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1、7.1 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器7.2 霍爾傳感器霍爾傳感器7.3 壓電式傳感器壓電式傳感器第七章第七章 其它常用傳感器其它常用傳感器學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 要要 求求1 1、學(xué)習(xí)和了解熱電阻傳感器和霍爾傳感器的工作原理;、學(xué)習(xí)和了解熱電阻傳感器和霍爾傳感器的工作原理;2 2、掌握熱電阻傳感器和霍爾傳感器的主要參數(shù)和特點(diǎn);、掌握熱電阻傳感器和霍爾傳感器的主要參數(shù)和特點(diǎn);3 3、了解熱電阻傳感器和霍爾傳感器的應(yīng)用范圍。、了解熱電阻傳感器和霍爾傳感器的應(yīng)用范圍。4 4、了解壓電式傳感器的工作原理和基本應(yīng)用。、了解壓電式傳感器的工作原理和基本應(yīng)用。第一節(jié)第一節(jié) 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器-利于導(dǎo)電物體的電
2、阻率隨溫度變化的溫度電阻效應(yīng)。利于導(dǎo)電物體的電阻率隨溫度變化的溫度電阻效應(yīng)。主要用于溫度以及與溫度有關(guān)的參量的測(cè)量。主要用于溫度以及與溫度有關(guān)的參量的測(cè)量。 取一只取一只 100W/220V 燈泡,用萬用表測(cè)量其電阻值,可以燈泡,用萬用表測(cè)量其電阻值,可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆,而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆,而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為應(yīng)為484 。 第一節(jié)第一節(jié) 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器按照熱電阻的性質(zhì)可分為兩大類:按照熱電阻的性質(zhì)可分為兩大類:金屬熱電阻金屬熱電阻半導(dǎo)體熱電阻半導(dǎo)體熱電阻簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱“熱電阻熱電阻”簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱“熱敏電阻熱敏電阻”易提純、復(fù)現(xiàn)性好的
3、金屬材料才可用于制作熱電阻易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻1.1 1.1 熱電阻熱電阻1. 1. 鉑熱電阻鉑熱電阻國(guó)際上公認(rèn)的高精度測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)傳感器。國(guó)際上公認(rèn)的高精度測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)傳感器。鉑電阻是用很細(xì)的鉑絲繞在云母支架上制成。鉑電阻是用很細(xì)的鉑絲繞在云母支架上制成。在在0 0630.74630.74范圍內(nèi),鉑電阻與溫度的關(guān)系可以精確范圍內(nèi),鉑電阻與溫度的關(guān)系可以精確表示為:表示為:Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)式中式中 A A3.968473.96847103103B B-5.847-5.84710-710-7C C-4.22-4.2210
4、-1210-122. 2. 銅熱電阻銅熱電阻適用于測(cè)量精度要求不高,溫度范圍在適用于測(cè)量精度要求不高,溫度范圍在5050150150的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。 銅熱電阻的優(yōu)點(diǎn)是:銅熱電阻的優(yōu)點(diǎn)是:1.1.價(jià)格便宜價(jià)格便宜2.2.銅的電阻與溫度幾乎是線性關(guān)系,即銅的電阻與溫度幾乎是線性關(guān)系,即Rt=R0(1+Rt=R0(1+t)t)3.3.電阻溫度系數(shù)較大,電阻溫度系數(shù)較大,(4.254.254.28) 4.28) 10-310-3/ 銅熱電阻的缺點(diǎn)是:銅熱電阻的缺點(diǎn)是:1.1.電阻率較小,體積較大電阻率較小,體積較大2.2.易氧化,使用環(huán)境要求高易氧化,使用環(huán)境要求高3.3.測(cè)量溫度范圍小測(cè)量溫度范圍小
5、3. 3. 其它熱電阻其它熱電阻隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)低溫和超低溫的測(cè)量提出了迫切要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)低溫和超低溫的測(cè)量提出了迫切要求。1) 1) 銦電阻高精度低溫電阻銦電阻高精度低溫電阻銦的熔點(diǎn)為銦的熔點(diǎn)為150150,在,在4.24.215K15K溫域內(nèi)的靈敏度比鉑電阻高溫域內(nèi)的靈敏度比鉑電阻高1010倍。倍。缺點(diǎn)是材料軟,復(fù)制性很差。缺點(diǎn)是材料軟,復(fù)制性很差。2) 2) 錳電阻錳電阻特點(diǎn)是在特點(diǎn)是在63632K2K低溫范圍內(nèi),電阻隨溫度變化很大,靈敏度高。低溫范圍內(nèi),電阻隨溫度變化很大,靈敏度高。缺點(diǎn)是脆性大,難以控制成絲。缺點(diǎn)是脆性大,難以控制成絲。薄膜型及普通型鉑熱電阻薄膜型
