自動檢測概要

1、功能 傳感器：把被測非電量轉換成為與之有確定對應關系、且便于應用的某些物理量（通常是電量）的檢測裝置。 檢測電路：把傳感器輸出的變量變換成電壓或電流信號，使之能在輸出單元的指示儀上指示或記錄儀上記錄；或者能夠作為控制系統(tǒng)的檢測或反饋信號。 輸出單元：指示儀、記錄儀（為自動檢測系統(tǒng)）、累加器（自動計量系統(tǒng)）、報警器（自動保護系統(tǒng)或自動診斷系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)處理電路（部分數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)）等。 系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因：檢測裝置不完善、測量方法不完善、操作使用不當、環(huán)境影響等。 消除系統(tǒng)誤差的方法：實驗、分析、找原因、總結規(guī)消除系統(tǒng)誤差的方法：實驗、分析、找原因、總結規(guī)律、修正律、修正。 系統(tǒng)誤差的大小表明多次測

2、量結果距離真值的準確度，有確定規(guī)律的系統(tǒng)誤差越小，準確度越高。隨機誤差出現(xiàn)的原因：測量過程中一些獨立、微小、偶然因素的綜合結果。隨機誤差不可避免。消除隨機誤差的方法：利用概率理論和統(tǒng)計學的方法，消除隨機誤差的方法：利用概率理論和統(tǒng)計學的方法，分析隨機誤差的分布特性，減小誤差的影響。（多次分析隨機誤差的分布特性，減小誤差的影響。（多次測量求平均值）測量求平均值）隨機誤差的大小表明多次測量結果重復一致的程度，稱為精密度，當測量結果分散時，當測量結果集中，重復性好時，則認為精密度高。 準確度精密度測量精確度（精度）a a規(guī)律性系統(tǒng)誤差小規(guī)律性系統(tǒng)誤差小 準確度高準確度高。 結果分散性大結果分散性大

3、隨機誤差大隨機誤差大 精密度低精密度低。b b規(guī)律性系統(tǒng)誤差大規(guī)律性系統(tǒng)誤差大 準確度低準確度低。 結果重復性好結果重復性好 隨機誤差小隨機誤差小 精密度高精密度高。c c規(guī)律性系統(tǒng)誤差小規(guī)律性系統(tǒng)誤差小 準確度高準確度高。 結果重復性好結果重復性好 隨機誤差小隨機誤差小 精密度高精密度高。被測非電量：靜態(tài)量和動態(tài)量1.靜態(tài)量：不隨時間變化的信號或變化極其緩慢的信號2.動態(tài)量：周期信號、瞬變信號、隨機信號靜態(tài)特性指標主要包括線性度、靈敏度、靜態(tài)特性指標主要包括線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等遲滯、重復性、漂移等傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度靈敏度靈敏度：輸出變化與

4、輸入變化的比值。相當于放大倍數(shù)。(分辨率：輸入量最小增加多少，能被測量出來。)重復性：重復性：是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度零點漂移：零點漂移：傳感器無輸入時，每隔一段時間讀數(shù)，其輸出偏離零值。溫度漂移：溫度漂移：溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度傳感器的動態(tài)特性分類：瞬態(tài)響應法（時域）和頻率響應法（頻域）對于正弦輸入信號, 傳感器的響應稱為頻率響應或穩(wěn)態(tài)響應；對于階躍輸入信號, 則稱為傳感器的階躍響應或瞬態(tài)響應。（1 1）時間常數(shù)）時間常數(shù) 一階傳感器時間常數(shù)越小, 響應速度越快。 （2 2）響應時間）響應時間t ts s 傳感器從階躍輸入開始進

5、入穩(wěn)態(tài)值所規(guī)定的范圍內所需的時間。 （3 3）上升時間）上升時間t tr r 傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的90%所需時間。（4 4）峰值時間）峰值時間tptp 階躍響應曲線達到第一個峰值所需時間。 （5 5）延時時間）延時時間 傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的50%所需時間。 （6 6） 超調量超調量 傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大值與穩(wěn)態(tài)值的百分比。一階傳感器的超調量為零。傳感器頻率響應特性指標傳感器頻率響應特性指標（1）頻帶（2）時間常數(shù)（3）固有頻率第二章第二章 電阻式傳感器原理與應用電阻式傳感器原理與應用 電阻式傳感器的基本原理電阻式傳感器的基本原理是將被測量的是將被測量的變化轉換成傳感元件電阻值的變化，

6、再經(jīng)過變化轉換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉換電路變成電信號輸出。轉換電路變成電信號輸出。 （1 1）電阻式應變片）電阻式應變片 （2 2）壓阻式）壓阻式 （3 3）熱電阻式）熱電阻式測量參數(shù)：形變、壓力、力、位移、加速度、測量參數(shù)：形變、壓力、力、位移、加速度、溫度溫度 應變式傳感器是利用金屬的電阻應變效應，將被測量轉換為電量輸出的一種傳感器。 一、金屬的應變效應 當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化。 取一根長度為L，截面積為S，電阻率為 的金屬絲，未受力時其電阻R為ALR2.1.1金屬電阻金屬電阻 應變片的工作原理應變片的工作原理F l、A 、 R2.1.2 應變片的應

7、變片的溫度誤差補償溫度誤差補償1. 1. 應變片的溫度誤差應變片的溫度誤差由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，稱為應變片的溫度誤差。產(chǎn)生應變片溫度誤差的主要因素有以下兩方面。1)1) 電阻溫度系數(shù)的影響電阻溫度系數(shù)的影響2) 2) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響2. 2. 電阻應變片的溫度補償方法電阻應變片的溫度補償方法1)1)電橋補償電橋補償2)2)熱敏電阻補償熱敏電阻補償3 3）應變片的自補償（書上有，老師）應變片的自補償（書上有，老師PPTPPT無）無） 2.1.3 電阻應變片的測量電路電阻應變片的測量電路 作用：將電阻的變化轉

