1、第第3 3章章 測控系統(tǒng)中的常用傳感器測控系統(tǒng)中的常用傳感器3.1.13.1.1傳感器（傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)的定義的定義我國國家標準（我國國家標準（GB7665-87）中對傳感器的定）中對傳感器的定義是：義是：“能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置換成可用輸出信號的器件或裝置”。這一定義包含。這一定義包含了以下幾方面的意思：了以下幾方面的意思：1、傳感器是測量裝置，能完成檢測任務。、傳感器是測量裝置，能完成檢測任務。2、它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能、它的輸

2、入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等。是化學量、生物量等。3、它的輸出量是某種物理量，要便于傳輸、轉換、處、它的輸出量是某種物理量，要便于傳輸、轉換、處理，主要是電、氣、光。理，主要是電、氣、光。4、輸入輸出有對應關系，且能保證一定的精度。、輸入輸出有對應關系，且能保證一定的精度。敏感敏感元件元件轉換轉換元件元件轉換轉換電路電路被測量被測量電量電量敏感元件敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。成確定關系的某一物理量的元件。 轉換元件轉換元件：把敏感元件的輸出轉換成電路參量。把敏感元件的輸出轉換成電路參量。

3、轉換電路轉換電路：將上述電路參量轉換成電量輸出。將上述電路參量轉換成電量輸出。有些傳感器的敏感元件和轉換元件合二為一，有些有些傳感器的敏感元件和轉換元件合二為一，有些傳感器則將上述三個環(huán)節(jié)合為一體。傳感器則將上述三個環(huán)節(jié)合為一體。3.1.23.1.2傳感器傳感器的組成的組成 傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。組成。如圖是一種氣體壓力傳感器的示意圖。如圖是一種氣體壓力傳感器的示意圖。膜盒是敏感元件，其外部通大氣壓力膜盒是敏感元件，其外部通大氣壓力pa，內(nèi)部，內(nèi)部感受被測壓力感受被測壓力p，當，當p 變化時引起膜盒上半部移動，變化時引

4、起膜盒上半部移動，即輸出相應的位移量。轉換元件是可變電感線圈即輸出相應的位移量。轉換元件是可變電感線圈3，它把位移量轉換成電感量的變化，接入轉換電路便它把位移量轉換成電感量的變化，接入轉換電路便可轉換成電量輸出。可轉換成電量輸出。膜盒膜盒2的下部與殼體的下部與殼體1固固接，上部通過連桿與磁芯接，上部通過連桿與磁芯4相相連，磁芯連，磁芯4置于兩個電感線圈置于兩個電感線圈3中，后者接入轉換電路中，后者接入轉換電路5。3.1.33.1.3傳感器傳感器的分類的分類由于被測量內(nèi)容廣泛、傳感器的工作原理各不相同，有不由于被測量內(nèi)容廣泛、傳感器的工作原理各不相同，有不同角度的分類法同角度的分類法。.按被測量

5、分類：位移、壓力、流量、溫度、速度等。按被測量分類：位移、壓力、流量、溫度、速度等。.按工作原理分類：熱電式、電感式、電容式、光電式、按工作原理分類：熱電式、電感式、電容式、光電式、壓電式、應變式等。壓電式、應變式等。.按敏感機理分類：結構型（敏感元件的結構在被測量作按敏感機理分類：結構型（敏感元件的結構在被測量作用下發(fā)生形變）；物性型（敏感元件的固有性質在被測量作用下用下發(fā)生形變）；物性型（敏感元件的固有性質在被測量作用下發(fā)生變化）發(fā)生變化） 。.按能量關系分類：能量控制型（傳感器輸出能量由外源按能量關系分類：能量控制型（傳感器輸出能量由外源供給，但受被測量控制）；能量轉換型（不需外源）。供

6、給，但受被測量控制）；能量轉換型（不需外源）。 .按輸出信號分類：模擬式、數(shù)字式。按輸出信號分類：模擬式、數(shù)字式。3.1.43.1.4傳感器傳感器的一般指標的一般指標各種傳感器的使用環(huán)境、條件、目的不同，但各種傳感器的使用環(huán)境、條件、目的不同，但基本要求卻是共同的。傳感器的一般指標包括：基本要求卻是共同的。傳感器的一般指標包括：（1）精度）精度（2）線性度）線性度（3）靈敏度）靈敏度（4）穩(wěn)定性）穩(wěn)定性（5）反應速度）反應速度（6）抗干擾能力）抗干擾能力（7）可靠性）可靠性3.1.53.1.5傳感器的選用原則傳感器的選用原則如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象

7、以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。選用傳感器時要考慮：量時首先要解決的問題。選用傳感器時要考慮：（1 1）傳感器的類型）傳感器的類型（2 2）量程范圍）量程范圍（3 3）精度）精度（4 4）靈敏度）靈敏度（5 5）反應時間）反應時間（6 6）穩(wěn)定性）穩(wěn)定性3.2 3.2 常見傳感器的轉換原理常見傳感器的轉換原理傳感器種類繁多，傳感器種類繁多，傳感器技術傳感器技術融合了多學科融合了多學科的知識。在此的知識。在此按工作原理來簡單介紹工業(yè)中常用按工作原理來簡單介紹工業(yè)中常用傳傳感器的轉換原理。感器的轉換原理。3.2.1電阻

8、式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器通過形變把被測量的變化轉換電阻式傳感器通過形變把被測量的變化轉換為電阻值的變化。電阻傳感器常用于測量物體的位為電阻值的變化。電阻傳感器常用于測量物體的位移、受力、機械變形等參數(shù)。移、受力、機械變形等參數(shù)。1.滑線式變阻器滑線式變阻器滑線式變阻器又稱電位器。這種傳感器可以滑線式變阻器又稱電位器。這種傳感器可以用來測量線性位移，在輸入量變化時，其輸出電阻用來測量線性位移，在輸入量變化時，其輸出電阻可以在很大的區(qū)間內(nèi)變化，屬于大電阻變化式傳感可以在很大的區(qū)間內(nèi)變化，屬于大電阻變化式傳感器。器。2.電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器屬于微電阻變化式傳感器。

