《热能与动力工程测试技术 第2版 教学课件 ppt 作者 严兆大 主编 第四章 传感器的基本类型及其工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热能与动力工程测试技术 第2版 教学课件 ppt 作者 严兆大 主编 第四章 传感器的基本类型及其工作原理（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、07236-04a,第四章 传感器的基本类型及其工作原理,第一节 概 述 第二节 电阻式传感器 第三节 电感式传感器 第四节 电容式传感器 第五节 压电式传感器 第六节 磁电式传感器 第七节 热电式传感器 第八节 光电式传感器 第九节 霍尔传感器 第十节 数字式传感器 第十一节 传感器信号处理电路,07236-04a,第一节 概 述,1) 易于实现集中检测、控制和远距离测量。 2) 响应速度快，可以测量瞬态值及动态过程。 3) 传感器提供了被研究对象的测量、调节和控制设备之间最方便可靠的联系方式，因而使热能与动力工程测试的连续测量、自动记录和自动控制成为可能。 4) 测量的准确度和灵敏度高，可
2、以测量微弱信号并将其放大与进行长距离传输。 5) 电信号易于和计算机等进行连接，记录和处理数据方便。,07236-04a,第二节 电阻式传感器,一、金属应变式传感器 二、半导体压阻式传感器 三、电位计式传感器 四、气敏传感器 五、湿敏电阻传感器,07236-04a,一、金属应变式传感器,1.工作原理 2.应变片的结构 3.应变片的温度补偿,07236-04a,1.工作原理,金属应变式传感器的工作原理基于金属的电阻应变效应，即导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，电阻值也随之产生相应的变化。,07236-04a,2.应变片的结构,图4-1 电阻应变片的构造 1基底 2敏感栅 3覆盖层 4引
3、出线,07236-04a,3.应变片的温度补偿,图4-2 桥式补偿电路,07236-04a,3.应变片的温度补偿,图4-3 双金属丝敏感栅,07236-04a,3.应变片的温度补偿,图4-4 热敏电阻补偿法,07236-04a,二、半导体压阻式传感器,1) 灵敏度高。 2) 固有频率高，响应快。 3) 结构简单，可实现微型化。 4) 精度高。,07236-04a,二、半导体压阻式传感器,4M5.tif,图4-5 硅压阻式传感器结构图 1低压腔 2高压腔 3硅圆环 4引出线 5硅膜片 6扩散电阻,07236-04a,三、电位计式传感器,图4-6 位移量x与电阻值成正比,07236-04a,三、电
4、位计式传感器,图4-7 电位计式传感器原理图,07236-04a,四、气敏传感器,1.工作原理 2.常用半导体气敏传感器及其结构,07236-04a,1.工作原理,表4-1 半导体气敏传感器的分类,07236-04a,2.常用半导体气敏传感器及其结构,图4-8 表面型电阻式传感器敏感元件的结构 a)烧结元件 b)薄膜元件 c)厚膜元件 d)多层结构元件,07236-04a,2.常用半导体气敏传感器及其结构,图4-9 QN型气敏半导体传感器 a)结构外形 b)测量电路,07236-04a,五、湿敏电阻传感器,1.工作原理 2.几种常用的湿敏电阻传感器,07236-04a,1.工作原理,图4-10
5、 钯-MOS二极管传感器的结构,07236-04a,1.工作原理,图4-11 应用光电动势作用的,07236-04a,2.几种常用的湿敏电阻传感器,图4-12 氯化锂湿敏传感器结构 a)登莫式湿敏传感器结构 b)浸渍式湿敏传感器结构,07236-04a,2.几种常用的湿敏电阻传感器,图4-13 镍铁氧体湿敏传感器结构示意图,07236-04a,第三节 电感式传感器,一、自感式电感传感器 二、互感式电感传感器,07236-04a,一、自感式电感传感器,1.变气隙式电感传感器 2.变截面式电感传感器 3.螺管式电感传感器,07236-04a,一、自感式电感传感器,图4-14 自感式传感器示意图 a
