测试技术 第六章霍尔式及其他090514课件

4.5霍尔传感器

霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。广泛用于位移、电磁、压力、加速度、振动等方面的测量。材料：砷化铟（InAs）锑化铟（InSb）锗（Ge）等UHIBN型半导体洛伦磁力载流子方向FLFE1）霍尔效应

霍尔元件（板，板厚远小于板宽和长）置于一磁场中，在板长方向通以控制电流I时，板的侧向（宽度）会产生电动势差——霍尔电压，此现象为霍尔效应霍尔系数，由材料物理性质决定，等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率的乘积。金属材料载流子迁移率很高,但电阻率很小;而绝缘材料电阻率极高,但载流子迁移率极低。只有半导体材料适于制造霍尔片灵敏度系数，由材料物理性质和几何尺寸决定目前常用的霍尔元件材料有:锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。3）应用

霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点,它首先是用来测磁场的，还可用来测产生或影响磁场的物理量（如电流）。a.电流传感器当电流流过导线时，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，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。b.位移测量案例：汽车速度测量d.无损探伤铁磁材料受到磁场激励时，因其导磁率高，磁阻小，磁力线都集中在材料内部。若材料均匀，磁力线分布也均匀。如果材料中有缺陷，如小孔、裂纹等，在缺陷处，磁力线会发生弯曲，使局部磁场发生畸变。用霍尔探头检出这种畸变，经过数据处理，可辨别出缺陷的位置，性质（孔或裂纹）和大小（如深度、宽度等)霍尔无损探伤已在炮膛探伤、管道探伤，海用缆绳探伤，船体探伤以及材料检验等方面得到广泛应用。NS2）热电温度计(热电偶)热电效应

将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。热电偶测温基本定律均质导体定律

由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。TT0中间导体定律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热电偶回路的总热电动势。TT0V参考电极定律两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得：ABTT0=ACTT0—CBTT0由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。3）热敏电阻半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，热敏电阻是一种电阻值随其温度成指数变化的半导体热敏元件。PTC热敏电阻:具有正温度系数,灵敏度非常数。NTC热敏电阻：随温度上升电阻呈指数关系减小，具有负温度系数，灵敏度高；——常用CTR热敏电阻：具有很大的负温度系数和负电阻突变特性。水温感应塞温控器还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等

气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰。当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时，电阻发生变化。从而使气敏元件电阻值随被测气体的浓度改变而变化。

燃气报警器酒精传感器4.8

CCD固态图象传感器(电荷耦合器件)

MOS(MetalOxideSemiconductor)光敏元的结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉积一层金属电极，以此形成一个金属-氧化物-半导体结构元(MOS)。特点:(1)组成测试仪器可测量物位、尺寸、工件损伤、自动对焦;条形码扫描器应用:(1)宽度测量;（2)外径测量;(3)主轴径向跳动测量(2)作光学信息处理装置的输入环节，可用于传真技术、光学文字识别与图像识别、光谱测量等；(3)作自动流水线装置中的敏感器件，可用于机床、自动售货、自动搬运及自动监视装置等方面。数码相机1）超声波及其物理性质

声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。次声波——低于16Hz的机械波声波——频率在16～2×104Hz之间,能为人耳所闻的机械波超声波——高于2×104Hz的机械波微波——频率在3×108～3×1011

Hz的机械波4.9超声波传感器

2）超声传感器超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等,而以压电式最为常用。利用压电材料的压电效应来工作的:发射探头——产生超声波；接收探头——将超声振动波转换成电信号压电式：实际应用中，两者合为一体：将脉冲交流电压加在压电元件上，使其向被测介质发射超声波，同时又利用它接收从该介质中反射回来的超声波，并将该反射波转换为电信号输出。3）超声传感器的应用①物位传感器如果从发射超声脉冲开始,到接收到反射波为止的这个时间间隔为已知,就可以求出分界面的位置,利用这种方法可以对物位进行测量。超声波在液体中传播（衰减小）②流量传感器超声波传输时间差法超声波在静止流体和流动流体中的传输速度是不同的,利用这一特点可以求出流体的速度,再根据管道流体的截面积,便可知道流体的流量。顺流：逆流：倒车雷达鱼群探测器4.10其他类型传感器

1）热辐射检测传感器——绝对零度以上的物体都有辐射，其强度依赖于物体温度(K)，冶金、轧制、磨削加工以及各种热加工过程中都涉及到动态温度场的检测问题。2）声发射检测传感器——材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性形式释放出应变能的现象叫声发射。可用于材料断裂等结构检测3）生物传感器——发酵工业：谷氨酸－葡萄糖检测医学：血糖－乳酸测定检测对象中含生命物质。根据敏感物质不同,生物传感器分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。热/光电信号微生物/酶等热敏元件光敏元件电化学器件物理、化学变化血糖－乳酸测定流程德国研发的环境废水BOD分析仪手掌型葡萄糖(glucose)分析仪体育上耐力训练工厂发酵车间化验员正在分析样品①集成传感器多传感器集成电路集成可进行多参数测量和综合处理各种调节电路和补偿电路信号放大和阻抗变换电路信号数字化和信号处理电路4）智能传感器——将传感器与微型计算机集成在一