自动检测技术第七章课件

1、第七章 其他参数检测 本章主要介绍光学量测量、磁学量测量和成分参数检测知识。重点掌握光电效应、光电耦合、磁敏器件及气体成分、湿度、液体浓度的测量原理和方法。7.1 光学量测量7.1.1 外光电效应及器件 在光的作用下使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。光电管和光电倍增管。一、光电管及其特性 真空光电管的结构及工作原理如图所示。其特性有： 1. 伏安特性 入射光一定时，阳极电流与阳极电压之间的关系称为伏安特性，7.1 光学量测量如图所示 7.1 光学量测量2.光电特性 阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电特性。 3.光谱特性 光电管对光谱的选择性称为光谱特性。7.1

2、 光学量测量二、光电倍增管图为光电倍增管的工作原理图。 7.1.2 内光电效应及器件 在光线作用下使物体的电阻率发生改变的现象称为内光电效应。光敏电阻，光导管等。 一、光敏电阻的工作原理及结构图为光敏电阻 的原理结构。7.1 光学量测量7.1 光学量测量二、光敏电阻的主要参数 1. 暗电阻和暗电流 2. 亮电阻和亮电流 3. 光电流三、光敏电阻的基本特性 1. 光敏电阻的伏安特性 光敏电阻的两端所加电压和电流的关系曲称为光敏电阻的伏安特性7.1 光学量测量2.光敏电阻的光照特性 光敏电阻光电流和光强的关系曲线，称为光敏电阻的光照特性。 3.光敏电阻的光谱特性 对不同波长的入射光，光敏电阻相对灵

3、敏度不同。各种不同材料的光谱特性曲线如图所示。 7.1 光学量测量7.1.3阻挡层光电效应及器件 阻挡层光电效应是在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象。光电池、光敏晶体管。 一、 光电池及特性 1. 结构及原理硅光电池的结构和 工作原理如图所示。7.1 光学量测量2. 光电池的基本特性 (1)光电池的光谱特性 图所示曲线为硒光电池和硅光电池的光 谱特性曲线，即相对灵敏度k和入射光波长之间的关系曲线。7.1 光学量测量(2)光电池的光照特性 图为硅光电池的光照特性曲线。二、光敏晶体管及特性 1.光敏晶体管的结构和工作原理 光敏二极管的符号及接线法如图所示。7.1 光学量测量光敏三极管有P

4、NP型和NPN型两种，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。其符号如图所示。7.1 光学量测量2. 光敏晶体管的基本特性 (1) 光敏晶体管的光谱特性见图。 (2) 光敏晶体管的伏安特性曲线见图。7.1 光学量测量(3) 光敏晶体管的光照特性曲线见图。7.2 磁学量测量 磁敏传感器是基于磁电转换原理制成的。主要器件有磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管。7.2.1 磁敏电阻一、磁阻效应 在磁场作用下，半导体晶片电阻率增大的现象称为物理磁阻效应。在相同磁场作用下，因晶片几何形状不同使电阻值变化不同的现象称为几何磁阻效应。理论推导磁阻效应的表达式为： 7.2 磁敏传感器二、磁敏电阻 磁敏电阻的结构形式有两端

5、型和三端型两种。其技术性能参见表7.1.1所示。7.2.2 磁敏二极管一、基本结构与原理 磁敏二极管有锗和 硅磁敏二极管两种。 图所示为磁敏二极 管的结构。 7.2 磁敏传感器二、磁敏二极管特性 1. 磁灵敏度 2. 输出电压特性 3. 温度特 4. 频率特性7.2.3 磁敏三极管一、基本结构与原理 长基区是磁敏三极管的主要特征，图是锗管的结构示意图。二、磁敏三极管的特性 1.磁灵敏度 2.温度特性 3.频率特性 7.2 磁场检测本节主要介绍电磁感应法测磁场、磁通门磁强计测磁场、霍尔效应和核磁共振法测磁场。 7.2.1 电磁感应法测磁场 电磁感应法测磁场的理论基础为电磁感应定。图中，若被测磁场

