第3章常用传感器与敏感元件_3

1、车辆测试技术第第3 3章章 常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元件车辆测试技术第一节第一节 常用传感器分类常用传感器分类1. 1. 传感器定义传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。一种信息的装置。 物理量物理量电量电量 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。号的装置。2. 2. 传感器的构成传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是传感器由敏

2、感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。表接入。 dV车辆测试技术3. 3. 传感器的分类传感器的分类1)1)按被测物理量分类按被测物理量分类常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量: :长度长度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋转角旋转角, ,转数转数, ,质量质量, ,重量重量, ,力力, , 压力压力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,

3、风速风速, ,流速流速, , 流量流量; ;声声: : 声压声压, ,噪声噪声. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁场磁场. .温度温度: : 温度温度, ,热量热量, ,比热比热. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩车辆测试技术机械式机械式, ,电气式电气式, ,光学式光学式, ,流体式等流体式等. .2)2)按工作的物理基础分类按工作的物理基础分类: :车辆测试技术能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型. .3)3)按信号变换特征按信号变换特征: :能量转换型能量转换型: :直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作. . 例如例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电

4、式加速度计压电式加速度计. .能量控制型能量控制型: :从外部供给能量并由被测量控制外部从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化供给能量的变化. .例如例如: :电阻应变片电阻应变片. .车辆测试技术4)4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换实现信号变换. .如如: :水银温度计水银温度计. .结构型结构型: :依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. . 例如例如: :电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器

5、. .车辆测试技术第二节第二节 机械式传感器及仪器机械式传感器及仪器微型探测开关测力计压力计温度计 机械式传感器常常以弹性体为传感器的敏感元件，其输入量可以是力、压力温度等物理量，而输出则为弹性元件本身的弹性变形（或应变）。车辆测试技术一、一、 电阻式传感器电阻式传感器 电阻式传感器是把被测量转换为电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化电阻变化的一的一种传感器种传感器, , 按工作的原理可分为按工作的原理可分为: :变阻器式变阻器式、电阻应变式电阻应变式两两类。类。第三节第三节 电阻、电容与电感式传感器电阻、电容与电感式传感器车辆测试技术1 1、变阻器式传感器、变阻器式传感器SxRxxRppo

6、.constAdxdRSo spLppoexxRRxxe)1(1 1 1）工作原理）工作原理车辆测试技术2 2）结构）结构车辆测试技术 金属导体材料金属导体材料在外力作用下产生在外力作用下产生机械变形（应变），其电阻值发生相机械变形（应变），其电阻值发生相应变化的现象称为应变化的现象称为电阻应变效应电阻应变效应。 1 1）电阻应变效应与压阻效应）电阻应变效应与压阻效应 半导体材料半导体材料在外力作用下产生应在外力作用下产生应变，导体的导电性能（电阻率）发生变，导体的导电性能（电阻率）发生了相应变化，从而使电阻值也发生变了相应变化，从而使电阻值也发生变化，这一现象称为化，这一现象称为半导体材料的

7、效应半导体材料的效应。 2 2、电阻应变式传感器、电阻应变式传感器车辆测试技术a)a)电阻应变式传感器电阻应变式传感器ALR dAdALdLRdR )21()21(ELdLERdR ERdRLdLRdRS )21( SRdR 1)工作原理工作原理应变片的灵敏度应变片的灵敏度式中：式中：:电阻率电阻率:泊松比泊松比:压阻系数压阻系数E E : :弹性模量弹性模量车辆测试技术 金属电阻应变片金属电阻应变片应变效应为主应变效应为主E 21 21 S（多在（多在1.73.6之间）之间） 半导体应变片半导体应变片 21 EES （多在（多在60150之间）之间） 半导体应变片的灵敏度高、体积小，但温度稳

8、定性和半导体应变片的灵敏度高、体积小，但温度稳定性和重复性不如金属应变片，非线性误差大。重复性不如金属应变片，非线性误差大。压阻效应为主压阻效应为主车辆测试技术2)结构结构金属电阻应变片的结构金属电阻应变片的结构 车辆测试技术半导体应变片的结构半导体应变片的结构 车辆测试技术 金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别： 前者利用导体形变引起电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。b)b)固态压阻式传感器固态压阻式传感器扩散型半导体应变片，工作原理与前述半导体应变片扩散型半导体应变片，工作原理与前述半导体应变片相同。相同。车辆测试技术3) 测量电路测量电路VER1R2R3R4ERRR

