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  • 1 # 使用者8461021162376

    感測器是指能感受規定的物理量,並按一定規律轉換成可用輸入訊號的器件或裝置。簡單地說,感測器是把非電量轉換成電量的裝置。

    感測器通常由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成。

    1)、敏感元件是指能直接感受(或響應)被測量的部分,即將被測量透過感測器的敏感元件轉換成與被測量有確定關係的非電量或其它量。

    2)、轉換元件則將上述非電量轉換成電參量。

    3)、測量電路的作用是將轉換元件輸入的電參量經過處理轉換成電壓、電流或頻率等可測電量,以便進行顯示、記錄、控制和處理的部分。

    感測器的靜態特性引數指標

    ⒈靈敏度

    靈敏度是指穩態時感測器輸出量y和輸入量x之比,或輸出量y的增量和輸入量x的增量之比,用k表示為

    k=dY/dX

    ⒉分辨力

    感測器在規定的測量範圍內能夠檢測出的被測量的最小變化量稱為分辨力。

    ⒊測量範圍和量程

    在允許誤差限內,被測量值的下限到上限之間的範圍稱為測量範圍。

    ⒋線性度(非線性誤差)

    在規定條件下,感測器校準曲線與擬合直線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差。

    ⒌遲滯

    遲滯是指在相同的工作條件下,感測器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。

    ⒍重複性

    重複性是指在同一工作條件下,輸入量按同一方向在全測量範圍內連續變化多次所得特性曲線的不一致性。

    ⒎零漂和溫漂

    感測器在無輸入或輸入為另一值時,每隔一定時間,其輸入值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比為零漂。而溫度每升高1℃,感測器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比,稱為溫漂。 一)磁電效應

    根據法拉第電磁感應定律,N匝線圈在磁場中運動,切割磁力線(或線圈所在磁場的磁通變化)時,線圈中所產生的感應電動勢的大小取決於穿過線圈的磁通的變化率,

    直線移動式磁電感測器

    直線移動式磁電感測器由永久磁鐵、線圈和感測器殼體等組成

    當殼體隨被測振動體一起振動且在振動頻率遠大於感測器的固有頻率時,由於彈簧較軟,運動件質量相對較大,運動件來不及隨振動體一起振動(靜止不動)。此時,磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近振動體的振動速度。

    轉動式磁電感測器

    軟鐵、線圈和永久磁鐵固定不動。由導磁材料製成的測量齒輪安裝在被測旋轉體上,每轉過一個齒,測量齒輪與軟鐵之間構成的磁路磁阻變化一次,磁通也變化一次。線圈中感應電動勢的變化頻率(脈衝數)等於測量齒輪上的齒數和轉速的乘積。

    二)霍耳式感測器

    ⒈霍耳效應

    半導體或金屬薄片置於磁場中,當有電流(與磁場垂直的薄片平面方向)流過時,在垂直於磁場和電流的方向上產生電動勢,這種現象稱為霍耳效應。

    ⒉霍耳元件

    常用的霍耳材料鍺(Ge)、矽(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)等。N型鍺容易加工製造,霍耳係數、溫度效能、線性度較好;P型矽的線性度最好,霍耳係數、溫度效能同N型鍺,但電子遷移率較低,帶負載能力較差,通常不作單個霍耳元件。

    三)壓電式感測器

    ⒈壓電效應

    對某些電介質沿著一定方向加力而使其變形時,在一定表面上產生電荷,當外力撤除後,又恢復到不帶電狀態,這種現象稱為正壓電效應。在電介質的極化方向施加電場,電介質會在一定方向上產生機械變形或機械壓力,當外電場去除後,變形或應力隨之消失,此現象稱為逆壓電效應。

    ⒉壓電元件

    壓電式感測器是物性型的、發電式感測器。常用的壓電材料有石英晶體(SiO2)和人工合成的壓電陶瓷。

    壓電陶瓷的壓電常數是石英晶體的幾倍,靈敏度較高。

    四)光電式感測器

    ⒈光電效應

    當光線照射物體時,可看作一串具有能量E的光子轟擊物體,如果光子的能量足夠大,物質內部電子吸收光子能量後,擺脫內部力的約束,發生相應電效應的物理現象,稱為光電效應。

    1)在光線作用下,電子逸出物體表面的現象,稱為外光電效應,如光電管、光電倍增管等。

    2)在光線作用下,物體的電阻率改變的現象,稱為內光電效應,如光敏電阻、光敏二極體、光敏三極體、光敏閘流體等。

    3)在光線作用下,物體產生一定方向電動勢的現象,稱為光生伏特現象,如光電池(屬於對感光面入射光點位置敏感的器件)等。

    ⒉光敏電阻

    光敏電阻受到光線照射時,電子遷移,產生電子—空穴對,使電阻率變小。光照越強,阻值越低。入射光線消失,電子—空穴對恢復,電阻值逐漸恢復原值。

    ⒊光敏管

    光敏管(光敏二極體、光敏三極體、光敏閘流體等)屬於半導體器件。

    ⒋電致發光

    固體發光材料在電場激發下產生的發光現象稱為電致發光。電致發光是將電能直接轉換成光能的過程。發光二極體(LED)是以特殊材料摻雜製成的半導體電致發光器件。當其PN接面正向偏置時,由於電子—空穴複合時產生過剩能量,該能量以光子形式放出而發光。

    五)熱電式感測器

    1.熱電效應

    將兩種不同性質的金屬導體A、B接成一個閉合迴路,如果兩接合點溫度不相等(T0≠T),則在兩導體間產生電動勢,並且迴路中有一定大小的電流存在,此現象稱為熱電效應。

    ⒉熱電阻感測器

    熱電阻材料通常為純金屬,廣泛使用的是鉑、銅、鎳、鐵等

    ⒊熱敏電阻感測器

    熱敏電阻用半導體制成,與金屬熱電阻相比有以下特點:

    1)電阻溫度係數大,靈敏度高;

    2)結構簡單,體積小,易於點測量;

    3)電阻率高,且適合動態測量;

    4)阻值與溫度變化的關係是非線性的;

    5)穩定性較差。

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