6、及普通型鉑熱電阻小型鉑熱電阻小型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻汽車用水溫傳感器及水溫表汽車用水溫傳感器及水溫表銅熱電阻銅熱電阻學(xué)習(xí)查學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表鉑熱電阻分度表”附錄附錄 鉑熱電阻分度表鉑熱電阻分度表 鉑電阻溫度顯示、變送器鉑電阻溫度顯示、變送器1.2 1.2 半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻 由金屬氧化物如錳、鎳、銅和鐵的氧化物粉料按一定配方由金屬氧化物如錳、鎳、銅和鐵的氧化物粉料按一定配方擠壓成型,經(jīng)過擠壓成型,經(jīng)過1000100015001500高溫?zé)Y(jié)而成。高溫?zé)Y(jié)而成。 熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是溫度系數(shù)大、體積小、熱慣性小。熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是溫度系數(shù)大、體積小、熱慣性小。 熱敏電阻是
7、非線性電阻。主要表現(xiàn)在電阻值與溫度間呈指數(shù)熱敏電阻是非線性電阻。主要表現(xiàn)在電阻值與溫度間呈指數(shù)關(guān)系;電流隨電壓的變化不服從歐姆定律。關(guān)系;電流隨電壓的變化不服從歐姆定律。熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)a a圓片型熱敏電阻圓片型熱敏電阻 b b柱型熱敏電阻柱型熱敏電阻 c c珠型熱敏電阻珠型熱敏電阻 d d鎧裝型鎧裝型 e e厚膜型厚膜型 f f圖形符號(hào)圖形符號(hào)11熱敏電阻熱敏電阻 2 2玻璃外殼玻璃外殼 3 3引出線引出線 4 4紫銅外殼紫銅外殼 5 5傳傳熱安裝孔熱安裝孔 1.3 1.3 半導(dǎo)體熱敏電阻的特性半導(dǎo)體熱敏電阻的特性按半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性分為三種類型:
8、按半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性分為三種類型:1 1、負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻、負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 Negative Temperature Coefficient Negative Temperature Coefficient2 2、正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻、正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 Positive Temperature Coefficient Positive Temperature Coefficient3 3、臨界溫度熱敏電阻、臨界溫度熱敏電阻 Critical Temperature Resistor Critical Temperature ResistorR Rt t0 0R R
9、t t0 0NTCNTCR Rt t0 0PTCPTCCTRCTR熱敏電阻外形熱敏電阻外形 MF12 MF12型型 NTCNTC熱敏電阻熱敏電阻聚脂塑料封裝聚脂塑料封裝熱敏電阻熱敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 玻璃封裝玻璃封裝 NTCNTC熱敏電阻熱敏電阻MF58 型熱敏電阻型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大功率大功率PTC熱敏電阻熱敏電阻其他形式的熱敏電阻續(xù))其他形式的熱敏電阻續(xù)) 貼片式貼片式NTC熱敏電阻熱敏電阻其他形式的熱敏電阻續(xù))其他形式的熱敏電阻續(xù)) MF58型珠形高精型珠形高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻
10、MF5A-3型熱敏電阻型熱敏電阻熱敏電阻溫度面板表熱敏電阻溫度面板表 熱敏電阻熱敏電阻 LCD熱敏電阻體溫表熱敏電阻體溫表 熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPUCPU的溫度測(cè)量的溫度測(cè)量 熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制 B BI II I第二節(jié)第二節(jié) 霍爾傳感器霍爾傳感器 - -是基于半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)原理制成的敏感元件。是基于半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)原理制成的敏感元件。1.1 1.1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)fLfLfEfEUHUH將一塊通以電流將一塊通以電流I I的導(dǎo)體薄片置于的導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的磁場(chǎng)中,那么的磁場(chǎng)中,那么在垂直于電流和磁場(chǎng)的薄片在垂