9、RRRRRV)(32413142车辆测试技术ERRRRRRRRV)(32413142令：令：RR 1dRRR4RRR32ERRdRRRRRdRRRV)()(RdRE4(12)d RSR金属丝应变片：金属丝应变片：V V与应变成与应变成线形关系线形关系，可以用，可以用电桥电桥测量电压测量应变。测量电压测量应变。S S车辆测试技术414RUERE S 半桥单臂连接半桥单臂连接 半桥双臂连接半桥双臂连接212RUERES 全桥连接全桥连接RUERES 当当 时，电桥的输出电压为时，电桥的输出电压为RR 车辆测试技术4)应用：应用：a)直接用来测定结构的应变或应力b)将应变片贴于弹性元件上，作为：测量

10、力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器。 车辆测试技术二、电容式传感器二、电容式传感器 变换原理变换原理: :将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器两平行极板组成的电容器, ,它的电容量为它的电容量为: :0AC+ A 、A A或或发生变发生变化时，都会引起化时，都会引起电容的变化。电容的变化。车辆测试技术a)a)极距极距变化型变化型 AC0 02AdCd02AdCSd 差动式差动式普通式普通式灵敏度灵敏度S S与极距平方成反比，输入与极距平方成反比，输入输出呈非线性关系输出呈非线性关系一般取：一般取：0/0.1 车辆测试技术s s动极板动极板定极

11、板定极板 若极板间距减小若极板间距减小，则，则电容将增大电容将增大C C。000(1)()ssCCCCC01CC车辆测试技术时，展开为级数形式时，展开为级数形式 2301CC1因因，忽略高次项，忽略高次项 0CC1 上式表明，在上式表明，在 条件下，电容的变化与极板条件下，电容的变化与极板间距变化量近似是线性关系。间距变化量近似是线性关系。 车辆测试技术 欲提高灵敏度，应减小间隙欲提高灵敏度，应减小间隙，但受电容器击，但受电容器击 穿电压的限制；穿电压的限制； 非线性随相对位移的增加而增加，为保证一非线性随相对位移的增加而增加，为保证一 定的线性度，应限制动极板的相对位移量。定的线性度，应限制

12、动极板的相对位移量。 为改善非线性，可以采用差动式。为改善非线性，可以采用差动式。0.02 0.1车辆测试技术C1C2 动极板上移动极板上移 1，则，则C1增大，增大，C2减小，初始电减小，初始电容用容用C0来表示，则来表示，则 ：差动电容器输出：差动电容器输出：312022CCCC忽略高次项：忽略高次项： 02CC 灵敏度提高灵敏度提高一倍，非线性误一倍，非线性误差减小。差减小。231023201.1.CCCC车辆测试技术b)b)面积变化型面积变化型角位移型角位移型+202rC 202rd CSd 常 数输入输出呈线性关系车辆测试技术平面线位移型平面线位移型0b xC0bd CSd x 常

13、数输入输出呈线性关系车辆测试技术柱面线位移型柱面线位移型02ln (/)xCDd 输入输出呈线性关系02ln (/)d CSd xDd 常 数车辆测试技术c) c) 介质变化型介质变化型0AC车辆测试技术变介电常数型电容传感器变介电常数型电容传感器主要测量厚度、液位、介值的温度和湿度等）主要测量厚度、液位、介值的温度和湿度等） 被测液体的液面在电容被测液体的液面在电容式传感器元件的两同心同柱式传感器元件的两同心同柱型电极间变化时，引起极间型电极间变化时，引起极间不同介电常数的高度发生变不同介电常数的高度发生变化，导致电容的改变。化，导致电容的改变。 1液体介质介电常数；液体介质介电常数；0空气

14、中介电常数（空气中介电常数（F/m）；）； h电极板总长度（电极板总长度（m）；）； r内电极板外径（内电极板外径（m）；）； R外电极板内径（外电极板内径（m）；）； x液面高度（液面高度（m）。）。 可见，输出电容可见，输出电容C与液面高度与液面高度 x 成线性关系。成线性关系。xh2r2R01类型类型1：01022()lnlnhxCRRrr 液面高度液面高度车辆测试技术类型类型2：d面积面积S气隙气隙0r 当某种介质在两当某种介质在两固定极板间运动时，固定极板间运动时，电容输出与介质参数电容输出与介质参数之间的关系为：之间的关系为：0rSCdd d 运动介质的厚度（运动介质的厚度（m）可