9、電阻應變式傳感器屬于微電阻變化式傳感器。就是將彈性金屬材料做成應變片，當其受力而產(chǎn)生就是將彈性金屬材料做成應變片，當其受力而產(chǎn)生變形時電阻值發(fā)生變化，通過電路測出其電阻值變變形時電阻值發(fā)生變化，通過電路測出其電阻值變化，從而可以測量力、壓力、扭矩、位移、加速度化，從而可以測量力、壓力、扭矩、位移、加速度等多種物理量。等多種物理量。金屬應變片有金屬絲和或金屬箔兩類。金屬應變片有金屬絲和或金屬箔兩類。縱向縱向R=L/S金屬電阻應變原理金屬電阻應變原理： 當金屬應變片產(chǎn)生縱向拉伸變形時，當金屬應變片產(chǎn)生縱向拉伸變形時，L變大、變大、S變小，其阻值增加；當應變片產(chǎn)生縱向壓縮變變小，其阻值增加；當應變片

10、產(chǎn)生縱向壓縮變形時，形時，S 變大、變大、 L變小，其阻值減小。變小，其阻值減小。金屬應變片的應用金屬應變片的應用金屬應變片使用時要緊貼在應變物上，如貼金屬應變片使用時要緊貼在應變物上，如貼在梁上測其受力。在梁上測其受力。案例：案例：橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量應變片應變片1、2、3、4、5、6、7案例：案例：電子秤電子秤原理：將物品重量通過原理：將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。應變片轉化為電量輸出。案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測若沒有應變物，則要專門制作，如測氣體的若沒有應變物，則要專門制作，如測氣體的

11、壓力要借助于應變筒。壓力要借助于應變筒。P應變片應變片r1軸向貼軸向貼壓縮阻值變小壓縮阻值變小應變片應變片r2徑向貼徑向貼拉伸阻值變大拉伸阻值變大1-應變筒應變筒2-外殼外殼 3-膜片膜片P-被測壓力被測壓力 應變片電阻的變化可用電橋測出。應變片電阻的變化可用電橋測出。 r1和和r2的變的變化，使橋路失去平衡，有不平衡電壓化，使橋路失去平衡，有不平衡電壓U輸出。輸出。 應變片應變片r2應變片應變片r1U3.2.23.2.2電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器是將被測量（如位移、壓力等）電容式傳感器是將被測量（如位移、壓力等）的變化轉換成電容變化量的一種傳感器。其本質就的變化轉換成電容變化量的一

12、種傳感器。其本質就是一個可變電容器。是一個可變電容器。平行板電容器的電容為：平行板電容器的電容為：Ac A-極板間距離極板間距離 A A-極板遮蓋面積極板遮蓋面積-電介質介電常數(shù)電介質介電常數(shù)3.2.23.2.2電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器是將被測量（如位移、壓力等）電容式傳感器是將被測量（如位移、壓力等）的變化轉換成電容變化量的一種傳感器。其本質就的變化轉換成電容變化量的一種傳感器。其本質就是一個可變電容器。是一個可變電容器。平行板電容器的電容為：平行板電容器的電容為：Ac A-極板間距離極板間距離 A A-極板遮蓋面積極板遮蓋面積-電介質介電常數(shù)電介質介電常數(shù)電容式傳感器可以用于測

13、量部件的位移、振動、電容式傳感器可以用于測量部件的位移、振動、厚度等機械量，以及測量壓力、荷重、液位；還可厚度等機械量，以及測量壓力、荷重、液位；還可根據(jù)電容極板間介質的介電常數(shù)隨溫度、濕度改變根據(jù)電容極板間介質的介電常數(shù)隨溫度、濕度改變而改變來測量溫度、濕度；甚至還可以轉換聲音、而改變來測量溫度、濕度；甚至還可以轉換聲音、辨別指紋。辨別指紋。1.1.電容式位移傳感器電容式位移傳感器2）直線位移傳感器）直線位移傳感器1）角位移傳感器）角位移傳感器Ac 通過改變電容極板的遮蓋面積從而改變電容通過改變電容極板的遮蓋面積從而改變電容量，又稱面積型傳感器。量，又稱面積型傳感器。通過改變電容極板的遮蓋面

14、積從而改變電容通過改變電容極板的遮蓋面積從而改變電容量，又稱面積型傳感器。量，又稱面積型傳感器。3 3）測厚傳感器）測厚傳感器極板間介質板的厚度變化也可以改變電容極極板間介質板的厚度變化也可以改變電容極板間的介電常數(shù)從而改變電容量。如圖所示，軋制板間的介電常數(shù)從而改變電容量。如圖所示，軋制金屬板時，讓板材通過電容式測厚儀的傳感電容的金屬板時，讓板材通過電容式測厚儀的傳感電容的兩極板之間，監(jiān)測電容的變化，就可以實現(xiàn)板材厚兩極板之間，監(jiān)測電容的變化，就可以實現(xiàn)板材厚度的在線監(jiān)測。度的在線監(jiān)測。Ac 2.2.電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感電容式壓力傳感器屬于

15、極距變化型電容式傳感器，可以測量壓力、壓差、荷重等參數(shù)。如：器，可以測量壓力、壓差、荷重等參數(shù)。如：1 1）壓力傳感器）壓力傳感器改變不同參數(shù)，可做成不同類型的電容式傳感改變不同參數(shù)，可做成不同類型的電容式傳感器。如改變極板間距離器。如改變極板間距離()()的極距型傳感器：的極距型傳感器：Ac 2.2.電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可以測量壓力、壓差、荷重等參數(shù)。如：器，可以測量壓力、壓差、荷重等參數(shù)。如：1 1）壓力傳感器）壓力傳感器改變不同參數(shù)，可做成不同類型的電容式傳感改變不同參數(shù)，可做成不同類型的電容

16、式傳感器。如改變極板間距離器。如改變極板間距離()()的極距型傳感器：的極距型傳感器：Ac 2 2）荷重傳感器）荷重傳感器單電容式壓力傳感電容可以用于重負載的稱重，單電容式壓力傳感電容可以用于重負載的稱重，如地磅秤。荷重傳感電容由受力彈簧（可動電極）如地磅秤。荷重傳感電容由受力彈簧（可動電極）與固定電極構成，等距離分布在稱重臺內(nèi)，如圖所與固定電極構成，等距離分布在稱重臺內(nèi)，如圖所示。受力彈簧在重力示。受力彈簧在重力F F的作用下變形，使傳感電容極的作用下變形，使傳感電容極板間距離板間距離d d發(fā)生變化，引起電容發(fā)生變化，引起電容C C的變化，就可以知的變化，就可以知道道F F的值。的值。3 3