8、換為電壓輸出。作用：將電阻的變化轉換為電壓輸出。 一、一、 直流電橋直流電橋 空載電壓：空載電壓： 直流電源直流電源U輸輸出出電電壓壓DBCBCDUUUU0443221RRRURRRUURRRRRRRRU)(432132410R直流電橋直流電橋交流電橋交流電橋3241RRRR直流電橋平衡條件：直流電橋平衡條件： 1）若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應變極性不一致，輸出電壓為兩者之和。 2）若相對兩橋臂的應變極性一致，輸出電壓為兩者之和，反之為兩者之差。 3）電橋的供電電壓U越高，輸出電壓越大，但太大則電流也大，傳感器會出現(xiàn)蠕變和零飄。 4）

9、增大靈敏系數(shù)K，可提高電橋的輸出電壓。 *合理利用上述特性，可進行溫度補償和提高傳感器的測量靈敏度。xyK二、非線性誤差及其補償二、非線性誤差及其補償當當 時時, ,電橋的輸出電壓與應變成線性關系，電橋的輸出電壓與應變成線性關系，否則成非線性關系。否則成非線性關系。，RRi相對非線性誤差是：相對非線性誤差是：KUU21100為了消除非線性誤差，實際應用中，采用半橋差動為了消除非線性誤差，實際應用中，采用半橋差動或全橋差動電路，改善非線性誤差和提高輸出靈敏或全橋差動電路，改善非線性誤差和提高輸出靈敏度。度。半橋差動電路：半橋差動電路：(一個受拉，一個受壓）一個受拉，一個受壓）全橋差動電路：全橋差

10、動電路：RRUUKU2)(4210RRUU0半橋差動電路不僅消除非線性誤差，使輸出靈敏度半橋差動電路不僅消除非線性誤差，使輸出靈敏度提高一倍，同時起溫度補償作用提高一倍，同時起溫度補償作用 與單臂應變相比，靈敏度擴大與單臂應變相比，靈敏度擴大4 4倍！倍！R1R2F 2.1.4、電阻應變式傳感器的應用測量參數(shù)測量參數(shù)：形變、壓力、力、位移、加速度、溫度：形變、壓力、力、位移、加速度、溫度應用：應用：（一）、測力與稱重傳感器（一）、測力與稱重傳感器（二）、壓力傳感器（二）、壓力傳感器（三）、加速度傳感器（低頻（三）、加速度傳感器（低頻1060H1060HZ Z應用廣泛）應用廣泛）（四）、位移傳感

11、器（四）、位移傳感器二、壓力傳感器二、壓力傳感器 補償片補償片工作片工作片膜片膜片應變片應變片插座插座壓力敏感（彈性）元件為壓力敏感（彈性）元件為膜片或膜盒、波紋管、彈簧膜片或膜盒、波紋管、彈簧管管等等第二節(jié)第二節(jié) 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 -半導體傳感器半導體傳感器 壓阻效應：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生壓阻效應：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫壓阻效應變化，這種現(xiàn)象叫壓阻效應。半導體材料的壓阻效應。半導體材料的壓阻效應特別強。特別強。半導體壓阻式傳感器分類半導體壓阻式傳感器分類粘貼式應變片粘貼式應變片擴散硅型壓阻傳感器擴散硅型壓阻傳感器 特點：特點：靈敏系數(shù)大，分辨率高

12、，動態(tài)響應快，體積靈敏系數(shù)大，分辨率高，動態(tài)響應快，體積小，溫度范圍寬，便于批量生產(chǎn)，易于集成化、智能小，溫度范圍寬，便于批量生產(chǎn)，易于集成化、智能化化（優(yōu)點）。它主要用于測量壓力、加速度和載荷等（優(yōu)點）。它主要用于測量壓力、加速度和載荷等參數(shù)。因為半導體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳參數(shù)。因為半導體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補償（缺點）溫度誤差較大，必須要有溫度補償（缺點）。第三章 變阻抗式傳感器原理及應用 變阻抗式傳感器的基本原理是將被測量變阻抗式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉換成的變化轉換成線圈電感量線圈電感量（自感或互感）、（自感或互感）、

13、電容量電容量等的變化，再經(jīng)過轉換電路變成電信等的變化，再經(jīng)過轉換電路變成電信號輸出。號輸出。（1 1）自感式傳感器）自感式傳感器（2 2）差動變壓器）差動變壓器（3 3）電容傳感器）電容傳感器（4 4）電渦流傳感器）電渦流傳感器（5 5）壓磁式傳感器）壓磁式傳感器利用電感式傳感器，能對位移、壓力、振動、應變、利用電感式傳感器，能對位移、壓力、振動、應變、流量等參數(shù)進行測量。流量等參數(shù)進行測量。它具有結構簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗它具有結構簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優(yōu)點，因此小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優(yōu)點，因此在機電控制系統(tǒng)中得到

14、廣泛的應用。在機電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。它的主要缺點是響應較慢，不宜于快速動態(tài)測量，而它的主要缺點是響應較慢，不宜于快速動態(tài)測量，而且傳感器的分辨率與測量范圍有關，測量范圍大，分且傳感器的分辨率與測量范圍有關，測量范圍大，分辨率低，反之則高。辨率低，反之則高。第一節(jié)第一節(jié) 自感式電感傳感器自感式電感傳感器分類：分類：1.變間隙型變間隙型2.變面積型變面積型3.螺線管型螺線管型4.差動型差動型線圈電感算式：線圈電感算式： W W -線圈匝數(shù)。線圈匝數(shù)。 R Rm m - - 磁路總磁阻。磁路總磁阻。mRWL2由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成AAlAlRm0222111

15、2AAlAlWRWLm0222111222 磁路總磁阻：磁路總磁阻：故：故：可以看出，改變可以看出，改變氣隙厚度氣隙厚度 或或氣隙截面積氣隙截面積A A都會導致自感系數(shù)都會導致自感系數(shù)變化。因此自感式傳感器又可分變化。因此自感式傳感器又可分為變氣隙厚度為變氣隙厚度 和變氣隙面積和變氣隙面積A A 的傳感器。目前使用最廣泛的是的傳感器。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度的自感式傳感器。變氣隙厚度的自感式傳感器。 結論：結論：變間隙型自感傳感器的測量范圍與靈敏度變間隙型自感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，變間隙型自感傳感器適用于測及線性度相矛盾，變間隙型自感傳感器適用于測量微小位移。為了減小非線

