物理學(xué)與自動(dòng)化聯(lián)系

1、 論自動(dòng)化與物理學(xué)的聯(lián)系 -傳感器物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化1201 葉達(dá)文 自動(dòng)化的概念是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。 最初的控制器在公元前300年的古希臘就被發(fā)明了出來(lái)。來(lái)自埃及的古希臘工程師科泰西比奧斯的水鐘就是通過(guò)浮子控制的。 比贊茲在公元前250年發(fā)明了油燈，通過(guò)浮子來(lái)控制油面的高度。這都是浮力在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用。 第一個(gè)在工業(yè)領(lǐng)域使用的帶有反饋的調(diào)節(jié)裝置當(dāng)屬瓦特發(fā)明的離心力控制器，這是他在1769年為紐卡門(mén)的蒸汽機(jī)量身定做的；與此同時(shí)，俄羅斯人波爾祖諾夫發(fā)明了帶有反饋的水面高度控制器，也屬世界首創(chuàng)。水面高度的信息傳遞到浮子上，然后再反作用于蒸汽閥門(mén)上。從1868年起，自動(dòng)控制被許多新的發(fā)明推動(dòng)著不斷前進(jìn)

2、。閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象測(cè)量元件-輸入量偏差被控量（輸出量）干擾 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直接推動(dòng)被控對(duì)象，是輸出量發(fā)生變化。常用的有電動(dòng)機(jī)，調(diào)節(jié)閥，液壓馬達(dá)等 測(cè)量元件：檢測(cè)被控的物理量并轉(zhuǎn)換成所需要的信號(hào)（即為一個(gè)傳感器）。常用的有用于速度測(cè)量的測(cè)速發(fā)電機(jī)，用于位置與角度檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)變壓器，用于電流檢測(cè)的互感器及用于溫度檢測(cè)的熱電偶。這些檢測(cè)裝置一般都是將被檢測(cè)的物理量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的連續(xù)或離散的電壓信號(hào)。 作為自動(dòng)化這個(gè)專業(yè)，我們對(duì)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)這兩個(gè)機(jī)器再熟悉不過(guò)了，接下來(lái)就讓我們看看這兩個(gè)機(jī)器的工作原理吧 測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，他把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出，并要求

3、輸出的電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)速成正比 電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。I2/I1=N1/N2 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。 為統(tǒng)一和實(shí)施方便，世界各國(guó)均采用參比端保持為0攝氏度，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同的熱電極組合的熱電偶在不同熱溫度下做產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，制成測(cè)溫端溫度（通常用國(guó)際攝氏溫度單位）和熱電偶電勢(shì)對(duì)應(yīng)關(guān)系表，即分度表EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0) 霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國(guó)物

4、理學(xué)家霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被稱為霍爾電勢(shì)差。 霍爾效應(yīng)的公式： UH=KH*I*SB KH為霍爾元件的霍爾系數(shù)，UH 為霍爾電勢(shì)差，IS為流、過(guò)霍 爾元件的電流，B為垂直于霍爾片 的磁感應(yīng)強(qiáng)度?；魻柺絺鞲衅?霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 位移測(cè)量 兩塊永久磁鐵同極性相對(duì)放置，將

5、線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)霍爾傳感器在Z軸上作Z位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。 力測(cè)量 如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測(cè)出拉力及壓力的大小，按這一原理可制成的力傳感器。 角速度測(cè)量 在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。 線速度測(cè)量 如果把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)出車輛的運(yùn)動(dòng)速度。 外光電效

6、應(yīng) 外光電效應(yīng)是指在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek =h -W 內(nèi)光電效應(yīng) 在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng) 光電式傳感器photoelectric transducer，基于光電效應(yīng)的傳感器，在受到可見(jiàn)光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。它除能測(cè)量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測(cè)量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。光電測(cè)量時(shí)不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，光束的質(zhì)量又近似為零，在測(cè)量中不存在摩擦和對(duì)被測(cè)對(duì)象幾乎不施加壓力。因此在許多應(yīng)用場(chǎng)合，光電式傳感器比其他傳感器有明顯的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)是在某些應(yīng)用方面，光學(xué)器件和電子器件價(jià)格較貴，并且對(duì)測(cè)量的環(huán)境條件要求較高。 自動(dòng)控制里的測(cè)量元件跟執(zhí)行機(jī)