电工学-第14章传感器-精品文档资料整理.ppt

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1、电子技术电子技术 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 高等教育出版社高等教育出版社214.1 传感器概述传感器概述 传感器：传感器： 能够感受被测非电量传出的信息并转换成可供能够感受被测非电量传出的信息并转换成可供检测或控制之用的输出电信号的器件或装置。检测或控制之用的输出电信号的器件或装置。 组成：敏感元件、转换元件组成：敏感元件、转换元件 敏感元件：敏感元件：能直接感受被测量；能直接感受被测量； 转换元件转换元件：能将敏感元件感受的被测量转换：能将敏感元件感受的被测量转换 成适于传输和测量的电信号。成适于传输和测量的电信号。高等教育出版社高等教育出版社3 分类：分类： 按被测量性

2、质按被测量性质位移位移速度速度加速度加速度压力压力负荷负荷扭矩扭矩温度温度按被测量性质按被测量性质电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式电磁式电磁式热电式热电式压电式压电式按能量传递方式按能量传递方式有源有源无源无源按输出信号性质按输出信号性质模拟式模拟式数字式数字式按综合方式按综合方式参量参量发电发电光敏光敏气敏气敏高等教育出版社高等教育出版社414.2 参量传感器参量传感器 分类：分类： 电阻式、电容式、电感式传感器电阻式、电容式、电感式传感器 工作原理：工作原理： 把被测量的变化转换成电阻、电容或电感等把被测量的变化转换成电阻、电容或电感等电参数的变化，然后通过对电参数的测量达到对电参数的

3、变化，然后通过对电参数的测量达到对被测非电量检测的目的。被测非电量检测的目的。高等教育出版社高等教育出版社5 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 分类：分类： 电阻应变式传感器、热电阻传感器电阻应变式传感器、热电阻传感器 用途：用途： 检测张力、拉力、压力、重量、位移、扭矩等检测张力、拉力、压力、重量、位移、扭矩等 电阻应变片的金电阻应变片的金属应变量与其电阻变属应变量与其电阻变换量成正比。换量成正比。引线引线 基板基板 电阻丝电阻丝 高等教育出版社高等教育出版社6 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 i434i211oURRRURRRU 44332211io4RRRRRRRRUU当四个桥臂的电阻

4、值变化时，若输出端开路当四个桥臂的电阻值变化时，若输出端开路输出电压输出电压电阻应变片越多，则测量精度越高。电阻应变片越多，则测量精度越高。- -+UO R4R3 R1 R2 +- -Ui - -高等教育出版社高等教育出版社7 工作原理工作原理 以电容器作为敏感元件，将被测量的变化转换以电容器作为敏感元件，将被测量的变化转换为电容的变化，再经转换电路转换为电压。为电容的变化，再经转换电路转换为电压。 用途：用途： 检测厚度、角度、液压和压力等检测厚度、角度、液压和压力等 以平板电容器来说明。以平板电容器来说明。dAC A、d的变化的变化：反映线位移或角位移的变化，间接：反映线位移或角位移的变化

5、，间接 反映压力和弹力的变化；反映压力和弹力的变化； 的变化的变化：反映液变高度和材料温度的变化。：反映液变高度和材料温度的变化。高等教育出版社高等教育出版社8 分类：分类： 利用线圈的自感、互感或阻抗的变化来实现对利用线圈的自感、互感或阻抗的变化来实现对非电量的检测和控制。非电量的检测和控制。 用途：用途： 检测位移、压力、振动和流量等检测位移、压力、振动和流量等二次绕组二次绕组铁心铁心测杆测杆一次绕组一次绕组自感式、互感式和涡流式自感式、互感式和涡流式高等教育出版社高等教育出版社9 互感式传感器互感式传感器 输出电压有效值输出电压有效值N1N22N21I1U1UOM1M21)O21(IMM