15、见：可见： 若厚度若厚度 d 保持不变，介电常数保持不变，介电常数r 改变（如湿改变（如湿度变化），可做成湿度传感器；度变化），可做成湿度传感器； 若若r不变，可做成测厚传感器不变，可做成测厚传感器 车辆测试技术电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的优点：电容式传感器的优点：（1 1）输入能量小而灵敏度高）输入能量小而灵敏度高（2 2）精度高达）精度高达0.01%0.01%。（3 3）动态特性好，适合测量动态参数动态特性好，适合测量动态参数。（4 4）能量损耗小。）能量损耗小。（5 5）结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）缺点：缺点：电缆分布

16、电容影响大电缆分布电容影响大。 集成电路、双屏蔽传输电缆等集成电路、双屏蔽传输电缆等降低分布电降低分布电容的影响。容的影响。车辆测试技术应用一：电容式压力传感器应用一：电容式压力传感器 工作原理工作原理将测量膜片与电容极板之将测量膜片与电容极板之间的电容差经振荡器振荡、间的电容差经振荡器振荡、调制解调、放大器放大、调制解调、放大器放大、电压电流转换成标准信号。电压电流转换成标准信号。用用 途途用于气体、液体、蒸气压用于气体、液体、蒸气压力的测量力的测量车辆测试技术应用二：电容式接近开关应用二：电容式接近开关振荡电路振荡电路被测物体被测物体 感应电极感应电极被测电容被测电容测量头构成电容器的一个

17、极板，另测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化连的电路状态也随之发生变化. .接近接近开关的检测物体，并不限于金属导开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。体。车辆测试技术应用三应用三电容式液位传感器（液位计电容式液位传感器（液位计/ /料位计）料位计）应用四应用四车辆测试技术微加工三轴加速度传感器微加工三轴加速度传感器技术指标：技术指标：灵敏度

18、：灵敏度：500mV/g 500mV/g ，量程：量程：10g10g，频率范围：频率范围：0.5-2000Hz0.5-2000Hz，安装谐振点安装谐振点:8kHz :8kHz ，分辨力：分辨力：0.00004g 0.00004g ， 重量：重量：200g 200g ，安装螺纹：安装螺纹：M5 mm M5 mm ，线性误差：线性误差：1% 1% 车辆测试技术加速度传感器在汽车中的应用加速度传感器在汽车中的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器据此判断发生了碰撞，得的负加速度值超过设定值时，微处

19、理器据此判断发生了碰撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。驾驶员及前排乘员的胸部和头部。 装有传感器的假人装有传感器的假人气囊气囊车辆测试技术三、电感式传感器三、电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。测量转化为电感量的一种装置。分类分类: :电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻式可变磁阻式涡流式涡流式互感型互感型（差动变压器式）（差动变压器式）车辆测试技术1 1 自感型自感型可变导磁面积型可变导磁面积

20、型差动型差动型2002NuAL原理原理: :电磁感应电磁感应u0 空气的磁导率空气的磁导率A0 空气隙的截面积空气隙的截面积 空气隙的长度空气隙的长度(1)可变磁阻式可变磁阻式车辆测试技术a)变气隙式自感传感器变气隙式自感传感器灵敏度:输出特性非线性:为获得较高灵敏度,气隙的初始值0不宜过大。为获得较好的线性关系,须限制测量范围,使衔铁位移在较小范围内变化(0) ,一般取=(0.10.2)0变气隙式传感器适用于微小位移的测量,测量范围：0.0011mm。20022NAdLLSd L00L021S车辆测试技术b)变面积式自感传感器变面积式自感传感器灵敏度:202NdLSdA 常数输出特性为线性，

21、因此测量范围大。要提高灵敏度，气隙厚度能过大。车辆测试技术c)螺管式自感传感器螺管式自感传感器工作原理工作原理：当铁芯在：当铁芯在线圈中运动时，将改线圈中运动时，将改变变磁阻磁阻，使线圈自感，使线圈自感发生变化。发生变化。特点：结构简单、制造容易，但灵敏度低，适特点：结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移（数毫米）测量。用于较大位移（数毫米）测量。车辆测试技术d、差动式自感传感器、差动式自感传感器 两个结构完全相同的自感线圈组合在一两个结构完全相同的自感线圈组合在一起形成差动结构，可提高灵敏度，改善输出起形成差动结构，可提高灵敏度，改善输出特性的非线性，实际中常用。特性的非线性，实际中