11、直于電流和磁場(chǎng)的薄片兩端產(chǎn)生一個(gè)正比于電流和兩端產(chǎn)生一個(gè)正比于電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的電勢(shì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度的電勢(shì)。fLfL洛倫之力洛倫之力fE-fE-電勢(shì)電勢(shì)UHUH產(chǎn)生的電場(chǎng)力產(chǎn)生的電場(chǎng)力霍爾電勢(shì)霍爾電勢(shì)UHUHKHIBKHIBKHKH是靈敏是靈敏度系數(shù)度系數(shù)1.2 1.2 霍爾元件基本檢測(cè)電路霍爾元件基本檢測(cè)電路1 1、元件電路符號(hào)、元件電路符號(hào)控制電流極控制電流極霍爾輸出端霍爾輸出端2 2、基本檢測(cè)電路、基本檢測(cè)電路E EI IU0U01.3 1.3 霍爾元件不等位電勢(shì)的補(bǔ)償霍爾元件不等位電勢(shì)的補(bǔ)償由于輸出端的不對(duì)稱和其它原因,霍爾元件在外磁場(chǎng)為零由于輸出端的不對(duì)稱和其它原因,霍爾元件在外磁場(chǎng)為零
12、 的情況下,仍有電勢(shì)輸出。的情況下,仍有電勢(shì)輸出。等效等效補(bǔ)償電路補(bǔ)償電路I IUHUHA AB BC CD DI IUHUHr1r1r3r3r4r4r2r2A AB BC CD DB BRwRwA AD DC CRwRwA AD DC C1.3 1.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用1. 1. 位移檢測(cè)位移檢測(cè)N NS SN NS Sx x x x霍爾元件霍爾元件 x x0 0時(shí),時(shí),B B0 0 x x變化時(shí),變化時(shí),B B增大,輸出電勢(shì)。增大,輸出電勢(shì)。動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍5mm5mm,分辨率,分辨率0.001mm0.001mm2.2.轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量通過輸出的脈沖數(shù)量計(jì)算轉(zhuǎn)速。通過輸出的
13、脈沖數(shù)量計(jì)算轉(zhuǎn)速?;魻柼厮估?jì)高斯計(jì))霍爾特斯拉計(jì)高斯計(jì)) 霍爾元件霍爾元件霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置ABS中的應(yīng)用中的應(yīng)用 若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死,將產(chǎn)生若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死,將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測(cè)車輪的危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測(cè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微帶有微型磁鐵型磁鐵的霍爾的霍爾傳感器傳感器霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法 只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起,只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起,就可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈動(dòng),從而引起霍爾電勢(shì)的變就可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈動(dòng),從而引起霍爾電勢(shì)的變化,產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號(hào)。化,產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號(hào)。 霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器鐵心鐵心 線性霍爾線性霍爾IC EH=KH IB 霍爾鉗形電流表交直流兩用)霍爾鉗形電流表交直流兩用)壓舌壓舌豁口豁口第七章小結(jié)第七章小結(jié)1 1、熱電阻式傳感
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