典型傳感器的介紹

典型傳感器的介紹第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二章參量傳感器參量傳感器的基本原理是把被測量的變化轉(zhuǎn)換為電參量的變化，然后通過對電參量的測量達(dá)到對非電量檢測的目的。參量傳感器電阻式傳感器電感式傳感器電容式傳感器氣動式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器、熱電阻傳感器、電容式傳感器和氣動式傳感器等自感式傳感器、差分變壓器式傳感器、電渦流式傳感器等第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器是一種電阻式傳感器，主要由彈性敏感元件或試件、電阻應(yīng)變片和測量轉(zhuǎn)換電路組成。一、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器通常可用來測量應(yīng)變片以外的物理量，如力、扭矩、加速度、位移、形變和壓力。第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器二、應(yīng)變效應(yīng)

1、導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。

R=ρL/A

應(yīng)用應(yīng)變片測試時，將應(yīng)變片粘貼在試件表面，試件受力變形后應(yīng)變片的電阻絲也隨之變形，從而使應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化，通過測量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。

2、電阻絲應(yīng)變片特點(diǎn)：電阻絲應(yīng)變片具有精度高，測量范圍大，能適應(yīng)各種環(huán)境、便于記錄和處理，但靈敏度低。半導(dǎo)體材料的電阻系數(shù)很大，故，半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片約高幾十倍。第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器三、測量轉(zhuǎn)化電路常規(guī)應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，測量轉(zhuǎn)換電路應(yīng)能精確地測量出這些小的電阻變化，在應(yīng)變式傳感器中，最常用的是橋式電路。第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)熱電阻傳感器熱電阻傳感器是利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器。它主要用于對溫度或和溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測量，在工業(yè)上被廣泛用來測量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。熱電阻金屬熱電阻：通常稱為熱電阻半導(dǎo)體熱電阻：通常稱為熱敏電阻第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)熱電阻傳感器一、熱電阻1、熱電阻主要是利用電阻隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度的。2、熱電阻常用材料（1）鉑：具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。采用特殊的結(jié)構(gòu)制成的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計，它的適用范圍為-200℃～+960℃。（2）銅：銅電阻價廉并且線性好，但溫度高時易氧化，故適用于溫度較低的環(huán)境（-50℃～+150℃）中。第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)熱電阻傳感器二、熱敏電阻熱敏電阻是近年來出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體測溫元件。熱敏電阻臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR)正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）R=ρL/A123鉑絲40601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻--溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；