22、常用。车辆测试技术21011(1/)2()Wu ALLLL 21022(1/)2()W u ALLLL 2311.LL2321.LL当 (/1)时，可将上式展开成级数：车辆测试技术 显然，若不考虑包括2次项以上的高次项，则L与成比例关系，因此高次项的存在是造成非线性的原因。122LLLL 差动方式时：灵敏度：2LLS为原来的两倍。比较：2311.LL2321.LL车辆测试技术差动式自感传感器的特性：差动式自感传感器的特性：当气隙相对变化当气隙相对变化/ /11MHz）激励电流）激励电流 金属板置于一只线圈的附金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为为近，它们之间相互的间距为为，当线圈输入

23、一交变电流，当线圈输入一交变电流i i时，便产生交变磁通量时，便产生交变磁通量金属金属板在此交变磁场中会产生感应板在此交变磁场中会产生感应电流电流i1i1，这种电流在金属体内，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为是闭合的，所以称之为 涡电涡电流流 或或 涡流涡流 。涡流的大小与。涡流的大小与金属板的电阻率金属板的电阻率、磁导率、磁导率、厚度厚度h h，金属板与线圈的距离，金属板与线圈的距离，激励电流角频率，激励电流角频率等参数等参数有关。若改变其中某二参数，有关。若改变其中某二参数，而固定其他参数不变，就可根而固定其他参数不变，就可根据涡流的变化测量该参数。据涡流的变化测量该参数。车辆测试技

24、术低频透射式电涡流式传感器：低频透射式电涡流式传感器：音频（音频（20kHz）激励电流）激励电流 低频透射式涡流传低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚感器多用于测定材料厚度。度。 发射线圈发射线圈11和接收线圈和接收线圈22分分别置于被测金属板材料别置于被测金属板材料G G的上、下方。的上、下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，由于低频磁场集肤效应小，渗透深，当低频当低频( (音频范围音频范围) )电压电压e1e1加到线圈加到线圈11的两端后，所产生磁力线的一部的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板材料分透过金属板材料G,G,使线圈使线圈22产生产生感应电动势感应电动势e2e2。但由于涡流消

25、耗部。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势分磁场能量，使感应电动势e2e2减少，减少，当金属板材料当金属板材料G G越厚时，损耗的能量越厚时，损耗的能量越大，输出电动势越大，输出电动势e2e2越小。因此，越小。因此，e2e2的大小与的大小与G G的厚度及材料的性质有的厚度及材料的性质有关，试验表明，关，试验表明，e2e2随材料厚度随材料厚度h h的增的增加按负指数规律减少加按负指数规律减少, ,如图所示，因如图所示，因此，若金属板材料的性质一定，则此，若金属板材料的性质一定，则利用利用e2e2的变化即可测量其厚度。的变化即可测量其厚度。车辆测试技术电涡流式传感器的特点非接触测量，抗干扰能力

26、强高灵敏度高分辨力高，位移检测范围：1mm10mm，最高分辨力0.1%。结构简单，使用方便，不受油夜等介质影响。车辆测试技术应用应用1 1： 无损探伤无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测车辆测试技术应用应用2 2： 测厚测厚应用应用4 4： 零件计数零件计数车辆测试技术2 互感式电感传感器 互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测量转换成线圈互感的变化。 由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。实际中多采用螺管线圈型差动变压器。车辆测试技术2、测量电路 传感器输出电压反映了位移的大小及方向，但因为交流纤毫，只有接入相应

27、电路（相敏检波、差动整流等），才能提取出这两种信息。 传感器输出存在一定的零点残余电压，即衔铁位于中间位置时输出不为零。因此，其后接电路应采用既能反映铁芯位移大小及极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。车辆测试技术差动变压器式传感器特点：精度高(0.1um数量级，最高可达0.01um)，高精度型非线性误差可达0.1%。线性范围达(可达100mm)。稳定性好，结构简单，使用方便。因包含机械结构，频率响应较低，不宜测量高频动态参量。广泛应用于直线位移，或能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。车辆测试技术案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量 车辆测试技术案例：张力测量车辆测试技术一、磁电