6、)变气隙式 b)变截面式 c)螺管式 1线圈 2铁心 3衔铁 4测杆 5被测件,07236-04a,1.变气隙式电感传感器,图4-15 变气隙式电 感传感器特性曲线,07236-04a,2.变截面式电感传感器,图4-16 变面积式电 感传感器特性曲线,07236-04a,二、互感式电感传感器,图4-17 差动变压器结构及电路示意图,07236-04a,二、互感式电感传感器,图4-18 差动变压器输出特性,07236-04a,第四节 电容式传感器,一、变极板间隙型电容传感器 二、变面积型电容传感器 三、变介电常数型电容传感器,07236-04a,一、变极板间隙型电容传感器,图4-19 变极板间隙
7、型电容传感器结构,07236-04a,一、变极板间隙型电容传感器,4M20.tif,07236-04a,一、变极板间隙型电容传感器,图4-21 差动电容传感器 连接成电桥测量电路,07236-04a,二、变面积型电容传感器,图4-22 变面积型电容传感器原理图,07236-04a,三、变介电常数型电容传感器,图4-23 电容液面计原理图,07236-04a,三、变介电常数型电容传感器,07236-04a,第五节 压电式传感器,一、工作原理 二、压电传感器的测量电路,07236-04a,一、工作原理,图4-25 石英晶体 a)石英晶体的结晶形状与切片方向 b)压电元件受力简图与等效电路,0723
8、6-04a,一、工作原理,图4-26 压电晶体的组合方式 a)、c) 并联组合 b) 串联组合,07236-04a,二、压电传感器的测量电路,1.电压放大器 2.电荷放大器,07236-04a,1.电压放大器,图4-27 压电传感器、电缆、放大器输入端组成的等效电路,07236-04a,2.电荷放大器,图4-28 电荷放大器等效电路,07236-04a,第六节 磁电式传感器,图4-29 磁电式传感器结构原理图,07236-04a,第七节 热电式传感器,一、 热电阻传感器 二、热电偶,07236-04a,一、 热电阻传感器,图4-30 金属热电阻特性曲线,07236-04a,一、 热电阻传感器,
9、图4-31 半导体热电阻特性曲线,07236-04a,二、热电偶,(一) 热电效应和热电偶的基本定律 (二) 对热电极材料的要求 (三) 热电偶冷端温度补偿 (四) 热电动势的测量,07236-04a,(一) 热电效应和热电偶的基本定律,图4-32 热电偶原理,07236-04a,(一) 热电效应和热电偶的基本定律,图4-33 在热电偶中插入第三种导,07236-04a,(一) 热电效应和热电偶的基本定律,图4-34 第三种导体插在一种导体的中间,07236-04a,(一) 热电效应和热电偶的基本定律,图4-35 中间温度定律示意图,07236-04a,(三) 热电偶冷端温度补偿,图4-36
10、保持冷端温度为0的测温方法 1工作端 2铜导线 3测温电压计 4试管 5冰块 6真空保温瓶,07236-04a,(三) 热电偶冷端温度补偿,图4-37 带有冷端补偿器的测量电路 1补偿导线 2连接导线 3高温电压计 4冷端补偿器 5电桥电源 6工作热电偶,07236-04a,(三) 热电偶冷端温度补偿,表4-2 常用热电偶的补偿导线,07236-04a,(四) 热电动势的测量,图4-38 热电偶与电压计的连接电路图,07236-04a,第八节 光电式传感器,一、工作原理 二、光电转换元件,07236-04a,一、工作原理,1)在光线的作用下能使电子逸出物质表面的称为外光电效应，属于外光电效应的
11、转换元件有光电管、光电倍增管等。 2)在光线作用下使物体电阻率改变的称为内光电效应，属于内光电效应的光电转换元件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管等。 3)在光线作用下使物体产生一定方向电动势的称为光生伏特效应，属于光生伏特效应的转换元件有光电池和光敏晶体管等。 1)辐射源A发出的光通量直接作用到光电元件上并转换为电信号(图4-39a)。 2)一定强度的光通量通过被测物体B后到达光电元件，作用在光电元件上的光通量大小反映了被测物体对光的吸收程度(图4-39b)，透光式烟度计就是利用这一原理制成的。 3)光电元件所感受的光通量是被测物体C的表面反射过来的，故光电元件感受的光通量的大小反映了反射
