【正文】 氣敏傳感器應(yīng)用應(yīng)例 ? 天然氣報警器 RRC 0? 熱敏電阻傳感器 ? 用半導(dǎo)體熱敏電阻制成的傳感器 ? 半導(dǎo)體熱敏電阻：一種由錳、鎳、銅、鈷、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體 ? 具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降 ?????? ??0110TTeRR ? 濕敏傳感器 ? 濕敏元件： 電阻式、電容式兩大類 ? 濕敏電阻： 在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化 ? 濕敏電容： 用高分子薄膜電容制成的，當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比 常用材料 ：聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。 2) 壓磁式鉆孔應(yīng)力計 ? 在巖體孔徑變形預(yù)應(yīng)力法中， ? 鉆孔應(yīng)力計 — 壓磁式傳感器 ? 磁芯 勵磁線圈 測量線圈和框架，磁芯工字形 2. 10 新型傳感器簡介 ? 霍爾傳感器 ? 光電式傳感器 ? 光纖傳感器 ? 半導(dǎo)體氣敏傳感器 ? 熱敏電阻傳感器 ? 濕敏傳感器 ? 智能化傳感器 ? 它不僅用于檢測外界的信息 ? 同時還具有識別功能 ? IC技術(shù)的不斷開發(fā)，與信息處理器一體化的傳感器正在逐漸增多。常用于機(jī)械、冶金、礦山、運(yùn)輸?shù)炔块T測力、測扭矩和稱重。壓力 F值越大，電動勢 E值也越大 ? 根據(jù)上述原理和 E與 F的標(biāo)定關(guān)系，能則成壓磁式傳感器。使部分磁力線繞過 Ⅱ 區(qū)而閉合。當(dāng)壓電傳感器受振動后，慣性體對壓電晶體片施加一個可變的慣性力，該慣性力與加速度正比 ? 如需測速度或位移，加上一次或二次積分電路即可 ? 常用的壓電晶體式加速度傳感器的構(gòu)造如圖 壓電式加速度傳感器實(shí)物照片 加速度計 1) 壓電加速度傳感器工作原理圖 ? 兩片壓電晶體片 (串聯(lián) ) 、慣性體、彈簧組成 當(dāng)壓電傳感器受振動后，慣性體對壓電晶體片施加一個可變的慣性力，該慣性力與加速度正比 測量到晶體片產(chǎn)生的電勢大小也就測量到加速度 ? 如需測速度或位移，加上一次或二次積分電路即可 2) 壓電式壓力傳感器 常用的壓電式壓力傳感器是膜片型結(jié)構(gòu)，可測工作頻率為 f 動態(tài)壓力 沖擊壓力 傳感 器 壓磁式傳感器 ? 定義： 壓磁式傳感器 （ piezomagic transducer)是利用鐵磁材料的壓磁效應(yīng)原理制成的 壓磁效應(yīng) ? 壓磁效應(yīng) （ piezomagic effect） 鐵磁體在外磁場作用下磁化時，長度和體積將發(fā)生磁致伸縮現(xiàn)象 當(dāng)鐵磁體受到外力作用，產(chǎn)生機(jī)械變形時，磁導(dǎo)率將發(fā)生變化現(xiàn)象 ? 壓磁效應(yīng)特點(diǎn)： ①材料受到壓力時，在作用力方向磁導(dǎo)率減小，而在作用力相垂直方向，略有增大；作用力是拉力時，其效果相反 ②作用力取消后，磁導(dǎo)率復(fù)原 ③鐵磁材料的壓磁效應(yīng)還與外磁場有關(guān) ? 鐵磁體 — 坡莫合金，硅鋼片 ? 相對導(dǎo)磁率 ?變化與機(jī)械應(yīng)變 ε之間存在如下關(guān)系 ??? ZK?? Kz — 鐵磁體壓磁的靈敏度 結(jié)構(gòu) ? 壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)有多種形式 ? 中字形結(jié)構(gòu) ? 傳感元件 — 帶孔硅鋼 ? 勵磁線圈 (原繞組 ) — W1 ? 測量線圈 (副繞組 ) — W2 ? 當(dāng) W1中流過一定的交變電流時，鐵芯中將產(chǎn)生磁場 中字形壓磁式傳感器 ? 在無外力作用時，硅鋼片的導(dǎo)磁率是相同，磁力線沿最短路徑閉合，基本上不通過測量線圈，故測量線圈中無電感應(yīng)電動勢輸出 ? 