6、按 正弦规律变化，穿过测量 线圈的磁通也按正弦规律 变化，即：7.2 磁场检测线圈产生的感应电势：有：测出感应电势e， 即可算出穿过线圈的磁通幅 值m。被测磁场的Bm和Hm等于： 7.2 磁场检测一、冲击法 1.测量原理 用冲击法测量直流磁通的接线图如图所示。 2.磁通冲击常数 的测量方法 测量 的电路图如图所示。 7.2 磁场检测二、磁通表 磁通表测量直流磁通的接线示意图如图所示。7.2.2 磁通门磁强计测量磁场 7.2 磁场检测7.2.3 霍尔效应测量磁场 测出霍尔电势UH的大小，即可得出磁感应强度。国产CT 3型特斯拉计就是用霍尔效应测量磁感应强度的仪器。可测量交直流磁场的磁感应强度，其

7、结构如图所示。 7.2 磁场检测7.2.4 核磁共振法测量磁场 核磁共振是指在外磁场的作用下原子核产生的能级分裂效应。 7.3 成分参数检测成分检测的方法主要有化学式、物理式和物理 化学式等。7.3.1热导式气体分析仪 热导式气体分析仪是通过检测混合气体导热系数变化得知待测组分含量的。常用的热导式气体分析仪由热导室、测量电桥和显示仪组成。7.3 成分参数检测图分别为为热导室电桥。7.3 气体成分检测7.3.2 热磁式气体分析仪 热磁式气体分析仪是利用气体热磁效应检测待测气体组分含量的仪表。 一、热磁式氧气分析仪 热磁式氧气分析仪利用氧的磁化率比其它组分的大得多；温度的升高磁化率迅速下降的磁特性

8、工作的。7.3 气体成分检测热磁式氧气分析仪的原理如图所示 7.3 气体成分检测二、氧化锆式氧量分析仪 氧化锆式氧量分析仪是由氧化锆固体电解质管、铂电极和引线构成，如图所示。 7.3 气体成分检测7.3.3 红外线气体分析仪 红外线气体分析仪是应用气体对红外线的吸收原理制成的，具有灵敏度高、分析范围广、选择性好等特点。一、红外线及其特征 红外线是一种波长介于可见光和无线电波之间的电磁波。红外气体分析仪主要用1到25m的波段。 红外线具有以下两个特征：1.可被物质选择性吸收。 2.吸收时能量守恒。 7.3 气体成分检测二、光的吸收定律 光的吸收定律又称作朗伯贝尔定律，表达式为：三、红外线气体分析

9、仪的检测 原理及结构 红外线气体分析仪的结构原理如图。主要由红外线辐射光源、气室、红外探测器以及电器电路等部分组成。 7.4 气敏传感器 本节仅对应用较广的半导体气敏传感器的结构 原理及应用做简要介绍。7.4.1 半导体气敏传感器 某些半导体元件同气体接触时其性质会发生变化，这些元件被称为半导体气敏传感器。 一、基本结构 图所示为直 热式结构。 7.4 气敏传感器二、工作原理 烧结型SnO2气敏元件是表面电阻控制型气敏元件，结构模型如图所示。 7.4 气敏传感器三、气敏传感器的应用1.气体报警器 图示为一种简单的家用报警器电路，气敏元件采用直热式的TGS109。 7.4 气敏传感器2.气体检漏

10、仪 将气敏元件作为气电转换元件并配以相应的路而组成。图是用QMN5型气敏元件组成的简易袖珍式气体检漏仪原理图。 7.4 气敏传感器7.4.2 红外吸收式气敏传感器7.4.3 薄膜气敏传感器 一、SnO2敏感膜 二、气敏性能与工作温度的关系 三、气敏性能与掺杂的关系 四、气敏性能与薄膜厚度的关系7.5 湿度和含水量的检测气体中的水分含量称为湿度，固体中的水分含 量称为含水量。 7.5.1 湿度的检测 湿度可分为绝对湿度和相对湿度。湿度的检测方法有多种，常见的有绝对测湿法、相对测湿法和毛发湿度度计法。 7.5.2 含水量的检测 含水量的检测主要有电导法、称重法、电容法、红外吸收法、微波吸收法等检测方法。 7.5 湿度和含水量的检测一、电导法 如图所示。 7.5 湿度和含水量的检测二、称重法 称重法是采用红外线灯为加热源，照射被测物质使其水分完全蒸发即烘干。再用电子称称出烘干前后的重量W1和W2，即可求出其含水量M，即： 三、红外吸收法 根据水分对1.94m波长的红外线吸收较强，对1.84m波长的红外线几乎不吸收的特性进行测量的方法。7.6 液体浓度