《传感器技术基础与应用实训（第3版）》高职全套教学课件

项目单元1绪论--传感器检测技术基础项目单元2电阻式传感器--酒精浓度检测仪的设计项目单元3电感式传感器—金属探测器的设计项目单元4电容式传感器--差压变送器的使用训练项目单元5霍尔传感器--转速检测仪的设计项目单元6压电传感器--加速度测量仪设计制作项目单元7超声波传感器--超声波测距仪的设计制作项目单元8热电偶传感器--热水器加热炉温度检测单元设计制作项目单元9光电传感器—光电开关的应用项目单元10数字式传感器—传感器在数控机床中的应用项目单元11新型传感器—现代检测系统发展简介

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本课件是可编辑的正常PPT课件项目单元1

绪论--传感器检测技术基础1.1项目描述1.2课题基本知识点1.3习题

本课件是可编辑的正常PPT课件1.1项目描述传感器用于非电量的检测，检测的目的不仅是为了获得信息或数据，在一定程度上讲更主要是为了生产和研究的需要。本项目对测量的定义和过程、测量方法的分类及其特点，测量误差产生的原因、表示方法、性质及处理方法；测量数据的处理及测量结果的评价作介绍。本课件是可编辑的正常PPT课件1.2课题基本知识点1．2．1测量的基本概念1．测量的定义测量就是借助于专门的技术工具或手段，通过实验的方法，把被测量与同性质的标准量进行比较，求取二者比值，从而得到被测量数值大小的过程。2．测量的单位国际（SI）单位制是1960年第十一届国际计量大会通过的，它包括SI单位、SI词头和SI单位的十进制倍数单位。

基本单位有7个：长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度，本课件是可编辑的正常PPT课件3．测量方法的分类（1）按测量过程的特点分类直接测量间接测量法①偏差法

用事先分度（标定）好的测量仪表进行测量，根据被测量引起显示器的偏移值直接读取被测量的值。它是工程上应用最广泛的测量方法。②零位法

将被测量

与某一已知标准量

完全抵消，使作用到测量仪表上的效应等于零。如天平、电位差计等。由此可知

=

，测量精度主要取决于标准量的精度，与测量仪表的精度无关。因而测量精度很高，在计量工作中应用很广。③微差法

将零位法和偏差法结合起来，把被测量的大部分抵消，选用灵敏度较高的仪表测量剩余部分的数值，被测量便等于标准量和仪表偏差值之和。如天平上的游标、电位差计上的毫伏表等。与偏差法相比，它可以得到较高的精度；与零位法相比，它可以省去微进程的标准量。本课件是可编辑的正常PPT课件

（2）按测量仪表的特点分类

1）接触测量法

传感器直接与被测对象接触，承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为接触测量法。例如用体温计测体温等。2）非接触测量法

传感器不与被测对象直接接触，而是间接承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为非接触测量法。例如用辐射式温度计测量温度，用光电转速表测量转速等。非接触测量法不干扰被测对象，既可对局部点检测，又可对整体扫描。特别是对于运动对象、腐蚀性介质及危险场合的参数检测，它更方便、安全和准确。

本课件是可编辑的正常PPT课件（3）按测量对象的特点分类

1）静态测量法

静态测量是指被测对象处于稳定情况下的测量。此时被测参数不随时间而变化，故又称稳态测量。2）动态测量法

动态测量是在被测对象处于不稳定的情况下进行的测量。此时被测参数随时间而变化。因此，这种测量必须是在瞬时完成，才能得到动态参数的测量结果。本课件是可编辑的正常PPT课件4.自动检测系统本课件是可编辑的正常PPT课件1．2．2传感器的基本知识1．传感器的定义及组成定义:传感器是一种以测量为目的，以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系，以便于处理和应用的某种物理量的测量装置。组成:图1.1传感器组成框图本课件是可编辑的正常PPT课件2．传感器的分类（1）按被测量分类

可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。（2）按测量原理分类

可分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。本课件是可编辑的正常PPT课件3．传感器的基本特性（1）灵敏度传感器在稳态标准条件下，输出的变化量

与引起该变化量的输入变量

的比值称之为灵敏度。由此可见，线性传感器其特性的斜率处处相同，灵敏度K是一常数。以拟合直线作为其特性的传感器，也认为其灵敏度为一常数，与输入量的大小无关。本课件是可编辑的正常PPT课件（2）线性度所谓的线性度也称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（也称理论直线）之间的最大偏差与传感器满量程输出的百分比。拟合直线的选取有多种方法，常用的拟合方法有：①理论拟合；②过零旋转拟合；③端点拟合；④端点平移拟合；⑤最小二乘拟合等。选择拟合直线的主要出发点应是获得最小的非线性误差，还要考虑使用是否方便，计算是否简便。本课件是可编辑的正常PPT课件（3）迟滞特性传感器在正（输入量增大）、反（输入量减小）行程中输入输出曲线不重合的现象称为迟滞性，如图1-5所示，它一般由实验方法获得，表达式为：×100%（1-5）式中

--正反行程间输出的最大差值；---满量程输出。图1.5迟滞特性示意图1－正行程特性2－反行程特性本课件是可编辑的正常PPT课件（4）重复性重复性是指传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致程度。（5）分辨力与阀值分辨力是指传感器能检测到被测量的最小增量。分辨力可用绝对值表示，也可用与满量程的百分数表示。（6）稳定性稳定性包括稳定度和环境影响量两方面。稳定度是指传感器在所有条件均不变情况下，能在规定的时间内维持其示值不变的能力。本课件是可编辑的正常PPT课件1．2．3传感器信号处理电路1．数据采集系统的组成传感器输出的信号经预处理变为模拟电压信号后，需转换成数字量方能进行数字显示或送入计算机。这种模拟信号数字化的过程称为数据采集。典型的数据采集系统由传感器（T）、放大器（IA）、模拟多路开关（MUX）、采样保持器（SHA）、A/D转换器、计算机（MPS）或数字逻辑电路组成。本课件是可编辑的正常PPT课件2．传感器输出信号的特点和预处理方法（1）传感器输出信号的特点（2）传感器输出信号的预处理方法1）开关量信号预处理的方法2）模拟脉冲式传感器信号预处理方法3）模拟连续式传感器的信号预处理4）频率变化式传感器信号的预处理5）数字电量式传感器信号的预处理本课件是可编辑的正常PPT课件