17、）差壓傳感器）差壓傳感器電容式差壓傳感器是將彈性金屬膜片作為動電電容式差壓傳感器是將彈性金屬膜片作為動電極夾在兩個固定電極之間，構成一對差動電容。極夾在兩個固定電極之間，構成一對差動電容。在在兩邊被測壓力兩邊被測壓力PL、PH的作用下，兩個的作用下，兩個電容電容的電容量的電容量一個增大，一個減小，通過引出線將這兩個電容引一個增大，一個減小，通過引出線將這兩個電容引出，測出電容的變化便可知道差壓的數(shù)值。出，測出電容的變化便可知道差壓的數(shù)值。 4 4）電容式傳聲器）電容式傳聲器傳聲器（傳聲器（MicrophoneMicrophone）俗稱話筒，是一種聲）俗稱話筒，是一種聲/ /電換能器電換能器件，

18、也是傳感器，大多數(shù)是靠電容量變化而起換能作用的。件，也是傳感器，大多數(shù)是靠電容量變化而起換能作用的。4 4）電容式傳聲器）電容式傳聲器如圖，如圖，話筒表面的振膜（動電極）和里面的背極（固話筒表面的振膜（動電極）和里面的背極（固定電極）構成可變電容，聲音產(chǎn)生的壓力使膜片振動，使電定電極）構成可變電容，聲音產(chǎn)生的壓力使膜片振動，使電容兩極板間的距離隨振動而變化，電容量也隨之變化。后級容兩極板間的距離隨振動而變化，電容量也隨之變化。后級電路將電容量變化信號檢出，送到放大器放大后，再通過喇電路將電容量變化信號檢出，送到放大器放大后，再通過喇叭還原成聲音。叭還原成聲音。3.3.電容式振動傳感器電容式振動

19、傳感器電容式振動傳感器也屬于極距變化型電容式電容式振動傳感器也屬于極距變化型電容式傳感器，可以測量振動加速度、振幅等參數(shù)。如：傳感器，可以測量振動加速度、振幅等參數(shù)。如：1）振動加速度傳感器）振動加速度傳感器2）振動振幅傳感器）振動振幅傳感器4.4.電容式物位傳感器電容式物位傳感器電容式物位傳感器是電容式物位傳感器是利用改變電容極板的遮蓋面利用改變電容極板的遮蓋面積從而改變電容量，或者利積從而改變電容量，或者利用改變電容極板間的介電常用改變電容極板間的介電常數(shù)從而改變電容量。可以測數(shù)從而改變電容量。可以測量液位、料位、界位參數(shù)等。量液位、料位、界位參數(shù)等。如：如：4.4.電容式物位傳感器電容式

20、物位傳感器電容式物位傳感器是利用改變電容極板的遮蓋電容式物位傳感器是利用改變電容極板的遮蓋面積從而改變電容量，或者利用改變電容極板間的面積從而改變電容量，或者利用改變電容極板間的介電常數(shù)從而改變電容量。可以測量液位、料位、介電常數(shù)從而改變電容量。可以測量液位、料位、界位參數(shù)等。如：界位參數(shù)等。如：1）導電液位傳感器）導電液位傳感器 2）非導電液位傳感）非導電液位傳感器器4.4.電容式物位傳感器電容式物位傳感器電容式物位傳感器是利用改變電容極板的遮蓋電容式物位傳感器是利用改變電容極板的遮蓋面積從而改變電容量，或者利用改變電容極板間的面積從而改變電容量，或者利用改變電容極板間的介電常數(shù)從而改變電容

21、量。可以測量液位、料位、介電常數(shù)從而改變電容量。可以測量液位、料位、界位參數(shù)等。如：界位參數(shù)等。如：3）容器為金屬）容器為金屬 4）容器為非金屬導）容器為非金屬導5.5.電容式濕度傳感器電容式濕度傳感器電容極板間介質的相對濕度變化可以改變介質電容極板間介質的相對濕度變化可以改變介質介電常數(shù)從而改變電容量。利用這一機理可以測量介電常數(shù)從而改變電容量。利用這一機理可以測量環(huán)境空氣的相對濕度，還可以測量谷物的含水量。環(huán)境空氣的相對濕度，還可以測量谷物的含水量。A6.6.電容式指紋傳感器電容式指紋傳感器指紋識別目前最常用的是電容式傳感器，也被指紋識別目前最常用的是電容式傳感器，也被稱為第二代指紋識別系

22、統(tǒng)。稱為第二代指紋識別系統(tǒng)。 IBMThinkpadT42/T43的指紋識別傳感器指紋識別所用的電容傳感器是一個大約有數(shù)萬指紋識別所用的電容傳感器是一個大約有數(shù)萬個金屬導體的陣列，其外面是一層絕緣的表面。當個金屬導體的陣列，其外面是一層絕緣的表面。當用戶的手指放在上面時，金屬導體陣列用戶的手指放在上面時，金屬導體陣列/ /絕緣物絕緣物/ /皮皮膚就構成了相應的小電容器陣列。它們的電容值隨膚就構成了相應的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠的）與金屬導體之間的距離著脊（近的）和溝（遠的）與金屬導體之間的距離不同而變化。不同而變化。電容點陣的電容信號可復原成指紋成像圖。經(jīng)電容點陣的電容

23、信號可復原成指紋成像圖。經(jīng)過圖像處理后可清晰地展現(xiàn)指紋圖，用來和存儲的過圖像處理后可清晰地展現(xiàn)指紋圖，用來和存儲的指紋圖比對。指紋圖比對。經(jīng)過處理后的指紋成像圖經(jīng)過處理后的指紋成像圖觸摸屏體與導體之間會產(chǎn)生寄生電容，而當手指導體接近不同電壓的感測導體時，也會產(chǎn)生感應電容變化。電容感測效應便是如何在較大的寄生電容值（30 pF）下，偵測到0。12個pF單位微小的感應電容變化。電容觸控技術較為穩(wěn)定、可靠度高，藉由人體該身就是一個 電容體的特性，在接觸觸控面板時所產(chǎn)生的電容變化達到感測觸控效果。 3.2.33.2.3電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器建立在電磁感應基礎上，利用線電感式傳感器建立在電

