第七章 磁場與成分參數(shù)檢測ppt課件

1、第七章第七章 磁場與成分參數(shù)檢測磁場與成分參數(shù)檢測 本章主要介紹磁敏傳感器、磁場本章主要介紹磁敏傳感器、磁場的檢測方法、的檢測方法、 半導(dǎo)體氣敏元件及工業(yè)半導(dǎo)體氣敏元件及工業(yè)上常用的氣體成分、濕度、含水量、上常用的氣體成分、濕度、含水量、液體濃度的檢測原理及方法。液體濃度的檢測原理及方法。 7.1 7.1 磁敏傳感器磁敏傳感器 n磁敏傳感器是基于磁電轉(zhuǎn)換原理制成的。主要器件有磁敏電阻、磁敏二極管和磁敏三極管。n7.1.1 磁敏電阻一、磁阻效應(yīng) 在磁場作用下，半導(dǎo)體晶片電阻率增大的現(xiàn)象稱為物理磁阻效應(yīng)。在相同磁場作用下，因晶片幾何形狀不同使電阻值變化不同的現(xiàn)象稱為幾何磁阻效應(yīng)。理論推導(dǎo)磁阻效應(yīng)的

2、表達(dá)式為： )273. 01 (220BB7.1 7.1 磁敏傳感器磁敏傳感器n二、磁敏電阻 磁敏電阻的結(jié)構(gòu)形式有兩端型和三端型兩種。其技術(shù)性能參見表7.1.1所示。n7.1.2 磁敏二極管一、基本結(jié)構(gòu)與原理n 磁敏二極管有鍺和n 硅磁敏二極管兩種。n 圖所示為磁敏二極n 管的結(jié)構(gòu)。 7.1 7.1 磁敏傳感器磁敏傳感器n二、磁敏二極管特性 1. 磁靈敏度 2. 輸出電壓特性 3. 溫度特 4. 頻率特性n7.1.3 磁敏三極管一、基本結(jié)構(gòu)與原理 長基區(qū)是磁敏三極管的主要特征，圖是鍺管的結(jié)構(gòu)示意圖。n 7.1 7.1 磁敏傳感器磁敏傳感器n二、磁敏三極管的特性 1.磁靈敏度n 2.溫度特性 3

3、.頻率特性 7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測n本節(jié)主要介紹電磁感應(yīng)法測磁場、磁通門磁強(qiáng)本節(jié)主要介紹電磁感應(yīng)法測磁場、磁通門磁強(qiáng)計(jì)測磁場、霍爾效應(yīng)和核磁共振法測磁場。計(jì)測磁場、霍爾效應(yīng)和核磁共振法測磁場。 n7.2.1 7.2.1 電磁感應(yīng)法測磁場電磁感應(yīng)法測磁場 電磁感應(yīng)法測磁場的理論基礎(chǔ)為電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)法測磁場的理論基礎(chǔ)為電磁感應(yīng)定。圖中，若被測磁場按定。圖中，若被測磁場按n 正弦規(guī)律變化，穿過測量正弦規(guī)律變化，穿過測量n 線圈的磁通也按正弦規(guī)律線圈的磁通也按正弦規(guī)律n 變化，即：變化，即：)sin( tm7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測n線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢：n有：n測出感應(yīng)電勢e， 即可

4、算出穿過線圈的磁通幅 值m。被測磁場的Bm和Hm等于： )cos(0tNdtdNdtdeUNm2USNSBmm2mmBH7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測n一、沖擊法 1.測量原理 用沖擊法測量直流磁通的接線圖如圖所示。n 2.磁通沖擊常數(shù) 的測量方法 丈量 的電路圖如圖所示。 CC7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測n二、磁通表 磁通表測量直流磁通的接線示意圖如圖所示。n7.2.2 磁通門磁強(qiáng)計(jì)測量磁場 7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測n7.2.3 7.2.3 霍爾效應(yīng)測量磁場霍爾效應(yīng)測量磁場 測出霍爾電勢測出霍爾電勢UHUH的大小，即可得出磁感應(yīng)的大小，即可得出磁

5、感應(yīng)強(qiáng)度。國產(chǎn)強(qiáng)度。國產(chǎn)CT 3CT 3型特斯拉計(jì)就是用霍爾效應(yīng)測型特斯拉計(jì)就是用霍爾效應(yīng)測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器?？蓽y量交直流磁場的磁量磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器?？蓽y量交直流磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)如圖所示。感應(yīng)強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測7.2 7.2 磁場檢測磁場檢測n7.2.4 7.2.4 核磁共振法測量磁場核磁共振法測量磁場 核磁共振是指在外磁場的作用下原子核產(chǎn)核磁共振是指在外磁場的作用下原子核產(chǎn)生的能級分裂效應(yīng)。生的能級分裂效應(yīng)。 7.3 7.3 氣體成分檢測氣體成分檢測n成分檢測的方法主要有化學(xué)式、物理式和物理 化學(xué)式等。n7.3.1熱導(dǎo)式氣體分析儀 熱導(dǎo)式氣體分

6、析儀是通過檢測混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)變化得知待測組分含量的。常用的熱導(dǎo)式氣體分析儀由熱導(dǎo)室、測量電橋和顯示儀組成。7.3 7.3 氣體成分檢測氣體成分檢測n圖分別為為熱導(dǎo)室電橋。7.3 7.3 氣體成分檢測氣體成分檢測n7.3.2 7.3.2 熱磁式氣體分析儀熱磁式氣體分析儀 熱磁式氣體分析儀是利用氣體熱磁效應(yīng)檢熱磁式氣體分析儀是利用氣體熱磁效應(yīng)檢測待測氣體組分含量的儀表。測待測氣體組分含量的儀表。 一、熱磁式氧氣分析儀一、熱磁式氧氣分析儀 熱磁式氧氣分析儀利用氧的磁化率比其它熱磁式氧氣分析儀利用氧的磁化率比其它組分的大得多；溫度的升高磁化率迅速下降的組分的大得多；溫度的升高磁化率迅速下降的磁特性工

