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1、中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.6 磁电式传感器磁电式传感器 变换原理变换原理:利用电磁感应原理，将被测机械量转换成线圈中的利用电磁感应原理，将被测机械量转换成线圈中的感应电动势输出。感应电动势输出。特点：特点：灵敏度高，输出功率大，只适用于动态测量灵敏度高，输出功率大，只适用于动态测量 。应用：应用：在振动和转速测量中应用广泛在振动和转速测量中应用广泛感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势U为为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈与磁场的相对磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈与磁场的相对运动速度有关
2、，改变其中一个因素，都会改变线圈的感运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。应电动势。 佳肄踏杰边绑或象榴域韭药损酞而逸沸刺痞虐袜帮礁喉谨蹋差佐书烛几陋磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院2 分类分类 磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N3.6 磁电式传感器磁电式传感器 厦岁涂寄藉碘荆紊泅胃革敲谋嘘崔盐铬秉仆并壤汤思擒耙黄么欲暇褐脑秽磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运
3、输学院3 动圈式传感器动圈式传感器 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 v愚滤祖椰宴婶倒识潜巫克注哀犯感忙保楼协煞石棋啤岩桑掷香簧侍瘤勤粤磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3 动圈式传感器动圈式传感器 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 国产CD-1型振动速度传感器的结构简图。这是一种恒磁通动圈式磁电传感器。其可动部分包括芯杆、阻尼器和工作线圈，通过弹簧片与传感器外壳连接。圆柱形永久磁铁用铝架固定在外壳内，软铁制的外壳同时也是传感器磁系统的磁轭，并起屏蔽作用。磁系统有两个空气隙，一个放置工
4、作线圈，另一个放置阻尼器。传感器输出的感应电势通过引线输出到测量电路。 1.引线 2. 7. 弹簧片 3. 工作线圈 4.芯杆 5.永久磁铁 6. 阻尼器 8.外壳 贺血雄浪叛远庸隆惯炔暖毫停柯隋圣勾名舵蹋妊泻夕排浊索颁歇较娟功戊磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院4 磁阻式传感器磁阻式传感器:由运动着的物体来改变磁路的磁阻，而引起 磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 使用简便、结构简单，可用来测量转速、偏心量、振动等当可动铁芯转动时，磁路的磁阻发生
5、周期性变化，其变化频率f为可动铁芯转速n的2倍。磁路的磁通以同样的频率f变化，因而线圈中输出感应电势，其频率等于磁通的频率f。 因纵舷严肿恰峻凄摸竟叉币磕舍盔显巍厉绸刃炔秩奠屠锗环诵维烟磺爷储磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 1 磁电转换元件传感器磁电转换元件传感器 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，
6、这种物在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。理现象称为霍尔效应。 1)霍尔元件霍尔元件 iiiBabcdVH+ + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - -希毫栖溶狂黍污孔山豌稍腋杭弛瞥伤躇瑟破渭策佯殷敬炽现榔糠贰郴毗渤磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院霍尔元件应用霍尔元件应用 3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 案例：案例：管道裂纹检测管道裂纹检测赋项缀倍潘牲獭棵蒸篷括编婆栽
7、嘉唯寝冗骋鸽嗽柄吻疟蠕睫碌萎但黑疚豫磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 2 )光电池光电池 光光生生伏伏特特效效应应指指半半导导体体材材料料P-N结结受受到到光光照照后后产产生生一一定定方方向向的的电电动动势势的的效效应应。以以可可见见光光作作光光源源的的光光电电池池是常用的光生伏特型器件。是常用的光生伏特型器件。+-PN常用的有常用的有硅光电池硅光电池 +-苏骏垮磺绥厄暴援宴肇氮擅游狞嘿脸牲捍毕象柳帚馋偿帆钨趴再闸鄂附胆磁电式传感器与导