3-PTC第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)熱電阻傳感器三、熱電阻傳感器的應(yīng)用1、金屬熱電阻傳感器（1）工業(yè)上廣泛應(yīng)用金屬熱電阻傳感器進(jìn)行溫度測量；（2）熱電阻傳感器還用于測量流量。如熱導(dǎo)式流量計就是根據(jù)發(fā)熱元件消耗熱量和流量的關(guān)系來實現(xiàn)流量測量的。2、半導(dǎo)體熱電阻傳感器（尺寸小、響應(yīng)速度快和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)）（1）溫差測量其結(jié)構(gòu)簡單。（2）溫度補(bǔ)償金屬一般具有正的溫度系數(shù)，采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。（3）工業(yè)控制將開關(guān)型的熱敏電阻埋設(shè)在被測物中，并與繼電器串聯(lián)，給電路加上恒定電壓，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度升到一定數(shù)值時，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟玻鹄^電器動作，從而實現(xiàn)溫度控制或過熱保護(hù)等。第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)氣敏、濕敏電阻傳感器氣敏和濕敏電阻傳感器是檢測環(huán)境氣體成分及濃度、檢測環(huán)境濕度，并對其進(jìn)行控制和顯示的重要器件，在環(huán)境保護(hù)、家用電器、消防、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)等方面得到廣泛的應(yīng)用。一、氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器是一種能把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號的傳感器，它傳感器元件是氣敏電阻。如CO報警器，煤氣報警器。第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)氣敏、濕敏電阻傳感器1、氣敏電阻氣敏電阻一般用SnO2、ZnO2或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量催化劑及添加劑，按一定比例繞結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。（1）氣敏電阻形式多樣，可以檢測各種特定對象的氣體，如各種還原氣體以及生活中常遇的各種可燃性氣體如石油氣、酒精蒸汽、甲烷、煤氣等（2）氣敏電阻工作環(huán)境①溫度必須加熱到200℃～300℃，其目的是加速被測氣體的化學(xué)吸附和電離過程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用）。②氣敏電阻使用時應(yīng)盡量避免置于油霧、灰塵環(huán)境中，以免老化。（3）氣敏半導(dǎo)體的靈敏度較高，較適用于氣體的微量檢漏，濃度監(jiān)測或超限報警。如制成煤氣報警器、酒精檢測儀（防止酒后駕車）第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)氣敏、濕敏電阻傳感器二、濕敏電阻傳感器濕度的檢測與控制在現(xiàn)代科研、生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來越廣。如儲物倉庫中適度超過一定值時，物品易變質(zhì)或霉變現(xiàn)象；居室的濕度應(yīng)適中；紡織車間的濕度應(yīng)保持在60%～75%；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室育苗、食用菌的培養(yǎng)、水果保鮮等都要對濕度進(jìn)行檢測和控制。檢測濕度的手段很多，如毛發(fā)濕度計、干濕球濕度計、石英振動式濕度計、微波濕度計、電容濕度計和電阻濕度計等。第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)電感式傳感器電感式傳感器是利用線圈的自感、互感或阻抗的變化來實現(xiàn)非電量的檢測的一種裝置。一、電感式傳感器特點(diǎn)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單，分辨率好和測量精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，但其響應(yīng)較慢，不宜作快速動態(tài)測量。主要用來測量位移、壓力和振動等參數(shù)。二、電感式傳感器的分類電感式傳感器自感式把被測位移量轉(zhuǎn)化為線圈的自感變化；通常就稱為電感式傳感器互感式把被測位移量轉(zhuǎn)化為線圈間的互感變化；常稱為差分變壓器式傳感器。電渦流式把被測位移量轉(zhuǎn)化為線圈的阻抗變化。常稱為電渦流式傳感器第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)電容式傳感器電容式傳感器是以各種類型的電容作為傳感元件，通過電容傳感元件將被測物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化，再經(jīng)過測量電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率。一、電容式傳感器的特點(diǎn)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單，需要的作用能量小，靈敏度高，動態(tài)特性好，能在惡劣環(huán)境條件下工作等。常運(yùn)用于測厚、測角、測液位、測壓力等。第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)電容式傳感器二、基本工作原理A：極板面積d：極板間距離ε：電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)三、電容式傳感器的分類電容式傳感器改變極板距離的變間隙式改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式改變極板面積的變面積式第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第三章發(fā)電傳感器發(fā)電傳感器的基本原理是把被測量的變化轉(zhuǎn)換為電壓量或電流量的變化，然后通過對此信號放大處理并把此信號檢測出來，從而達(dá)到測量被測量的目的。發(fā)電傳感器熱電偶傳感器霍爾式傳感器壓電式傳感器光電池第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器 熱電偶傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化成電動勢的一種測溫傳感器，它與其他測溫裝置比較具有精度高、測溫范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便和可遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)。在輕工、冶金、機(jī)械及化工等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛用于溫度的測量、調(diào)節(jié)和自動控制等方面。第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器一、熱電勢效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體構(gòu)成一閉合回路，若兩個接觸點(diǎn)處溫度不同，則回路中會產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，這個物理現(xiàn)象稱為熱電勢效應(yīng)，簡稱熱電效應(yīng)。 第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器

1、熱電效應(yīng)的本質(zhì) 熱電偶本身吸收了外部的熱能。在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為電能的一種物理現(xiàn)象。 2、熱電偶熱電動勢的組成 主要有兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成。（1）接觸電動勢（珀爾貼電動勢） 由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢；（2）溫差電動勢（湯姆遜電動勢） 在同一導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而使導(dǎo)體內(nèi)高溫端的自由電子向低溫端擴(kuò)散形成的電動勢。第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器

3、熱電偶回路的主意性質(zhì)（1）中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則這一導(dǎo)體的引入將不會改變原來熱電偶的熱電動勢大小。

EABC(T,T0)=EAC(T,T0)

第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器 （2）中間溫度定律

熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T1、T3時的熱電動勢，等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為T1、T2和T2、T3時的熱電動勢總和。

EAB(T1,T3)=EAB(T1,T2)+EAB(T2,T3) （3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律 當(dāng)工作端和自由端溫度為T和T0時，用導(dǎo)體A、B組成熱電偶的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢之代數(shù)和。

EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0)第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器 二、熱電偶的結(jié)構(gòu) 1、熱電極 熱電偶常以熱電極材料種類來定名。如鉑銠-鉑熱電偶、鎳鉻-鎳硅熱電偶。

