傳感與檢測技術(shù)CH7-8

1、正版可修改PPT課件傳感與檢測技術(shù)CH7-8 傳感與檢測技術(shù)模塊七 速度傳感器的應(yīng)用項目一 霍爾式傳感器在汽車防抱死裝置中的應(yīng)用任務(wù)描述：若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測和保持車輪的轉(zhuǎn)動，有助于控制剎車力的大小和防止側(cè)偏。通過調(diào)試觀察霍爾傳感器在汽車防抱死裝置中的應(yīng)用電路的工作過程，掌握霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用。學習目標：1.能根據(jù)霍爾傳感器的特性正確選用霍爾傳感器；2.能識別和檢測霍爾傳感器的質(zhì)量；3.能分析霍爾傳感器測速電路的信號檢測和速度轉(zhuǎn)化計算的工作原理；4.掌握霍爾傳感器測速電路的調(diào)試方法。任務(wù)一 霍爾傳感器的認識1.什么是速度傳感器 速度傳感器：單位時

2、間內(nèi)位移的增量就是速度。速度包括線速度和角速度，與之相對應(yīng)的就有線速度傳感器和角速度傳感器，我們都統(tǒng)稱為速度傳感器。2.霍爾傳感器 霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。3.霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。圖 7-1磁感應(yīng)強度B =0時的情況圖7-2 磁感應(yīng)強度B 較大時的情況圖7-3 霍爾效應(yīng)演示4.霍爾元件的主要外特性參數(shù)1）最大磁感應(yīng)強度 ，如圖 7-4 霍爾元件感應(yīng)強度線性區(qū)域所示。圖 7-4 霍爾元件感應(yīng)強度線性區(qū)域2）最大激勵電流I

3、M。 由于霍爾電勢隨激勵電流增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵電流。但激勵電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫漂增大，因此每種型號的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵電流，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。5. 霍爾集成電路 霍爾集成電路可為線性型和開關(guān)型兩大類。線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件UGN3501，如圖7-5 所示。圖 7-5 線性型三端霍爾集成電路圖7-6 開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路6.霍爾傳感器的應(yīng)用 霍爾傳感器主要用于測量能夠轉(zhuǎn)換為磁場變化的其

4、他物理量，如圖7-7，圖7-8與圖7-9所示。圖7-7 霍爾特斯拉計（高斯計）圖7-8霍爾高斯計（特斯拉計）的使用圖7-9 霍爾傳感器用于測量磁場強度7.霍爾轉(zhuǎn)速表 在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤,也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。 在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。

5、如圖7-10所示。圖7-10霍爾轉(zhuǎn)速表原理 當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。 若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測和保持車輪的轉(zhuǎn)動，有助于控制剎車力的大小和防止側(cè)偏。如圖7-11所示。圖7-11霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用任務(wù)二 霍爾式傳感器在汽車防抱死裝置中的應(yīng)用電路制作（可用萬能電路板制作電路，也可用面包板或模塊制作電路。） 知識準備： 此處介紹制作步驟、方法和工藝要求等，如圖7-12所示，霍爾式傳感器在汽車防抱死裝置中的應(yīng)用電路。圖7-1

6、2霍爾式傳感器在汽車防抱死裝置中的應(yīng)用電路 表7-1 元件、材料清單序號名稱型號單位數(shù)量R1電阻10K個1R2光敏電阻R22K個1VT1電阻8550個1IC2電阻OTC608個1M直流電機12V個1VCC電源5v個1 任務(wù)實施 ： 按圖7-12將電路焊接在實驗板上認真檢查電路正確無誤后接好霍爾傳感器和電壓表頭。前端部分OTC608傳感器和放大電路按照常規(guī)設(shè)計即可。電機部分，焊接一個帶磁鐵的旋轉(zhuǎn)頭，模擬汽車防抱死裝置中帶微型磁鐵的電機部分。以便測量電機的轉(zhuǎn)速。任務(wù)三 霍爾式傳感器在汽車防抱死裝置中的應(yīng)用電路調(diào)試 工作原理： 電動機運轉(zhuǎn)時，當磁鐵靠近霍爾傳感器，其2腳輸出高電平，VT1截止，輸出端

7、OUT輸出高電平；當磁鐵離開霍爾傳感器，2腳輸出低電平，VT1導(dǎo)通，輸出端OUT輸出低電平。這樣，就是一組脈沖串，改脈沖串如果被送入計數(shù)器等裝置進行技術(shù)分析后，便可以通過記錄脈沖數(shù)量來獲得電動機的轉(zhuǎn)數(shù)。 調(diào)試方法步驟如下： 記錄一段時間內(nèi)，霍爾傳感器輸出的高低電平脈沖串，通過如下公式： 其中： n輸出電平脈沖； 旋轉(zhuǎn)頭齒輪安裝磁鐵塊的個數(shù)； f頻率（Hz）。 計算出電機的轉(zhuǎn)速。 表7-2 實驗參數(shù)記錄表時間/s10101010OUT端電平狀態(tài)電機轉(zhuǎn)速任務(wù)評價: 表7-3 任務(wù)評價表評價項目評價內(nèi)容自評互評師評學習態(tài)度（10）能否認真觀察實驗現(xiàn)象、認真完成任務(wù)安全意識（10）是否注意保護所用儀表