24、磁感應基礎上，利用線圈電感或互感的改變來實現(xiàn)對非電量的測量，可以圈電感或互感的改變來實現(xiàn)對非電量的測量，可以進行位移、振動、壓力、流量、比重等參數(shù)的測量。進行位移、振動、壓力、流量、比重等參數(shù)的測量。電感傳感器的主要特征是具有電感繞組。利用電感傳感器的主要特征是具有電感繞組。利用被測量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從被測量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導致線圈電感量變化這一物理現(xiàn)象來實現(xiàn)測量。而導致線圈電感量變化這一物理現(xiàn)象來實現(xiàn)測量。電感式傳感器又分為自感式和互感式兩大類。電感式傳感器又分為自感式和互感式兩大類。1.1. 自感式傳感器自感式傳感器原理簡介：原理簡介：工作時銜鐵

25、與被測物體連接，被測工作時銜鐵與被測物體連接，被測 物體的位移將引起空氣隙的磁阻發(fā)生變化，導致線物體的位移將引起空氣隙的磁阻發(fā)生變化，導致線圈電感量的變化。圈電感量的變化。線圈的電感可用下式表示：線圈的電感可用下式表示：式中：式中：N線圈匝數(shù)線圈匝數(shù) Rm 磁路總磁阻磁路總磁阻測量時空氣隙有不測量時空氣隙有不同的變化方式。同的變化方式。mRNL2 1 1） 變間隙型變間隙型結構示意圖如右圖所示。結構示意圖如右圖所示。被被測物體的位移使空氣隙的長度測物體的位移使空氣隙的長度變變化，引起氣隙磁阻的變化，導致化，引起氣隙磁阻的變化，導致線圈電感量的變化。線圈電感量的變化。2 2）變面積型變面積型如右

26、圖所示，被測物體的位如右圖所示，被測物體的位移使鐵心與銜鐵之間相對覆蓋面移使鐵心與銜鐵之間相對覆蓋面積變化，引起氣隙磁阻的變化，積變化，引起氣隙磁阻的變化，導致線圈的電感量發(fā)生變化。導致線圈的電感量發(fā)生變化。3 3） 螺管型螺管型如右圖所示，線圈中放入如右圖所示，線圈中放入圓柱形銜鐵，圓柱形銜鐵，被測物體的位移被測物體的位移使銜鐵左右位移，自感量將相使銜鐵左右位移，自感量將相應變化。應變化。下圖所示是一個測量位移用的軸向自感式傳感器下圖所示是一個測量位移用的軸向自感式傳感器 測頭測頭測桿測桿電感線圈電感線圈磁芯磁芯2.互感式傳感器互感式傳感器互感式傳感器把被測物理量如力、位移等轉換互感式傳感器

27、把被測物理量如力、位移等轉換為傳感器互感系數(shù)的變化，本質上是一個互感系數(shù)為傳感器互感系數(shù)的變化，本質上是一個互感系數(shù)可變的變壓器，當一次線圈接入激勵電壓后，二次可變的變壓器，當一次線圈接入激勵電壓后，二次線圈將產(chǎn)生感應電壓，互感變化時，感應電壓將相線圈將產(chǎn)生感應電壓，互感變化時，感應電壓將相應變化。很多互感式傳感器設置兩個二次線圈，以應變化。很多互感式傳感器設置兩個二次線圈，以差動方式接線，故也可以稱作是變壓器式傳感器。差動方式接線，故也可以稱作是變壓器式傳感器。 差動式傳感器差動式傳感器軸向式差動變壓器式傳感器軸向式差動變壓器式傳感器總行程： 100mm 線性度：0.15% 總行程： 2 7

28、mm 測量力：0.91.2N示值變動性：0.5m旁向式差動變壓器式傳感器旁向式差動變壓器式傳感器總行程： 1.5mm 測量力：0.40.7N示值變動性：0.2m軸向式差動變壓器式傳感器軸向式差動變壓器式傳感器總行程： 3mm 測量力：0.450.65N示值變動性：0.03m總行程：1.5mm 測量力：0.120.18N示值變動性：0.05m案例：案例：板的厚度測量板的厚度測量 3.3.電渦流式傳感器電渦流式傳感器把成塊的金屬放在變化著的磁場中，或者在固把成塊的金屬放在變化著的磁場中，或者在固定的磁場中運動，金屬體內(nèi)就會產(chǎn)生感應電流，此定的磁場中運動，金屬體內(nèi)就會產(chǎn)生感應電流，此電流的流線在金屬

29、體內(nèi)是閉合的，呈漩渦狀，被稱電流的流線在金屬體內(nèi)是閉合的，呈漩渦狀，被稱為渦流。這種現(xiàn)象稱為渦流效應。為渦流。這種現(xiàn)象稱為渦流效應。渦流效應的本質是互感作用。可渦流效應的本質是互感作用。可實現(xiàn)對位移、實現(xiàn)對位移、厚度、振動、表面溫度、速度、溫度、應力、電解厚度、振動、表面溫度、速度、溫度、應力、電解質濃度等參數(shù)的測量。質濃度等參數(shù)的測量。反射式反射式渦流傳感器渦流傳感器當線圈中通有交變電流當線圈中通有交變電流I I1 1時，線圈周圍就產(chǎn)生時，線圈周圍就產(chǎn)生交變磁場交變磁場H H1 1。置于這一磁場中的金屬導體就產(chǎn)生電渦。置于這一磁場中的金屬導體就產(chǎn)生電渦流流I I2 2及磁場及磁場H H2 2