6、U 当铁心处于中间位置时当铁心处于中间位置时21MM 0O U当铁心移动时当铁心移动时1O2MIU 高等教育出版社高等教育出版社1014.3 发电传感器发电传感器 基本原理：基本原理： 把被测量的变化直接转换成电压或电流的变把被测量的变化直接转换成电压或电流的变化，然后通过放大处理把电信号检测出来，从而化，然后通过放大处理把电信号检测出来，从而达到测量被测量的目的。达到测量被测量的目的。 分类：分类： 热电偶传感器、霍尔传感器和压电传感器热电偶传感器、霍尔传感器和压电传感器高等教育出版社高等教育出版社11 工作原理工作原理热电效应热电效应 将温度转换成电动势的一种测温传感器将温度转换成电动势的

7、一种测温传感器。 用途：用途： 温度测量里应用最广泛的传感器之一。温度测量里应用最广泛的传感器之一。 若连接点若连接点的温度不同，的温度不同，则在回路中产则在回路中产生电动势和电生电动势和电流。流。导体导体A（铜）（铜）导体导体B（康铜）（康铜）高温端高温端（热端）（热端）低温端低温端（冷端）（冷端）热电动势热电动势高等教育出版社高等教育出版社12 测温电路测温电路 两点间温度之和测量两点间温度之和测量两点间温度之差测量两点间温度之差测量mV+t1t2B2A2A2B2B1A1A1B1t0CuCu+UCumV+t1t2A2B2B2A2B1A1A1B1t0CuCu+UCu高等教育出版社高等教育出版

8、社13 工作原理工作原理 霍尔效应霍尔效应 霍尔效应产生的电压与磁场强度霍尔效应产生的电压与磁场强度 H 和电流和电流 I 的大小成正比。的大小成正比。+ + + + IIEHB高等教育出版社高等教育出版社14 应用：应用： 1. 利用输出电压利用输出电压 U 与磁场强度与磁场强度 H 成正比的成正比的特性，测量磁场即与之有关的电量和非电量；特性，测量磁场即与之有关的电量和非电量； 2. 利用输出电压利用输出电压 U 与电流与电流 I 成正比的特性，成正比的特性，制作回转器、隔离器和电流控制装置等；制作回转器、隔离器和电流控制装置等； 3. 利用输出电压利用输出电压 U 与电流与电流 I 和磁

9、场强度和磁场强度 H乘乘积成正比的规律，制作乘算器、除算器、乘方积成正比的规律，制作乘算器、除算器、乘方器、开方器和功率计等。器、开方器和功率计等。高等教育出版社高等教育出版社15 工作原理工作原理 压电效应压电效应 压电元件产生的电荷量与外力的大小成正比。压电元件产生的电荷量与外力的大小成正比。 用途：测量最终能变换为力的非电量，如压力、用途：测量最终能变换为力的非电量，如压力、力扭矩和加速度等。力扭矩和加速度等。 + + + + Fx高等教育出版社高等教育出版社1614.4 气敏传感器气敏传感器 气敏传感器：气敏传感器： 将被测气体的特定成分和浓度转换为与其成将被测气体的特定成分和浓度转换

10、为与其成一定关系的电量输出的装置或期间。一定关系的电量输出的装置或期间。 主要方法：主要方法： 电气法、电化学法、光学法电气法、电化学法、光学法 分类：分类： 干式和湿式干式和湿式高等教育出版社高等教育出版社17 工作原理工作原理 利用半导体气敏元件在与被测气体接触时会利用半导体气敏元件在与被测气体接触时会引起导电性能发生变化来检测特定气体的成分和引起导电性能发生变化来检测特定气体的成分和浓度。浓度。气敏元件：氧化锌气敏元件：氧化锌 测量电路测量电路 电阻电阻Ro的电压随着被测的电压随着被测气体的变化而变化。气体的变化而变化。 用途：环境保护、安全监督用途：环境保护、安全监督 1 Ec 3Ro

11、 U 42 EH 高等教育出版社高等教育出版社18 工作原理工作原理 在高温下，当电解质两边氧气浓度之比发生在高温下，当电解质两边氧气浓度之比发生变化时，两极间所形成的电动势也随之变化。变化时，两极间所形成的电动势也随之变化。电解质：氧化锆电解质：氧化锆 用途：检测废气和尾气用途：检测废气和尾气 高等教育出版社高等教育出版社19 工作原理工作原理 铂丝遇到空气中的可燃气体，发生氧化放映，铂丝遇到空气中的可燃气体，发生氧化放映，产生反应热，使铂丝温度升高，电阻变化，电阻产生反应热，使铂丝温度升高，电阻变化，电阻的增大量与可燃气体的浓度成正比。的增大量与可燃气体的浓度成正比。气敏元件：铂丝线圈外涂

