內(nèi)光電效應(yīng) 寧波大學(xué)信息學(xué)院 過(guò)程： 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí) ， 價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊 ， 并使其由價(jià)帶越過(guò)禁帶躍入導(dǎo)帶 ， 如圖 ， 使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加 ， 從
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