8、儀器完成任務(wù)情況（70）是否了解霍爾傳感器是如何測速度(20)是否能進行霍爾傳感器元件的檢測(10)是否能正確制作搭建應(yīng)用電路(20)是否掌握觀測霍爾傳感器輸出電平變化協(xié)作能力（10）與同組成員交流討論解決不太清楚的問題總評好（85-100）較好（70-85）一般（少于70） 項目二 磁電式傳感器在發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測電路中的應(yīng)用任務(wù)描述： 基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應(yīng)電勢發(fā)生變化，因此當轉(zhuǎn)盤上嵌入N個磁棒時，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生N次的變化，通過放大、整形和計數(shù)等電路即可以測量轉(zhuǎn)速。學習目標：1.理解磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理；2.掌握磁電感應(yīng)式傳感器特性3.掌握磁

9、電式傳感器的結(jié)構(gòu)形式4.掌握磁電感應(yīng)傳感器的轉(zhuǎn)換電路5.理解磁電感應(yīng)式傳感器的各種應(yīng)用原理任務(wù)一 初識氣敏電阻知識準備： 磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運動速度變換成感應(yīng)電勢輸出的傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測對象的機械能轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是一種有源傳感器1.基本原理磁電式傳感器有時也稱作電動式或感應(yīng)式傳感器， 它只適合進行動態(tài)測量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡單；零位及性能穩(wěn)定；工作頻帶一般為101000Hz。磁電式傳感器具有雙向轉(zhuǎn)換特性，利用其逆轉(zhuǎn)換效應(yīng)可構(gòu)成力(矩)發(fā)生器和電磁激振器等。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當N匝線圈在均恒磁場內(nèi)運動時，設(shè)穿過線圈的磁通為，則線

10、圈內(nèi)的感應(yīng)電勢e與磁通變化率有如下公式：e感應(yīng)電勢（V）；N線圈匝數(shù)；磁通（Wb）2.結(jié)構(gòu)類型 磁通變化率與磁場強度、磁路磁阻、線圈與磁場的相對運動速度有關(guān)，故若改變其中一個因素，都會改變線圈的感應(yīng)電動勢。 根據(jù)以上原理有兩種磁電感應(yīng)式傳感器： a）恒磁通式：磁路系統(tǒng)恒定磁場，運動部件可以是線圈也可以是磁鐵。b）變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動，轉(zhuǎn)動物體引起磁阻、磁通變化。 1）恒磁通式 由永久磁鐵、線圈、彈簧和骨架組成，磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場，磁路中的工作氣隙固定不變，氣隙中的磁通也恒定不變，感應(yīng)電勢是由于線圈相對于永久磁鐵運動時切割磁力線產(chǎn)生的，運動部件可以是線圈也可以是磁鐵，結(jié)構(gòu)分為動圈

11、式和動磁式，如圖7-13所示。圖 7-13 恒磁通式感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖圖7-14所示為動圈式磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。當線圈在垂直于磁場方向作直線運動或旋轉(zhuǎn)運動時，若以線圈相對磁場運動的速度v或角速度表示，則所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：線速度型為： 角速度型為： （a） （b） 圖7-14 動圈式磁電傳感器工作原理 (a)為線速度型 （b）為角速度型 在傳感器中當結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，B、l、N、S均為定值，感應(yīng)電動勢e與線圈相對磁場的運動速度(v或)成正比，所以這類傳感器的基本形式是速度傳感器，能直接測量線速度或角速度。如果在其測量電路中接入積分電路或微分電路，那么還可以用來測量位移或加速度。但

12、由上述工作原理可知，磁電感應(yīng)式傳感器只適用于動態(tài)測量。2）變磁通式 變磁通式的線圈和永久磁鐵都是靜止的，感應(yīng)電勢由變化的磁通產(chǎn)生，如圖7-15所示。1.被測轉(zhuǎn)軸 2.鐵心 3.線圈 4.軟線 5.永久磁鐵圖 7-15 變磁通式感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 圖7-16為開磁路變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動， 測量齒輪安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上，隨被測體一起轉(zhuǎn)動。每轉(zhuǎn)動一個齒， 齒的凹凸引起磁路磁阻變化一次，磁通也就變化一次，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其變化頻率等于被測轉(zhuǎn)速n與測量齒輪上齒數(shù)z的乘積。由頻率計測得f，即可求得轉(zhuǎn)速n。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉(zhuǎn)速的場合。 圖