7、作的。磁特性工作的。7.3 7.3 氣體成分檢測氣體成分檢測n熱磁式氧氣分析儀的原理如圖所示 7.3 7.3 氣體成分檢測氣體成分檢測n二、氧化鋯式氧量分析儀 氧化鋯式氧量分析儀是由氧化鋯固體電解質(zhì)管、鉑電極和引線構(gòu)成，如下圖。 7.3 7.3 氣體成分檢測氣體成分檢測n7.3.3 7.3.3 紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀 紅外線氣體分析儀是應(yīng)用氣體對紅外線的紅外線氣體分析儀是應(yīng)用氣體對紅外線的吸收原理制成的，具有靈敏度高、分析范圍廣、吸收原理制成的，具有靈敏度高、分析范圍廣、選擇性好等特點(diǎn)。選擇性好等特點(diǎn)。 一、紅外線及其特征一、紅外線及其特征 紅外線是一種波長介于可見光和無線電波紅外線

8、是一種波長介于可見光和無線電波之間的電磁波。紅外氣體分析儀主要用之間的電磁波。紅外氣體分析儀主要用1 1到到25m25m的波段。的波段。 紅外線具有以下兩個特征：紅外線具有以下兩個特征：1.1.可被物質(zhì)選擇可被物質(zhì)選擇性吸收。性吸收。 2.2.吸收時(shí)能量守恒。吸收時(shí)能量守恒。 7.3 7.3 氣體成分檢測氣體成分檢測n二、光的吸收定律 光的吸收定律又稱作朗伯貝爾定律，表達(dá)式為：n三、紅外線氣體分析儀的檢測n 原理及結(jié)構(gòu) 紅外線氣體分析儀的結(jié)構(gòu)原n理如圖。主要由紅外線輻射光n源、氣室、紅外探測器以及電n器電路等部分組成。 KCleII07.4 7.4 氣敏傳感器氣敏傳感器 n本節(jié)僅對應(yīng)用較廣的半

9、導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu) 原理及應(yīng)用做簡要介紹。n7.4.1 半導(dǎo)體氣敏傳感器 某些半導(dǎo)體元件同氣體接觸時(shí)其性質(zhì)會發(fā)生變化，這些元件被稱為半導(dǎo)體氣敏傳感器。 一、基本結(jié)構(gòu) n圖所示為直n 熱式結(jié)構(gòu)。 7.4 7.4 氣敏傳感器氣敏傳感器n二、工作原理 燒結(jié)型SnO2氣敏元件是表面電阻控制型氣敏元件，結(jié)構(gòu)模型如圖所示。 7.4 7.4 氣敏傳感器氣敏傳感器n三、氣敏傳感器的應(yīng)用1.氣體報(bào)警器 n圖示為一種簡單的家用報(bào)警器電路，氣敏元件采用直熱式的TGS109。 7.4 7.4 氣敏傳感器氣敏傳感器n2.氣體檢漏儀 將氣敏元件作為氣電轉(zhuǎn)換元件并配以相應(yīng)的路而組成。圖是用QMN5型氣敏元件組成的簡易袖珍

10、式氣體檢漏儀原理圖。 7.4 7.4 氣敏傳感器氣敏傳感器n7.4.2 7.4.2 紅外吸收式氣敏傳感器紅外吸收式氣敏傳感器n7.4.3 7.4.3 薄膜氣敏傳感器薄膜氣敏傳感器 一、一、SnO2SnO2敏感膜敏感膜 二、氣敏性能與工作溫度的關(guān)系二、氣敏性能與工作溫度的關(guān)系 三、氣敏性能與摻雜的關(guān)系三、氣敏性能與摻雜的關(guān)系 四、氣敏性能與薄膜厚度的關(guān)系四、氣敏性能與薄膜厚度的關(guān)系7.5 7.5 濕度和含水量的檢測濕度和含水量的檢測n氣體中的水分含量稱為濕度，固體中的水分含 量稱為含水量。 n7.5.1 濕度的檢測 濕度可分為絕對濕度和相對濕度。濕度的檢測方法有多種，常見的有絕對測濕法、相對測濕

11、法和毛發(fā)濕度度計(jì)法。 n7.5.2 含水量的檢測 含水量的檢測主要有電導(dǎo)法、稱重法、電容法、紅外吸收法、微波吸收法等檢測方法。 7.5 7.5 濕度和含水量的檢測濕度和含水量的檢測n一、電導(dǎo)法 如下圖。 7.5 7.5 濕度和含水量的檢測濕度和含水量的檢測n二、稱重法 稱重法是采用紅外線燈為加熱源，照射被測物質(zhì)使其水分完全蒸發(fā)即烘干。再用電子稱稱出烘干前后的重量W1和W2，即可求出其含水量M，即： n三、紅外吸收法 根據(jù)水分對1.94m波長的紅外線吸收較強(qiáng)，對1.84m波長的紅外線幾乎不吸收的特性進(jìn)行測量的方法。%100121WWWM7.6 7.6 液體濃度的檢測液體濃度的檢測n工業(yè)電導(dǎo)儀是通過測量溶液的