【正文】 點溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應。 蘭州理工大學機電工程學院 復習 壓電傳感器 正壓電效應： 某些物質(zhì)沿某一方向受力時，會產(chǎn)生變形，同時內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在這種材料的兩個表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉時候，又重新恢復不帶電的狀態(tài)。 mV 熱電極是勻質(zhì)導體時，不論其溫度如何分布，總有 E(T,T0)＝ 0 若 E≠0，說明熱電極是非勻質(zhì)導體，這著 衡量熱電偶質(zhì)量的一種方法。 注意： 分度表是以參比端溫度為 攝氏零度 制定的。用貴金屬時直徑很細 ,為,用廉價金屬時 ,其直徑通常為 偶的長度可根據(jù)實際需要來決定。 接線盒： 主要 作用是防止灰塵和水 ,氣的侵入 ,便于熱電偶與補償導線或?qū)Ь€連接 。 蘭州理工大學機電工程學院 磁電、壓電、熱電傳感器 熱電傳感器 熱電阻 蘭州理工大學機電工程學院 熱電式傳感器 三、熱電阻 隨著溫度的變化，導體或半導體的電阻會發(fā)生變化，溫度和電阻間具有單一的函數(shù)關(guān)系，利用這一關(guān)系來測量溫度的方法即為熱電阻測溫原理。還作為標準和基準電阻溫度計，廣泛應用于溫度基準、標準的傳遞。 缺點： 易于氧化，一般只用于 150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。 蘭州理工大學機電工程學院 熱電式傳感器 三、熱電阻 半導體熱電阻 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(jié)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。 光 以光速運動的粒子流。 愛因斯坦則是因為研究外光電效應現(xiàn)象并從理論上對其做出了正確的量子解釋而獲得了諾貝爾物理學獎。 暗電阻與亮電阻 暗電阻 在室溫且全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻。 伏安特性： 一定光照條件下，光敏電阻兩端施加的電壓與電流之間的關(guān)系。 二、光電元件：真空光電管、光電倍增管、光敏電阻和光電池。 光纖傳感器 第 3章 常用傳感器和敏感元件 一、概述 蘭州理工大學機電工程學院 光纖傳感器 第 3章 常用傳感器和敏感元件 一、概述 光纖導光原理 ： 當光線有光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，當折射角大于 90度時，光線會產(chǎn)生全反射，不進入光疏介質(zhì)。 信號處理 光受信器 光纖敏感元件 光發(fā)送器 按照 光受被測對象的調(diào)制形式 可分為 強度調(diào)制型、偏振調(diào)制型、頻率調(diào)制型、相位調(diào)制型。圖 (b)所示為光纖在點壓力作用下，引起光纖局部變形，使光纖由于折射率不連續(xù)變化導致傳播光散亂而增加損耗，從而引起光振幅變化。 蘭州理工大學機電工程學院 光纖傳感器 第 3章 常用傳感器和敏感元件 三、光纖傳感器應用 光纖流速傳感器： 光纖流速傳感器由多模光纖、光源、銅管、光電二極管及測量電路所組成。當測頭接觸液面時，由于液體折射率與空氣不同，全內(nèi)反射被破壞，將有部分光線透入液體內(nèi)，使返回到光電二極管的光強變?nèi)酰环祷毓鈴娛且后w折射率的線性函數(shù)。 頻帶寬、動態(tài)范圍大，對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，精度高。 磁敏元件傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 鐵磁材料裂紋檢測 N S 磁敏元件傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 葉片和齒輪位置傳感器 應用 磁敏元件傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 案例： 汽車速度測量 : 磁敏元件傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 案例：轉(zhuǎn)速測量 磁敏元件傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 2 磁電阻元件 ?特點 ? 電阻的增量與磁場的平方成正比； ? 與磁場的正負無關(guān)； ? 溫度系數(shù)影響大； ? 磁感應的范圍比霍爾元件大。 煙霧報警器 酒精傳感器 二氧化碳傳感器 氣敏傳感器是利用氣敏半導體材料，如氧化錫、氧化錳。 ? (3) 可靠性高 ,為修簡便 。 三、光電傳感器應用：模擬光電傳感器，數(shù)字碼盤。 因此得到結(jié)論：太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 嵌入式計算機 智能 傾角 RS232傳感器 IC總線數(shù)字溫度傳感器 智能傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 振動網(wǎng)絡傳感器 智能壓力網(wǎng)絡傳感器 智能傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 GSM/SMS 智能傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 紅外測試系統(tǒng) 蘭州理工大學機電工程學院 紅外測試系統(tǒng) 第 3章 常用傳感器和敏感元件 紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學家霍胥爾于 1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射 ,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應。 (3) 主軸徑向跳動測量 . CCD固態(tài)圖象傳感器 條形碼掃描器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 復習 光電傳感器 一、光電測量原理：外光電效應、內(nèi)光電效應和光生伏達效應。 CCD固態(tài)圖象傳感器 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 ? 特點 : ? (1) 非接觸檢測 。 如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達 ～ ml/L時，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，中毒死亡。 1 霍爾元件 半導體傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 半導體傳感器 磁敏元件傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示。 上式表明，多普勒頻率△ f與被測物體運動速度 ν 成比例變化關(guān)系，從頻率分檢器中測得△ f后，即可得到物體的運動速度。它的結(jié)構(gòu)特點是，在光纖測頭端有一個圓錐體反射器。 此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實現(xiàn)，成本低，但靈敏度也較低，應用于對靈敏度要求不太高的場合。 