2、絕緣套管（絕緣子） 用來防止兩根熱電極短路，其材料的選用視使用的溫度范圍和對絕緣性能的要求而定。

3、保護(hù)套管 其作用是使熱電極與測溫介質(zhì)隔離，使之免受化學(xué)侵蝕或機(jī)械損傷。

4、接線盒 連接熱電偶和測量儀表之用。第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器 三、熱電偶的種類 1、標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 （1）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶其工藝比較成熟，應(yīng)用廣泛，性能優(yōu)良穩(wěn)定，能成批生產(chǎn)，同一型號可以互相調(diào)換和統(tǒng)一分度，并有配套顯示儀表。如鉑銠-鉑熱電偶

（2）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在高溫、低溫、超低溫、真空和核輻射等特殊環(huán)境中使用具有良好的性能，但這類熱電偶無統(tǒng)一分度表。常用的有鎢錸絲熱電偶、銥銠絲熱電偶、鐵-康銅絲熱電偶等。第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)熱電偶傳感器

2、普通型熱電偶 主要用于測量氣體、蒸汽和液體介質(zhì)的溫度。

3、鎧裝熱電偶（其外形像電纜，又稱纜式熱電偶） 其具有體積小、精度高、響應(yīng)速度快、可靠性好、耐振動、抗沖擊、可撓性好和便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的溫度測量。

4、薄膜型熱電偶快速測量各種表面溫度。

5、表面熱電偶測量各種固體表面溫度。 6、消耗式熱電偶測量鋼水和其他熔融金屬溫度。

7、非金屬熱電偶利用石墨和難熔化合物為高溫?zé)犭娕疾牧?。第二十四頁，共三十二頁，編輯?023年，星期日第二節(jié)霍爾式傳感器 一、霍爾效應(yīng) 如圖一塊長l、寬b、厚d的半導(dǎo)體，在外加磁場B作用下，當(dāng)有電流I通過時，運(yùn)動電子受洛侖磁力的作用而偏向一側(cè)，使該測形成電子的積累，與它對立的側(cè)面由于電子濃度下降，出現(xiàn)了正電荷。這樣，在兩側(cè)面間就形成了一個電場。運(yùn)動電子在受洛侖磁力的同時，又受電場力的作用，最后當(dāng)這兩力作用相等時，電子的積累達(dá)到動態(tài)平衡，這時兩側(cè)之間建立電場，稱霍爾電場，相應(yīng)的電壓稱霍爾電壓，上述這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。

第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)霍爾式傳感器 二、霍爾元件的材料

根據(jù)霍爾效應(yīng)原理做成的器件稱為霍爾元件。其一般采用鍺、銻化銦和砷化銦等半導(dǎo)體單晶體材料制成。

1、鍺鍺元件的輸出小，但它的溫度性能和線性度比較好；

2、銻化銦銻化銦元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。

3、砷化銦砷化銦元件的輸出信號沒有銻化銦元件大，但受溫度的影響卻比銻化銦的要小，而且線性度也較好。因此，采用砷化銦為霍爾元件的材料得到普遍應(yīng)用。 三、霍爾元件結(jié)構(gòu) 霍爾元件結(jié)構(gòu)簡單，是一種半導(dǎo)體四端薄片，由霍爾片、引線和殼體組成?；魻柶南鄬蓚?cè)對稱地焊上兩對電極引出線。第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)霍爾式傳感器 三、霍爾式傳感器的特點(diǎn) 霍爾式傳感器是由霍爾元件與彈性敏感元件或永磁體結(jié)合而形成，它具有靈敏度高、體積小、重量輕、無觸點(diǎn)、頻響寬、動態(tài)特性好、高可靠、壽命長和價格低等優(yōu)點(diǎn)。 四、霍爾式傳感器的應(yīng)用類型

1、利用霍爾電勢正比于磁感強(qiáng)度的特性來測量磁場及與之有關(guān)的電量和非電量。如磁場計、電流計、角度計、轉(zhuǎn)速計、加速度計等。

2、利用霍爾電勢正比于激勵電流的特性可制作回轉(zhuǎn)器和電流控制裝置等。

3、利用霍爾電勢正比于激勵電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積的規(guī)律制成乘算器、除算器、乘方器、開方器和功率計等，也可以作混頻、斬波和解調(diào)等用途。第二十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)壓電式傳感器 壓電式傳感器是一種典型的自發(fā)式傳感器，它由傳力機(jī)構(gòu)、壓電元件和測量轉(zhuǎn)換電路組成。壓電元件是以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)