16、性誤差，實際測量中量微小位移。為了減小非線性誤差，實際測量中采用采用差動變隙式自感傳感器差動變隙式自感傳感器 結論：結論：差動變隙式自感傳感器，改善了靈敏度及差動變隙式自感傳感器，改善了靈敏度及線性度線性度 相敏檢波電路中：電壓表讀數(shù)大小反映銜鐵的位移；電壓表極性反映移動方向。 使用相敏整流，輸出電壓U0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點殘余電壓的影響，第二節(jié)第二節(jié) 差動變壓器（概念）差動變壓器（概念）差動變壓器是把被測的非電量變化轉換成線圈互感量差動變壓器是把被測的非電量變化轉換成線圈互感量的變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，的變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制

17、成的，并且次級繞組用差動的形式連接，故稱之為差動變壓并且次級繞組用差動的形式連接，故稱之為差動變壓器式傳感器。器式傳感器。差動變壓器結構形式：有變隙式變面積式螺線管式等 差動變壓器差動變壓器運行中存在的問題運行中存在的問題： 零點殘余電壓：零點殘余電壓： 由于差動變壓器無法做到兩個副邊的感應電動勢完全對稱，所由于差動變壓器無法做到兩個副邊的感應電動勢完全對稱，所以即使以即使沒有位移輸入，電路也會輸出一定的電動勢沒有位移輸入，電路也會輸出一定的電動勢U0U0。 零點殘余電壓產(chǎn)生原因：零點殘余電壓產(chǎn)生原因： (1)(1)傳感器的兩個次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，傳感器的兩個次級繞組的電氣參數(shù)

18、和幾何尺寸不對稱， (2) (2) 磁性材料的非線性磁性材料的非線性, ,產(chǎn)生高次諧波不同，不能互相抵消。產(chǎn)生高次諧波不同，不能互相抵消。減小零點殘余電壓的方法：減小零點殘余電壓的方法：1.1.從制造工藝上減小殘余電動勢。從制造工藝上減小殘余電動勢。2.2.采用拆圈實驗方法，使兩個次級繞組的等效參數(shù)相等。采用拆圈實驗方法，使兩個次級繞組的等效參數(shù)相等。3.3.采用補償電路采用補償電路, ,調整元件參數(shù)調整元件參數(shù), ,消除殘余電動勢。消除殘余電動勢。零點殘余電壓的危害零點殘余電壓的危害（一般（一般在幾十毫伏以下在幾十毫伏以下）：）：并聯(lián)電阻：消除基波正交分量；并聯(lián)電阻：消除基波正交分量；并聯(lián)電

19、容：消除高次諧波；并聯(lián)電容：消除高次諧波；串聯(lián)電阻、并聯(lián)電容：消除基波同相成分。串聯(lián)電阻、并聯(lián)電容：消除基波同相成分。1. 力和力矩的測量2. 微小位移的測量3. 壓力測量4. 加速度傳感器差動變壓器應用差動變壓器應用第三節(jié)第三節(jié) 電容式傳感器電容式傳感器分類：分類：1.變面積式電容傳感器 2.變極距式電容傳感器 3.變介電常數(shù)式電容傳感器 一、電容傳感器工作原理0 rSSCdd dS 電容式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉換成傳感元件電容量的變化，再經(jīng)過轉換電路變成電信號輸出。*采用差動結構可提高靈敏度（提高一倍）和改采用差動結構可提高靈敏度（提高一倍）和改善非線性善非線性三、三、電容式傳

20、感器的特點和設計要點電容式傳感器的特點和設計要點1 1、特點、特點電容傳感器與電阻、電感等傳感器相比的優(yōu)點：電容傳感器與電阻、電感等傳感器相比的優(yōu)點：（1 1）溫度穩(wěn)定性好）溫度穩(wěn)定性好（2 2）結構簡單，適應性強）結構簡單，適應性強（3 3）動態(tài)響應好）動態(tài)響應好（4 4）可實現(xiàn)非接觸測量）可實現(xiàn)非接觸測量主要缺點：主要缺點：（1 1）輸出阻抗高，負載能力差）輸出阻抗高，負載能力差（2 2）寄生電容影響大）寄生電容影響大2 2、設計要點、設計要點（1 1）減小環(huán)境溫度、濕度等變化所產(chǎn)生的誤差，保證絕）減小環(huán)境溫度、濕度等變化所產(chǎn)生的誤差，保證絕緣材料的絕緣性能緣材料的絕緣性能（2 2）消除和

21、減小邊緣效應）消除和減小邊緣效應（3 3）消除和減小寄生電容）消除和減小寄生電容（4 4）采用差動結構，減小非線性誤差，提高靈敏度）采用差動結構，減小非線性誤差，提高靈敏度第四節(jié)第四節(jié) 電渦流式傳感器原理電渦流式傳感器原理 置于變化磁場中的塊狀金屬導體或在磁場中作切割磁力線的置于變化磁場中的塊狀金屬導體或在磁場中作切割磁力線的塊狀金屬導體，則在此塊狀金屬導體內將會產(chǎn)生旋渦狀的感應電塊狀金屬導體，則在此塊狀金屬導體內將會產(chǎn)生旋渦狀的感應電流的現(xiàn)象稱為流的現(xiàn)象稱為電渦流效應電渦流效應，該旋渦狀的感應電流稱為電渦流，簡，該旋渦狀的感應電流稱為電渦流，簡稱渦流。稱渦流。 電磁爐電磁爐 高頻電流通過勵磁

22、高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質鍋底會產(chǎn)生無在鐵質鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內自行發(fā)熱，燒開鍋內的的 食物。食物。 一、高頻反射式一、高頻反射式1 1、基本原理、基本原理 將一個通以高頻電流將一個通以高頻電流i is s，頻率為，頻率為f f，外半，外半徑為徑為r ras as 的電感線圈置于金屬導體附近，的電感線圈置于金屬導體附近，則線圈周圍空間將產(chǎn)生一個高頻磁場則線圈周圍空間將產(chǎn)生一個高頻磁場H H，使金屬導體使金屬導體中感應電渦流中感應電渦流i i，i i又產(chǎn)生與又產(chǎn)生與H H 方向相反的交變磁場方向相反的交變磁場H H

