传感器技术概 课件.ppt

(2) 角位移型 若覆盖面积对应的中心角为 ，极板半径为r ，覆盖面积为 则电容 灵敏度 (3)圆柱体线位移型 动板左右移动时， ， 则电容 灵敏度 (4)差动圆柱体线位移型 动板上下移动时，上下两个电容量一增一减。 特点：线性关系好，量程大；与极距变化型相比，灵敏度 较低。适用于较大角位移及直线位移的测量。 3.介电常数变化型 (1)测厚度、位移 介质层的温度、湿度、厚度变化时， 变化，从而引起 变。 (2)测液面高度 二、测量电路 被测量→电容变化→电压、电流、频率变化 1.交流电桥 2.运算放大器电路：可解决极距变化型电容传感器的非线性 问题。 三、电容传感器特点与应用 1.优点: (1) 输入能量小而灵敏度高。 (2)信噪比大，稳定性好。 (3) 动态特性好，可用于动态测量。 (4) 能量损耗小。 (5)结构简单，适应性好。 2.缺点: (1)极距变化型，非线性大。 (2)电缆分布电容影响大。 解决办法：利用测量电路。 解决办法：利用集成电路；采用屏蔽电缆。 3.应用举例 (1)电容式测厚仪 (2)电容式转速传感器 4.6 压电式传感器 工作原理是以某些物质的压电效应为基础。既可将机 械能→电能，又可将电能→机械能。 一、压电效应 1.压电效应： 2.逆压电效应（电致伸缩效应）： 施加电场，这些物质就在一定方向上产生机械变形或机械应力，当外电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。 如果在这些物质的极化方向 时，在表面上将产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带 电状态的现象。 某些材料，当沿着一定方向对其加力而使其变形 二、压电材料及其特性 具有压电效应的敏感功能材料叫压电材料。 常用的压电材料： 压电单晶体、压电陶瓷、新型压电材料 1.压电单晶体－石英( ) 、铌酸锂( ) 2.压电陶瓷 钛酸钡、锆钛酸铅 特点：压电常数大，灵敏度高，价格低廉。 3.新型压电材料 在压电晶片的两个工作面上进行金属蒸镀，形成金属膜， 因此就构成一个电容器。其电容量为 三、等效电路 电荷等效电路 电压等效电路 压电式传感器适合作动态测量。 四、压电元件常用的结构形式 串联 并联 适合以电压作为输出的场合。 适合测量缓变信号和以电荷量作为输出的场合。 五、应用 压电式压力传感器 当被测力F(或压力P)通过外壳上的传力上盖作用在压电晶片上时，压电晶片受力，上下表面产生电荷，电荷量与作用力 F成正比。电荷由导线引出接入测量电路(电荷放大器或电压放大器)。 压力变送器 加速度计 力传感器 产品: 压电材料换能器 4.7 磁电传感器 包括磁电感应传感器、霍尔传感器。 一、磁电感应传感器(感应式传感器、电动传感器) 根据法拉第电磁感应定律，线圈在磁场中运动切割磁力线 或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中会产生的感应电动势 ????????????????????? 恒定磁通式 变磁通式 根据改变参 数的不同 1.恒定磁通式 2.变磁通式 常用来测量旋转物体的角速度。 二、霍尔传感器 霍尔效应：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。 1.工作原理 霍尔电势: 利用霍尔元件基于霍尔效应将被测量转换成电动势输出。 霍尔元件是一种半导体磁电转换元件，多采用N型半导体 材料。它是基于霍尔效应工作的。 2.霍尔元件 × 符号 目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、 砷化铟(InAs)等半导体材料。 3.应用 4.特点 体积小，结构简单，使用方便，可用于非接触测量，但受温度影响较大。 4.8 光电传感器－将光信号转换成电信号的光敏器件 一、光电效应 工作原理：基于半导体材料的光电效应。 1.外光电效应－金属中的自由电子吸收光能而逸出金属表面的 现象。如光电管，光电倍增管。 2.内光电效应 光电导效应－光敏电阻、光敏二极管、三极管 光生伏特效应－光电池 可用于检测直接引起光强度变化的非电量，也可检测能转换成光量变化的其他非电量。 二、光电器件 1.光敏电阻 工作原理：光电导效应。 2.光电池 工作原理：光生伏特效应。 利用光电池检查零件表面的缺陷。 三、光敏晶体管 光敏二极管： 光敏三极管： 特点：灵敏度高，响应快，有良好的温度