30、，H H2 2與與H H1 1方向相反，因而抵消部分方向相反，因而抵消部分H H1 1磁磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。若將被測導體上形成的電渦流等效成一個短路若將被測導體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)，就可得到如圖環(huán)，就可得到如圖b b的電感等效電路。的電感等效電路。當其它條件一定時，線圈的阻抗是被測距離當其它條件一定時，線圈的阻抗是被測距離H H的單值函數(shù)。即通過線圈的交變電流的單值函數(shù)。即通過線圈的交變電流I I1 1一定時，測一定時，測線圈兩端電壓線圈兩端電壓U U1 1即得被測距離即得被測距離M M。此方法可測位移、振幅、轉速及無損探傷等。此方法

31、可測位移、振幅、轉速及無損探傷等。b)電渦流傳感器等效電路圖電渦流傳感器等效電路圖a)電渦流傳感器原理圖電渦流傳感器原理圖渦流傳感器應用渦流傳感器應用案例：案例：測量旋轉軸振幅測量旋轉軸振幅零件計數(shù)案例：無損探傷案例：無損探傷 原理：裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。原理：裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。火車輪檢測火車輪檢測油管檢測油管檢測低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器采用低頻激勵，因而有較大的貫穿深度，可以采用低頻激勵，因而有較大的貫穿深度，可以測量金屬材料的厚度。測量金屬材料的厚度。如圖，傳感器上、下方分別設置發(fā)射線圈和接如圖，傳感器上、下方分別設置發(fā)射線圈和接收線圈。發(fā)射線圈收線圈。

32、發(fā)射線圈L1兩端加兩端加激勵電壓激勵電壓u1，接收線圈，接收線圈L2兩端將產(chǎn)生感應電壓兩端將產(chǎn)生感應電壓u u2 2。 兩線圈間的被測導兩線圈間的被測導體越薄，則體越薄，則L1的磁力能的磁力能較多穿過較多穿過L2，在，在L2上產(chǎn)上產(chǎn)生的感應電壓生的感應電壓u2越大。越大。輸出特性輸出特性磁電式傳感器是利用磁電相互作用的現(xiàn)象將磁電式傳感器是利用磁電相互作用的現(xiàn)象將被測量轉換成電信號的一種傳感器。磁電式傳感被測量轉換成電信號的一種傳感器。磁電式傳感器不需要輔助電源就能把被測對象的機械能轉換器不需要輔助電源就能把被測對象的機械能轉換成易于測量的電信號，是一種有源傳感器。成易于測量的電信號，是一種有源

33、傳感器。磁電式傳感器只適合進行動態(tài)測量，如振動磁電式傳感器只適合進行動態(tài)測量，如振動、速度、扭矩等參數(shù)的測量，如果在其測量電路、速度、扭矩等參數(shù)的測量，如果在其測量電路中接入積分電路或微分電路，那么還可以用來測中接入積分電路或微分電路，那么還可以用來測量位移或加速度。量位移或加速度。 3.2.4 3.2.4 磁電式傳感器磁電式傳感器1. 1. 動圈式傳感器動圈式傳感器磁電式傳感器用來測速度時，其傳感部件是一磁電式傳感器用來測速度時，其傳感部件是一個置于固定磁場中的線圈。線圈運動時，穿過它的個置于固定磁場中的線圈。線圈運動時，穿過它的磁通量發(fā)生變化，線圈就會產(chǎn)生感應電動勢。動圈磁通量發(fā)生變化，線

34、圈就會產(chǎn)生感應電動勢。動圈式傳感器能直接測量線速度或角速度。式傳感器能直接測量線速度或角速度。a. 線速度型線速度型 b.角速度型角速度型動圈式傳聲器動圈式傳聲器 電容式傳聲器電容式傳聲器 2. 2. 磁阻式傳感器（自感式傳感器）磁阻式傳感器（自感式傳感器）磁阻式傳感器，又稱為變磁通式傳感器或變氣磁阻式傳感器，又稱為變磁通式傳感器或變氣隙式傳感器，常用來測量旋轉物體的轉速。如圖隙式傳感器，常用來測量旋轉物體的轉速。如圖3.363.36所示，磁鐵外繞線圈固定在旋轉物體旁邊，旋所示，磁鐵外繞線圈固定在旋轉物體旁邊，旋轉物體用導磁材料制成并有齒口。物體旋轉時，每轉物體用導磁材料制成并有齒口。物體旋轉

35、時，每到齒口處就改變一次磁路的磁阻，即改變了貫穿線到齒口處就改變一次磁路的磁阻，即改變了貫穿線圈的磁通量，從而使線圈產(chǎn)生感應電動勢。圈的磁通量，從而使線圈產(chǎn)生感應電動勢。 3. 電磁流量傳感器電磁流量傳感器當被測流體介質是具有導電性的液體介質時，當被測流體介質是具有導電性的液體介質時，可以用電磁感應的方法來測量流量的大小。可以用電磁感應的方法來測量流量的大小。3.2.5 3.2.5 壓電式傳感器壓電式傳感器某些晶體電介質材料，在沿一定方向上受到外某些晶體電介質材料，在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出

36、現(xiàn)正負相反的電荷；外力在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷；外力去掉后又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正去掉后又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。相反，當在電介質的極化方向上施加電壓電效應。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發(fā)生變形，電場去掉后變形隨場，這些電介質也會發(fā)生變形，電場去掉后變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。F FF F+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -具有壓電效應的材料稱為壓電材料，壓電材具有壓電效應的材料稱為壓電材料，壓電材料有天然的單晶體，如石英（二氧化硅）等；還料有天然的單晶體

37、，如石英（二氧化硅）等；還有壓電陶瓷，即人工制造的多晶體，如鈦酸鋇、有壓電陶瓷，即人工制造的多晶體，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。壓電陶瓷燒制方便、易成型、耐濕鋯鈦酸鉛等。壓電陶瓷燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫且靈敏度較高，得到廣泛應用。壓電陶、耐高溫且靈敏度較高，得到廣泛應用。壓電陶瓷片的結構和實物如圖：瓷片的結構和實物如圖：1. 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是利用壓電材料做敏感元件壓電式壓力傳感器是利用壓電材料做敏感元件，依據(jù)電介質的正壓電效應研制的一類傳感器。壓，依據(jù)電介質的正壓電效應研制的一類傳感器。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷，此電荷經(jīng)電荷放大器電材料受力后表面產(chǎn)生電荷，此