1．2．4测量误差及分类1．测量误差的分析（1）测量误差的定义测量的目的是希望得到被测对象的真值（实际值）。但由于检测系统（仪表）不可能绝对精确、测量原理的局限、测量方法的不尽完善、环境因素和外界干扰的存在以及测量过程可能会影响被测对象的原有状态等，也使得测量结果不能准确地反映被测量的真值而存在一定的偏差，这个偏差就是测量误差。本课件是可编辑的正常PPT课件（2）真值一个量严格定义的理论值通常叫理论真值，如三角形三内角和为1800等。许多量由于理论真值在实际工作中难以获得，通常用约定真值或相对真值来代替理论真值。本课件是可编辑的正常PPT课件1）约定真值根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最先进科学技术复现这些实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。2）相对真值如果高一级检测仪器（计量器具）的误差仅为低一级检测仪器误差的1/3～1/10，则可认为前者是后者的相对真值。本课件是可编辑的正常PPT课件3）标称值计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。4）示值检测仪器（或系统）指示或显示（被测参量）的数值叫示值，也叫测量值或读数。本课件是可编辑的正常PPT课件（3）测量误差的分类1）绝对误差测量值

与被测量真值

之间的差值称为绝对误差，用

表示，即

（1-7）由式（1-7）可知，绝对误差的单位与被测量的单位相同，且有正负符号之分。用绝对误差表示仪表的误差大小也比较直观，它被用来说明测量结果接近被测真值的程度。

本课件是可编辑的正常PPT课件2）相对误差①实际相对误差实际相对误差是指绝对误差

与被测真值

的百分比，用

表示，即

％

（1-9）②示值（标称）相对误差示值相对误差是指绝对误差

与被测量值

的百分比，用

表示，即

％

（1-10）本课件是可编辑的正常PPT课件③引用（满度）相对误差引用相对误差是指绝对误差

与仪表满度值

的百分比，用

表示，即

％

（1-11）

由于

是用绝对误差

与一个常量

（量程上限）的比值所表示的，所以实际上给出的是绝对误差，这也是应用最多的表示方法。当

取最大值（

）时，其满度相对误差常用来确定仪表的精度等级S。目前我国电工仪表精度分为七级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级。本课件是可编辑的正常PPT课件如按误差的性质来分，则可分为以下几类：1）系统误差在相同条件下，多次重复测量同一被测参量时，其测量误差的大小和符号保持不变，或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。误差值恒定不变的又称为定值系统误差，误差值变化的则称为变值系统误差。变值系统误差又可分为累进性的、周期性的以及按复杂规律变化的几种。本课件是可编辑的正常PPT课件2）随机误差在相同条件下多次重复测量同一被测参量时，测量误差的大小与符号均无规律变化，这类误差称为随机误差。3）粗大误差粗大误差是指明显超出规定条件下预期的误差。其特点是误差数值大，明显歪曲了测量结果。本课件是可编辑的正常PPT课件2．系统误差的处理（1）系统误差的分类及产生原因产生系统误差的原因主要有：检测时所用传感器、仪表本身性能有限；检测系统安装、布置、调整不当；测量者视觉等原因；测量环境条件（如温度、压力等）变化；测量方法不完善；测量依据的理论不完善等。按照系统误差（简称系差）的性质可分为已定系差和未定系差两大类。1）已定系差

是指在测量过程中误差大小和符号都不变的系差。2）未定系差

是在测量过程中大小和符号变化不定，或按一定规律变化的系差。本课件是可编辑的正常PPT课件（2）系统误差的发现1)恒定系差的检验

恒定系差不影响剩余误差的计算，即不影响测量结果的精密度，在处理随机误差时不可能发现。因此，一般采用改变测量条件的多次测量结果进行比较以确定其存在与否。2）未定系差的发现可以使用剩余误差观察法。观察一系列等精度测量剩余误差的数值符号，若数值有规律地递增或递减，并在开始和末尾的符号相反，则判定有线性系差；若符合有规律地正负交替变化多次，则判定有周期性系差。本课件是可编辑的正常PPT课件（3）消除或减弱系统误差的测量方法1）已定系差的消除方法①替代法

在测量未知量后，记下读数，再测可调的已知量，使仪表指示与上次相同，此时未知量就等于已知量。②相消法及交校法

适当安排测量方法，对同一量做两次测量，使恒定系差在两次测量中方向相反，取两次读数的算术平均值。2）未定系差的消除方法①用对称观测法（又称等距观测法）消除线性系差。②采用补偿法消除因某个条件变化或仪器的某个环节的非线性引起的变化系差。③对周期性变化的系差，只要读数相隔半周期的两次测量值，取其算术平均值便可消除。本课件是可编辑的正常PPT课件（4）随机误差的处理随机误差的特性实践中常见的随机误差分布是正态分布。如图1.11所示，它有以下几点特性：①对称性

即绝对值相等的正误差和负误差出现的概率相等。②单峰性

既只有一个峰值。峰值就是概率密度的极大值。峰值在随机误差的纵轴上。该特性说明绝对值小的误差出现的概率大，而绝对值大的误差出现的概率小。③互抵性

对一系列等精度的n次测量，当n→

时，各次测量的随机误差

的代数和等于零。这是曲线对称、正负误差可以抵消的必然结果。④有界性

绝对值很大的误差出现的概率趋近于零。即误差的绝对值实际上不会超过某个限值。本课件是可编辑的正常PPT课件（5）测量结果的评价衡量测量结果的好坏通常用精确度来表示，衡量测量精确度的主要指标是精密度和准确度。精确度高意味着系统误差和随机误差都很小。1）精密度