蘭州理工大學機電工程學院 光纖傳感器 第 3章 常用傳感器和敏感元件 二、光纖分類 物性型光纖傳感器 右圖所示為施加均衡壓力和施加點壓力的兩種光纖壓力傳感器形式。 蘭州理工大學機電工程學院 光纖傳感器 第 3章 常用傳感器和敏感元件 二、光纖分類 按照 光的作用分類 可分為物性型（功能型）光纖傳感器和結(jié)構(gòu)型（非功能型）光纖傳感器。 光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列優(yōu)點，如不受電磁干擾 , 體積小 , 重量輕 , 可撓曲 , 靈敏度高 , 耐腐蝕 ,電絕緣、 防爆性好 , 易與微機連接 , 便于遙測等。 以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件 。 蘭州理工大學機電工程學院 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 二、光電元件：光敏電阻 內(nèi)光電效應光電元件 光照特性： 光敏電阻光通量與光電流之間的關(guān)系曲線。 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 一、光電測量原理 蘭州理工大學機電工程學院 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 二、光電元件 真空光電管： 光電倍增管： 外光電效應光電元件 紫外線光電管 蘭州理工大學機電工程學院 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 二、光電元件 。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應。 蘭州理工大學機電工程學院 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 一、光電測量原理 ?在愛因斯坦之前 M結(jié)構(gòu)簡單、機械性能好。 蘭州理工大學機電工程學院 熱電式傳感器 三、熱電阻 金屬熱電阻 ⑵ 銅熱電阻 測量精度要求不高且溫度較低的場合，測量范圍一般為―50 ～ 150℃ ，可靠性差。使用最廣泛的金屬熱電阻材料是鉑和銅。根據(jù)公式： 修正公式 冷端 t0的熱電勢 測量得出的熱電勢 被測溫度 t 的熱電勢 測量得出的熱電勢 蘭州理工大學機電工程學院 熱電式傳感器 二、熱電偶 熱電偶的冷端補償：硬件電路補償法 通常利用下圖所示的直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值。對保護套管材料的要求是 耐腐蝕 ,不滲透氣體 ,不與氧化性和還原性氣體發(fā)生化學反應 ,耐酸堿腐蝕 ,熱慣性小 ,能承受溫度劇變 ,價格低 。質(zhì)脆 鎳鉬系 Ni NiMo18 0～ 1280 / 可用于還原性氣氛，熱電動勢大 鈀鉑系 Pd、 Pt及 Au合金 Au、 Pd合金 0～ 1100 1300 耐磨性能強，熱電動勢的大小基本上與 K型相同 鎳鉻、 金鐵 以 NiCr為主的合金 含 %Fe的合金 0～ 300K / 20K以下熱電動勢比較大，熱電動勢的線性好 銀金、 金鐵 含 Au為 % 的合金 含 %Fe的 AuFe合金 1～ 40K / 熱電動勢小，受磁場影響 蘭州理工大學機電工程學院 熱電式傳感器 二、熱電偶 熱電偶的結(jié)構(gòu) 為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護套管也是必不可少的?？捎帽砀穹绞矫枋鲈摵瘮?shù)關(guān)系。 如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導體 ， 當熱電偶的偶絲溫度分布不同時 ， 則熱電偶將產(chǎn)生附加電勢將會造成測量誤差 。 T T0 V 熱電式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 5)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： A B T T0 = A C T T0 + C B T T0 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 。它是一種固體膨脹溫度計，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機械量變化。 電容式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 電容式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 3 測量電路 a)電橋電路 電容式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 b) 諧振電路 LCfπ210 ? 電容式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 c) 運算放大器電路 電容式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 復習 ??? AC 0? 電阻、電容、電感傳感器 ?變阻器式傳感器 金屬應變片 半導體應變片（靈敏度） AlρR ??電阻 電容 ?變極距型 變面積型 變介質(zhì)型 蘭州理工大學機電工程學院 電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。 電阻式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 電阻應變式傳感器的應用：測力 電阻式傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 案例： 橋梁固有頻率測量 蘭州理工大學機電工程學院 案例： 電子稱 原理 將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。 3）靈敏系數(shù)：表示應變計變換性能的重要參數(shù)。 缺點：分辨率低，噪聲大。 ?Rx電刷電阻 。 ③ 彈性元件的蠕變，彈性后效現(xiàn)象會影響輸入、輸 出的關(guān)系。 借助于傳感器人們可以去探索那些無法用感官直接測量的事物，從微觀世界到宏觀世界、太空探索，從人體（ CT)到自然界 (海水深度、海底探測）都離不開傳感器。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。 蘭州理工大學機電工程學院 ① 傳感器是人類感官的延伸 a．視覺與光傳感器； b．聽覺與聲壓傳感器 。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。 4．特點： 第 3章 常用傳感器和敏感元件 蘭州理工大學機電工程學院 電阻、電容、電感傳感器 蘭州理工大學機電工程學院 電阻式傳感器 ? 電阻式傳感器 是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器 , ? 按工作的原理可分為 :變阻器式、電阻應變式、熱敏式、光敏式、電敏式 . ?1 變阻器式傳感器 電阻、電容與電感式傳感器 AlρR ??基本原理：將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。 2) 分辨率 。體積小 。同一電橋中各應變片之間阻值 相差不得大于 . ：貼片處置用細紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止