23、 ，如圖所示。，如圖所示。根據(jù)愣次定律，根據(jù)愣次定律，H H 的反作用必然削弱線圈的磁場的反作用必然削弱線圈的磁場H H。由于磁場。由于磁場H H 的作用，導致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。線圈阻抗的變化取的作用，導致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。線圈阻抗的變化取決于被測金屬導體的電渦流效應。而電渦流效應既與被測體的電阻決于被測金屬導體的電渦流效應。而電渦流效應既與被測體的電阻率率 、磁導率、磁導率 以及幾何形狀有關，還與線圈的幾何參數(shù)、線圈以及幾何形狀有關，還與線圈的幾何參數(shù)、線圈中激磁電流頻率中激磁電流頻率f f 有關，同時還與線圈與導體間的距離有關，同時還與線圈與導體間的距離x x 有關

24、。有關。 線圈置于金屬導體附近：線圈置于金屬導體附近： 線圈中通以高頻信號線圈中通以高頻信號 i1 正弦交變磁場正弦交變磁場 H1 金屬導體內就會產(chǎn)生渦流金屬導體內就會產(chǎn)生渦流 渦流產(chǎn)生電磁場渦流產(chǎn)生電磁場 反作用于線圈，改變了電感反作用于線圈，改變了電感 結論：由電渦流產(chǎn)生反磁場的去磁作用將使線圈電感量減小，從結論：由電渦流產(chǎn)生反磁場的去磁作用將使線圈電感量減小，從而引起線圈等效阻抗而引起線圈等效阻抗Z及等效品質因數(shù)及等效品質因數(shù)Q值的變化。所以凡是能引值的變化。所以凡是能引起電渦流變化的非電量，均可通過測量線圈的等效電阻起電渦流變化的非電量，均可通過測量線圈的等效電阻R、等效電、等效電感感

25、L、等效阻抗、等效阻抗Z及等效品質因數(shù)及等效品質因數(shù)Q來測量。來測量。五、五、 渦流式傳感器的應用渦流式傳感器的應用x, x被 測 參 數(shù)變 換 量特 征位移、厚度、振動 （1） 非接觸測量，連續(xù)測量 （2） 受剩磁的影響。表面溫度、電解質濃度、材質判別、速度（溫度） （1） 非接觸測量，連續(xù)測量； （2） 對溫度變化進行補償應力、硬度 （1） 非接觸測量，連續(xù)測量； （2） 受剩磁和材質影響探傷 可以定量測量電渦流式傳感器的應用 1 1、測量位移、測量位移 2 2、測量振動、測量振動 3 3、測量轉速、測量轉速 4 4、測量厚度、測量厚度 5 5、測量溫度、測量溫度第四章 光電傳感器原理及應

26、用第一節(jié)第一節(jié) 光電效應與光電器件光電效應與光電器件1.外光電效應：在光線作用下電子從物體表面逸出。例如：光電管、光倍增管等外光電效應：在光線作用下電子從物體表面逸出。例如：光電管、光倍增管等2.內光電效應：在光線作用下物體的電阻率改變。例如光敏電阻內光電效應：在光線作用下物體的電阻率改變。例如光敏電阻3.光生伏特效應：在光線作用下物體產(chǎn)生一定方向的電動勢。例如：光電池、光光生伏特效應：在光線作用下物體產(chǎn)生一定方向的電動勢。例如：光電池、光敏晶體管等敏晶體管等2x輻射源光學通路光電元件1x12I采用光電元件作為檢測元件的傳感器被稱為光電傳感采用光電元件作為檢測元件的傳感器被稱為光電傳感器。光電

27、傳感器由器。光電傳感器由光源光源、光學通路光學通路和和光電元件光電元件組成。組成。（二）特性參數(shù)（二）特性參數(shù) 1.暗電阻與亮電阻暗電阻與亮電阻 暗電阻暗電阻-在室溫且全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻。例在室溫且全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻。例如如MG41-42型光敏電阻的暗阻大于等于型光敏電阻的暗阻大于等于0.1兆歐。兆歐。 亮電阻亮電阻-在室溫且一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻。在室溫且一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻。例如例如MG41-42型光敏電阻的亮阻小于等于型光敏電阻的亮阻小于等于1000歐。歐。 光敏電阻接在電路上，亮電流（大）與暗電流（?。┕饷綦娮杞釉陔娐飞?，亮電流（大）與暗電流（?。┲畋环Q為光

28、電流。之差被稱為光電流。 光敏電阻的暗電阻越大，亮電阻越小，靈敏度越高。光敏電阻的暗電阻越大，亮電阻越小，靈敏度越高。 2.伏安特性曲線伏安特性曲線光照度小光照度小光照度大光照度大 在一定照度下，光敏電在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系電流之間的關系 在給定的偏壓下，光照度越大，光電流也就越大；在給定的偏壓下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和現(xiàn)象。和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱

29、條件等因素有關。耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關。第三節(jié)第三節(jié) 光導纖維傳感器光導纖維傳感器 光纖傳感器光纖傳感器(FOS Fiber Optical Sensor)是是2020世紀世紀7070年代中期發(fā)展起來的一種基于光導纖維的新型傳感器。年代中期發(fā)展起來的一種基于光導纖維的新型傳感器。它是光纖和光通信技術迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基它是光纖和光通信技術迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎的傳感器有本質區(qū)別。光纖傳感器用光作為敏感信息礎的傳感器有本質區(qū)別。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質。因此，它同的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質。因此，它同時具有光纖及光學

30、測量的特點。時具有光纖及光學測量的特點。 工作原理工作原理（利用光的完全內反射原理）（利用光的完全內反射原理）光纖傳感器光纖傳感器傳光型：作為光學通路傳輸光信號。傳光型：作為光學通路傳輸光信號。功能型：被測信號功能型：被測信號 光纖及傳輸特性變化。光纖及傳輸特性變化。 包層包層2.2.光導光導纖維纖維低折射率低折射率高折射率高折射率1.1.光源光源3.3.光探光探測器測器4.4.1 光導纖維的結構和導光原理 圓柱形內芯和包層組成，而且內芯的折射率略大于包層的折射率（n2n1） 4.4.3 光纖傳感器結構原理 把被測量的狀態(tài)轉變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置把被測量的狀態(tài)轉變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置 光受到被

