河南大理工學(xué)工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章

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1、第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理3.7 半 導(dǎo) 體 傳 感 器1、 磁 敏 元 件 傳 感 器 -霍 爾 元 件 、 磁 阻 元 件 ,磁 敏 管 金 屬 或 半 導(dǎo) 體 薄 片 置 于 磁 場(chǎng) 中 ， 當(dāng) 有 電 流流 過(guò) 時(shí) ， 在 垂 直 于 電 流 和 磁 場(chǎng) 的 方 向 上 將 產(chǎn) 生電 動(dòng) 勢(shì) ， 這 種 物 理 現(xiàn) 象 稱 為 霍 爾 效 應(yīng) 。 1 霍 爾 元 件 霍 爾 元 件 由 霍 爾 片 、 四 根 引 線 和 殼 體 組 成 ， 如 圖 示 。 可 用 于 微 位 移 、 壓 差 、 高 度 、 加 速 度 及 振 動(dòng) 量 的 測(cè) 量 測(cè) 轉(zhuǎn) 角 ： 電 流

2、 傳 感 器 當(dāng) 電 流 流 過(guò) 導(dǎo) 線 時(shí) ， 將 在 導(dǎo) 線 周 圍 產(chǎn) 生 磁 場(chǎng) ，磁 場(chǎng) 大 小 與 流 過(guò) 導(dǎo) 線 的 電 流 大 小 成 正 比 ， 這 一 磁 場(chǎng)可 以 通 過(guò) 軟 磁 材 料 來(lái) 聚 集 ， 然 后 用 霍 爾 器 件 進(jìn) 行 檢測(cè) 。 鐵 磁 材 料 裂 紋 檢 測(cè) N S 葉 片 和 齒 輪 位 置 傳 感 器應(yīng) 用 案 例 ： 汽 車 速 度 測(cè) 量 : 2 磁 阻 元 件磁 阻 效 應(yīng) )1( )1( cos/ 220 20 20 BRRRR - -+ +l wx 特 點(diǎn) 電 阻 的 增 量 與 磁 場(chǎng) 的 平 方 成 正 比 ； 與 磁 場(chǎng) 的 正

3、負(fù) 無(wú) 關(guān) ； 溫 度 系 數(shù) 影 響 大 ； 磁 感 應(yīng) 的 范 圍 比 霍 爾 元 件 大 。應(yīng) 用 磁 頭 ；接 近 開(kāi) 關(guān) 和 無(wú) 觸 點(diǎn) 開(kāi) 關(guān) 。磁 敏 元 件 傳 感 器 3 磁 感 應(yīng) 半 導(dǎo) 體 元 件 分 類霍 爾 元 件磁 電 阻 元 件磁 敏 二 極 管磁 晶 體 管磁 半 導(dǎo) 體 開(kāi) 關(guān) 磁 敏 元 件 傳 感 器 案 例 轉(zhuǎn) 速 測(cè) 量 熱 敏 傳 感 器 1.雙 金 屬 溫 度 計(jì) 把 兩 種 膨 脹 系 數(shù) 不 同 的 金 屬 薄 片 焊 接 在 一 起制 成 的 。 它 是 一 種 固 體 膨 脹 溫 度 計(jì) ， 可 將 溫 度 變化 轉(zhuǎn) 換 成 機(jī) 械 量

4、變 化 。 優(yōu) 點(diǎn) ：結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單牢 固可 靠防 爆 熱 敏 傳 感 器 熱 敏 傳 感 器熒 光 燈 啟 輝 器零 線火 線 當(dāng) 電 路 接 通 ， 啟 輝 器 兩 端 極 片 得 電 ， 擊 穿 惰 性 氣 體 而 導(dǎo) 電 （ 輝 光 放 電 ） ，雙 金 屬 片 發(fā) 熱 彎 曲 而 與 靜 觸 板 接 通 形成 閉 合 電 路 。 電 路 中 電 流 突 然 中 斷 ，使 鎮(zhèn) 流 器 兩 端 產(chǎn) 生 一 個(gè) 比 電 源 電 壓 高得 多 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ， 在 強(qiáng) 電 場(chǎng) 的 作 用下 ， 引 起 管 內(nèi) 汞 蒸 氣 電 離 而 形 成 弧 光放 電 . 熱 敏 傳 感 器產(chǎn)

