传感器原理及应用第六章-电势型传感器课件.ppt

1、2022-11-191第六章第六章 电势型传感器电势型传感器热电偶热电偶压电传感器压电传感器磁电传感器磁电传感器霍尔传感器霍尔传感器2022-11-192热电偶热电偶 2022-11-193热电偶工作原理热电偶工作原理 热电效应热电效应 ：两种：两种不同类型的金属导体两端不同类型的金属导体两端，分别接在一起构成闭合回路，当分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温两个结点温度不等度不等（T TT T0 0）有温差时，回路里）有温差时，回路里会产生热会产生热电势电势，形成电流，形成电流 TT0金属A金属B电流热端冷端Eab2022-11-194热电偶工作原理热电偶工作原理 两种导体的接触电势两种导体

2、的接触电势 ：不同金属：不同金属自由电子密度自由电子密度不同不同，当两种金属，当两种金属接触在一起接触在一起时，在结点处会时，在结点处会发生电子扩散，电子从浓度高的向浓度低的金发生电子扩散，电子从浓度高的向浓度低的金属扩散。属扩散。浓度高的失去电子显正电浓度高的失去电子显正电，浓度低的浓度低的得到电子显负电得到电子显负电。当扩散达到动态平衡时，得。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电势。到一个稳定的接触电势。电子扩散方向2022-11-195热电偶工作原理热电偶工作原理单一导体的温差电势单一导体的温差电势：对一对一单一金属单一金属，如果，如果两边两边温度不同温度不同，两端也，两端也会产生

3、电势会产生电势。高温端失去电子。高温端失去电子带正电，低温端得到电子带负电带正电，低温端得到电子带负电 中间导体定律中间导体定律：当引入第三导体当引入第三导体C时，只要时，只要C导导体两端温度相同，回路总电动势不变体两端温度相同，回路总电动势不变 标准电极定律标准电极定律：导体导体C分别与热电偶两个热电极分别与热电偶两个热电极A、B组成热电偶组成热电偶AC和和BC，当保持三个热电偶的，当保持三个热电偶的两端温度相同时，则热电偶两端温度相同时，则热电偶AB的热电势等于另的热电势等于另外两个热电偶外两个热电偶AC和和BC的电势之差的电势之差2022-11-196热电偶种类热电偶种类 普通热电偶普通

4、热电偶 薄膜热电偶薄膜热电偶 铠装热电偶铠装热电偶 2022-11-197热电偶的应用热电偶的应用 温度测量温度测量 2022-11-198热电偶的应用热电偶的应用 炉温自动记录仪炉温自动记录仪 2022-11-199压电传感器压电传感器 压电陶瓷压电陶瓷 石英晶体石英晶体 2022-11-1910压电效应压电效应 当某些晶体在一定方向上当某些晶体在一定方向上受到外力受到外力作用作用时，时，在在某两个对应的某两个对应的晶面上晶面上，会产生会产生符号相反的符号相反的电荷电荷，当当外力取消外力取消后，后，电荷也消失电荷也消失。作用力改变方向。作用力改变方向（相反）时，两个对应晶面上电荷符号改变，（

5、相反）时，两个对应晶面上电荷符号改变，该现象称正压电效应该现象称正压电效应 F=0 无电荷晶体FF-+晶体FF+-晶体2022-11-1911逆压电效应逆压电效应 某些晶体在一定方向上受到某些晶体在一定方向上受到电场电场（加电压）（加电压）作用作用时，在一定的晶时，在一定的晶轴轴方向方向上将产生机械上将产生机械变形变形，外加，外加电场电场消失消失，变形变形也随之也随之消失消失 2022-11-1912简介简介Z Z轴轴是晶体的对称轴，该轴方向是晶体的对称轴，该轴方向没有压电效应没有压电效应；X X轴轴称电轴，电荷都积累在此轴晶面上，垂直于称电轴，电荷都积累在此轴晶面上，垂直于X X轴晶面轴晶面