31、測量的調制，已調光經(jīng)光纖耦合到光接收器，光受到被測量的調制，已調光經(jīng)光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘?，?jīng)信號處理系統(tǒng)得到被測量。使光信號變?yōu)殡娦盘?，?jīng)信號處理系統(tǒng)得到被測量。 傳統(tǒng)傳感器（電為基礎）？傳統(tǒng)傳感器（電為基礎）？信號處理信號處理電電 源源信號接收信號接收敏感元件敏感元件（a a）傳統(tǒng)傳感器）傳統(tǒng)傳感器 導線導線光的電矢量光的電矢量E)sin(tBE被測量調制：被測量調制：光的強度、偏振態(tài)（矢量光的強度、偏振態(tài)（矢量B的方向）、頻率和相位的方向）、頻率和相位解調：解調：光的強度調制、偏振調制、頻率調制或相位調制光的強度調制、偏振調制、頻率調制或相位調制光的調制過程就是將一攜帶信

32、息的信號疊加到載波光光的調制過程就是將一攜帶信息的信號疊加到載波光波上；完成這一過程的器件叫做調制器。波上；完成這一過程的器件叫做調制器。在光纖傳感器中，光的解調過程通常是將載波光攜帶在光纖傳感器中，光的解調過程通常是將載波光攜帶的信號轉換成光的強度變化，然后由光電探測器進行的信號轉換成光的強度變化，然后由光電探測器進行檢測。檢測。(1) 光纖的傳感器中的作用功能型功能型非功能型非功能型拾光型拾光型 功能型（全光纖型）光纖傳感器功能型（全光纖型）光纖傳感器利用對外界信息具有敏感能力和檢測能力的光纖利用對外界信息具有敏感能力和檢測能力的光纖(或特或特殊光纖殊光纖)作傳感元件，將作傳感元件，將“傳

33、傳”和和“感感”合為一體的傳合為一體的傳感器。光纖不僅起傳光作用，而且還利用光纖在外界因感器。光纖不僅起傳光作用，而且還利用光纖在外界因素素(彎曲、相變彎曲、相變)的作用下，其光學特性的作用下，其光學特性(光強、相位、偏光強、相位、偏振態(tài)等振態(tài)等)的變化來實現(xiàn)的變化來實現(xiàn)“傳傳”和和“感感”的功能。因此，的功能。因此，傳感器中光纖是連續(xù)的。由于光纖連續(xù)，增加其長度，傳感器中光纖是連續(xù)的。由于光纖連續(xù)，增加其長度，可提高靈敏度?？商岣哽`敏度。信號處理光受信器光纖敏感元件光發(fā)送器非功能型（或稱傳光型）光纖傳感器非功能型（或稱傳光型）光纖傳感器光纖僅起導光作用，只光纖僅起導光作用，只“傳傳”不不“感

34、感”，對外界信息的，對外界信息的“感覺感覺”功能依靠其他物理性質的功能元件完成。光纖功能依靠其他物理性質的功能元件完成。光纖不連續(xù)。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術不連續(xù)。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術，比較容易實現(xiàn)，成本低。但靈敏度也較低，用于對靈，比較容易實現(xiàn)，成本低。但靈敏度也較低，用于對靈敏度要求不太高的場合。敏度要求不太高的場合。信號處理光受信器敏感元件光發(fā)送器光纖 拾光型光纖傳感器拾光型光纖傳感器 用光纖作為探頭，接收由用光纖作為探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、被測對象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纖散射的光。其典型例子如光纖激光多普勒速度計

35、、輻射式光激光多普勒速度計、輻射式光纖溫度傳感器等。纖溫度傳感器等。 信號處理光受信器光發(fā)送器光纖耦合器被測對象傳感器傳感器光學現(xiàn)象光學現(xiàn)象被測量被測量光纖光纖分類分類干干涉涉型型光纖傳感器相位調制光纖傳感器相位調制干涉（磁致伸縮）干涉（磁致伸縮）干涉（電致伸縮）干涉（電致伸縮）Sagnac效應效應光彈效應光彈效應干涉干涉電流、磁場電流、磁場電場、電壓電場、電壓角速度角速度振動、壓力、加速度、位移振動、壓力、加速度、位移溫度溫度SM、PMSM、PMSM、PMSM、PMSM、PMaaaaa 非非干干涉涉型型光纖傳感器強度調制光纖傳感器強度調制遮光板斷光路遮光板斷光路半導體透射率的變化半導體透射率

36、的變化熒光輻射、黑體輻射熒光輻射、黑體輻射光纖微彎損耗光纖微彎損耗振動膜或液晶的反射振動膜或液晶的反射氣體分子吸收氣體分子吸收光纖漏泄模光纖漏泄模溫度、振動、壓力、加速度、位移溫度、振動、壓力、加速度、位移溫度溫度溫度溫度振動、壓力、加速度、位移振動、壓力、加速度、位移振動、壓力、位移振動、壓力、位移氣體濃度氣體濃度液位液位MMMMMMSMMMMMMMbbbbbbb光纖傳感器偏振調制光纖傳感器偏振調制法拉第效應法拉第效應泡克爾斯效應泡克爾斯效應雙折射變化雙折射變化光彈效應光彈效應電流、磁場電流、磁場電場、電壓電場、電壓溫度溫度振動、壓力、加速度、位移振動、壓力、加速度、位移SMMMSMMMb,

37、abbb光纖傳感器頻率調制光纖傳感器頻率調制多普勒效應多普勒效應受激喇曼散射受激喇曼散射光致發(fā)光光致發(fā)光速度、流速、振動、加速度速度、流速、振動、加速度氣體濃度氣體濃度溫度溫度MMMMMMCbb注：注：MM多模光纖；多模光纖；SM單模光纖；單模光纖；PM偏振保持光纖偏振保持光纖 (2) 根據(jù)光受被測對象的調制形式 4.4.6 光纖傳感器的應用強度調制型：強度調制型：基于彈性元件受壓變形，將壓力信號轉基于彈性元件受壓變形，將壓力信號轉換成位移信號來檢測，故常用于位移的換成位移信號來檢測，故常用于位移的光纖檢測技術；光纖檢測技術；相位調制型：相位調制型：利用光纖本身作為敏感元件；利用光纖本身作為敏