28、式传感器一、磁电式传感器 1.1.变换原理变换原理: : 磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。应电动势的一种转换器。deNd t 感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势e e为为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。 ( , )mdB Rdt第四节、磁电、压电与热电式传感器第四节、磁电、压电与热电式传感器 磁场强度磁路电阻线圈速度磁通变化率车辆测试技术2 2 分类分类 磁磁电电式式动圈式动圈式磁阻式磁阻

29、式线速度型线速度型角速度型角速度型N车辆测试技术动圈式传感器动圈式传感器 线速度型线速度型 车辆测试技术角速度型角速度型测速电机测速电机车辆测试技术 磁阻式传感器的线圈与磁铁彼此不作相对运动。由运动着的物体改变磁路的磁阻，而引起磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势。磁阻式传感器磁阻式传感器 车辆测试技术磁阻式传感器磁阻式传感器 磁电式车速传感器磁电式车速传感器车辆测试技术二、压电式传感器二、压电式传感器 1.1.变换原理变换原理: :压电效应压电效应 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外

30、力去掉发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。压电效应是可逆的压电效应是可逆的-逆压电效应逆压电效应Z光轴Y机械轴X电轴车辆测试技术车辆测试技术压电效应模型a)纵向效应纵向效应 b)横向效应横向效应 c)切向效应切向效应车辆测试技术压电式传感器及其等效电路实验证明：实验证明：压电效应和逆压电效应都是线性的。压电效应和逆压电效应都是线性的。压电晶片压电晶片并联并联串联串联等效电荷源等效电荷源使用特点：使用特点：1）适宜作动态测量，作静态测量时必须采用极高阻抗的负载。）适宜作动态测量，作静态

31、测量时必须采用极高阻抗的负载。2）并联结构适宜于电荷量输出的场合）并联结构适宜于电荷量输出的场合3）串联结构适宜于电压作为输出信号）串联结构适宜于电压作为输出信号车辆测试技术2 2、测量电路、测量电路 压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器前置放大器中，经中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。 前置放大器电路的主要用途：前置放大器电路的主要用途：1 1）将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；）将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；2 2）放

32、大传感器输出的微弱电信号）放大传感器输出的微弱电信号前置放大器电路的两种形式：前置放大器电路的两种形式：1 1）用电阻反馈的电压放大器）用电阻反馈的电压放大器2 2）带电容反馈的电荷放大器）带电容反馈的电荷放大器车辆测试技术超声波美容仪器用压电陶瓷晶片医用B超换能器用晶片车辆测试技术3.产品产品压力变送器压力变送器加速度计加速度计力传感器力传感器 车辆测试技术LC0106 灵敏度：灵敏度：1000mV/g 量程：量程：5g 频率范围：频率范围：0.04-1500Hz（10%) 分辨率：分辨率：0.00002g 重量：重量：200gm 安装螺纹：安装螺纹：M5 mm 线性：线性：1% 横向灵敏度

33、：横向灵敏度：5% 典型值：典型值：3%温度范围：温度范围：-40+120 用途：超低频、小用途：超低频、小g测量测量车辆测试技术压电式脚踏报警器压电式脚踏报警器车辆测试技术三、热电式传感器三、热电式传感器1、热电偶：热电效应、热电偶：热电效应 将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A A和和B B串接成一个闭合串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为生热电势，形成电流，此现象称为热电效应热电效应。车辆测试技术BAABNNekTTEln)(ABTT0k k玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，e e电子电荷量，电子

34、电荷量，T T接触处的温度接触处的温度NANA，NBNB分别为导体分别为导体A A和和B B的自由电子密度。的自由电子密度。BAABNNekTTEln)(00车辆测试技术热电偶测温基本定律热电偶测温基本定律1)1)均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。生热电动势。TT02)中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响要其两端的温度相等，该导体的接

35、入就不会影响热电偶回路的总热电动势。热电偶回路的总热电动势。TT0V车辆测试技术3)3)参考电极定律参考电极定律 两种导体两种导体A,BA,B分别与参考电极分别与参考电极C C组成热电组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A A和和B B两极配对后的热电动势可用下式求得：两极配对后的热电动势可用下式求得：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。车辆测试技术车辆测试技术2 2 热敏电阻传感器热敏电阻传感器 半