38、電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換后就成為正比于所受外力的和測量電路放大和變換后就成為正比于所受外力的電量輸出。電量輸出。所以，壓電式壓力傳感器用于測量力和能變換所以，壓電式壓力傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、液位、振動、加速度為力的非電物理量，如壓力、液位、振動、加速度、聲音等；又可以做成壓電換能器發(fā)出超聲波來探、聲音等；又可以做成壓電換能器發(fā)出超聲波來探查物體內(nèi)部組織結構。查物體內(nèi)部組織結構。壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器壓電陶瓷致動器壓電陶瓷致動器壓電陶瓷六維臺壓電陶瓷六維臺壓電式點火器壓電式點火器直流發(fā)電片直流發(fā)電片壓電式噴頭的作用頻率約14000次s，即它每秒鐘可以噴出

39、14 000個墨滴 有些材料同時具有半導體特性和壓電特性，有些材料同時具有半導體特性和壓電特性，如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等，利用這種材料可如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等，利用這種材料可以制成集敏感元件和電子線路于一體的新型壓電以制成集敏感元件和電子線路于一體的新型壓電傳感器，體積更小、性能更優(yōu)越。傳感器，體積更小、性能更優(yōu)越。1）壓力傳感器）壓力傳感器2）加速度傳感器）加速度傳感器2.超聲波傳感器超聲波傳感器超聲波傳感器是以超聲波作為探測信號，利用超聲波傳感器是以超聲波作為探測信號，利用壓電材料的壓電效應研制的一類傳感器，也可以歸壓電材料的壓電效應研制的一類傳感器，也可以歸類為壓電式傳感器。給壓電

40、晶片的極化方向上施加類為壓電式傳感器。給壓電晶片的極化方向上施加高頻交變電壓，壓電材料發(fā)生振動、發(fā)出超聲波；高頻交變電壓，壓電材料發(fā)生振動、發(fā)出超聲波；超聲波碰到阻礙物形成反射回波，壓電材料接受到超聲波碰到阻礙物形成反射回波，壓電材料接受到回波后又會產(chǎn)生感應電荷。完成這種發(fā)射、接受功回波后又會產(chǎn)生感應電荷。完成這種發(fā)射、接受功能的裝置稱為超聲換能器，或者稱超聲探頭。能的裝置稱為超聲換能器，或者稱超聲探頭。1）B型超聲診斷儀（型超聲診斷儀（B超）超）超聲波傳感技術已經(jīng)成為現(xiàn)代臨床醫(yī)學中不超聲波傳感技術已經(jīng)成為現(xiàn)代臨床醫(yī)學中不可缺少的診斷方法。可缺少的診斷方法。B超是由探頭、發(fā)射電路、超是由探頭、

41、發(fā)射電路、接收電路和顯示系統(tǒng)組成，利用脈沖回波成像技接收電路和顯示系統(tǒng)組成，利用脈沖回波成像技術顯示人體組織的斷層圖像。診斷的依據(jù)是斷層術顯示人體組織的斷層圖像。診斷的依據(jù)是斷層圖像的特征，如圖像形態(tài)、輝度、內(nèi)部結構、邊圖像的特征，如圖像形態(tài)、輝度、內(nèi)部結構、邊界回聲、回聲總體、臟器后方情況以及周圍組織界回聲、回聲總體、臟器后方情況以及周圍組織表現(xiàn)等。表現(xiàn)等。2）超聲波探傷儀）超聲波探傷儀在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料組織在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料組織的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)超聲波在

42、兩種。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)超聲波在兩種不同的聲阻抗介質的交界面上發(fā)生反射，反射回來不同的聲阻抗介質的交界面上發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關這個原理設計的。界面的取向、大小有關這個原理設計的。 3.2.6 3.2.6 熱電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量的熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量的裝置。它是利用金屬材料和半導體材料的電特性隨裝置。它是利用金屬材料和半導體材料的電特性隨溫度變化的特性來進行測量的。例如將溫度變化轉溫度變化的特性來進行測量的。例如將溫度變化

43、轉換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率等的變化，換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率等的變化，再通過適當?shù)臏y量電路達到檢測溫度的目的。再通過適當?shù)臏y量電路達到檢測溫度的目的。熱電式傳感器主要應用于對溫度的檢測，廣泛熱電式傳感器主要應用于對溫度的檢測，廣泛應用于冶金、鍛造、化工、電子、環(huán)境監(jiān)測、溫控應用于冶金、鍛造、化工、電子、環(huán)境監(jiān)測、溫控等領域。等領域。1熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶是以熱電效應為基礎來測溫的。熱電偶是以熱電效應為基礎來測溫的。工作原理：工作原理：當兩種不同的導體連接成閉合回路時當兩種不同的導體連接成閉合回路時，若兩個接點溫度不同，回路中會產(chǎn)生熱電勢。將熱，若兩個接點溫度不同，

44、回路中會產(chǎn)生熱電勢。將熱電勢引出，經(jīng)轉換電路處理后，便可顯示或輸出。電勢引出，經(jīng)轉換電路處理后，便可顯示或輸出。熱熱端端 t冷端冷端 t02熱電阻傳感器熱電阻傳感器大多數(shù)金屬電阻的阻值隨溫度升高而增大。具大多數(shù)金屬電阻的阻值隨溫度升高而增大。具有正溫度系數(shù)。用來測溫的金屬電阻稱為熱電阻。有正溫度系數(shù)。用來測溫的金屬電阻稱為熱電阻。如鉑電阻的電阻溫度關系：如鉑電阻的電阻溫度關系：R t =R0 1+At+Bt2+C(t-100)t3 (-2000)R t =R0 (1+At+Bt2) ( 0850) 3.3.熱敏電阻熱敏電阻傳感器傳感器有些半導體材料的電阻值具有負溫度系數(shù)，可有些半導體材料的電阻