13、 7-16 開磁路變磁通式感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 圖7-17為閉磁路變磁通式傳感器，它由裝在轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪5和外齒輪6、永久磁鐵1和感應(yīng)線圈組成，內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。 當轉(zhuǎn)軸連接到被測轉(zhuǎn)軸上時，外齒輪不動，內(nèi)齒輪隨被測軸而轉(zhuǎn)動，內(nèi)、外齒輪的相對轉(zhuǎn)動使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電動勢。 顯然， 感應(yīng)電勢的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。 圖 7-17 開磁路變磁通式感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖3. 信號調(diào)理電路 為便于各級阻抗匹配，將積分電路和微分電路置于兩極放大器之間，如圖7-18所示。圖7-18 信號調(diào)理電路4.磁電式傳感器的應(yīng)用 1）變磁通感應(yīng)式速度/角速

14、度傳感器，如圖7-19所示。圖7-19 變磁通感應(yīng)式速度/角速度傳感器2）磁電式扭距傳感器： 當扭距作用在轉(zhuǎn)軸上時，兩個磁電傳感器輸出的感應(yīng)電壓u1、u2存在相位差，相差與扭距的扭轉(zhuǎn)角成正比，傳感器可以將扭距引起的扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成相位差的電信號。主要應(yīng)用有電磁心音傳感器，電磁血流量計，如圖7-20所示。圖7-20磁電式扭距傳感器任務(wù)二 磁電式傳感器在發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測一任務(wù)目的：了解磁電式測量轉(zhuǎn)速的原理。二基本原理：基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應(yīng)電勢： 發(fā)生變化，因此當轉(zhuǎn)盤上嵌入N個磁棒時，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生N次的變化，通過放大、整形和計數(shù)等電路即可以測量轉(zhuǎn)速。圖7-

15、21 磁電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗原理框圖三實施任務(wù)需用器件與單元：主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)024V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、頻頻轉(zhuǎn)速表；磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動源。任務(wù)三 磁電式傳感器在發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測調(diào)試1、根據(jù)圖7-22將磁電式傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙大約為23。圖7-22磁電式傳感器測速實驗安裝接線圖2、首先在接線以前，合上主機箱電源開關(guān)，將主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源224旋鈕調(diào)到最小(逆時針方向轉(zhuǎn)到底)后接入電壓表(顯示選擇打到20檔)監(jiān)測大約為.25V；然后關(guān)閉主機箱電源，將磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動電源按圖7-22所示分別接到主機箱的相應(yīng)電源和頻率轉(zhuǎn)速

16、表(轉(zhuǎn)速檔)的Fin上。3、合上主機箱電源開關(guān)，在小于12范圍內(nèi)(電壓表監(jiān)測)調(diào)節(jié)主機箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源(調(diào)節(jié)電壓改變電機電樞電壓)，觀察電機轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。4、從2開始記錄每增加相應(yīng)電機轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)(待電機轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù))；畫出電機的(電機電樞電壓與電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系)特性曲線。實驗完畢，關(guān)閉電源。任務(wù)評價: 表7-4 任務(wù)評價表評價項目評價內(nèi)容自評互評師評學習態(tài)度（10）能否認真觀察實驗現(xiàn)象、認真完成任務(wù)安全意識（10）是否注意保護所用儀表儀器完成任務(wù)情況（70）是否了解霍爾傳感器是如何測速度(20)是否能進行霍爾傳感器元件的檢測(10)是否能正確制作搭建應(yīng)用電路(20)是否掌握觀

17、測霍爾傳感器輸出電平變化協(xié)作能力（10）與同組成員交流討論解決不太清楚的問題總評好（85-100）較好（70-85）一般（少于70） 傳感與檢測技術(shù)模塊八 氣體與濕度傳感器的應(yīng)用模塊學習目標： 1.掌握氣體與濕度傳感器的種類、特性、主要參數(shù)和選用方法； 2.能熟練對光敏電阻、氣敏傳感器和濕敏傳感器進行檢測； 3.能正確安裝使用氣體與濕度傳感器4.能分析氣體與濕度傳感器的信號檢測和轉(zhuǎn)換電路工作原理，并能進行熟練調(diào)試。 項目一 光敏電阻在煤氣灶熄火報警電路中的應(yīng)用任務(wù)描述： 通過調(diào)試觀察光敏電阻在煤氣灶熄火報警電路中的工作過程，掌握光敏電阻的應(yīng)用。學習目標：1.能根據(jù)熱敏電阻溫度傳感器特性正確選用