5、品 溫 控 器熱 敏 傳 感 器應(yīng) 用 汽 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 傳 感 器 水 溫 感 應(yīng) 塞還 廣 泛 應(yīng) 用 于 空 調(diào) 、 暖 氣 、 電 子 體 溫 計(jì) 等 氣 敏 電 阻 傳 感 器 氣 體 與 人 類 日 常 生 活 密 切 相 關(guān) ， 對(duì) 氣 體 的 檢測(cè) 已 經(jīng) 是 保 護(hù) 和 改 善 生 態(tài) 居 住 環(huán) 境 不 可 缺 少 手 段 ，氣 敏 傳 感 器 發(fā) 揮 著 極 其 重 要 的 作 用 。 如 生 活 環(huán) 境 中 一 氧 化 碳 濃 度 達(dá) 0.8 1.15 ml/L時(shí) ， 就 會(huì) 出 現(xiàn) 呼 吸 急 促 ， 脈 搏 加 快 ， 甚 至 暈 厥 。 還有 易 燃 、 易 爆

6、 氣 體 、 酒 精 等 的 探 測(cè) 。 煙 霧 報(bào) 警 器 酒 精 傳 感 器 二 氧 化 碳 傳 感 器 氣 敏 電 阻 傳 感 器 氣 敏 傳 感 器 是 利 用 氣 敏 半 導(dǎo) 體 材 料 ， 如 氧 化 錫 、氧 化 錳 。 當(dāng) 它 們 吸 收 了 氣 體 煙 霧 ， 如 一 氧 化 碳 、 醇等 時(shí) ， 電 阻 發(fā) 生 變 化 。 從 而 使 氣 敏 元 件 電 阻 值 隨 被測(cè) 氣 體 的 濃 度 改 變 而 變 化 。 氣 敏 電 阻 傳 感 器 氣 敏 電 阻 傳 感 器 氣 敏 電 阻 傳 感 器 實(shí) 驗(yàn) 室 中 的 傳 感 器 氣 敏 電 阻 傳 感 器燃 氣 報(bào) 警 器

7、 煙 霧 報(bào) 警 器 酒 精 傳 感 器氣 敏 電 阻 傳 感 器 3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器 1)聲 波 及 其 分 類(1)次 聲 波 ， 振 動(dòng) 頻 率 低 于 l6Hz的 機(jī) 械 波 。(2)聲 波 :振 動(dòng) 頻 率 在 16Hz 20KHz之 間 的 機(jī) 械 波 。(3)超 聲 波 :高 于 20KHz的 機(jī) 械 波 。2） 超 聲 波 的 物 理 性 質(zhì) 超 聲 波 與 聲 波 比 ， 振 動(dòng) 頻 率 高 ， 波 長(zhǎng) 短 ， 具 有束 射 特 性 ， 方 向 性 強(qiáng) ， 可 以 定 向 傳 播 ， 其 能 量 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大 于 振 幅 相 同 的 聲 波 ， 并 具 有 很

8、 高 的 穿 透 能 力 。 3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器聲 壓 所 謂 聲 壓 ， 是 指 某 點(diǎn) 上 各 瞬 間 的 壓 力 與 大 氣 壓力 之 差 值 ， 單 位 為 Pa， 1Pa =1N/m2。聲 強(qiáng) 聲 強(qiáng) 是 聲 波 在 傳 播 方 向 上 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 通 過(guò) 單位 面 積 的 能 量 。聲 功 率 聲 功 率 (W)是 聲 源 在 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 發(fā) 射 出 的 總 能量 ， 單 位 是 W。 超 聲 波 傳 感 器 原 理 超 聲 波 發(fā) 射 原 理 是 把 鐵 磁 材 料 置 于 交 變 磁 場(chǎng) 中 ，產(chǎn) 生 機(jī) 械 振 動(dòng) ， 發(fā) 射 出 超 聲

9、波 。 接 收 原 理 是 當(dāng) 超 聲 波 作 用 在 磁 致 材 料 上 時(shí) ， 使磁 滯 材 料 磁 場(chǎng) 變 化 ， 使 線 圈 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 勢(shì) 輸 出 。 3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器 超 聲 波 傳 感 器 對(duì)3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器 超 聲 波 傳 感 器 應(yīng) 用 超 聲 波 探 傷 /測(cè) 距 /測(cè) 物3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器 案 例 ： 輸 油 管 檢 測(cè) 的 檢 測(cè) 機(jī) 器 人3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器 倒 車 雷 達(dá)3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器 魚(yú) 群 探 測(cè) 器 3.8 超 聲 波 檢 測(cè) 傳 感 器 3.9