45、值具有負溫度系數(shù)，可以作溫度傳感元件，熱敏電阻的特點是：以作溫度傳感元件，熱敏電阻的特點是：溫度()1081061041021001601208040電阻()負溫度系數(shù)熱敏電阻特性負溫度系數(shù)熱敏電阻特性 電阻率大電阻率大電阻體積小，響應快；電阻體積小，響應快； 溫度系數(shù)大溫度系數(shù)大靈敏度高；靈敏度高； 非線性嚴重非線性嚴重影響精度。影響精度。 溫度特性分散溫度特性分散互換性差互換性差 4.4.集成溫度傳感器集成溫度傳感器晶體管是半導體器件，其電流放大倍數(shù)隨溫度晶體管是半導體器件，其電流放大倍數(shù)隨溫度而變化。將熱敏晶體管和外圍電路集成在一個芯片而變化。將熱敏晶體管和外圍電路集成在一個芯片上構成集

46、成溫度傳感器。可直接輸出電壓、電流或上構成集成溫度傳感器。可直接輸出電壓、電流或數(shù)字信號。數(shù)字信號。特點：體積小、反特點：體積小、反應快、線性好、價格便應快、線性好、價格便宜，后接電路簡單。測宜，后接電路簡單。測溫范圍為溫范圍為-50150。 5 5紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器由于分子的熱運動，溫度高于絕對零度（由于分子的熱運動，溫度高于絕對零度（- -273.15273.15）的物體都在不停地向周圍輻射包括紅外）的物體都在不停地向周圍輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波。輻射能量的大小與該物體的溫波段在內(nèi)的電磁波。輻射能量的大小與該物體的溫度關系符合普朗克（度關系符合普朗克（PlankPlank）定

47、律。）定律。紅外溫度傳感器頂部開有窗口。被測物體的紅外溫度傳感器頂部開有窗口。被測物體的輻射能經(jīng)過窗口和光闌聚焦在受熱片上，受熱片上輻射能經(jīng)過窗口和光闌聚焦在受熱片上，受熱片上有多只串聯(lián)的熱電偶。每只熱電偶的熱端在受熱片有多只串聯(lián)的熱電偶。每只熱電偶的熱端在受熱片的中央部位圍成一圈，焊接在一起，從引線就可以的中央部位圍成一圈，焊接在一起，從引線就可以得到所有電偶的熱電勢之和。得到所有電偶的熱電勢之和。1 1）紅外輻射體溫計）紅外輻射體溫計紅外輻射體溫計是通過光學組件將人體表面發(fā)紅外輻射體溫計是通過光學組件將人體表面發(fā)射和反射的能量匯集到傳感器上，傳感器將此能量射和反射的能量匯集到傳感器上，傳感

48、器將此能量轉換成電信號，經(jīng)過放大處理，然后根據(jù)人體表面轉換成電信號，經(jīng)過放大處理，然后根據(jù)人體表面的溫度與體溫的關系得到人體的實際體溫信號。在的溫度與體溫的關系得到人體的實際體溫信號。在人流密度大的公共場合，常用其快速檢測人體溫度。人流密度大的公共場合，常用其快速檢測人體溫度。2 2）紅外成像儀）紅外成像儀紅外成像儀是采用面式測溫方式，通過紅外探紅外成像儀是采用面式測溫方式，通過紅外探器對物體整個表面的熱輻射進行探測，將物體熱輻器對物體整個表面的熱輻射進行探測，將物體熱輻射的功率信號轉換成電信號，經(jīng)過處理就可以得到射的功率信號轉換成電信號，經(jīng)過處理就可以得到與物體表面熱分布相應的溫度分布信號，

49、即溫度場。與物體表面熱分布相應的溫度分布信號，即溫度場。通過熱圖像技術，給出熱輻射體的溫度值及溫度場通過熱圖像技術，給出熱輻射體的溫度值及溫度場分布圖，并轉換成可見的熱像圖。分布圖，并轉換成可見的熱像圖。3.2.7 3.2.7 光電式傳感器光電式傳感器光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉換的關鍵元件，它是把光信號轉變成為電信號的器換的關鍵元件，它是把光信號轉變成為電信號的器件。其工作原理是基于一些物質的光電效應。件。其工作原理是基于一些物質的光電效應。1 1外光電效應外光電效應在光照作用下，物體內(nèi)的電子從物體表面逸出在光照作用下，物體內(nèi)的電子從物體表

50、面逸出的現(xiàn)象稱為外光電效應。光電效應可以把光信號轉的現(xiàn)象稱為外光電效應。光電效應可以把光信號轉變成電信號，光電管就是利用光電效應的一種傳感變成電信號，光電管就是利用光電效應的一種傳感器。器。光電管可以用在自動控制的機械中，由光照光電管可以用在自動控制的機械中，由光照控制電路的接通和斷開。如熱金屬檢測器就是基控制電路的接通和斷開。如熱金屬檢測器就是基于光電管實現(xiàn)的一種紅外開關。其工作原理是透于光電管實現(xiàn)的一種紅外開關。其工作原理是透鏡將紅外線輻射傳送到紅外檢測器，當輻射量達鏡將紅外線輻射傳送到紅外檢測器，當輻射量達到觸發(fā)點時，電子開關輸出線路就被觸發(fā)。紅外到觸發(fā)點時，電子開關輸出線路就被觸發(fā)。紅

51、外開關特別適合于軋鋼廠、焦爐、鍛壓鑄造等惡劣開關特別適合于軋鋼廠、焦爐、鍛壓鑄造等惡劣的環(huán)境中使用。的環(huán)境中使用。2 2光電導效應光電導效應光照變化引起半導體材料電導變化的現(xiàn)象稱光光照變化引起半導體材料電導變化的現(xiàn)象稱光電導效應。即光電導效應是光照射到某些物體上后，電導效應。即光電導效應是光照射到某些物體上后，引起其電性能變化的一類光致電改變現(xiàn)象的總稱。引起其電性能變化的一類光致電改變現(xiàn)象的總稱。當光照射到半導體材料時，材料吸收光子的能量，當光照射到半導體材料時，材料吸收光子的能量，使非傳導態(tài)電子變?yōu)閭鲗B(tài)電子，引起載流子濃度使非傳導態(tài)電子變?yōu)閭鲗B(tài)電子，引起載流子濃度增大，因而導致材料電導率

52、增大。基于這種效應工增大，因而導致材料電導率增大。基于這種效應工作器件有光敏電阻（光電導型）和反向工作的光敏作器件有光敏電阻（光電導型）和反向工作的光敏二極管、光敏三極管（光電導結型）。二極管、光敏三極管（光電導結型）。1 1）光敏電阻）光敏電阻是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。光敏電阻的材料主入射光的強弱而改變的電阻器。光敏電阻的材料主要是金屬硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常要是金屬硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電

