37磁电式传感器与-半导体敏感元件传感器课件.ppt

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1、第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.6 磁电式传感器磁电式传感器 变换原理变换原理:利用电磁感应原理，将被测机械量转换成线圈中的利用电磁感应原理，将被测机械量转换成线圈中的感应电动势输出。感应电动势输出。特点：特点：灵敏度高，输出功率大，只适用于动态测量灵敏度高，输出功率大，只适用于动态测量 。应用：应用：在振动和转速测量中应用广泛在振动和转速测量中应用广泛),(,mdtddtdRBNU感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势U为为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈与磁场的相对磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈与磁场的相对运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感运动速度有关，

2、改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。应电动势。 2 分类分类 磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N3.6 磁电式传感器磁电式传感器 3 动圈式传感器动圈式传感器 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 vNBlU kNBAU 3 动圈式传感器动圈式传感器 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 国产CD-1型振动速度传感器的结构简图。这是一种恒磁通动圈式磁电传感器。其可动部分包括芯杆、阻尼器和工作线圈，通过弹簧片与传感器外壳连接。圆柱形永久磁铁用铝架固定在外壳内，软铁制的外壳同时也是传感器磁系统的磁轭，并起屏蔽作用。磁系统有两个空气隙，一个放置工作线圈，另一个放置阻尼器。传感器输出的感应电势通过引

3、线输出到测量电路。 1.引线 2. 7. 弹簧片 3. 工作线圈 4.芯杆 5.永久磁铁 6. 阻尼器 8.外壳 4 磁阻式传感器磁阻式传感器:由运动着的物体来改变磁路的磁阻，而引起 磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 使用简便、结构简单，可用来测量转速、偏心量、振动等当可动铁芯转动时，磁路的磁阻发生周期性变化，其变化频率f为可动铁芯转速n的2倍。磁路的磁通以同样的频率f变化，因而线圈中输出感应电势，其频率等于磁通的频率f。 第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 1 磁电转换元件传感器磁电转换元件传感

4、器 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。理现象称为霍尔效应。 siniBKVHH1)霍尔元件霍尔元件 iiiBabcdVHELFF + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - -霍尔元件应用霍尔元件应用 3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 案例：案例：管道裂纹检测管道裂纹检测3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 2 )光电池光电池 光生伏

5、特效应指半导体材料光生伏特效应指半导体材料P-N结受到光照后产生结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。是常用的光生伏特型器件。+-PN常用的有常用的有硅光电池硅光电池 +-3 3、热敏电阻传感器、热敏电阻传感器 半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钴、半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钴、铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。 典型的热敏电阻元件有

6、圆形、杆形和珠形等，其结典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特性如图所示。构及温度特性如图所示。 3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 应用应用 温控器温控器热敏电阻热敏电阻3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 4 气敏电阻传感器气敏电阻传感器 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，锰等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，使元如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发

7、生变化。件温度相应增高，电阻发生变化。 气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如煤气、气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如煤气、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、CO气体气体测量、酒精浓度探测等方面。测量、酒精浓度探测等方面。烟雾报警器烟雾报警器酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器二氧化碳传感器第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.8传感器选用原则传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。

8、 1、灵敏度、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围。量程范围。 c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。3.8传感器选用原则传感器选用原则 2 响应特性响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。总希望延迟的时间越短越

9、好。 (光电、压电；电容、电光电、压电；电容、电感、磁电式）感、磁电式）3 线性范围线性范围 任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。 在许可限度内，可以在传感器的近似线性区域内应在许可限度内，可以在传感器的近似线性区域内应用。（变间隙型电容、电感传感器）用。（变间隙型电容、电感传感器）3.8传感器选用原则传感器选用原

10、则 4 可靠性可靠性 可靠性是表示传感器在规定条件下，在规定的时间可靠性是表示传感器在规定条件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。影响传感器可靠性的因素是时内完成规定功能的能力。影响传感器可靠性的因素是时间与环境。（电阻应变式、变间隙型电容）间与环境。（电阻应变式、变间隙型电容）5 精确度精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量真值传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量真值一致的程度。一致的程度。 （经济性和测试目的）（经济性和测试目的）6 测量方式测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。