12、表面的性质或状态(图4-39c)。 4)光线被物体D所阻挡，光电元件感受的光通量随物体D的位移或几何尺寸而变化(图4-39d)，如测量位移的传感器等 5)光电元件反应出在单位时间内通过光脉冲的数量(图4-39e)，如光电转速计等传感器。,07236-04a,一、工作原理,图4-39 光电传感器的几种形式,07236-04a,二、光电转换元件,(一) 光电管 (二) 光敏电阻 (三) 光电池 (四) 光敏晶体管,07236-04a,(一) 光电管,图4-40 光电管光谱特性与人视 觉光谱特性的比较 铯氧银阴极 锑铯阴极 人的视觉光谱特性,07236-04a,(一) 光电管,图4-41 光电管的光
13、电特性曲线,07236-04a,(一) 光电管,图4-42 光电管的伏安特性曲线,07236-04a,(二) 光敏电阻,图4-43 硫化镉光敏电阻的光照特性曲线,07236-04a,(二) 光敏电阻,图4-44 光敏电阻的光谱特性曲线,07236-04a,(二) 光敏电阻,图4-45 光敏电阻的光谱温度特性曲线,07236-04a,(二) 光敏电阻,图4-46 光敏电阻的伏安特性曲线,07236-04a,(二) 光敏电阻,图4-47 光敏电阻的频率特性曲线,07236-04a,(三) 光电池,图4-48 硅光电池的光照特性曲线,07236-04a,(三) 光电池,图4-49 光电池的光谱特性曲
14、线,07236-04a,(三) 光电池,图4-50 光电池的频率特性曲线 1硒光电池 2硅光电池,07236-04a,(三) 光电池,图4-51 光电池的温度特性曲线,07236-04a,(三) 光电池,图4-52 光敏晶体管的结构原理图,07236-04a,(四) 光敏晶体管,图4-53 光敏晶体管的光照特性曲线,07236-04a,(四) 光敏晶体管,图4-54 光敏晶体管的光谱特性曲线,07236-04a,(四) 光敏晶体管,图4-55 光敏晶体管的伏安特性曲线,07236-04a,(四) 光敏晶体管,图4-56 光敏晶体管的频率特性曲线,07236-04a,(四) 光敏晶体管,图4-5
15、7 光电开关管,07236-04a,第九节 霍尔传感器,一、霍尔效应 二、霍尔元件 三、霍尔传感器的典型应用,07236-04a,一、霍尔效应,图4-58 霍尔效应原理图,07236-04a,一、霍尔效应,4M58.tif,07236-04a,一、霍尔效应,图4-59 霍尔元件的结构,07236-04a,二、霍尔元件,图4-60 霍尔元件基本电路,07236-04a,二、霍尔元件,表4-3 常用国产霍尔元件的技术参数,07236-04a,三、霍尔传感器的典型应用,1.转速测量 2.位移测量 3.接近开关,07236-04a,1.转速测量,图4-61 霍尔转速传感器的工作原理 1霍尔元件 2永久
16、磁体 3被测物体,07236-04a,2.位移测量,图4-62 霍尔位移传感器原理图,07236-04a,2.位移测量,图4-63 霍尔接近开关工作原理,07236-04a,第十节 数字式传感器,一、增量式角数字编码器 二、绝对式角数字编码器,07236-04a,第十节 数字式传感器,图4-64 数字式传感器工作原理 a)代码型 b)计数型,07236-04a,一、增量式角数字编码器,图4-65 脉冲盘式角 数字传感器圆盘,07236-04a,二、绝对式角数字编码器,1. 接触式编码器 2.光电式和磁电式编码器,07236-04a,1. 接触式编码器,图4-66 接触式码盘结构示意图 a)接触式四位二进制码盘 b)四位循环码盘,07236-04a,1. 接触式编码器,图4-67 光电式编码器的工作原理图 1光源 2柱面透镜 3编码盘 4狭缝板 5光电元件,07236-04a,第十一节 传感器信号处理电路,一、电桥电路 二、放大器 三、滤波器,07236-04a,一、电桥电路,1.单臂工作 2.半桥