6、的的压电效应最显著压电效应最显著；Y Y轴轴称机械轴，逆压电效应时，沿此轴方向的称机械轴，逆压电效应时，沿此轴方向的机械变形机械变形最显著最显著 ZYX2022-11-1913压电元件的等效电路压电元件的等效电路 压电元件可以等效成一个压电元件可以等效成一个电荷源和电荷源和一个一个电容电容并联并联的等效电路的等效电路 QCafoCQUQCaCoCiCf-A+-Uo2022-11-1914压电传感器的应用压电传感器的应用 压电式力传感器压电式力传感器 1-1-上盖上盖 2-2-石英晶片石英晶片 3-3-电极电极4-4-引出插头引出插头 5-5-绝缘材料绝缘材料 6-6-底座底座 2022-11-

7、1915压电式加速度传感器压电式加速度传感器 结构结构l1-1-壳体壳体 2-2-弹簧弹簧 3-3-质量块质量块l4-压电晶片压电晶片 5-引出电极引出电极 l6-基座基座 原理原理2022-11-1916燃气压电点火器燃气压电点火器 2022-11-1917压电式玻璃破碎报警器压电式玻璃破碎报警器 放大带通滤波比较报警玻璃2022-11-1918压电换能压电换能 电子血压计电子血压计 2022-11-1919压电薄膜元件压电薄膜元件 洗衣机不平洗衣机不平衡电器检测衡电器检测 汽车监控汽车监控 2022-11-1920磁电传感器磁电传感器 2022-11-1921工作原理工作原理 当导体在稳恒

8、均匀磁场中，沿垂直磁场方向运当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为动时，导体内产生的感应电势为 当一个当一个N N匝相对静止的导体回路处于随时间变化匝相对静止的导体回路处于随时间变化的磁场中时，导体回路产生感应电动势的磁场中时，导体回路产生感应电动势e e，e e的的大小与穿过线圈的磁通大小与穿过线圈的磁通变化率有关变化率有关 Blve dtdNe2022-11-1922基本结构基本结构 变磁通式又称变磁通式又称磁阻式磁阻式，线圈、磁铁静止不动，线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通变化转动物体引起磁阻、磁通变化，该类传感器，该类传感器常用于角速度的测量。常用

9、于角速度的测量。l1-永久磁铁永久磁铁 2-软铁软铁 l3-感应线圈感应线圈 4-铁齿轮铁齿轮 磁阻式磁阻式 2022-11-1923基本结构基本结构 恒磁通式又称恒磁通式又称动圈式动圈式 磁路系统恒定，磁路系统恒定，磁场运动部件磁场运动部件可以是线圈也可以是线圈也可以是磁铁可以是磁铁 NNN NS S工作线圈弹簧磁轭永久磁铁补偿线圈2022-11-1924磁电式传感器的应用磁电式传感器的应用 振动测量振动测量 外壳永久磁铁线圈阻尼环弹簧片芯轴2022-11-1925霍尔传感器霍尔传感器 霍尔效应霍尔效应 在一块通电的半导体薄片上，加上和薄片在一块通电的半导体薄片上，加上和薄片表面垂直的磁场表

10、面垂直的磁场B B，在薄片的横向两侧会出，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图中的现一个电压，如图中的V VH H，这种现象就是，这种现象就是霍尔效应霍尔效应 BIKVHHBIVH+-2022-11-1926霍尔元件霍尔元件 霍尔元件结构简单，从一个矩形薄片状的半霍尔元件结构简单，从一个矩形薄片状的半导体基片上的两个相互垂直方向的侧面上，导体基片上的两个相互垂直方向的侧面上，各引出一对电极各引出一对电极 2022-11-1927测量电路测量电路 在磁场与控制电流的作用下，负载上就有电在磁场与控制电流的作用下，负载上就有电压输出。在实际使用时，压输出。在实际使用时，I或或B或两者同时作或两者同时作为信号输人，而输出信号则正比于为信号输人，而输出信号则正比于I或或B或两或两者乘积者乘积 RLERVH2022-11-1928霍尔传感器应用霍尔传感器应用 测量磁场测量磁场微位移测量微位移测量 2022-11-1929霍尔传感器应用霍尔传感器应用 霍尔转速表霍尔转速表 霍尔式霍尔式压力传压力传感器感器 2022-11-1930霍尔液位传感器霍尔液位传感器 霍尔器件装在容器外面，永久磁体支在浮霍尔器件装在容器外面，永久磁体支在浮子上，随着子上，随着液位变化液位变化，作用到霍尔器件上，作用到霍尔器件上的的磁场的磁感应强度改变磁场的磁感应强度改变，从而可测得液，从而可测得液位。位。