18、熱敏電阻；2.能識別和檢測熱敏電阻質(zhì)量；3.能分析熱敏電阻測溫電路的信號檢測和轉(zhuǎn)換電路的工作原理；4.掌握溫度表測溫電路的調(diào)試方法。任務(wù)一 初識光敏電阻知識準備：1.什么是光敏電阻 光敏電阻，是一種特殊的電阻，簡稱光電阻，又名光導(dǎo)管，如圖8-1所示。它的電阻和光線的強弱有直接關(guān)系。光強度增加，則電阻減??；光強度減小，則電阻增大。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。 圖 8-1 光敏電阻2.光敏電阻的作用 光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻

19、器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。3.光敏電阻的工作原理 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體

20、內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對 將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值，如圖2所示。圖 8-2 光敏電阻工作原理圖 在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長的光線照射時，電流就會隨光強的增大而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。4.光敏電阻的分類 根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器、紅外光敏電阻器、可見光光敏電阻器,如圖8-3所示。（a） （b） （c）（a）為紫外線光敏電阻；(b)為紅外光敏電阻；(

21、c)為可見光敏電阻器5.光敏電阻的主要參數(shù) (1)光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。 (2)光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。圖8-4 光譜特性(3)伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系。任務(wù)二 煤氣灶熄火報警電路制作（可用萬能電路板制作電路，也可用面包板或模塊制

22、作電路。）知識準備：此處介紹制作步驟、方法和工藝要求等，如圖8-5所示電路圖。圖8-5 煤氣灶熄火報警電路序號名稱型號單位數(shù)量 R1電阻1K個1R2光敏電阻R2MGL-45個1R3電阻3K個1R4電阻150K個1R5電阻4M個1C1金屬化低介電容0.1u/160V個1C2金屬化低介電容0.47/160V個1VD1整流二極管IN4004個1VD2觸發(fā)二極管DB3個1VT1晶體三極管3DG6 80個1VT2晶體三極管3DG12 100個1VS雙向可控硅3CTS1個1YD壓電陶瓷片加助聲腔個1IC音樂集成電路KD128或其它10秒左右的個1S行程開關(guān)個1表8-1元件、材料清單光控電路簡介 光照越強，

23、光敏傳感器的阻值越小，當光照強度增加到一定程度，光敏傳感器的阻值趨于穩(wěn)定；光照越弱，光敏傳感器的阻值大。在本實驗的光控電路中，光敏傳感器與R1電阻構(gòu)成分壓電路，隨著光照的加強，接入NE555的TR端口電壓逐漸降低，當其值小于比較電壓時，NE555的OUT端口輸出高電平，LED1指示燈點亮，C3電容開始充電，VT1導(dǎo)通VT2導(dǎo)通VT3導(dǎo)通，燈LIGHT點亮；反之，隨著光照的減弱，接入NE555的TR端口電壓逐漸升高，當其值大于比較電壓時，NE555的OUT端口輸出高電平，LED1指示燈熄滅，C3電容開始放電，燈LIGHT點亮一個周期后，VT1截止VT2截止VT3截止，燈LIGHT熄滅。任務(wù)實施：

24、 按圖8-5將電路焊接在實驗板上認真檢查電路正確無誤后接好光敏敏電阻和電壓表頭。開關(guān)S可采用適當?shù)男谐涕_關(guān)與煤氣灶開關(guān)安裝在一體。音樂集成電路可采用奏樂10秒鐘左右的任何一種。光敏電阻選用MGL45型，制作時將其固定于一圓管中，安裝在距火焰10cm處并對準火焰。T1用半導(dǎo)體收音機的輸出變壓器，倒過來使用。VD1用耐壓大于200V的整流二極管。VD2為觸發(fā)管。C1、C2的值決定放電強度和速度?？煽毓栌眯∮|發(fā)電流的3CTS1、耐壓400V。T2可用12吋電視機行輸出改制，去掉原低壓部分，用0.35mm的高強度漆包線在原骨架上繞15匝；次級用原高壓包去掉整流管即可。放電針用自行車幅條自制，將幅條一端

25、磨尖，兩放電針之間以5mm為宜。將開關(guān)S引出與煤氣開關(guān)聯(lián)動，調(diào)整R1使VT1分別在有無火焰時截止和導(dǎo)通。點火器安裝在煤氣灶的空閑位置，放電針對準煤氣噴口。任務(wù)三 光敏電阻在煤氣灶熄火報警電路中的應(yīng)用電路調(diào)試知識準備： 電源，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，光照 調(diào)試方法步驟如下： 將開關(guān)S引出與煤氣開關(guān)聯(lián)動，調(diào)整R1使VT1分別在有無火焰時截止和導(dǎo)通。并且記錄R1的阻值及VT1的工作狀態(tài),光敏電阻的阻值。 表8-2 實驗數(shù)據(jù)記錄1234可調(diào)電阻R1光敏電阻R2VT1任務(wù)評價: 表8-3 任務(wù)評價表評價項目評價內(nèi)容自評互評師評學習態(tài)度（10）能否認真觀察實驗現(xiàn)象、認真完成任務(wù)安全意識（10）是否注意保護所用儀