精密度是指在测量过程中所测数据重复一致的程度。它说明了在一个测量过程中，在同一条件下进行重复测量时，所测结果的不一致程度。2）准确度

准确度是指测量结果与被测真值的偏离程度。系统误差的大小是衡量测量准确度的重要指标，系统误差越小，则准确度越高，但准确不一定精密。3）精确度

精确度是衡量测量结果最佳指标，精确度高则系统误差和随机误差都小，一切测量都应力求既精密又准确。本课件是可编辑的正常PPT课件项目单元2

电阻式传感器

--酒精浓度检测仪的设计

2.1项目描述2.2相关知识2.3电阻式传感器的认知2.4项目参考设计方案2.5项目实施与考核本课件是可编辑的正常PPT课件2.1项目描述设计一种仪器能够监测驾驶员体内酒精含量本课件是可编辑的正常PPT课件2.1.1任务要求1.以气敏传感器为传感元件，将气体中酒精浓度转化为电阻；2.对于气体中酒精浓度的不同能够有明显区别的不同提示；3.当酒精浓度到达一定阈值时能够发出声光报警；4.鼓励采用单片机为控制单元，并酌情加分；5.最终上交调试成功的试验系统--酒精浓度检测仪；6.要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用说明、元件清单、进程表、调试过程描述等。本课件是可编辑的正常PPT课件2.1.2相关知识点分析本单元具体知识点如下：1.了解气敏电阻传感器的转化原理；2.掌握酒精浓度传感器MQN的应用；3.掌握电阻式传感器的基本原理；4.理解电阻应变式传感器的工作原理，了解应变效应的原理，掌握应变效应的应用；5.了解应变片的类型、结构及其测量转换电路；6.了解电阻应变片的各种应用；7.理解湿度、相对湿度等的概念，了解大气的温度与露点的概念；8.了解湿敏电阻传感器的类型、构成和应用。本课件是可编辑的正常PPT课件2.2相关知识2.2.1气敏电阻传感器气敏电阻传感器（以下简称气电阻），可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，在转换成电流、电压信号。气敏电阻品种繁多，常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。本课件是可编辑的正常PPT课件还原性气体传感器所谓还原性气体就是化学反应中能给出电子，化学价升高的气体。还原性气体多属于可燃性气体，例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。测量还原性气体的气敏电阻一般是用氧化砷、氧化锌和氧化铁等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂及其他添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。图2.2是MQN型气敏电阻的结构及测量转换电路简图本课件是可编辑的正常PPT课件2.2.2应变式电阻传感器1.电阻应变效应导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变效应。设一根长度为L

，截面积为A，电阻率为

的金属丝，其电阻R的阻值为：本课件是可编辑的正常PPT课件电阻应变效应本课件是可编辑的正常PPT课件2．电阻应变片的种类、结构与粘贴（1）应变片结构与类型结构:如图种类:应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。金属片有丝式、箔式、薄膜式三种。金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱落，但其价格便宜，广泛用于应变、应力的大批量、一次性低精度的实验。半导体应变片是用半导体材料作为敏感栅而制成的，其灵敏度高（一般比金属丝式、箔式高几十倍），横向效应小，故它的应用日趋广泛。2.3电阻丝式应变片基本结构1-基底2-敏感栅3-引线4-覆盖层本课件是可编辑的正常PPT课件（2）应变片的粘贴技术应变片在使用时通常是用粘合剂粘贴在弹性元件或试件上，正确的粘贴工艺对保证粘贴质量、提高测试精度起着重要的作用。因此应变片在粘贴时，应严格按粘贴工艺要求进行。基本步骤如下：1）应变片的检查2）试件的表面处理3）确定贴片位4）粘贴应变5）固化处理6）粘贴质量检7）引出线的固定与保护8）防潮防蚀处本课件是可编辑的正常PPT课件3．应变片参数应变片的参数主要有以下几项：（1）标准电阻值（R0（2）绝缘电阻（RG）（3）灵敏度系数（K）（4）应变极限（ξmax）（5）允许电流（Ie）（6）机械滞后，蠕变及零漂本课件是可编辑的正常PPT课件4.测量转换电路本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件5．电桥的线路补偿（1）零点补偿（2）温度补偿

图2.7串联可调电阻补偿

图2.8采用补偿应变片的温度补偿本课件是可编辑的正常PPT课件6．电阻应变片式传感器的应用（1）应变式测力与荷重传感器传感器的采样部分由弹性元件、应变片和外壳所组成。弹性元件把被测量转换成应变量的变化；弹性元件上的应变片把应变量变换成电阻量的变化。常见的应变式测力与荷重传感器有柱式、悬臂梁式、环式等.

a）b）c）图2.9应变式测力及荷重传感器a）柱式b）环式c）悬臂梁式本课件是可编辑的正常PPT课件（2）位移传感器应变式位移传感器是把被测位移量转换成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出一个正比于被测位移的电量。它可进行静态与动态的位移量检测。使用时要求用于测量的弹性元件刚度要小，被测对象的影响反力要小，系统的固有频率要高，动态频率响应特性要好。a）传感器结构图

b）工作原理图图2.10YW型应变片位移传感器1-测量头2-弹性元件3-弹簧4-外壳5-测量杆6-调整螺母7-应变计本课件是可编辑的正常PPT课件2.2.3湿敏电阻传感器1.大气的温度与露点（1）绝对湿度与相对湿度（2）露点2.测量湿度的传感器(1)金属氧化物陶瓷湿度传感器(2)金属氧化物膜型湿度传感器(3)高分子湿敏电阻传感器本课件是可编辑的正常PPT课件2.3电阻式传感器的认知常见气体传感器产品本课件是可编辑的正常PPT课件应变式电阻传感器认知本课件是可编辑的正常PPT课件湿敏电阻传感器认知本课件是可编辑的正常PPT课件2.4项目参考设计方案2.4.1整体方案设计根据自动检测系统的组成结构，该酒精浓度检测仪应该包含酒精气体传感器、信号处理电路和执行指示机构等部分。MQ3电阻分压电路酒精蒸气浓度电压执行机构声光指示被测者图2.23酒精浓度检测仪的结构本课件是可编辑的正常PPT课件2.4.2电路设计1.MQ3气敏电阻传感器本设计采用的是表面电阻控制型气敏传感器MQ3，该气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体,最常用的如SnO2。2.LED通用电平显示驱动芯片LM3914LM3914片内有10个电压比较器，10个1K欧姆精密电阻串联组成的分压器分别向各电压比较器提供比较基准；直线驱动10个发光二极管（LED）组成的10段“线”或“点”式条图显示器；对被测量的变化反映迅速真实；无阻尼现象；抗干扰能力强。本课件是可编辑的正常PPT课件3.电路及工作原理分析本设计采用5V电源供电，前端是MQ3型酒精气体浓度传感器，利用电阻分压电路将酒精浓度由电阻量转化为电压量，在通过驱动芯片LM3914按照电压大小驱动输出相应的发光管，当到达一定阈值时蜂鸣器被触发，发出报警声。调试时通过电位器RP调节测量的灵敏度。R52.7KRp20KR11.8KR43.9KR2300ΩR31.5KR6100Ω蜂鸣器7610111213148542392465T1901313RQ1MQ-35V+