10、 光 電 傳 感 器 光 電 傳 感 器 通 常 是 指 能 敏 感 到 由 紫 外 線 到 紅 外線 光 的 光 能 量 ， 并 能 將 光 能 轉(zhuǎn) 化 成 電 信 號(hào) 的 器 件 。其 工 作 原 理 是 基 于 一 些 物 質(zhì) 的 光 電 效 應(yīng) 。 內(nèi) 光 電 效 應(yīng) 半 導(dǎo) 體 材 料 受 到 光 照 時(shí) 會(huì) 產(chǎn) 生 電 子 -空 穴 對(duì) ,使 其 導(dǎo) 電 性 能 增 強(qiáng) ,光 線 愈 強(qiáng) ， 阻 值 愈 低 ， 這 種光 照 后 電 阻 率 發(fā) 生 變 化 的 現(xiàn) 象 ,稱 為 內(nèi) 光 電 效 應(yīng) 。光 敏 電 阻 、 光 敏 二 極 管 和 光 敏 三 極 管 照 相 機(jī) 自 動(dòng)

11、 測(cè) 光光 控 燈工 業(yè) 控 制 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件 傳 感 器 光 電 池 光 生 伏 特 效 應(yīng) 指 半 導(dǎo) 體 材 料 P-N結(jié) 受 到 光 照 后產(chǎn) 生 一 定 方 向 的 電 動(dòng) 勢(shì) 的 效 應(yīng) 。 以 可 見(jiàn) 光 作 光 源的 光 電 池 是 常 用 的 光 生 伏 特 型 器 件 。+-P N 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件 傳 感 器 應(yīng) 用 光 電 傳 感 器 在 工 業(yè) 上 的 應(yīng) 用 可 歸 納 為 輻 射式 (直 射 式 )、 吸 收 式 、 遮 光 式 、 反 射 式 、 四 種基 本 形 式 。 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件 傳 感 器 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件

12、 傳 感 器 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件 傳 感 器 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件 傳 感 器 案 例 ： 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件 傳 感 器 亮 度 傳 感 器 ：通 過(guò) 檢 測(cè) 周 圍 環(huán) 境 的 亮 度 ， 再 與 內(nèi) 部 設(shè) 定 值 相 比較 ， 調(diào) 整 光 源 的 亮 度 和 分 布 ， 有 效 利 用 自 然 光 線 ，達(dá) 到 節(jié) 約 電 能 的 目 的 。 半 導(dǎo) 體 敏 感 元 件 傳 感 器 相 機(jī) 測(cè) 距 反 射 式 光 電 傳 感 器 3.10 光 纖 傳 感 器 物 性 型 光 纖 傳 感 器 是 利 用 光 纖 對(duì) 環(huán) 境 變 化的 敏 感 性 ， 將 輸 入 物

13、理 量 變 換 為 調(diào) 制 的 光 信 號(hào) 。 1） 物 性 型 光 纖 傳 感 器第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 光 纖 流 速 傳 感 器3.10 光 纖 傳 感 器 結(jié) 構(gòu) 型 光 纖 傳 感 器 是 由 光 檢 測(cè) 元 件 與 光 纖傳 輸 回 路 及 測(cè) 量 電 路 所 組 成 的 測(cè) 量 系 統(tǒng) 。 其 中 光纖 僅 作 為 光 的 傳 播 媒 質(zhì) ， 所 以 又 稱 為 傳 光 型 或 非功 能 型 光 纖 傳 感 器 。2） 結(jié) 構(gòu) 型 光 纖 傳 感 器3.10 光 纖 傳 感 器 光 纖 檢 測(cè) 型 光 電 傳 感 器 作 業(yè) 件 檢 測(cè)顏 色 檢 測(cè)3.10

14、光 纖 傳 感 器 3.11 生 物 傳 感 器第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理熱 /光 電 量微 生 物 /酶 等 敏 感 元 件 生 物 傳 感 器 與 其 它 傳 感 器 區(qū) 別 是 檢 測(cè) 對(duì) 象 中 含生 命 物 質(zhì) 。 根 據(jù) 敏 感 物 質(zhì) 不 同 ,生 物 傳 感 器 分 酶 傳感 器 、 微 生 物 傳 感 器 、 組 織 傳 感 器 、 細(xì) 胞 器 傳 感器 、 免 疫 傳 感 器 等 。 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理2、 環(huán) 境 監(jiān) 測(cè)3.醫(yī) 學(xué)應(yīng) 用 領(lǐng) 域1、 發(fā) 酵 工 業(yè) (食 品 ) 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 血 糖 乳