36、导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钻、铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半钻、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，随温度上升而阻导体，它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。值下降。 )11(00TTeRRRT车辆测试技术温控器温控器应用应用汽车发动机传感器汽车发动机传感器水温感应塞水温感应塞还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等车辆测试技术即便在氧化性介质中，其物理、化学性能都很稳定；易提纯，复现性好，有良好的工艺性 ；有较高的电阻率 ； 在还原性介质中性能易受影响；电阻

37、温度系数不太高 ；价格贵 。铂电阻的特点铂电阻的特点3 3 热电阻传感器热电阻传感器 车辆测试技术几种铂电阻几种铂电阻车辆测试技术铜电阻的特点铜电阻的特点电阻率小 ；容易氧化 ；价格便宜 。车辆测试技术WZC-111/12*1000mm Cu50 车辆测试技术第五节第五节 光电传感器光电传感器 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应光电效应。 外光电效应外光电效应 在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸在光

38、照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象称为外光电效应。出的现象称为外光电效应。爱因斯坦光电效应方程式：爱因斯坦光电效应方程式：212hm vA车辆测试技术 半导体材料受到光照时会产生电子半导体材料受到光照时会产生电子- -空穴对空穴对, ,使其导电性能增强使其导电性能增强, ,光线愈强，阻值愈低，这种光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象光照后电阻率发生变化的现象, ,称为称为内光电效应内光电效应 。光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管车辆测试技术光敏二极管：光敏二极管：车辆测试技术光敏三极管：光敏三极管：车辆测试技术照相机自动测光照相机自动测光光控

39、灯光控灯工业控制工业控制车辆测试技术光电池光电池 光生伏特效应光生伏特效应指半导体材料指半导体材料P-NP-N结受到光照后结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。的光电池是常用的光生伏特型器件。+-PN车辆测试技术应用应用 光电传感器在工业上的应用可归纳为光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射辐射式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、吸收式、遮光式、反射式四种基四种基本形式。本形式。 车辆测试技术车辆测试技术车辆测试技术车辆测试技术亮度传感器：亮度传感器：通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值

40、相比通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。达到节约电能的目的。车辆测试技术一、光纤传感器一、光纤传感器 物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。 1 1）物性型光纤传感器）物性型光纤传感器第六节第六节 光纤传感器光纤传感器车辆测试技术 结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光传输回路及测量电路所组

41、成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。功能型光纤传感器。2 2）结构型光纤传感器）结构型光纤传感器车辆测试技术光纤检测型光电传感器光纤检测型光电传感器作业件检测作业件检测颜色检测颜色检测车辆测试技术一、一、 磁敏式传感器磁敏式传感器 sinIBKVHH 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流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流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为电动势，这种物理现象称为霍尔效应霍尔效应。 1 1 霍尔元件霍尔元件 第七节第七节 半

42、导体传感器半导体传感器车辆测试技术霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。 车辆测试技术电流传感器电流传感器 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。行检测。 车辆测试技术特点特点 电阻的增量与磁场的平方成正比；电阻的增量与磁场的平方成正比； 与磁场的正负无关；与磁场的正负无关； 温度系数影响大；温度系数影响大； 磁感应的范围比霍尔元件大。磁感应

43、的范围比霍尔元件大。应用应用 磁头；接近开关和无触点开关。磁头；接近开关和无触点开关。车辆测试技术3 3 磁感应半导体元件分类磁感应半导体元件分类霍尔元件霍尔元件磁电阻元件磁电阻元件磁敏二极管磁敏二极管磁晶体管磁晶体管磁半导体开关磁半导体开关车辆测试技术产品产品车辆测试技术二、热敏传感器二、热敏传感器 1.1.双金属温度计双金属温度计 把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变化转换成机械量变化。化转换成机械量变化。优点：优点：结构简单结构简单牢固牢固可靠可靠防爆防爆 车辆测试

44、技术三、气敏电阻传感器三、气敏电阻传感器 气体与人类日常生活密切相关，对气体的检气体与人类日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。气敏传感器发挥着极其重要的作用。 如生活环境中一氧化碳浓度达如生活环境中一氧化碳浓度达0.80.81.15 ml/L1.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥。还时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥。还有易燃、易爆气体、酒精等的探测。有易燃、易爆气体、酒精等的探测。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二氧化碳传感器车辆测试技术 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、