5V-

151617181IC1LM3914红色LED6-9绿色LED1-5FM1AT29013图2.26酒精浓度检测仪原理图本课件是可编辑的正常PPT课件2.5项目实施与考核2.5.1制作2.5.2调试1.检查电源回路2.电压直接调节3.酒精液体校准4.电位器调节灵敏度2.5.3评价完成调试后，老师根据各同学或小组制作的系统进行标准测试，按照表所列项目为同学打分。本课件是可编辑的正常PPT课件项目单元3

电感式传感器

—金属探测器的设计3.1项目描述3.2相关知识3.3电感式传感器的认知3.4项目参考设计方案3.5项目实施与考核本课件是可编辑的正常PPT课件3.1项目描述金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部件的地雷之外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体。3.1.1任务要求以电涡流传感器为传感元件，将金属接近传感器的距离转化为电感；对于金属接近传感器的距离能够有明夫妇显区别的不同提示；当金属接近传感器的距离到达一定阈值时能够发出声光报警；鼓励采用单片机为控制单元，并酌情加分；最终上交调试成功的试验系统—金属探测器；要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用说明、元件清单、进程表、调试过程描述等。本课件是可编辑的正常PPT课件

3.1.2相关知识点分析

具体知识点如下：了解电感式传感器的转化原理；掌握金属探测器的应用；掌握电感式传感器的基本原理；理解电涡流式传感器的工作原理；了解电感式传感器的类型、结构及其测量转换电路；了解电感式传感器的各种应用；了解位移测量电感式传感器的测量原理、使用方法及应用。

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3.2相关知识

电感式传感器可以分为：自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器。3.2.1变磁阻式传感器1．工作原理当线圈匝数

为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻

的函数，改变δ或

均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积

的传感器。图3.1变磁阻式传感器本课件是可编辑的正常PPT课件

2．输出特性

L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图3-2所示。

对于变隙式电感传感器，电感

和气隙厚度

成反比，其输出特性如图3.2，输入输出是非线性关系。灵敏度为式中

，

越小，灵敏度越高。变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。图3.2变隙式电压传感器的L-δ特性本课件是可编辑的正常PPT课件

3．测量电路电感式传感器的测量电路有交流电桥式、变压器式交流电桥以及谐振式等。①交流电桥式测量电路图3.4交流电桥测量电路本课件是可编辑的正常PPT课件衔铁上移Δδ：两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2分别由式（3-10）及式（3-12）表示，差动传感器电感的总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具体表达式为对上式进行线性处理,即忽略高次项得本课件是可编辑的正常PPT课件灵敏度K0为（3-23）比较单线圈式和差动式：①差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。②差动式的非线性项(忽略高次项)：单线圈的非线性项（忽略高次项)：由于Δδ/δ0<<1，因此，差动式的线性度得到明显改善。本课件是可编辑的正常PPT课件将代入式（3-20）得电桥输出电压与Δδ成正比关系。本课件是可编辑的正常PPT课件②变压器式交流电桥式测量电路变压器式交流电桥测量电路如图3.6所示图3.5变压器式交流电桥电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压

本课件是可编辑的正常PPT课件当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，(3-25)当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此时(3-26)可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。由于是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。本课件是可编辑的正常PPT课件③谐振式测量电路分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。调幅电路：传感器电感L与电容C、变压器原边串联在一起，接入交流电源

，变压器副边将有电压

输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感L而变化。图3.6（b）为输出电压

与电感L的关系曲线，其中L0为谐振点的电感值。特点：此电路灵敏度很高，但线性差，适用于线性度要求不高的场合。图3.6谐振式调幅电路本课件是可编辑的正常PPT课件调频电路：是传感器电感L的变化将引起输出电压频率的变化。通常把传感器电感L和电容C接入一个振荡回路中，其振荡频率

当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小即可测出被测量的值。图3.7（b）表示f与L的关系曲线，它具有严重的非线性关系。

图3.7谐振式调频电路本课件是可编辑的正常PPT课件

4．变磁阻式传感器的应用变隙电感式压力传感器当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值就反映了被测压力的大小。图3.8变隙电感式压力传感器结构图本课件是可编辑的正常PPT课件变隙式差动电感压力传感器当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。图3.9变隙式差动电感压力传感器本课件是可编辑的正常PPT课件

3.2.2差动变压器式传感器1．变隙式差动变压器①工作原理在A、B两个铁芯上绕有W1a=W1b=W1的两个初级绕组和W2a=W2b=W2两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联，而两个次级绕组的同名端则反相串联。图3.10差动变压器式传感器的结构示意图本课件是可编辑的正常PPT课件

②基本特性

图3.11变隙式差动变压器等效电路图3.12变隙式差动变压器输出特性本课件是可编辑的正常PPT课件

2．螺线管式差动变压器

①工作原理

图3.13螺线管式差动变压器结构

图3.14差动变压器等效电路图3.15差动变压器输出电压的特性曲线本课件是可编辑的正常PPT课件

当活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使M1>M2，因而E2a增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小。因为Uo=E2a-E2b，所以当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时，Uo也必将随x而变化。由图可以看出，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作ΔUo，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。本课件是可编辑的正常PPT课件零点残余电压产生原因：主要是由传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和高次谐波组成。基波产生的主要原因是：传感器的两次级绕组的电气参数、几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波（主要是三次谐波）产生原因：是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小Ux，否则将会影响传感器的测量结果。本课件是可编辑的正常PPT课件②基本特性