15、 酸 測(cè) 定 流 程體 育 上 耐 力 訓(xùn) 練 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理德 國(guó) 研 發(fā) 的 環(huán) 境 廢 水 BOD分 析 儀 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理手 掌 型 葡 萄 糖 (glucose)分 析 儀 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 工 廠 發(fā) 酵 車 間 化 驗(yàn)員 正 在 分 析 樣 品發(fā) 酵 工 廠 谷 氨 酸 -葡 萄 糖 分 析 3.12 智 能 傳 感 器第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 傳 感 器 一 般 指 能 夠 感 知 某 種 物 理 量 （ 如 電 、光 、 磁 等 ） 、 化 學(xué) 量 （ 如 濃 度 、 PH值

16、等 ） 、 生 物量 （ 如 細(xì) 菌 等 ） 等 的 信 息 ， 并 將 該 信 息 轉(zhuǎn) 化 為 電信 息 的 裝 置 。 智 能 傳 感 器 是 將 傳 感 器 與 微 型 計(jì) 算 機(jī) 集 成 在一 塊 芯 片 上 ， 其 主 要 特 征 是 將 敏 感 技 術(shù) 和 信 息 處理 技 術(shù) 相 結(jié) 合 ， 使 其 除 了 具 有 感 知 的 本 能 外 ， 還具 有 認(rèn) 知 能 力 。 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 嵌 入 式 計(jì) 算 機(jī)智 能 傾 角 RS232傳 感 器 IC總 線 數(shù) 字 溫 度 傳 感 器 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理振 動(dòng) 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感

17、器 智 能 壓 力 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 G SM/SMS 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理3.13 傳 感 器 選 用 原 則 選 擇 傳 感 器 主 要 考 慮 靈 敏 度 、 響 應(yīng) 特 性 、 線性 范 圍 、 穩(wěn) 定 性 、 精 確 度 、 測(cè) 量 方 式 等 六 個(gè) 方 面的 問(wèn) 題 。 1、 靈 敏 度 一 般 說(shuō) 來(lái) ， 傳 感 器 靈 敏 度 越 高 越 好 ， 但 ，在 確 定 靈 敏 度 時(shí) ， 要 考 慮 以 下 幾 個(gè) 問(wèn) 題 。 a)靈 敏 度 過(guò) 高 引 起 的 干 擾 問(wèn) 題 ； b)量 程 范 圍 。 c)交

18、 叉 靈 敏 度 問(wèn) 題 。 2 響 應(yīng) 特 性 傳 感 器 的 響 應(yīng) 特 性 是 指 在 所 測(cè) 頻 率 范 圍 內(nèi) ，保 持 不 失 真 的 測(cè) 量 條 件 。 實(shí) 際 上 傳 感 器 的 響 應(yīng) 總 不 可 避 免 地 有 一 定延 遲 ， 但 總 希 望 延 遲 的 時(shí) 間 越 短 越 好 。 3 線 性 范 圍 任 何 傳 感 器 都 有 一 定 線 性 工 作 范 圍 。 在 線性 范 圍 內(nèi) 輸 出 與 輸 入 成 比 例 關(guān) 系 ， 線 性 范 圍 愈寬 ， 則 表 明 傳 感 器 的 工 作 量 程 愈 大 。 傳 感 器 工作 在 線 性 區(qū) 域 內(nèi) ， 是 保 證 測(cè)

19、量 精 度 的 基 本 條 件 。 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 4 穩(wěn) 定 性 穩(wěn) 定 性 是 表 示 傳 感 器 經(jīng) 過(guò) 長(zhǎng) 期 使 用 以 后 ，其 輸 出 特 性 不 發(fā) 生 變 化 的 性 能 。 影 響 傳 感 器 穩(wěn)定 性 的 因 素 是 時(shí) 間 與 環(huán) 境 。5 精 確 度 傳 感 器 的 精 確 度 是 表 示 傳 感 器 的 輸 出 與 被測(cè) 量 的 對(duì) 應(yīng) 程 度 。 第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理 6 測(cè) 量 方 式 傳 感 器 工 作 方 式 ， 也 是 選 擇 傳 感 器 時(shí) 應(yīng) 考慮 的 重 要 因 素 。 例 如 ， 接 觸 與 非 接 觸 測(cè) 量 、 破壞 與 非 破 壞 性 測(cè) 量 、 在 線 與 非 在 線 測(cè) 量 等 。第 三 章 、 傳 感 器 測(cè) 量 原 理