38、感元件；偏振調制型：偏振調制型：主要是利用晶體的光彈性效應。主要是利用晶體的光彈性效應。光纖壓力傳感器光纖壓力傳感器第五章 電動勢式傳感器1 1、磁電式傳感器（概念）、磁電式傳感器（概念）2 2、霍爾傳感器、霍爾傳感器3 3、壓電式傳感器、壓電式傳感器第一節(jié) 磁電式傳感器原理dtdkE法拉第電磁感應定律：法拉第電磁感應定律：iN通過一個閉合回路的磁通量發(fā)生變化時， 回路中就有感應電流產(chǎn)生該現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應電流，相應的電動勢為感應電動勢。 磁電式傳感器：基于電磁感應原理而制造。是通過磁電磁電式傳感器：基于電磁感應原理而制造。是通過磁電作用將被測量（如振動、轉速、扭矩）轉換

39、成電勢信號的傳感作用將被測量（如振動、轉速、扭矩）轉換成電勢信號的傳感器。結構簡單、工作穩(wěn)定、靈敏度高。器。結構簡單、工作穩(wěn)定、靈敏度高。dtdNesinBlvNe sinBAe - -+ +ueivBle 磁通量的變化實現(xiàn)辦法: 磁鐵與線圈之間作相對運動； 磁路中磁阻的變化； 恒定磁場中線圈面積的變化.一、一、動圈式動圈式磁電傳感器（磁電傳感器（恒磁通式恒磁通式） 1 1、 原理原理動圈式磁電傳感器原理圖 sinaNBlE 當當90，線圈的感應電動勢為：線圈的感應電動勢為：aNBlE 輸出線輸出線彈簧片彈簧片線圈線圈芯軸芯軸磁鋼磁鋼阻尼環(huán)阻尼環(huán)殼體殼體SNNS注意蘭色可移動部分！注意蘭色可移

40、動部分！輸出：輸出：感應電動勢感應電動勢-正比于機械振動。正比于機械振動。一、一、動圈式動圈式磁電傳感器（磁電傳感器（恒磁通式恒磁通式） 2 2、結構、結構磁電式傳感器構成： 1、磁路系統(tǒng) 產(chǎn)生恒定直流磁場。一般采用永久磁鐵； 2、線圈 由它運動切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢。二、二、磁阻式磁阻式磁電傳感器（磁電傳感器（變磁通式變磁通式） 線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測物連接而運動的部分是用導磁材料制成的，在運動中，它們改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁能量，在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。用來測量轉速，線圈中產(chǎn)生感應電動勢的頻率作為輸出，而電勢的頻率取決于磁通變化的頻率。 結構：開磁路、閉磁路 置于磁

41、場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應霍爾效應。dIBRUHH第二節(jié)、霍爾傳感器原理第二節(jié)、霍爾傳感器原理 三、霍爾元件的三、霍爾元件的主要特性參數(shù)(1) 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻：輸入電阻：控制電極間的電阻 輸出電阻：輸出電阻：霍爾電極之間的電阻可以在無磁場即可以在無磁場即B0和室溫（和室溫（20 + -5）時，用歐姆時，用歐姆表等測量。表等測量。(2)

42、 額定控制電流和最大允許控制電流額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：額定控制電流：當霍爾元件有控制電流使其本身在 空氣中產(chǎn)生10溫升時，對應的控制電流值 最大允許控制電流：最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升為限制 所對應的控制電流值 （3 3）不等位電勢和不等位電阻）不等位電勢和不等位電阻當磁感應強度為零，霍爾元件的激勵電流為額定值時，當磁感應強度為零，霍爾元件的激勵電流為額定值時，則其輸出的霍爾電勢應該為零，但實際不為零，用直流則其輸出的霍爾電勢應該為零，但實際不為零，用直流電位差計可以測得空載霍爾電勢，這時測得的空載霍爾電位差計可以測得空載霍爾電勢，這時測得的空載霍爾電勢稱為

43、不等位電勢。電勢稱為不等位電勢。產(chǎn)生不等位電勢的主要原因產(chǎn)生不等位電勢的主要原因有：有： 霍耳電極安裝位置不霍耳電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上；對稱或不在同一等電位面上； 半導體材料不均勻造成半導體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 激勵電極接觸激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分布等。不良造成激勵電流不均勻分布等。r 0稱不等位電阻稱不等位電阻 00NUrI 四、霍爾元件的誤差及補償四、霍爾元件的誤差及補償1) 不等位電勢的補償不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級，有時甚至超過霍爾電勢，而實用中要消除不等位電勢是極其困難的，因而必須采用

44、補償?shù)姆椒?。分析不等位電勢時，可以把霍耳元件等效為一個電橋，用分析電橋平衡來補償不等位電勢。 霍爾元件的等效電路不等位電勢的補償電路不等位電勢的補償電路 對稱補償?shù)臏囟确€(wěn)定性要好些對稱補償?shù)臏囟确€(wěn)定性要好些 2) 2) 溫度補償溫度補償霍爾元件是采用半導體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當溫度變化時，霍爾元件的載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化，從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。電阻相對變化電阻相對變化溫度低溫度低-溫度高溫度高升溫減小升溫減小負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)升溫增大升溫增大正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)溫度低溫度低-溫度高溫度高霍耳電壓相對變化霍耳電壓相對變化砷化銦砷化

45、銦硅硅鍺鍺碲化銦碲化銦鍺鍺為了減小霍爾元件的溫度誤差，選用溫度系數(shù)小的元件溫度系數(shù)小的元件采用恒溫措施恒溫措施由UH=KHIB 可看出：采用恒流源供電恒流源供電是個有效措施，可以使霍爾電勢穩(wěn)定。但也只能是減小由于輸入電阻隨溫度變化所引起的激勵電流I 的變化的影響?；魻栐撵`敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾元件的靈敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關系霍爾電勢的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關系 )1 (TKKHOH大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值時，是正值時，它們的霍爾電勢隨溫度的升高而增加（它們的霍爾電勢隨