差动变压器等效电路如图3-16所示。当次级开路时(3-30)式中：U——初级线圈激励电压；

ω——激励电压U的角频率；

I1——初级线圈激励电流；

r1、

L1——初级线圈直流电阻和电感。..本课件是可编辑的正常PPT课件根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式分别为(3-31)(3-32)

由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关系可得(3-33)本课件是可编辑的正常PPT课件在忽略铁损（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏感以及变压器次级开路（或负载阻抗足够大）的条件下，图3-11（a）的等效电路可用图3-12表示。图中r1a与L1a,r1b与L1b,r2a与L2a,r2b与L2b，分别为W1a,W1b,W2a,W2b绕阻的直流电阻与电感。当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有δa0=δb0=δ0，则绕组W1a和W2a间的互感Ma与绕组W1b和W2b的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压Uo=e2a-e2b=0。当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势e2a≠e2b，输出电压Uo=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。

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③差动变压器式传感器测量电路问题：a差动变压器的输出是交流电压(用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向);b测量值中将包含零点残余电压。为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。本课件是可编辑的正常PPT课件

差动整流电路图3.16差动整流电路（a）半波电压输出；（b）半波电流输出；（c）全波电压输出；（d）全波电流输出本课件是可编辑的正常PPT课件不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流方向总是从6到8，故整流电路的输出电压为

(3-21)当衔铁在零位时，因为U24=U68，所以U2=0；当衔铁在零位以上时，因为U24>U68，则U2>0；而当衔铁在零位以下,则有U24<U68，则U2<0。U2的正负表示衔铁位移的方向。

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相敏检波电路输入信号u2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压)通过变压器T1加到环形电桥的一个对角线上。参考信号us通过变压器T2加到环形电桥的另一个对角线上。输出信号uo从变压器T1与T2的中心抽头引出。平衡电阻R起限流作用，以避免二极管导通时变压器T2的次级电流过大。RL为负载电阻。us的幅值要远大于输入信号u2的幅值，以便有效控制四个二极管的导通状态，且us和差动变压器式传感器激磁电压u1由同一振荡器供电，保证二者同频同相（或反相）。

图3.17相敏检波电路本课件是可编辑的正常PPT课件根据变压器的工作原理，考虑到O、M分别为变压器T1、T2的中心抽头，则

(3-36)(3-37)采用电路分析的基本方法，可求得图3-19（b）所示电路的输出电压uo的表达式(3-38)本课件是可编辑的正常PPT课件

当u2与us均为负半周时：二极管VD2、VD3截止，VD1、VD4导通。其等效电路如图3-19（c）所示。输出电压uo表达式与式（3-38）相同。说明只要位移Δx>0，不论u2与us是正半周还是负半周，负载电阻RL两端得到的电压uo始终为正。当Δx<0时：u2与us为同频反相。不论u2与us是正半周还是负半周，负载电阻RL两端得到的输出电压uo表达式总是为本课件是可编辑的正常PPT课件图3-20波形图（a）被测位移变化波形图;（b）差动变压器激磁电压波形;（c）差动变压器输出电压波形

(d)相敏检波解调电压波形；

(e)相敏检波输出电压波形本课件是可编辑的正常PPT课件

④差动变压器式传感器的应用可直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。图3-21为差动变压器式加速度传感器的原理结构示意图。它由悬臂梁和差动变压器构成。测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连，此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以Δx(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。本课件是可编辑的正常PPT课件图3.19差动变压器式加速度传感器原理图本课件是可编辑的正常PPT课件

3.2.3电涡流式传感器

1．工作原理

根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2。根据愣次定律，H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁场H2的作用，涡流要消耗一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。图3.20电涡流式传感器原理图

（a）传感器激励线圈;（b）被测金属导体本课件是可编辑的正常PPT课件式中,r为线圈与被测体的尺寸因子。

测量方法：如果保持上式中其它参数不变，而只改变其中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。Z=F(ρ,μ,r,f,x)

传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为本课件是可编辑的正常PPT课件

2．基本特性

图3.21电涡流式传感器简化模型本课件是可编辑的正常PPT课件

电涡流传感器简化模型中，把在被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内，模型中h（电涡流的贯穿深度）可由下式求得：(3-41)式中,f为线圈激磁电流的频率。本课件是可编辑的正常PPT课件

根据简化模型，可画出如图3-24所示的等效电路图。图中R2为电涡流短路环等效电阻，其表达式为(3-42)根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程：(3-43)本课件是可编辑的正常PPT课件图3-24电涡流式传感器等效电路图本课件是可编辑的正常PPT课件由式（3-43）解得等效阻抗Z的表达式为(3-44)式中：Req——线圈受电涡流影响后的等效电阻本课件是可编辑的正常PPT课件Leq——线圈受电涡流影响后的等效电感线圈的等效品质因数Q值为式（3-44）和式（3-45）为电涡流传感器基本特性表示式。可见：因涡流效应，线圈的品质因素Q下降。(3-45)本课件是可编辑的正常PPT课件

3．电涡流传感器测量电路

主要有调频式、调幅式电路两种。①调频式电路

图3.23调频式测量电路(a)测量电路框图；(b)振荡电路本课件是可编辑的正常PPT课件传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的函数，即f=L(x),该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的电压。

振荡器的频率为

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②调幅式电路由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡电路如图3.24所示。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流io，LC回路输出电压

式中,Z为LC回路的阻抗。图3.24调幅式测量电路示意图本课件是可编辑的正常PPT课件当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放大、检波后，由指示仪表直接显示出x的大小。除此之外，交流电桥也是常用的测量电路。

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4．涡流式传感器的应用①低频透射式涡流厚度传感器将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流,并将贯穿金属板，此时磁场能量受到损耗，使到达L2的磁通将减弱为φ1′，从而使L2产生的感应电压U2下降。金属板越厚，涡流损失就越大，电压U2就越小。图3.25透射式涡流厚度传感器结构原理图本课件是可编辑的正常PPT课件②高频反射式涡流厚度传感器