26、表儀器完成任務(wù)情況（70）是否了解霍爾傳感器是如何測速度(20)是否能進行霍爾傳感器元件的檢測(10)是否能正確制作搭建應(yīng)用電路(20)是否掌握觀測霍爾傳感器輸出電平變化協(xié)作能力（10）與同組成員交流討論解決不太清楚的問題總評好（85-100）較好（70-85）一般（少于70） 項目二 氣敏傳感器在酒精測試儀中的應(yīng)用任務(wù)描述： 1. 以氣敏傳感器為傳感元件，將氣體中酒精濃度轉(zhuǎn)化為電阻；2. 對于氣體中酒精濃度的不同能夠有明顯區(qū)別的不同提示；3. 當酒精濃度到達一定閾值時能夠發(fā)出聲光報警。學習目標：1.了解氣敏電阻傳感器的基本轉(zhuǎn)化原理；2.能識別和檢測熱敏電阻質(zhì)量；3.能分析熱敏電阻測溫電路的信

27、號檢測和 轉(zhuǎn)換電路的工作原理； 4.了解酒精濃度檢測儀電路分析。任務(wù)一 初識氣敏電阻知識準備： 在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中，人們往往會接觸到各種各樣的氣體，需要對它們進行檢測和控制。比如化工生產(chǎn)中氣體成分的檢測與控制；煤礦瓦斯?jié)舛鹊臋z測與報警；環(huán)境污染情況的監(jiān)測；煤氣泄漏：火災(zāi)報警；燃燒情況的檢測與控制等等。氣敏電阻傳感器就是一種將檢測到的氣體的成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。1.什么是氣敏電阻 氣敏電阻：利用某些半導(dǎo)體吸收某種氣體后發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成，主要成分是金屬氧化物，主要品種有：金屬氧化物氣敏電阻， 復(fù)合氧化物氣敏電阻，陶瓷氣敏電阻等。 2.氣敏電阻的分類(1)接觸燃燒式傳感器 接觸燃

28、燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持300400的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此，鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度，如圖8-6所示。圖8-6 熱導(dǎo)式氣敏傳感器a）結(jié)構(gòu) b）測量電路(2)電化學氣敏傳感器 電化學氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。(3)半導(dǎo)體氣敏傳感器 半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特

29、點，應(yīng)用極其廣泛；半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減?。籔型阻值隨氣體濃度的增大而增大。(4)還原性氣體傳感器 還原性氣體是在化學反應(yīng)中能給出電子，化學價升高的氣體。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。測量還原性氣體的氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其它添加劑，按一定比例燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。 還原性氣敏電阻工作時必須加熱到200300，其目的是加速被測氣體的化學吸附和電離的過程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用）。N型半導(dǎo)體的表面在高溫下遇到離解能力較

30、小(易失去電子)的還原性氣體時，氣體分子中的電子將向氣敏電阻表面轉(zhuǎn)移，使氣敏電阻中的自由電子濃度增加，電阻率降低，電阻減小。這樣就把氣體濃度信號轉(zhuǎn)換成電信號，如圖8-7，圖8-8和圖8-9所示。 圖8-7 MQN型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)及測量電路圖8-8 酒精傳感器 圖8-9 其他還原性氣體傳感器3.氣敏傳感器的工作原理 聲表面波器件之波速和頻率會隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃

31、度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準確的反應(yīng)氣體濃度的變化值，如圖8-10所示。圖8-10氣敏電阻的工作原理4.氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線 如圖8-11所示，氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線 。圖8-11氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線5.氣敏傳感器的應(yīng)用 各類易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測和報警都可以用相應(yīng)的氣敏傳感器及其相關(guān)電路來實現(xiàn)，如氣體成分檢測儀、氣體報警器、空氣凈化器等已用于工廠、礦山、家庭、娛樂場所等。 (1)燃氣泄漏報警器是非常重要的燃氣安全設(shè)備，它是安全使用城市燃氣的最后一道保護。燃氣泄漏報警器通過氣體傳感器探測

