第三章-常用传感器.PPT

定义：把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器。 （又称电磁感应式或电动力式） 原理：由电工学知，一个匝数为W的线圈，当穿过该线圈 的磁通Φ 发生变化时，其感应电动势 e 为 （3-30） 可见线圈磁感应电动势大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率。而通变化率与磁场强度、磁路磁阻和线圈运动速度有关。 按结构分类 动圈式 线速度型 角速度型 磁阻式 * 第五节 磁电式传感器 一．动圈式 1．线速度型（图3-32a）在永久磁铁产生的直流磁场内，放置一个可动 线圈，当线圈在磁场中运动时，它所产生的感应电动势e为 （3-31） 式中 B — 磁场的磁感应强度 v — 线圈与磁场的相对运动速度 l — 单匝线圈有效长度 θ— 线圈运动方向与磁场方向夹角 W — 线圈匝数 当θ=900时式（3-35）可写成 （3-32） 此式说明，当 B、W、l 均为常数时，感应电动势大小与线圈运动线 速度成正比。这也是一般常见惯性式速度计的工作原理。 2．角速度型（图3-32b）是传感器工作原理，先前在磁场中转动时产生的感应电动势为 （3-33） 式中 ω—角速度 A—单匝线圈的截面积 k—与结构有关的系数(k1) 式（3-37）表明，当传感器结构一定时，W、B、A 均为常数，感应电动势 e 与线圈相对磁场的角速度成正比，这种传感器被用于转速测量。 * 3．等效电路 将传感器与电压放大器连接时，其等效电路如图3-33所示。图中 e 是发电线圈感应电势；Z0 是线圈阻抗；RL 是负载电阻(含放大器输入电阻)；CC 是电缆导线分布电容；RC 是电缆导线的电阻(可忽略)，故等效电路中输出电压为 （3-34） 如果使用线不长CC可忽略，如果RL Z0时，则放大器输入电压为 感应电势经放大，检波后，可推动指示仪表。如果通过微积分网络，可得到加速度和位移。磁电式传感器的工作原理也是可逆的。作为测振传感器，它工作于发电机状态。若在先前上加上交变激励电压，则线圈就在磁场中振动，成为一个激振器（电动机状态）。 * 二．磁阻式 原理：磁阻式传感器的线圈与磁铁彼此不作相对运动，由运动着的物体 （导磁材料）来改变磁路的磁阻，而引起磁力线增加和减弱，使线圈产 生感应电动势。其工作原理见图3-34所示。 特点：磁阻式传感器使用简便，结构简单，不同场合用来测量转速、偏 心量、振动等。 a) n S N b) n S N c) S N d) v m S N 图3-34 磁阻式传感器工作原理及应用例 a)测频数 b)测转速 c)偏心测量 d)振动测量 * 第六节 压电式传感器 压电式传感器是一种可逆型换能器（机械能?电能），广泛应用于力、压力、加速度测量。也用于超声波发射和接受装置。 特点:（1）体积小，重量轻（2）精确度高（3）灵敏度高 一．压电效应 1．压电效应—某些物质如石英、钛酸钡、锆钛酸铅（PZT）等，在外力作用下，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化表面有电荷出现形成电场；当外力消失时，材料重新恢复到原来形态，这种现象称为压电效应。相反将这些物质置于电场中，几何尺寸也发生变化，此现象称为逆压电效应(电致伸缩效应)。 * 2．晶体结构： 石英(SiO2)晶体是 一种常用的压电材料。石英晶体结晶形状为六角形晶体，见图3-35a，两端为一对称棱锥。六棱锥是基本组织。纵轴线z-z称为光轴，过六角棱线垂直于光轴的轴线x-x称为电轴，垂直于棱面的轴线 y-y 称为机械轴，如图3-35b。 图3-35 石英晶体 z-z光轴 y-y机械轴 x-x电轴 x x y y x x y y z z a) b) * 3．纵横向效应 见图3-36，当施加外力时，将沿 x-x 方向形成电场，其电荷分布在垂直于 x-x 轴的平面上。沿 x 轴加力产生纵向效应；沿 y 轴加力产生横向效应；沿相对两平面加力产生切向效应。 图3-36 压电效应模型 a)纵向效应 b)侧向效应 c)切向效应 Fy Fy Fy Fy Fx Fx z y x z y x z y x * 4．力与电荷量关系 实验证明压电体表面积聚的电荷与作用力成正比。 如 沿x--x轴加力，则有 式中 q--荷量 dc--压电常数，与材质和切片方向有关 F--作用力 二．压电材料 压电单晶（单晶体） 常用压电材料分类 石 英 铌酸锂 钽酸锂 压电陶瓷（多晶体） 钛酸钡 镐钛酸铅 有机电薄膜 1．石英应用广泛，具有较好的机械强度和时间及温度稳定性。 2．压电陶瓷在现代声学和传感技术中普遍应用。制造方便，成