如果被测带材厚度改变量为Δδ，则两传感器与带材之间的距离也改变一个Δδ，两传感器输出电压此时为2Uo±ΔU。ΔU经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。本课件是可编辑的正常PPT课件③电涡流式转速传感器当被测旋转轴转动时，电涡流传感器与输出轴的距离变为d0+Δd。由于电涡流效应，使传感器线圈阻抗随Δd的变化而变化，这种变化将导致振荡谐振回路的品质因数发生变化，它们将直接影响振荡器的电压幅值和振荡频率。本课件是可编辑的正常PPT课件

3.3电感式传感器的认知变磁阻式传感器

差动变压器式传感器本课件是可编辑的正常PPT课件电涡流式传感器

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3.4项目参考设计方案金属探测器利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场。这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流。涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声。3.4.1整体方案设计金属探测器的电路框图如下，由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成。图3.28金属探测器的电路框图本课件是可编辑的正常PPT课件

3.4.2电路设计1.高频振荡器2.振荡检测器3.音频振荡器

图3.29金属探测器的电路原理图本课件是可编辑的正常PPT课件

3.5项目实施与考核本项目的金属探测器被设计用来探测人或物体携带的金属物。它可以探测出人所携带或包裹、行李、信件、织物等内所带武器、炸药或小块金属物品。3.5.1制作3.5.2调试3.5.3评价本课件是可编辑的正常PPT课件项目单元4

电容式传感器

--差压变送器的使用训练

4.1项目描述4.2电容式传感器相关知识4.3电容式传感器的认知4.4项目参考实施方案4.5项目实施与考核本课件是可编辑的正常PPT课件4.1项目描述电容式水位传感器是依据电容原理而制作，以耐高温耐腐蚀的聚四氟乙烯绝缘导线作为感应体，水作为电容的介质淹没感应导线越高，产生的电容量就越大，且能随着水位升降呈线性变化，控制系统通过检测电容量的大小变化来计取太阳能热水器储水箱里的水位，具有结构合理、动态范围大、分辨率高，无密封防水要求、不受水质水垢影响、无使用寿命周期等优点。本课件是可编辑的正常PPT课件4.1.1任务要求1.用差压变送器正确测量液位；2．了解几种常用气体、液体、固体介质的相对介电常数；3．熟悉电容式差压变送器传感器使用方法；4．了解压力和液位的测量。本课件是可编辑的正常PPT课件4.1.2相关知识点本项目单元主要讲述电容传感器的各项知识，具体知识点如下：1．掌握电容传感器的工作原理；2．掌握电容传感器的结构、分类、特点；3．了解电容传感器的测量转换电路；4．了解电容传感器的测量原理、使用方法及应用。本课件是可编辑的正常PPT课件4.2电容式传感器相关知识电容式传感器是以各种类型的电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再由转换电路(测量电路)转换为电压、电流或频率，以达到检测的目的。

因此，凡是能引起电容量变化的有关非电量，均可用电容式传感器进行电测变换。本课件是可编辑的正常PPT课件4.2.1电容传感器工作原理及结构形式电容传感器的工作原理本课件是可编辑的正常PPT课件电容传感器的类型与结构本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件4.2.2电容传感器常用测量电路1.桥式电路本课件是可编辑的正常PPT课件2.调频电路图4.7为LC振荡器调频电路方框图。调频振荡器的频率可由下式决定：

式中L——振荡回路电感；C——振荡回路总电容。本课件是可编辑的正常PPT课件3．脉冲宽度调制电路本课件是可编辑的正常PPT课件4．运算放大器式测量电路

本课件是可编辑的正常PPT课件4.2.3电容式传感器的基本应用1．电容式压力传感器图4.11为差动式电容压力传感器的结构原理图。由图可知，该传感器主要由一个动电极、两个固定电极和这三个电极的引出线组成。动电极为圆形薄金属膜片，它既是动电极，又是压力的敏感元件，固定电极为中凹的镀金玻璃圆片。

当被测压力(或压差)通过过滤器进入空腔时，弹性膜片两侧的压力差使膜片凸向一侧。这一位移使两个镀金玻璃圆片与膜片之间的电容量发生变化，经过测量电路再转换成相应的电压或电流变化。当两极板之间的距离很小时，压力和电容之间为线性关系。本课件是可编辑的正常PPT课件电容式接近开关图4.12是电容式接近开关的原理框图，被测物体与电容接近形状开关的感应电极间的位置信号转换为振荡电路的频率，经信号处理电路，由开关量信号输出。本课件是可编辑的正常PPT课件3．电容式加速度传感器传感器两极板之间有一用弹簧支撑的质量块，此质量块的两个端平面经磨平抛光后作为可动极板。当传感器的壳体测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作用，使两固定电极板相对质量块产生位移。此时，上下两个固定电极与质量块端面之间的电容量产生变化，使传感器有一个差动的电容变化量输出。本课件是可编辑的正常PPT课件电容式油量表在油箱无油时，电容传感器的电容量CX=CX0，此时，电桥满足C0/CX=R1/R2的平衡条件，电桥输出电压为零，伺服电动机不转动，油量表指针偏转角θ=0。当油箱中注入油时，液位上升至h处，电容的变化量ΔCX与h成正比，电容为CX=CX0+ΔCX。电桥的输出电压U0经放大后驱动伺服电动机，由减速箱减速后带动指针顺时针偏转，同时带动RP滑动，使RP的阻值增大，当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，U0=0，伺服电动机停转，指针停留在转角θX1处。可从油量刻度盘上直接读出油位的高度h。本课件是可编辑的正常PPT课件4.3电容式传感器的认知本课件是可编辑的正常PPT课件4.4项目参考实施方案本项目实施方案是学生以小组为单位，进行电容式压力变送器应用训练。如：（1）针对水箱水位检测要求，确定液位传感器类型。（2）分析制定安装位置、实施效果检测方案，成本分析。（3）学生现场安装、连接和调试液位传感器电路。（4）学生通过电容式压力变送器应用训练了解电容式传感器的工作原理、测量电路及应用方法。本课件是可编辑的正常PPT课件4.5项目实施与考核差压变送器或压力变送器在过程控制系统中广泛用在液位的测量。测量原理是——测量某处的液体压力（液体的压力正比于液位的高度），经内部信号转换电路的转换，以标准的4～20mA电流输出。本课件是可编辑的正常PPT课件4.5.1差压变送器选型本课件是可编辑的正常PPT课件4.5.2安装训练1．机械安装本课件是可编辑的正常PPT课件2．电路接线本课件是可编辑的正常PPT课件安装训练