32、周圍環(huán)境中的低濃度可燃氣體，通過采樣電路，將探測信號用模擬量或數(shù)字量傳遞給控制器或控制電路，當可燃氣體濃度超過控制器或控制電路中設(shè)定的值時，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出報警信號或執(zhí)行關(guān)閉燃氣閥門等動作?？扇細怏w報警器的探測可燃氣體的傳感器主要有氧化物半導(dǎo)體型、催化燃燒型、熱線型氣體傳感器，還有少量的其他類型，如化學電池類傳感器。這些傳感器都是通過對周圍環(huán)境中的可燃氣體的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學反應(yīng)或電化學反應(yīng)，造成傳感器的電物理特性的改變(2)抽油煙機自動啟動及報警器 工作時由電機帶動風機旋轉(zhuǎn)，將灶臺上方的空氣從進氣口吸入機內(nèi)，如圖8-12所示。高速旋轉(zhuǎn)的機風葉使油煙氣中的油脂微粒在離心力

33、作用下向四周散射，油脂與煙氣得以分離。油脂微粒中的大部分粘附在集油盤的內(nèi)壁上，經(jīng)自然冷凝后集中流入油杯。小部分未被收集的油脂微粒隨煙氣一起被吹入出氣口，通過排氣管道排出室外。按下監(jiān)控開關(guān)時，電路處于自動監(jiān)控狀態(tài)。當發(fā)生燃氣泄漏時，空氣中的一氧化碳濃度超標。自動監(jiān)控電路自動啟動電機運轉(zhuǎn)把室內(nèi)的一氧化碳抽出室外。并同時啟動揚聲器發(fā)出報警聲，保證人身和財產(chǎn)安全。圖8-12 抽油煙機自動啟動及報警器（3）酒精測試儀 1）電化學型的酒精測試儀，以燃料電池作為傳感器。測試時，呼出的氣體進入儀器的燃燒室。如果氣體中含有酒精，酒精就會在催化劑的作用下充分燃燒，轉(zhuǎn)變成電能。這種傳感器的電極采用貴金屬材質(zhì)，因此這

34、類測試儀的價格也相當昂貴，一般都在萬元以上。 2）半導(dǎo)體型的酒精測試儀是采用化學物氧化錫作為傳感器，這種物質(zhì)在不同的溫度條件下，對酒精、汽油、香煙等氣體具有不同的靈敏度，當它在高溫下遇到酒精時，電阻值就會急劇減小。警用便攜式酒精測試儀器采用此類傳感器。如圖8-13,8-14所示。圖8-13 警用便攜式酒精測試儀器圖8-14 防止酒后開車控制器（4）礦用瓦斯報警器 礦燈瓦斯報警器裝配在酸性礦工燈上，使普通礦燈兼具照明與瓦斯報警兩種功能。當?shù)V燈在空氣中監(jiān)測到甲烷氣體達到報警濃度時，礦燈每秒閃一次，如圖8-15所示。圖8-15礦用瓦斯報警器（5）有毒氣體傳感器 有毒氣體報警器主要是用在檢測有毒氣體泄

35、漏濃度的一種精密電子產(chǎn)品，有毒氣體顧名思義就是對人體有害的、對人體能造成危害的氣體，在檢測這類氣體必須要求相應(yīng)的有毒氣體報警器檢測準確、反應(yīng)迅速等原則。有毒氣體報警器采用的一般都是電化學式氣體傳感器，這種氣體傳感器反應(yīng)靈敏、性能穩(wěn)定，精確度高而且價格也是適合廣大用戶能接受的價格。這種有毒氣體報警器若一旦發(fā)生有毒泄漏的情況，氣體報警器就會在很短的時間內(nèi)把檢測到有毒泄漏的濃度值通過電信號的方式通過屏蔽電纜線傳輸給控制主機，氣體報警器的控制主機就會發(fā)出聲光報警，同時啟動風機、排風扇、噴淋等系統(tǒng)，這樣就會防止意外事故的發(fā)生，從而保障人們的生命財產(chǎn)安全不受侵犯。伊拉克戰(zhàn)爭中美國士兵就配備了一個可探測有毒

36、氣體的傳感器(工作時間僅為20多秒)，如圖8-16所示。圖8-16有毒氣體檢測器 表8-4氣敏傳感器能夠檢測氣體的種類及主要檢測場所任務(wù)二 酒精濃度檢測儀的設(shè)計，如圖8-17所示電路圖。圖8-17 酒精測試儀電路 表8-5 元件、材料清單序號名稱型號單位數(shù)量 R1電阻1.8K個1R2電阻1.2K個1R3電阻3.9K個1RP可調(diào)電阻20 K個1RQ1氣敏傳感器MQ_3個1IC1雙向可控硅LM3914個1LED1_5綠色LEDLED個5LED6_10紅色LEDLED個5POWER電源5V個1電路原理簡介： 酒精濃度檢測儀的前端部分采用氣敏傳感器MQ-3、R1與RP1組成分壓電路，通過外界酒精氣體濃

