1、傳感器測(cè)量工具和原理3.7 磁敏元件傳感器 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(chēng)為霍爾效應(yīng)。 1 霍爾元件 霍爾元件由霍爾片、四根引線(xiàn)和殼體組成，如圖示。 3.7 磁敏元件傳感器3.7 磁敏元件傳感器測(cè)轉(zhuǎn)角：3.7 磁敏元件傳感器電流傳感器 當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，將在導(dǎo)線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大小與流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)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)。 3.7 磁敏元件傳感器鐵磁材料裂紋檢測(cè) NS3.7 磁敏元件傳感器葉片和齒輪位置傳感器應(yīng)用 3.7 磁敏元件傳感器案例：汽車(chē)速度測(cè)量:3.7 磁敏元件傳感器2 磁

2、電阻元件磁阻效應(yīng)- -+ +lwx3.7 磁敏元件傳感器特點(diǎn) 電阻的增量與磁場(chǎng)的平方成正比； 與磁場(chǎng)的正負(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)。3.7 磁敏元件傳感器3 磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類(lèi)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)3.7 磁敏元件傳感器產(chǎn)品3.7 磁敏元件傳感器案例：轉(zhuǎn)速測(cè)量3.7 磁敏元件傳感器3.8 熱敏傳感器3.8 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)械量變化。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固可靠防爆 3.8 熱敏傳感器3.8 熱敏傳感器熒光燈啟輝

3、器熒光燈 熒光燈 零線(xiàn)火線(xiàn) 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.3.8 熱敏傳感器熒光燈啟輝器 啟輝器由玻璃管制成的輝光放電管與小電容器并聯(lián)而成輝光放電管內(nèi)有一個(gè)U形雙金屬片，一個(gè)固定靜止觸極電板，稱(chēng)為靜觸板或靜觸極，玻璃管內(nèi)充有氖氣或氬氣，或氖氬混合的惰性氣體。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（輝光放電過(guò)程），雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形成閉合電路。此時(shí)電流直接經(jīng)過(guò)雙金屬片與靜觸

4、板流通，惰性氣體失去作用而不放電，雙金屬片開(kāi)始冷卻，經(jīng)過(guò)18秒的時(shí)間，雙金屬片收縮回原來(lái)狀態(tài)，啟輝器停止工作。2. 熱電溫度計(jì)(熱電偶) 熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。3.8 熱敏傳感器ABTT0k玻耳茲曼常數(shù)，e電子電荷量，T接觸處的溫度NA，NB分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。3.8 熱敏傳感器熱電偶測(cè)溫基本定律1)均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。TT02)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，只要其兩端的溫

5、度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。TT0V3.8 熱敏傳感器3)參考電極定律 兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A和B兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：ABTT0=ACTT0CBTT0由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。3.8 熱敏傳感器3.8 熱敏傳感器3 熱敏電阻傳感器 半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。 3.8 熱敏傳感器RT3.8 熱敏傳感器3.8 熱敏傳感器3.8 熱敏傳感器產(chǎn)品溫控器3.8 熱敏傳感器應(yīng)用汽

6、車(chē)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3 傳感器原理 3.9 氣敏電阻傳感器 氣體與人類(lèi)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)1.15 ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟省＿€有易燃、易爆氣體、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3.9 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。 3.9 氣敏電阻傳感器3.9 氣敏電阻傳感器 3.

7、9 氣敏電阻傳感器實(shí)驗(yàn)室中的傳感器3.9 氣敏電阻傳感器燃?xì)鈭?bào)警器煙霧報(bào)警器 酒精傳感器3.9 氣敏電阻傳感器3.10 超聲波檢測(cè)傳感器 3. 傳感器原理 1)聲波及其分類(lèi)(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16Hz20KHz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，并具有很高的穿透能力。 3.10 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

8、上單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的能量，單位為W/m2。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(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波傳感器對(duì)3.10 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tA3.10 超聲波檢測(cè)傳感器案例：輸油管檢測(cè)檢測(cè)機(jī)器人3.10 超聲波檢測(cè)傳感器倒車(chē)?yán)走_(dá)3.10 超聲波檢測(cè)傳感器 魚(yú)群探測(cè)器 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器3. 傳感器原理 3.11 光電傳感器 光電傳感器通

9、常是指能敏感到由紫外線(xiàn)到紅外線(xiàn)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(xiàn)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(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng) 。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管3. 傳感器原理 3. 傳感器原理 照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光光控?zé)艄I(yè)控制3.7 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。+-PN3.7 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

10、、遮光式、反射式、四種基本形式。 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器 案例：光電鼠標(biāo)就是利用LED與光敏晶體管組合來(lái) 測(cè)量位移。3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器 亮度傳感器：通過(guò)檢測(cè)周?chē)h(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(xiàn)，達(dá)到節(jié)約電能的目的。3.7 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3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器 3.12 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

11、器3.12 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(chēng)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3.12 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)3.12 光纖傳感器3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器 MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體(P型硅)基片上形成一種氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉積一層金屬電極，以此形成一個(gè)金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元 (MOS)。 第三章、傳感器測(cè)量原理 在半導(dǎo)體硅片上按線(xiàn)陣或面陣排列MOS單元，如果照射在這些光敏元上的是一幅

12、明暗起伏的圖像，則這些光敏元上就會(huì)感生出一幅與光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器01111100光敏管陣列并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換器運(yùn)算電路顯示電路結(jié)束信號(hào)驅(qū)動(dòng)脈沖CCD3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器特點(diǎn):(1) 非接觸檢測(cè);(2) 響應(yīng)快;(3) 可靠性高,為修簡(jiǎn)便;(4) 測(cè)量精度高;(5) 體積小,重量輕; 容易與計(jì)算機(jī)連接(6) 對(duì)被測(cè)物體需要強(qiáng)光照射;(7) 受被測(cè)物體以外的光的影響.應(yīng)用:(1) 寬度測(cè)量; (2) 外徑測(cè)量; (3) 主軸徑向跳動(dòng)測(cè)量.3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器 條形碼掃描器 數(shù)碼相機(jī)3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器第三章、傳感器測(cè)量原理3.14

13、其它類(lèi)型的傳感器 1、熱輻射檢測(cè)傳感器 絕對(duì)零度以上的物體都有輻射，其強(qiáng)度依賴(lài)于物體溫度(K)，根據(jù)普朗克輻射定律有以下表達(dá)式：應(yīng)用： 冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過(guò)程中都涉及到動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)的檢測(cè)問(wèn)題。3.14 其它類(lèi)型的傳感器2、聲發(fā)射檢測(cè)傳感器 材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱(chēng)聲發(fā)射。各種材料聲發(fā)射頻率范圍很寬，從次聲、聲頻到超聲。多數(shù)金屬的聲發(fā)射頻帶在超聲范圍內(nèi)。3.14 其它類(lèi)型的傳感器案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)3.14 其它類(lèi)型的傳感器 3.15 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是檢測(cè)對(duì)

14、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?jìng)鞲衅?、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(chǎng)發(fā)酵車(chē)間化驗(yàn)員正在分析樣品發(fā)酵工廠(chǎng)谷氨酸-葡萄糖分析3.16 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。

15、 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(xiàn)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)傳感器智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器第三章、傳感器測(cè)量原理GSM/SMS第三章、傳感器測(cè)量原理3.16 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(xiàn)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