按照项目实施要求，准备好操作所需工具、传感器、测量环境等，根据流程和安装的要求，进行安装训练1．参考资讯中典型应用案例，学生结合具体任务要求选定传感器类型；2．制定工作计划，根据元件及工具清单备齐物品。3．学生现场安装、连接和调测传感器电路。4．完成个人任务报告。撰写小组自评报告。本课件是可编辑的正常PPT课件项目单元5

霍尔传感器

--转速检测仪的设计5.1项目描述5.2相关知识5.3传感器的认知5.4项目参考设计方案5.5项目实施与考核本课件是可编辑的正常PPT课件

5.1项目描述本项目就是结合本节所学的霍尔传感器，设计一个以霍尔传感器作为敏感元件的测量转速的仪器。5.1.1任务要求1.以霍尔传感器为传感元件；2.对于转速的不同能够有明显区别的不同提示，可酌情加分；3.当转速到达低于或高于一定阈值时能够发出声光报警，可酌情加分；4.鼓励采用单片机为控制单元，可酌情加分；5.最终上交调试成功的试验系统—转速检测仪；6.要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用说明、元件清单、进程表、调试过程描述等。本课件是可编辑的正常PPT课件

5.1.2相关知识点分析本项目单元主要讲述霍尔传感器的各项知识,具体知识点如下：1.理解霍尔传感器的工作原理；2.了解霍尔传感器的设计要点；3.了解霍尔传感器的结构；4.掌握霍尔传感器的测量电路；5.掌握霍尔传感器的主要特性；6.掌握霍尔传感器的误差补偿；7.了解霍尔集成电路；8.了解霍尔传感器的各种应用；本课件是可编辑的正常PPT课件

5.2相关知识霍尔传感器的工作基础就是霍尔效应。用它可以检测磁场及其变化，也可在各种与磁场有关的场合中使用。5.2.1霍尔传感器传感器工作原理及结构形式

1．霍尔效应金属或半导体薄片置于磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将会产生电动势，这种现象称为霍耳效应。所产生的电动势称为霍尔电势。

霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而偏转引起的。本课件是可编辑的正常PPT课件若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcosθ，这时的霍尔电动势为:

图5.1霍尔效应原理图本课件是可编辑的正常PPT课件2.霍尔传感器的设计要点1）霍尔尔元件尺寸霍尔效应的强弱与霍尔元件的尺寸有关。经验表明当取a／b约等于2时，霍尔电势可达最大值。2）霍尔元件的材料霍尔元件一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料。其中N型锗(Ge)容易加工制造,其温度性能和线性度都较好。N型硅（si）的线性度最好,其霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化铟(InSb)对温度最敏感,受温度的影响较大，尤其在低温范围内温度系数大。砷化铟(InAs)的霍尔系数较小,输出信号没有锑化铟元件大，但是受温度的影响却比锑化铟要小，而且线性度也较好，因此，采用砷化铟做霍尔元件的材料受到普遍重视。本课件是可编辑的正常PPT课件3.霍尔传感器的结构霍尔传感器的结构很简单,它由霍尔片、引线和壳体组成,霍尔片通常被制作成长方形薄片，国产霍尔片的尺寸一般为a＝2mm；b＝4mm；d＝0．1mm。它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电极；在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。图5.2霍尔元件示意图a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形本课件是可编辑的正常PPT课件4.霍尔片的基本电路霍耳元件的基本测量电路如图5.3所示，由电源UE通过调节电阻RW来提供控制电流I，通过调节电阻RW可以调节控制电流I的大小，UE可以是直流电源也可以是交流电源，RL是霍耳输出电压UH的负载电阻，霍耳电压UH一般为毫伏数量级，因而实际应用时要后接差动放大器。所以负载电阻RL通常是放大电路的输入电阻或表头内阻。

图5.3霍耳元件的基本测量电路本课件是可编辑的正常PPT课件5.霍尔元件的主要特性1）输入电阻Ri2）输出电阻R03）额定激励电流和最大激励电流IM

4）额定功耗P05）灵敏度KH6）最大磁感应强度BM

7）霍尔电动势温度系数8）不等位电动势和不等位电阻9）寄生直流电势10）热电阻本课件是可编辑的正常PPT课件霍尔传感器的误差及其补偿1．不等位电势的补偿图5.5为两种常用的补偿电路。图(a)是在电阻值较大的桥臂上并联电阻.图(b)是在两相邻桥臂上并联电阻，以增加电极等效电桥的对称性。图5.4霍尔元件不等位电动势原理图图5.5不等位电动势补偿电路本课件是可编辑的正常PPT课件2.温度误差及其补偿

1)采用恒流源并联分流电阻的补偿方法

2)选取合理负载电阻RL进行补偿3)采用恒压源和输入回路串联电阻法4)采用正、负不同温度系数电阻法进行温度补偿5)桥路补偿法本课件是可编辑的正常PPT课件

5.2.2霍尔集成电路（1）线性型霍尔集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。输出电压较高，使用非常方便，目前得到广泛的应用。较典型的线性霍尔器件如UGN35Ol等。图5.7

线性型霍尔集成电路（a)外形尺寸（b)内部电路框图图5.8线性型霍尔集成电路输出特性本课件是可编辑的正常PPT课件（2）开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门(集电极开路输出门)等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。这类器件中较典型的有UGN3020、3022等。图5.11