37、度的變化，從而改變A點的電位。酒精氣體濃度越高，氣敏傳感器的阻值越小，A點電位越高。在本實驗中，A點電位與通用電平顯示驅(qū)動芯片LM3914的輸入信號端口相連，分別對芯片內(nèi)部的10個電壓比較器的基準電壓進行比較，直線驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)光二極管接通。簡而言之，酒精氣體濃度越高，發(fā)光二極管接通的個數(shù)越多；氣體溶度越低，發(fā)光二極管接通的個數(shù)越少。氣敏傳感器的選型及使用注意事項 酒精測試儀的精度要求不是很高，所以本實驗中采用MQ-3型半導(dǎo)體酒精傳感器。本實驗中氣敏電阻采用還原性氣體傳感器MQ-3,該傳感器是比較常用的酒精氣體傳感器。MQ-3氣敏傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導(dǎo)體,其價格低廉，可滿足呼

38、出氣體酒精濃度的測量需求符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注TAO使用條件-20+50 推薦使用范圍TAS儲存溫度-20+70RH相對濕度2%表8-7 MQ-3的標準環(huán)境條件1.MQ-3氣敏傳感器 MQ-3型氣敏傳感器的外形和符號如圖8-18所示。該傳感器有6個針狀引腳，其中兩個引腳F提供加熱電流，其余四個引腳用于信號讀取。圖8-18MQ-3酒精氣敏傳感器外形及符號2.MQ-3氣敏傳感器使用注意事項 （1）MQ-3氣敏傳感器在使用時，2個A引腳和2個B引腳分別并接在一起，相當于A、B只有兩個引腳與外電路相連，本實驗中酒精氣敏傳感器就是按照這種原理使用的。 （2）標準工作條件和環(huán)境條件 氣敏傳感器MQ-3的

39、標準工作條件如表8-6所示。環(huán)境條件如表8-7所示。這些條件是選擇MQ-3型氣敏傳感器的依據(jù)。 環(huán)境溫度和濕度的變化對氣敏傳感器的靈敏度有一定的影響。當環(huán)境溫度較高時，氣敏傳感器的靈敏度較高；當環(huán)境溫度較低時，氣敏傳感器的靈敏度較低。在標準工作環(huán)境下，MQ-3型氣敏傳感器的測試酒精氣體濃度的范圍為502000ppm，其濃度上限為0.2%。 表8-6 MQ-3的標準工作條件 符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注UC回路電壓10V交流或直流UR加熱電壓5V交流或直流RL加熱電阻可調(diào)0.5200kRH負載電阻335%室溫PH加熱功耗 800mW任務(wù)三 氣敏電阻在酒精測試儀電路電路中的應(yīng)用電路調(diào)試1.檢查電源回路

40、 通電前，用數(shù)字萬用表二極管通斷檔測量電源正負接入點之間的電阻，應(yīng)為高阻態(tài)。 目測IC的正負電源是否接反。2.電壓直接調(diào)節(jié) 用一組5V穩(wěn)壓電源使系統(tǒng)通電，用另一組穩(wěn)壓電源輸出調(diào)至0.2V，電源正通過一個1k電阻接入A點，電源負于系統(tǒng)電源負短接。調(diào)節(jié)電源從0.25V，觀察LED的變化，LED0LED9挨個被點亮。3.氣敏傳感器的應(yīng)用 （1）按照氣敏傳感器使用要求，先通電將傳感器預(yù)熱20S左右，測量數(shù)據(jù)才可以穩(wěn)定。傳感器發(fā)熱屬于正?，F(xiàn)象，因為其內(nèi)部有電阻絲，如果燙手，說明傳感器工作不正常，需要檢測。 （2）使用乙醇液體作為酒精氣體的散發(fā)源，先使用50%乙醇水溶液，再具體調(diào)節(jié)乙醇含量。最終得到200

41、ppm的酒精調(diào)試系統(tǒng)。4.電位器調(diào)節(jié)靈敏度 調(diào)試完成后，調(diào)節(jié)電位器RP，控制系統(tǒng)測試的靈敏度，記錄傳感器的電阻參數(shù)。表8-6 實驗參數(shù)記錄1234乙醇水溶液50%75%85%90%氣敏電阻LED點亮情況記錄任務(wù)評價: 表8-7 任務(wù)評價表評價項目評價內(nèi)容自評互評師評學習態(tài)度（10）能否認真觀察實驗現(xiàn)象、認真完成任務(wù)安全意識（10）是否注意保護所用儀表儀器完成任務(wù)情況（70）是否了解霍爾傳感器是如何測速度(20)是否能進行霍爾傳感器元件的檢測(10)是否能正確制作搭建應(yīng)用電路(20)是否掌握觀測霍爾傳感器輸出電平變化協(xié)作能力（10）與同組成員交流討論解決不太清楚的問題總評好（85-100）較好（

