物理学与自动化联系

1、 论自动化与物理学的联系 -传感器物联网自动化1201 叶达文 自动化的概念是一个动态发展过程。 最初的控制器在公元前300年的古希腊就被发明了出来。来自埃及的古希腊工程师科泰西比奥斯的水钟就是通过浮子控制的。 比赞兹在公元前250年发明了油灯，通过浮子来控制油面的高度。这都是浮力在自动化控制中的应用。 第一个在工业领域使用的带有反馈的调节装置当属瓦特发明的离心力控制器，这是他在1769年为纽卡门的蒸汽机量身定做的；与此同时，俄罗斯人波尔祖诺夫发明了带有反馈的水面高度控制器，也属世界首创。水面高度的信息传递到浮子上，然后再反作用于蒸汽阀门上。从1868年起，自动控制被许多新的发明推动着不断前进

2、。闭环控制系统框图控制器执行机构被控对象测量元件-输入量偏差被控量（输出量）干扰 执行机构：直接推动被控对象，是输出量发生变化。常用的有电动机，调节阀，液压马达等 测量元件：检测被控的物理量并转换成所需要的信号（即为一个传感器）。常用的有用于速度测量的测速发电机，用于位置与角度检测的旋转变压器，用于电流检测的互感器及用于温度检测的热电偶。这些检测装置一般都是将被检测的物理量转化成相应的连续或离散的电压信号。 作为自动化这个专业，我们对发电机和电动机这两个机器再熟悉不过了，接下来就让我们看看这两个机器的工作原理吧 测速发电机是一种测量转速的微型发电机，他把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求

3、输出的电压信号与转速成正比 电流互感器原理是依据电磁感应原理的。I2/I1=N1/N2 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 为统一和实施方便，世界各国均采用参比端保持为0摄氏度，用实验的方法测出各种不同的热电极组合的热电偶在不同热温度下做产生的热电势值，制成测温端温度（通常用国际摄氏温度单位）和热电偶电势对应关系表，即分度表EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0) 霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物

4、理学家霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。这个电势差也被称为霍尔电势差。 霍尔效应的公式： UH=KH*I*SB KH为霍尔元件的霍尔系数，UH 为霍尔电势差，IS为流、过霍 尔元件的电流，B为垂直于霍尔片 的磁感应强度。霍尔式传感器 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。 位移测量 两块永久磁铁同极性相对放置，将

5、线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。 力测量 如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，按这一原理可制成的力传感器。 角速度测量 在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。 线速度测量 如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。 外光电效

6、应 外光电效应是指在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。 爱因斯坦光电效应方程：Ek =h -W 内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应 光电式传感器photoelectric transducer，基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触，光束的质量又近似为零，在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。 自动控制里的测量元件跟执行机