46、溫度的升高而增加（1+t）倍。）倍。同時，讓控制電流同時，讓控制電流I相應地減小，能保持相應地減小，能保持KHI不變就不變就抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響 恒流源溫度補償電路 當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時，當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時，旁路分流電阻自動地加強分流，減少了霍爾元件的控制電流旁路分流電阻自動地加強分流，減少了霍爾元件的控制電流UH=KHIB 霍耳傳感器的應用霍耳傳感器的應用 優(yōu)點優(yōu)點: 結構簡單，體積小，重量輕，頻帶寬，動態(tài)特性好和結構簡單，體積小，重量輕，頻帶寬，動態(tài)特性好和壽命長壽命長 應用：應用：電磁測量：測量恒定的或交變的磁感應強度

47、、有功功電磁測量：測量恒定的或交變的磁感應強度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；自動檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。自動檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。霍爾傳感器的應用 測量原理：霍爾電勢與磁感應強度成正比，若磁感應強度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。 應用：位移測量、力、壓力、應變、機械振動、加速度 1. 微位移和壓力的測量2. 磁場的測量在控制電流恒定條件下，霍爾電勢大小與磁感應強度成正比，由于霍爾元件的結構特點，它特別適用于微小氣隙中的磁感應強度、高梯度磁場參數(shù)的測量。cosBIKUHH霍爾電勢是磁場方向與霍爾基片法線

48、方向之間夾角的函數(shù)?；魻栯妱菔谴艌龇较蚺c霍爾基片法線方向之間夾角的函數(shù)。應用：霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉速傳感器應用：霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉速傳感器第三節(jié) 壓電式傳感器一一 壓電式傳感器原理壓電式傳感器原理 1 1、壓電效應、壓電效應 壓電式傳感器：當外力作用于某些晶體時，發(fā)生壓電壓電式傳感器：當外力作用于某些晶體時，發(fā)生壓電效應，在晶體表面產(chǎn)生電荷，通過檢測發(fā)電電荷量的效應，在晶體表面產(chǎn)生電荷，通過檢測發(fā)電電荷量的大小測出作用力的大小。大小測出作用力的大小。 可制成力、壓力、加速度等傳感器?？芍瞥闪Α毫?、加速度等傳感器。 體積小、輕便、頻帶寬、靈敏度高。體積

49、小、輕便、頻帶寬、靈敏度高。壓電效應：某些晶體在一定方向上受到外力作用壓電效應：某些晶體在一定方向上受到外力作用時，內部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應在晶體的兩個表面時，內部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應在晶體的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷。當外力除去時，電荷消上產(chǎn)生符號相反的電荷。當外力除去時，電荷消失；當外力反向時，電荷極性也反向。被稱為壓失；當外力反向時，電荷極性也反向。被稱為壓電效應。電效應。 2 2、石英晶體的壓電效應、石英晶體的壓電效應 石英：二氧化硅單晶，石英：二氧化硅單晶， 六角棱柱體，六角棱柱體， X、Y、Z三個晶軸。三個晶軸。x光軸光軸電軸電軸機械軸機械軸坐標軸坐標軸晶體切塊晶體切塊1 1、X X

50、向應力向應力-縱向壓電效應縱向壓電效應xxxxxFdq電荷計算：電荷計算：2 2、Y Y向應力向應力橫向壓電效應橫向壓電效應光軸光軸電軸電軸機械軸機械軸晶體切塊晶體切塊壓力壓力拉力拉力xxqyxyxyFbadqxyq壓力壓力拉力拉力xxd分別為兩個方向的壓電系數(shù)。分別為兩個方向的壓電系數(shù)。xydxxxydd且：且：石英晶體的壓電效應石英晶體的壓電效應 （a）正負電荷是互相平衡的，所以外部沒有帶電現(xiàn)象。）正負電荷是互相平衡的，所以外部沒有帶電現(xiàn)象。（b）在）在X軸方向壓縮，表面軸方向壓縮，表面A上呈現(xiàn)負電荷、上呈現(xiàn)負電荷、B表面呈現(xiàn)正電荷。表面呈現(xiàn)正電荷。（c）沿）沿Y軸方向壓縮，在軸方向壓縮，

51、在A和和B表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負電荷表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負電荷 石英晶體石英晶體一種天然晶體，壓電系數(shù)d112.311012C/N；莫氏硬度為7、熔點為1750、膨脹系數(shù)僅為鋼的1/30。優(yōu)點： 轉換精度高、線性范圍寬、重復性好、固有頻率高、動態(tài)特性好、工作溫度高達550（壓電系數(shù)不隨溫度變化而改變）、工作濕度高達100%、穩(wěn)定性好。3 3、壓電陶瓷的壓電效應、壓電陶瓷的壓電效應 壓電陶瓷：多晶體，具有電疇（分子自發(fā)形成的電場壓電陶瓷：多晶體，具有電疇（分子自發(fā)形成的電場區(qū)域）結構的壓電材料。正常狀態(tài)下對外不呈現(xiàn)電荷。區(qū)域）結構的壓電材料。正常狀態(tài)下對外不呈現(xiàn)電荷。 在一定溫度下，對壓電陶

52、瓷加強電場進行極化處理，在一定溫度下，對壓電陶瓷加強電場進行極化處理，內部電疇的排列被人為地規(guī)則化，當強電場撤消后，壓電陶內部電疇的排列被人為地規(guī)則化，當強電場撤消后，壓電陶瓷就具有了壓電特性。瓷就具有了壓電特性。 多晶鐵電體多晶鐵電體在強電場中極化在強電場中極化電疇排列規(guī)則化電疇排列規(guī)則化壓電陶瓷的正壓電效應 壓電陶瓷片上加上一個與極化反向平行的外力，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮變形，原來吸附在極板上的自由電荷，一部分被釋放而出現(xiàn)放電現(xiàn)象放電現(xiàn)象。當壓力撤消后，陶瓷片恢復原狀，片內的正、負電荷之間的距離變大，極化強度也變大，因此電極上又吸附部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象充電現(xiàn)象。 放電電荷的多少與外力的大小