12、一层氧化物气敏元件：铂丝线圈外涂一层氧化物 用途：检测可燃气体用途：检测可燃气体 检测电路检测电路 R1R2 F2 F1 E0 MW2 W1 高等教育出版社高等教育出版社2014.5 光敏传感器光敏传感器 光敏传感器：光敏传感器： 将光信号转换为电信号的观点转换器件。将光信号转换为电信号的观点转换器件。 分类：分类： 利用光电发射效应工作的；利用光电发射效应工作的；利用光电导效应工作的；利用光电导效应工作的；利用光生伏特效应工作的。利用光生伏特效应工作的。高等教育出版社高等教育出版社21 光电发射效应光电发射效应 在外部光线照射下，使电子逸出材料表面的在外部光线照射下，使电子逸出材料表面的现象

13、现象光电管光电管 光照越强，光电流越大光照越强，光电流越大 光电倍增管光电倍增管 阳极阳极阴极阴极阳极阳极阴极阴极高等教育出版社高等教育出版社22 光电导效应光电导效应 在光线的照射下材料的电导率发生变化的现在光线的照射下材料的电导率发生变化的现象象光敏电阻光敏电阻 根据光电流的大小可检测光的强度。根据光电流的大小可检测光的强度。 光照光照光敏电阻光敏电阻高等教育出版社高等教育出版社23 光生伏特效应光生伏特效应 当光线照射到半导体晶体的当光线照射到半导体晶体的PN结上后，在结上后，在PN结上产生电动势结上产生电动势光敏电阻光敏电阻 根据光电流的大小可检测光的强度。根据光电流的大小可检测光的强

14、度。 NP光光SiO2膜膜RL高等教育出版社高等教育出版社2414.6 热敏传感器热敏传感器 热敏传感器：热敏传感器： 利用半导体材料的电阻随温度的变化而变化利用半导体材料的电阻随温度的变化而变化的特性来实现对温度的测控。的特性来实现对温度的测控。 应用最多应用最多热敏电阻热敏电阻 家用电器、空调、电家用电器、空调、电子体温计子体温计 负温度系数负温度系数NTC型型正温度系数正温度系数PTC型型临界温度系数临界温度系数CTR型型 分类分类T/C 100OR/ 4016080120CTR200102104106PTCNTC高等教育出版社高等教育出版社2514.7 湿敏传感器湿敏传感器 用于检测大

15、气中的水蒸气含量用于检测大气中的水蒸气含量 利用热敏电阻在干燥空气与潮湿空气中热传导利用热敏电阻在干燥空气与潮湿空气中热传导率的差异实现湿度测量的传感器。率的差异实现湿度测量的传感器。通气孔通气孔热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻金属外壳金属外壳干燥空气干燥空气高等教育出版社高等教育出版社26 采用气体中的水蒸汽压力与该气体在同一温采用气体中的水蒸汽压力与该气体在同一温度下的饱和蒸汽压力之比来表示湿度。度下的饱和蒸汽压力之比来表示湿度。 半导体陶瓷湿度电阻：半导体陶瓷湿度电阻： 电阻随湿度增加而减小电阻随湿度增加而减小 高等教育出版社高等教育出版社2714.8 应用实例应用实例高等教育出版社高等教育出版社28 无烟雾时，无烟雾时， A-B间为几十千欧，间为几十千欧，IC1输出低电平，输出低电平，T2截止，截止，IC2输出高电平，输出高电平，T1处于导通状态。处于导通状态。 有烟雾存在，有烟雾存在，A-B间电阻迅速减小，间电阻迅速减小，IC1通过通过RP1所取得所取得的分压随之增加，的分压随之增加，IC1输出高电平使输出高电平使T2导通，输出端便可产导通，输出端便可产生报警信号。生报警信号。 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页