【正文】 壓電式傳感器 是一種 可逆型換能器 ，既可以將機械能轉(zhuǎn)換為電能，又可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能。如右圖所示。華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 第三章 常用傳感器與敏感元件 第四節(jié) 磁電、壓電與熱電式傳感器 一、磁電式傳感器 變換原理 : 把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應電動勢的一種傳感器，又稱 電磁感應式 或 電動力式 傳感器。 e I B Le v?感應電動勢： 式中： v — 與 外磁場 B垂直的速度 L — 切割磁力線的 導線長度 G v B 磁電式傳感器 — 動圈式 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 sine N B l v ?? 在永久磁鐵產(chǎn)生的恒定磁場內(nèi)，放置一個可動線圈，當線圈在磁場中作 直線運動 時，它所產(chǎn)生的感應電動勢 線圈匝數(shù) 線圈與磁場的相對運動速度 磁場的磁感應強度 單匝線圈有效長度 線圈運動方向與磁場方向的夾角 上式表明，當 N、 B、 l 均為常數(shù)時，感應電動勢大小與線圈運動的線速度成正比 — 慣性式磁電速度計的 工作原理 當線圈運動方向與磁場方向的夾角為 90176。這種性能使它被廣泛用于壓力、應力、加速度測量，也被用于超聲波發(fā)射與接收裝置。沿相對兩棱加力時，則產(chǎn)生 切向效應 ?，F(xiàn)在的壓電元件多數(shù)采用壓電陶瓷。 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 壓電傳感器是一個具有一定電容的電荷源，其開路電壓 u0 與電荷 q、傳感器電容 Ca 存在下列關(guān)系 a0uq C? 當傳感器接入測量電路， 連接電纜的寄生電容就形成 傳感器的并聯(lián)寄生電容 C， 后續(xù)電路的輸入阻抗和傳感 器中的漏電阻就形成泄露電阻 R0，為了防止漏電阻造成電荷損失，通常要求 R0 1011 W，因此傳感器可近似視為開路。 ① 使用 電壓放大器 時，放大器的輸入電壓如式 (338)所表達。 壓電效應是力 — 電荷變換，可直接用作測力。此種傳感器的壓電片處于其殼體和一質(zhì)量塊之間，用強彈簧 (或預緊螺栓 )將質(zhì)量塊、壓電片緊壓在殼體上。 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 壓電式傳感器內(nèi)阻很高，產(chǎn)生的電荷量很小，易受傳輸電纜雜散電容的影響，必須采用前面已談到的阻抗變換器或電荷放大器。使用時，應該選用橫向靈敏度小的傳感器。 ?溫差電動勢 ： 在同一 導體的兩端因其溫度 不同而產(chǎn)生的一種 熱電動勢。 00( ) lnAABBkT NETeN?接觸電動勢 熱電偶傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 ()ABET0( , )AE T T0( , )BE T T0()ABET當熱電偶材料一定時，熱電偶的總熱電動勢為 0 00 0( , ) ( , )) ), )( ((A B AAB B BAE T T E TE T E TET TT ? ? ? ?0() ()fT fT?? 如果使冷端溫度 T0固定，則對熱電偶材料一定時，熱電偶的總熱電動勢就只與溫度成單值函數(shù)關(guān)系 0(, ) )()(AB fE T T C TT ?? ? ?由固定溫度 T0決定的常數(shù) 簡化為 → 熱電偶傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 熱電偶測溫基本定律及特點 1)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 —— 均質(zhì)導體定律 T T0 2)若熱電偶 兩接點的溫度相同 ，則盡管兩種導體 A、B的材料不同，熱電偶回路中的 總熱電動勢為零 。例如： ① 測量范圍很廣 ，可以在 200 ℃ 到 2022℃ 范圍 內(nèi)使用。 熱電偶傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 熱電偶傳感器 產(chǎn)品 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 熱電偶傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 2. 熱電阻傳感器 利用導體或半導體的 電阻隨溫度變化 這一性質(zhì)做成的傳感器稱為熱電阻傳感器，主要對溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)測定。 ⑴ 鉑電阻 20 ( 1 )tR R A t B t? ? ?溫度為 t 186。 熱電 阻 傳感器 鉑電阻體是用很細的鉑絲繞在云母、石英或陶瓷支架上做成的。C 時，銅容易氧化，因此它只能在低溫和沒有浸蝕性介質(zhì)中工作。 3)碳電阻 在 低溫下靈敏度高、熱容量小 ，適合作液氦溫閾的溫度計。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。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。 其缺點是熱穩(wěn)定性較差。 熱電 阻 傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 ⑶ 其他熱電阻 近年來，伴隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，一些新型熱電阻得到應用。 華中科技大學機械學院 測試技術(shù)與信號處理 ⑵ 銅電阻 鉑是貴重金屬，在一些測量精度要求不高且溫度范圍較低的場合，一般采用銅電阻，其測量范圍為 50~150 186。C 2 溫度為 0 186。 熱電 阻 傳感器 大多數(shù)金屬在溫度升高 1 ?C 時電阻將增加 ％～ ％。如用