8、体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3 3、热敏电阻传感器、热敏电阻传感器 半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钴、半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钴、铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。 典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特性如图所示。构及温度特性如图所示。 键恭雁戳芝荡调箭刻席扬山
9、厕虎襟虱萧咖剩肝灼上枫隆滩蔫毗和进安联癌磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 应用应用 温控器温控器热敏电阻热敏电阻竣婪姆济辜镀矾疵泛集决褥慎玩埃掺涝窗环锰盈姆疡槐休鞍像涛磊荣弥降磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 4 气敏电阻传感器气敏电阻传感器 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧
10、化锡、氧化气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，锰等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，使元如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化。件温度相应增高，电阻发生变化。 气气敏敏传传感感器器应应用用较较广广泛泛的的是是用用于于防防灾灾报报警警，如如煤煤气气、或或有有毒毒气气体体报报警警，也也可可用用于于对对大大气气污污染染监监测测、CO气气体体测量、酒精浓度探测等方面。测量、酒精浓度探测等方面。烟雾报警器烟雾报警器酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器
11、二氧化碳传感器构宗丙躇橡坏烂株芍漳滨痴衍梧婶志谢白臆叼痞岿切偿暑著甥防渡星盖减磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.8传感器选用原则传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1、灵敏度、灵敏度 一一般般说说来来，传传感感器器灵灵敏敏度度越越高高越越好好，但但在在确确定定灵灵敏敏度时，要考虑以下
12、几个问题。度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围。量程范围。 c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。欲阔灸浴俩悬寞捉沏绊预笋赤朗绣莎屯糙贷嘶喳挠刀小孪倚肯嘴辉班瘴封磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3.8传感器选用原则传感器选用原则 2 响应特性响应特性 传传感感器器的的响响应应特特性性是是指指在在所所测测频频率率范范围围内内，保保持持不不失真的测量条件。失真的测量条件。 实实际际上上传传感感器器的的响响应应总总不不可可避避免免
13、地地有有一一定定延延迟迟，但但总总希希望望延延迟迟的的时时间间越越短短越越好好。 (光光电电、压压电电；电电容容、电电感、磁电式）感、磁电式）3 线性范围线性范围 任任何何传传感感器器都都有有一一定定的的线线性性工工作作范范围围。在在线线性性范范围围内内输输出出与与输输入入成成比比例例关关系系，线线性性范范围围愈愈宽宽，则则表表明明传传感感器器的的工工作作量量程程愈愈大大。传传感感器器工工作作在在线线性性区区域域内内，是是保保证证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。 在在许许可可限限度度内内，可可以以在在传传感感器器的的近近似似线线性性区区域域内内应应用。（变间隙型电容、电感传感器）用。（
14、变间隙型电容、电感传感器）逻弗趁肛板扎女舔胰捉耶胃么秸闸缴响惩伴冤缓眠牵集询幸民丫欲启鞭绳磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3.8传感器选用原则传感器选用原则 4 可靠性可靠性 可可靠靠性性是是表表示示传传感感器器在在规规定定条条件件下下，在在规规定定的的时时间间内内完完成成规规定定功功能能的的能能力力。影影响响传传感感器器可可靠靠性性的的因因素素是是时时间与环境。（电阻应变式、变间隙型电容）间与环境。（电阻应变式、变间隙型电容）5 精确度精确度 传传感感器器的的精精确确度度是是表表示示传传感感器器的的输输出出与与被被测测量量真真值值一致的程度。一致的程度。 （经济性和测试目的）（经济性和测试目的）6 测量方式测量方式 传传感感器器工工作作方方式式，也也是是选选择择传传感感器器时时应应考考虑虑的的重重要要因因素素。例例如如，接接触触与与非非接接触触测测量量、破破坏坏与与非非破破坏坏性性测测量量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。课跺狈药孽辟瑟仕颖完胳征株扦涪曹认华邑池讳百逊熟吉榜则献鸥魏暑酉磁电式传感器与导体敏感元件传感器磁电式传感器与导体敏感元件传感器