在壓力 F作用下， Ⅲ 區(qū)將受到很大壓應(yīng)力 Ⅰ 、Ⅱ 區(qū)基本上仍處于自由狀態(tài)。為防止電纜增長降低靈敏度，應(yīng)將電壓放大器置于傳感器附近并保持不變 (3) 在低頻壓力（信號）測量，放大系數(shù)與頻率有關(guān) iLAqqy CCCKCKK????? 分析： 由于壓電傳感器的漏電阻 Ra與前置放大器的輸入電阻 Ri均很大，如果在動態(tài)測量時，有時間常數(shù) ωR1，則 22 )()/1( CCRKFeKaqmmy ???? ? 高增益電荷放大器 ?采用電荷放大器時，是在壓電式傳感器后接電路中采用一個有反饋電容的高增益電荷放大器 ?等效測量電路如圖所示 電荷放大器的輸出 Cf— 電荷放大器的反饋電容 Rf— 電荷放大器的反饋電阻 fCqu ??0ILafCCCCCACAqu???????)1(0?放大器輸出電壓的幅值 ? 放大器輸入阻抗 CI和放大系數(shù) (A≥104)均很大，不計傳感器 Ca和電纜阻抗 CL，則放大器輸出電壓為 電荷放大器分析結(jié)果 結(jié)論： (1) 電荷放大器輸出電壓與電荷 q正比 (2)在一定頻率內(nèi)，電荷放大器輸出電壓與信號頻率無關(guān)；可用于測量低頻信號 () (3)電荷放大器輸出電壓與后接電路的電容量無關(guān)，不受電纜電容等的影響，這是電荷放大器優(yōu)點(diǎn) 焊接式 電荷放大器 特點(diǎn)及其應(yīng)用 ? 特點(diǎn) : a. 輸出電壓或電荷與力成正比，線性度好 b. 靈敏系數(shù)穩(wěn)定，受溫度影響小 c. 剛度大，滯后小工作頻帶寬，最高固有頻率可達(dá) 200kHz，可適應(yīng)較差工作環(huán)境 d. 當(dāng)采用電荷放大器輸出時，輸出電壓不受電纜電容等的影響 ? 壓電傳感器是力敏元件，它可用于測量最終能轉(zhuǎn)換為力的那些物理量，如力、壓力、加速度等 ? 在各種動態(tài)力、機(jī)械沖擊與振動測量以及聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航等方面都得到應(yīng)用 ? 電荷放大器有反饋電容，放大器上限頻率較電壓放大器低 壓電式加速度傳感器的應(yīng)用 ? 壓電傳感器是力敏元件，它可用于測量最終能轉(zhuǎn)換為力的那些物理量，如力、壓力、加速度等 ? 在各種動態(tài)力、機(jī)械沖擊與振動測量以及聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航等方面都得到應(yīng)用 ? 1)壓電晶體加速度傳感器 ? 壓電晶體加速度傳感器主要是由兩片壓電晶體片 (串聯(lián) )和其上放置的慣性體所組成。 + 串聯(lián) + 并聯(lián) aa Cqu /??電壓源等效電路圖 電荷源等效電路圖 壓電傳感器放大電路 ? 分析： 壓電效應(yīng)屬于靜電現(xiàn)象，只有在外接負(fù)載和內(nèi)阻均為無窮大，受力后產(chǎn)生的電荷才能保持，否則會發(fā)生電荷泄漏。 壓電式傳感器 ? 壓電傳感器 piezoelectric transducer是利用壓電材料的壓電效應(yīng) (piezoelectric effect)制成的傳感器 工作原理 ? 壓電效應(yīng) — 正壓電效應(yīng)，逆壓電效應(yīng) ? 正壓電效應(yīng) — 當(dāng)給壓電材料施加壓力使其變形時，其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在壓電材料的兩個表面上出現(xiàn)大小相等符號相反的電荷，當(dāng)壓力消除后，電荷消失 ? 逆壓電效應(yīng) — 當(dāng)給壓電材料施加電場時，壓電材料將會產(chǎn)生變形，當(dāng)電場消除后，變形消失 壓電材料 壓電材料 ? 天然石英晶體 ? 壓電陶瓷 ? 壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低 ，常 用壓電 材料，如鈦酸鋇 ? 高分子壓電材料 是一種柔軟的壓電材料，可根據(jù)需要制成薄膜或電纜套管等形狀 如聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯 輸入輸出關(guān)系 ? F— 作用在晶體面上的力 kq— 壓電系數(shù) (c／ N) ? 