第七章_有源传感器-2011.ppt

第七章 有源传感器 本章目的： 掌握光电传感器基本工作原理。 掌握热电偶传感器基本工作原理。 光电传感器是各种光电检测系统中实现光信号和电信号转换的关键元件，其物理基础是光电效应。 1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。 7.1.1 光源（Illuminant） 7.1.2 光电效应及光电元件（photoemission? and elements ） 一 光电效应： 用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf 的光子的轰击，组成物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象。 1.光电管（phototube ）-基于外光电效应 光电管应用： 2.光敏电阻（photoconductive resistance ）： 光电导效应 加的电压越高，光电流愈大，且没有饱和现象 在给定的电压下，光电流的数值将随光照的增强而增加。 硫化镉的峰值在可见光区域 硫化铅的峰值在红外线区域 在选用光敏电阻时应当把元件和光源结合起来考虑 光敏电阻应用电路 3.光敏二极管（photoconductive diode）：光电导效应 光敏二极管应用电路 用光敏二极管设计的一种适合TTL电平输出的光电开关电路。 4.光敏三极管（photoconductive triode ）：光电导效应 光敏三极管应用电路 光控继电器: 自己思考! 5.光电池（photovoltaic cell ）：光生伏特效应 光电池应用电路-报警电路 本部分内容结束了！ 重点： 光电效应种类及相应的光电元件。 典型光电元件的应用电路分析。 光电传感器用于小车循迹和避障的基本原理。 属于自发电型传感器：其输出可直接驱动动圈式仪表； 测温范围广：下限可达-270?C ，上限可达1800?C以上； 各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。 先看一个实验——热电偶工作原理演示 接触电势 温差电势 7.2.2 热电偶的几个基本定律-重点呀！ 一 热电偶的结构1.普通装配型热电偶的外形 2.铠装型热电偶外形 3.表面热电偶 二 热电偶的材料 八种国际通用热电偶： B:铂铑30—铂铑6 、R:铂铑13—铂 、S:铂铑10—铂 、 K:镍铬—镍硅 、N:镍铬硅—镍硅 、E:镍铬—铜镍、 J:铁—铜镍 、T:铜—铜镍 2.几种常用热电偶的测温范围及热电势 3.热电偶的分度表 –重点呀！ K热电偶的分度表 7.2.4 热电偶冷端的延长 作用：可延长热电偶的冷端，使之远离高温区；节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。 补偿导线型号 补偿导线外形 7.2.5 热电偶的冷端温度补偿-重点呀！ 1.冷端温度补偿的必要性 用热电偶的分度表查毫伏-温度时，必须满足t0=0?C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0?C，而且也不恒定，因此将产生误差。 一般情况下，冷端温度均高于0?C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 。 2.冷端温度补偿的方法 冷端恒温法： 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0?C不变。 此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0?C而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。 冰浴法 计算修正法-重点呀！ 当热电偶的冷端温度t0 ?0?C时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势EAB(t,t0)?EAB(t,0?C)。 若t0 0?C ，则EAB(t,t0)EAB(t,0?C)。 利用中间温度定律计算并修正测量误差： EABBA(t,0?C)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0?C) 计算修正法举例： 7.2.6 热电偶的测温线路 1．测量单点温度测温线路 2．测量两点温度差的测温线路 3．测量平均温度的测温线路 7.2.7 热电偶应用 4. 说明下图将光敏二极管的输出电压转换成TTL电平的原理。 5. 说明光敏三极管用作控继电器工作原理。 本课程结束了！谢谢大家！ 产生的热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。 回路总电势： 两个接触电势 ，两个温差电势 注意：实际中，接触电势远大于温差电势 思考： 相同吗？ 结论： 1) 热电势大小只与构成热电偶的材料(nA,nB)和两端的温度(T,T0)有关； 2) 若两个热电极材料相同，回路不会产生热电势； 3) 材料选定后，热电势的大小只与热电偶两端点的温度有关； 4）当参考端温度选定后（一般取0摄氏度