53、成比例關系放電電荷的多少與外力的大小成比例關系 FdQ33二二 壓電傳感器的測量電路壓電傳感器的測量電路1. 壓電元件的等效電路hshsCra0aCQU 壓電式傳感器的等效電路壓電式傳感器的等效電路 壓電式傳感器可以等效為電荷源和壓電元件電容器的并聯(lián)電路；壓電式傳感器可以等效為電荷源和壓電元件電容器的并聯(lián)電路；也可以等效為電壓源和電容器的串聯(lián)電路。也可以等效為電壓源和電容器的串聯(lián)電路。(a)等效為一個電荷源等效為一個電荷源Q與一個電容與一個電容Ca并聯(lián)的電路并聯(lián)的電路 (b) 等效成一個電源等效成一個電源U = Q/Ca 和一個電容和一個電容Ca的串聯(lián)電路的串聯(lián)電路 兩個壓電片的聯(lián)接方式 （a

54、） “并聯(lián)并聯(lián)”，Q=2Q，U=U，C=2C并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時間常數(shù)大，并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號并且以電荷作為輸出量的地方，適宜用在測量慢變信號并且以電荷作為輸出量的地方，（b） “串聯(lián)串聯(lián)” Q=Q，U=2U，C=C/2而串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小。而串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小。適宜用于以電壓作輸出信號，且測量電路輸入阻抗很高的適宜用于以電壓作輸出信號，且測量電路輸入阻抗很高的地方。地方。（1）電壓放大器Ca：傳感器的電容：傳感器的電容 Ra：傳感器的漏電阻：傳感器的漏電阻 Cc：連接電纜的等效電容：連接電纜的等效電容Ri：放大

55、器的輸入電阻：放大器的輸入電阻Ci：輸入電容：輸入電容iaiaRRRRRicaCCCCuaCaCcCiRaRiR1R2+-uaCaCRui前置放大器輸入電壓前置放大器輸入電壓 RCjRiUi1壓電元件的力壓電元件的力 F=FF=Fm msintsint壓電元件的壓電系數(shù)為壓電元件的壓電系數(shù)為d d1111，產(chǎn)生的電荷為，產(chǎn)生的電荷為Q = dQ = d1111FF。tFddtdQimcos11FdjI11RCjRjFdUi111。2211)()(1icamimCCCRRFdu輸入電壓的幅值輸入電壓的幅值 當作用力是靜態(tài)力（當作用力是靜態(tài)力（=0） 時，前置放大器的輸入電壓為零。時，前置放大器的

56、輸入電壓為零。原理上決定了壓電式傳感器不能測量靜態(tài)物理量。原理上決定了壓電式傳感器不能測量靜態(tài)物理量。壓電式傳感器突出優(yōu)點：高頻響應相當好。壓電式傳感器突出優(yōu)點：高頻響應相當好。 電纜長度會影響靈敏度！電纜長度會影響靈敏度?。?）電荷放大器壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。能將高內阻的電荷源轉換為低內阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達10101012，輸出阻抗小于100。使用電荷放大器突出的一個優(yōu)點：使用電荷放大器突出的一個優(yōu)點：在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關。壓電傳感器與電荷放大器連接等效電路 K是放大器的開環(huán)增益，

57、（是放大器的開環(huán)增益，（-K）表示放大器的輸出與輸入反相，）表示放大器的輸出與輸入反相，若開環(huán)增益足夠高，則放大器的輸入端的電位接近若開環(huán)增益足夠高，則放大器的輸入端的電位接近“地地”電位。電位。 1、壓電式加速度傳感器2、壓電式力傳感器3、壓電式壓力傳感器三三 壓電式傳感器的應用壓電式傳感器的應用壓電元件由兩塊壓電片組成，在壓電片的兩個表面上鍍銀并焊接輸出引線，輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電元件上，以一定的預緊力安裝一慣性質量塊，整個組件裝在一個厚基座的金屬殼體中。第三節(jié) 熱電偶傳感器一一 熱電偶的工作原理熱電偶的工作原理1.兩種不同導體兩種不同導體 2.接成閉合回路接成閉合

58、回路 3.兩個接點處溫度不同兩個接點處溫度不同 1 1、熱電效應、熱電效應 回路中會產(chǎn)生熱電動勢?；芈分袝a(chǎn)生熱電動勢。必要條件必要條件 熱電偶傳感器基于熱電偶傳感器基于熱電效應熱電效應原理而工作。屬于有源傳感原理而工作。屬于有源傳感器，使用時不需要外加電源，可以方便地測量爐子、管器，使用時不需要外加電源，可以方便地測量爐子、管道中的氣體或液體溫度，也可以測量固體表面溫度。道中的氣體或液體溫度，也可以測量固體表面溫度。 結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小、便于遠距離傳送。性小、便于遠距離傳送。熱電動勢熱電動勢（電荷擴散）（電荷擴散）溫差電動

59、勢溫差電動勢: 同一導體上因兩端溫度不同引起。同一導體上因兩端溫度不同引起。接觸電動勢接觸電動勢: 兩種不同導體的接觸引起。兩種不同導體的接觸引起。BtAtABte)(000)(BtAtABte00),(AtAtAtte00),(BtBtBtteBt0BtAt0At 熱電極A和B為同一種材料，NA=NB, A=B，則 EAB(T, T0)=0。 若熱電偶兩端處于同一溫度下， T=T0 ，EAB(T, T0)=0 。 熱電勢存在必須具備兩個條件熱電勢存在必須具備兩個條件：一、兩種不同的金屬材料組成熱電偶，一、兩種不同的金屬材料組成熱電偶，二、它的兩端存在溫差。二、它的兩端存在溫差。 TTBABA

60、BAABABBABAABABdt)(NNln)TT(ek)T ,T(e)T ,T(e)T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(e)T(e)T ,T(E0000000002. 熱電偶回路的總熱電勢 1. 勻質導體定律2. 中間導體定律3. 連接導體定律二、熱電偶基本定律二、熱電偶基本定律為解決測量中的實為解決測量中的實際問題提供理論依際問題提供理論依據(jù)據(jù)利用該定律，可以檢查兩種熱電極材料是否相同，利用該定律，可以檢查兩種熱電極材料是否相同，或一種熱電極材料是否均勻或一種熱電極材料是否均勻。 1. 勻質導體定律 由一種勻質導體所組成的閉合回路，不論導體的截面積如何及導體的各處溫度分布如何，