石英晶體上產(chǎn)生的電荷 q與作用力 F成例 ? 比例系數(shù) (靈敏系數(shù) )為常數(shù) Fkq q?? 在壓電材料切片表面上作用力 F時，切片的兩個平面上產(chǎn)生大小相等符號相反的電荷 測量電路 ? 等效元件： 壓電式傳感器核心元件是壓電晶片，在壓電晶片的兩面均有一個導(dǎo)電極板。 ? 當(dāng)開關(guān)接 2時，信號不經(jīng)運(yùn)算電露直接輸出，可測速度； 特點(diǎn)和應(yīng)用 ? 特點(diǎn)： ? 靈敏度較高，性能穩(wěn)定 ? 中頻響應(yīng)好 (10～ 1000Hz)， ? 不需要外加電源，輸出為電壓，可直接與通用電子放大器聯(lián)接，使用方便 ? 體積、重量 (約 1kg)較大 磁電感式速度傳感器實(shí)物圖 ? 線圈 1和永久磁鐵 2是用非導(dǎo)磁材料鋁支架 4固定在殼體 7內(nèi)的 ? 殼體與導(dǎo)磁材料兩個環(huán)形氣隙，右側(cè)氣隙中放置測量線圈，另一個放置阻尼器 3。靈敏度系是常數(shù)，是完全線性的 ? 如果測位移則加上一個積分電路 ? 如果測加速度則應(yīng)加一微分電路 NL JdVdEK Se ???磁電式傳感器的定義為 Ke 測量線路 ? 磁電式傳感器的輸出電壓為毫伏級，無需再轉(zhuǎn)換，直接進(jìn)行放大，而且無需高增益放大器 ? 需放大才能推動記錄或示波儀器。 ? 由電磁感應(yīng)定律計算出線圈運(yùn)動時產(chǎn)生的電動勢 VKNJ L VdtdxNJ LdtdNE es ???? ?? φ— 磁通量 ? N— 線圈匝數(shù) ? V— 線圈運(yùn)動的速度 (m／ s) ? L— 線圈在磁場內(nèi)的長度 (m) ? J—— 磁鐵空隙中的磁場強(qiáng)度 (V 3) 振弦式孔隙水壓力計 孔用振弦式孔隙水壓力計 4) 振弦式錨索測力 4) 由高強(qiáng)度合金鋼制成的中空承壓筒周邊上沿均勻布置有多個弦式傳感器，作用在承壓筒上的荷載可由固定在筒體上的弦式傳感器直接測出 5)振弦式應(yīng)變計 ? 技術(shù)參數(shù) ? 測量范圍 3000(με) ? 精 度 177。它可埋設(shè)在混凝土支架或礦柱中測量混凝土的內(nèi)部應(yīng)變，亦可埋設(shè)在鉆孔中測量巖層的變形。壓力盒受到外荷作用時，彈性傳力膜板受力而變形，使拉緊鋼強(qiáng)的固定夾間距發(fā)生變化，鋼弦受到力的作用自振頻率發(fā)生變化 2) 振弦式內(nèi)部應(yīng)變傳感器 ? 在測量混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變時。如多點(diǎn)位移計、邊界計、測縫計等 ? 振弦式力傳感器 用在液位監(jiān)測及靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)中，液面變化改變了浸入水中部件的浮重從而引起鋼弦張力的改變 — 常用作特殊稱重測量 1) 振弦式壓力盒 ? 壓力盒中的鋼弦是固定在承壓板上并保持拉緊狀態(tài)。振弦式壓力傳感器廣泛應(yīng)用于滲壓計、水位計、壓力盒、荷載盒和沉降傳感器中 ? 振弦式位移傳感器 包括與彈簧串連的振弦和滑動軸。 % ，分辨率 %，靈敏度 % .，精度 % F. S. ? 蠕變小、零點(diǎn)穩(wěn)定，受溫度影響小、易于防潮 溫度誤差小于 %.，年漂移 %； ３年，漂移量大約為 %~%. 最好的， 7年，漂移誤差不超過 % ? 輸出信號為頻率、便于數(shù)字化、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠 ? 對電纜要求低 ? 電纜延伸了３公里，傳感器仍工作很好 ? 對地漏電在 5K歐姆范圍以內(nèi)可以正常工作 ? 適應(yīng)極端惡劣的環(huán)境 ? 能在 ５０ ℃ ~＋２００ ℃ 環(huán)境下工作 ? 在高輻射條件下應(yīng)用 振弦式傳感器應(yīng)用 ? 振弦式應(yīng)變計 把端塊連接在要監(jiān)測的元