线性型霍尔集成电路（a)外形尺寸（b)内部电路框图图5.12线性型霍尔集成电路输出特性本课件是可编辑的正常PPT课件

5.2.3霍尔传感器的应用霍尔电动势是关于I、B、θ三个变量的函数，即UH=KHIBcosθ，使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、其余两个量都作为变量，也可以将I、B、θ三个都作为变量。1）维持I、θ不变，则传感器的输出正比于磁感应强度。因此，凡是对能转换为磁感应强度B变化的物理量均可进行测量，例如可以进行磁场、位移、角度、转速和加速度等测量。2）维持B、θ不变，则传感器的输出正比于控制电流I。因此，凡能转换为电流变化的物理量，均可进行测量。3）维持I、B不变，则EH=f(θ），这方面的应用有角位移测量仪等。4）维持θ不变，则霍耳传感器输出值正比于磁感应强度和控制电流之积，所以它可以用于乘法功率等方面计算与测量。本课件是可编辑的正常PPT课件霍尔传感器应用实例1．磁场测量图5.13所示为霍尔罗盘原理图，根据霍尔效应，可以看出霍尔元件的输出电压，将随着方位角的变化而变化。可将霍尔元件的输出同指示仪相连接，便可直接从仪表上读出方位角来。图5.13海洋用霍尔罗盘原理图本课件是可编辑的正常PPT课件2．电流测量霍尔元件构成的电流传感器工作原理：据安培定律，在载流导体周围将产生一正比于该电流的磁场。所以可以用霍尔元件来测量此磁场，从而得到一正比于该磁场的霍尔电动势。通过测量霍尔电动势的大小来间接测量电流的大小。图5.14霍尔电流传感器原理及外形a）基本原理b）外形1－被测电流母线2－铁心3－线性霍尔IC本课件是可编辑的正常PPT课件3．位移测量由霍尔效应可知，当激励电流恒定时，霍尔电势UH与磁感应B成正比，若磁感应强度B是位置ｘ的函数，则霍尔电势的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。当霍尔元件在磁场中移动时，其输出霍尔电势UH的变化就反映了霍尔元件的位移量△x。利用上述原理便可对微量位移进行测量。图5.15霍尔式位移传感器（a）结构；（b）磁场变化本课件是可编辑的正常PPT课件角位移测量原理:霍尔器件与被测物连动并且置于一个恒定的磁场中，当霍尔元件平面与磁力线B的方向平行时．则不会产生霍耳电位(势)，即UH＝0；当霍尔元件转动a角时，就会产生一个与a角的余弦成正比关系的霍耳电位，UH=KHIBcosθ，即霍尔电势UH就反映了转角θ的变化。不过，这个变化是非线性的(UH正比于)，若要求UH与

成线性关系，必须采用特定形状的磁极。图5.16角位移测量仪结构示意图1－极靴2－霍尔器件3－励磁线圈本课件是可编辑的正常PPT课件在图5-17(b)中，磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔接近开关）起到限位的作用。

4．霍尔接近开关图5.17霍尔接近开关应用示意图a）外形b）接近式c）滑过式d）分流翼片式1－运动部件2－软铁分流翼片本课件是可编辑的正常PPT课件在图5.18中，磁极的轴线与霍尔器件的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件左右移动接近霍尔器件，霍尔器件的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动起到限位的作用。图5.18霍尔式接近开关示意图本课件是可编辑的正常PPT课件5.霍耳式汽车点火器

图5.19为霍耳汽车点火器的结构示意图。图中的霍耳传感器采用SL3020，在磁轮鼓圆周上有永久磁铁和软铁制成的扼铁磁路，它和霍耳传感器保持有适当的间隙。由于永久磁铁按磁性交替排列并等分嵌在磁轮鼓圆周上，因此当磁轮鼓转动时，磁铁的N极和S极便交替地在霍耳传感器的表面通过，霍耳传感器的输出端便输出一串脉冲信号。用这些脉冲信号被积分后去触发功率开关管，使它导通或截止，在点火线圈中便输出15kV的感应高电压，以点燃汽缸中的燃油，随之发动机开始转动。本课件是可编辑的正常PPT课件6.霍尔计霍尔开关传感器SL3501是具有较高灵敏度的集成霍尔元件,能感受到很小的磁场变化,因而可对黑色金属零件进行计数检测。图5.20是对钢球进行计数的工作示意图和电路图，当钢球通过霍尔开关传感器时,传感器可输出峰值20mV的脉冲电压,该电压经运算放大器A（μA741）放大后,驱动半导体三极管VT（2N5812）工作,VT输出端便可接计数器进行计数,并由显示器显示检测数值。图5.20霍尔计数装置的工作示意图和电路图本课件是可编辑的正常PPT课件

5.3传感器的认知diodes推出微功耗ah1802和ah1888霍尔传感器

he-01霍尔转速传感器...霍尔测速传感器开关型霍尔ic.线性霍尔传感器.w413本课件是可编辑的正常PPT课件图5-21各种霍尔传感器本课件是可编辑的正常PPT课件

5.4项目参考设计方案5.4.1整体方案设计如图5.22所示，磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，将霍耳元件移置旋转盘下边，让转盘上小磁铁形成的磁力线垂直穿过霍耳元件,。当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在转盘上的霍耳传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲电压，检测出单位时间内脉冲电压的个数，然后送入信号处理电路和显示电路，从而实现转速的检测。转盘上磁铁对数越多，传感器测速的分辨率就越高。电压信号处理显示电路图5.22具体的信号传递与结构本课件是可编辑的正常PPT课件

5.4.2电路设计图5.23转速仪电路图本课件是可编辑的正常PPT课件

5.5项目实施与考核

5.5.1制作5.5.2调试1.检查电源回路2.转速的调试5.5.3评价完成调试后，老师根据各同学或小组制作的系统进行标准测试，按照表所列项目为同学打分。本课件是可编辑的正常PPT课件项目单元6

压电传感器

--加速度测量仪设计制作6.1项目描述6.2相关知识6.3传感器的认知6.4项目参考设计方案6.5项目实施与考核本课件是可编辑的正常PPT课件

6.1项目描述设计一种加速度测量仪实现对各种振动和冲击进行监测。6.1.1任务要求1.以压电传感器为传感元件；2.对于加速度的不同能够有明显区别的不同提示，可酌情加分；3.当加速度到达低于或高于一定阈值时能够发出声光报警，可酌情加分；4.鼓励采用单片机为控制单元，可酌情加分；5.最终上交调试成功的试验系统—加速度检测仪；6.要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用说明、元件清单、进程表、调试过程描述等。本课件是可编辑的正常PPT课件

6.1.2相关知识点分析本项目单元主要讲述压电传感器的各项知识。具体知识点如下：1.掌握压电