53、阻體即梳狀歐姆電極，然后封裝在具有薄的光敏電阻體即梳狀歐姆電極，然后封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)。在黑暗中，光敏電阻的阻值透光鏡的密封殼體內(nèi)。在黑暗中，光敏電阻的阻值很高，受到光照時，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子很高，受到光照時，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴空穴對使其導電能力增強，光照愈強，阻值愈低。入射對使其導電能力增強，光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，阻值恢復原值。光消失后，阻值恢復原值。2 2）光敏二極管）光敏二極管無光照時，光敏二極管截止，只有很小的飽和反向漏電無光照時，光敏二極管截止，只有很小的飽和反向漏電流，即暗電流。當光線照射流，即暗電流。當光線照射PNPN結時，結時，PNPN結中產(chǎn)生電

54、子結中產(chǎn)生電子- -空穴空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。對，使少數(shù)載流子的密度增加。3 3）光敏三極管）光敏三極管光敏三極管的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，光敏三極管的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。光敏三極管的基極管通常不引出，同時也受光輻射的控制。光敏三極管的基極管通常不引出，有些光敏三極管的基極有引出，是用于溫度補償和附加控制有些光敏三極管的基極有引出，是用于溫度補償和附加控制等作用。等作用。4 4）圖像傳感器）圖像傳感器CCD( (ChargeCharge Coupled DeviceCoupled Device，電荷藕合器件，電荷藕合器件) )與與

55、CMOS( (Complementary Metal-Oxide SemiconductorComplementary Metal-Oxide Semiconductor，互，互補性氧化金屬半導體）傳感器是當前被普遍采用的補性氧化金屬半導體）傳感器是當前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管進行光兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管進行光電轉換，將圖像轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)。電轉換，將圖像轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)。(a ) CCD (b) CMOS3 3光生伏特效應光生伏特效應光生伏特效應是指半導體在受到光照射時產(chǎn)生光生伏特效應是指半導體在受到光照射時產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。當電動勢的現(xiàn)象。當P P型和

56、型和N N型半導體結合在一起時，型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面會形成一個特殊的薄層，界在兩種半導體的交界面會形成一個特殊的薄層，界面的面的P P型一側帶負電，型一側帶負電，N N型一側帶正電。這是由于型一側帶正電。這是由于P P型半導體多空穴，型半導體多空穴，N N型半導體多自由電子，出現(xiàn)了型半導體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。當光照射到濃度差。當光照射到PNPN結的一個面，例如結的一個面，例如P P型面時，型面時，若光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，那么若光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，那么P P型型區(qū)每吸收一個光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，電區(qū)每吸收一個光子就產(chǎn)生一對自由電子和空

57、穴，電子子- -空穴對從表面向內(nèi)迅速擴散，在結電場的作用空穴對從表面向內(nèi)迅速擴散，在結電場的作用下，最后建立一個與光照強度有關的電動勢。下，最后建立一個與光照強度有關的電動勢。1 1）光電池）光電池光電池的工作原理就是基于光電池的工作原理就是基于“光生伏特效應光生伏特效應”。它實質上是一個大面積的。它實質上是一個大面積的PNPN結，能將光能轉化為結，能將光能轉化為電能。有的光電池能將可見光轉化為直流電；有的電能。有的光電池能將可見光轉化為直流電；有的光電池能將紅外光和紫外光轉化為直流電；有的光光電池能將紅外光和紫外光轉化為直流電；有的光電池可以直接把太陽能轉變?yōu)殡娔埽@種光電池又電池可以直接把

58、太陽能轉變?yōu)殡娔埽@種光電池又叫太陽能電池。叫太陽能電池。2 2）照度計）照度計照度計是專門測量光照強度照度計是專門測量光照強度( (照度照度) )的儀表。照的儀表。照度是物體表面所得到的光通量與被照面積之比。照度是物體表面所得到的光通量與被照面積之比。照度計通常是由硒光電池或硅光電池和微安表組成。度計通常是由硒光電池或硅光電池和微安表組成。當光線射到硒光電池表面時，入射光透過金屬薄膜當光線射到硒光電池表面時，入射光透過金屬薄膜到達半導體硒層和金屬薄膜的分界面上，在界面上到達半導體硒層和金屬薄膜的分界面上，在界面上產(chǎn)生光電效應。產(chǎn)生電位差的大小與光電池受光表產(chǎn)生光電效應。產(chǎn)生電位差的大小與光電

59、池受光表面上的照度有一定的比例關系，光電流通過以勒克面上的照度有一定的比例關系，光電流通過以勒克斯（斯（LxLx）為刻度的微安表指示。）為刻度的微安表指示。光強計光強計3.2.8 3.2.8 霍爾式傳感器霍爾式傳感器霍爾式傳感器是基于霍爾效應工作的。霍爾式傳感器是基于霍爾效應工作的。霍爾效應：將一霍爾效應：將一半導體半導體（如鍺）材料制成的薄片（如鍺）材料制成的薄片（霍爾片）置于磁場（霍爾片）置于磁場B中，當沿垂直于磁場方向通過中，當沿垂直于磁場方向通過電流電流I時，電子在霍爾片中的運動方向會發(fā)生偏轉，時，電子在霍爾片中的運動方向會發(fā)生偏轉，從而在垂直于電流方向產(chǎn)生霍爾電勢。從而在垂直于電流方向產(chǎn)生霍爾電勢。UHUH RH I B 式中：式中：UH 霍爾電勢；霍爾電勢； RH 霍爾常數(shù)；霍爾常數(shù)； I 通過電流；通過電流； B 磁感應強度。磁感應強度。 檢測齒輪的轉速、齒數(shù)、齒形檢測齒輪的轉速、齒數(shù)、齒形許多測量儀器都是基于霍耳效應，如轉速表、許多測量儀器都是基于霍耳效應，如轉速表、計數(shù)器、磁強計，壓力傳感器、電流傳感器、接近計數(shù)器、磁強計，壓力傳感器、電流傳感器、接近開關等。開關等。霍爾片霍爾片被測電流