42、70-85）一般（少于70）項目三濕敏傳感器在自動加濕器裝置中的應(yīng)用任務(wù)描述1. 以濕敏傳感器為傳感元件，將空氣中的濕度轉(zhuǎn)化為電阻；2. 對于濕度不同時，自動進行加熱除濕狀態(tài)切換。學習目標：1.了解濕敏電阻傳感器的基本轉(zhuǎn)化原理；2.能識別和檢測熱敏傳感器的優(yōu)劣；3.能分析濕敏電阻測溫電路的信號檢測和轉(zhuǎn)換電路的工作原理； 4.了解自動加濕裝置的電路分析任務(wù)一 初識濕敏傳感器知識準備： 自古至今，濕度的測量是環(huán)境測量的重要參數(shù)之一。古代所謂“礎(chǔ)潤張傘，未雨綢繆”的成語，主要講是通過觀測石柱底部的干濕來預(yù)測天氣是否下雨，從而進行指導(dǎo)生活的寫照。濕度包括氣體的濕度和固體的濕度。氣體的濕度是指大氣中水蒸

43、氣的含量，度量方法有絕對濕度，即每立方米氣體在標況下（0，1大氣壓）所含有的水蒸氣的重量,即水蒸氣密度；相對濕度，即一定體積氣體中實際含有的水蒸氣分壓與相同溫度下該氣體所能包含的最大水蒸氣分壓之比；或含濕量，即每干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。其中相對濕度是最常用的。固體的濕度是物質(zhì)中所含水分的百分數(shù)，即物質(zhì)中所含水分的質(zhì)量與其總質(zhì)量之比。1.濕敏傳感器的分類濕敏傳感器種類繁多，有多種分類方式。按元件輸出的電學量分類可分為：電阻式、電容式、頻率式等。按其探測功能可分為：相對濕度、絕對濕度、結(jié)露和多功能式四種按材料則可分為：陶瓷式、有機高分子式、半導(dǎo)體式、電解質(zhì)式等。2.電阻式濕敏傳感器 電阻式濕敏傳

44、感器是利用濕敏元件的電氣特性（如電阻值），隨濕度的變化而變化的原理進行濕度測量的傳感器，濕敏元件一般是在絕緣物上浸漬吸濕性物質(zhì)，或者通過蒸發(fā)、涂覆等工藝制各一層金屬、半導(dǎo)體、高分子薄膜和粉末狀顆粒而制作的，在濕敏元件的吸濕和脫濕過程中，水分子分解出的離子H+的傳導(dǎo)狀態(tài)發(fā)生變化，從而使元件的電阻值隨濕度而變化。 電阻式濕敏傳感器應(yīng)當最適用于濕度控制領(lǐng)域，其代表產(chǎn)品氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長多項重要的優(yōu)點，氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產(chǎn)和研究的歷史，有著多種多樣的產(chǎn)品型式和制作方法，都應(yīng)用了氯化鋰感濕液具備的各種優(yōu)點尤其是穩(wěn)定性最強。3.電阻式濕敏傳感器的工作原理 濕敏

45、電阻式傳感器主要有感濕層3、電極4和具有一定機械強度的絕緣基片2組成，如圖8-18所示。感濕層在吸收了環(huán)境中的水分后引起兩極間電阻值的變化，這樣就將想對濕度的變化轉(zhuǎn)化成電阻值的變化。圖8-18電阻式濕敏傳感器結(jié)構(gòu)4電阻式濕敏傳感器的應(yīng)用 濕敏電阻器廣泛應(yīng)用于洗衣機、空調(diào)器、錄像機、微波爐等家用電器及工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面作濕度檢測、濕度控制用。如圖8-19所示，是濕度檢測器電路原理圖。圖8-19溫度檢測電路 圖8-12所示電路中，由555時基電路、濕度傳感器CH等組成多諧振蕩器，在振蕩器的輸出端接有電容器C2，它將多諧振蕩器輸出的方波信號變?yōu)槿遣?。當相對濕度變化時，濕度傳感器CH的電容量將隨著改變，它將使多諧振蕩器輸出的頻率及三角波的幅度都發(fā)生相應(yīng)的變化，輸出的信號經(jīng)VD1，VD2整流和C4濾波后，可從電壓表上直接讀出與相對濕度相應(yīng)的指數(shù)來。Rp電位器用于儀器的調(diào)零。任務(wù)二 自動去濕電路的設(shè)計，如圖8-20所示電路圖。圖8-20 自動去濕裝置的原理電路圖 表8-9元件、材料清單序號名稱型號單位數(shù)量 R1電阻8.2K個1R2電阻5.1K個1R3電阻10K 個1R4