1、 論自動化與物理學的聯系 -傳感器物聯網自動化1201 葉達文 自動化的概念是一個動態發展過程。 最初的控制器在公元前300年的古希臘就被發明了出來。來自埃及的古希臘工程師科泰西比奧斯的水鐘就是通過浮子控制的。 比贊茲在公元前250年發明了油燈，通過浮子來控制油面的高度。這都是浮力在自動化控制中的應用。 第一個在工業領域使用的帶有反饋的調節裝置當屬瓦特發明的離心力控制器，這是他在1769年為紐卡門的蒸汽機量身定做的；與此同時，俄羅斯人波爾祖諾夫發明了帶有反饋的水面高度控制器，也屬世界首創。水面高度的信息傳遞到浮子上，然后再反作用于蒸汽閥門上。從1868年起，自動控制被許多新的發明推動著不斷前進

2、。閉環控制系統框圖控制器執行機構被控對象測量元件-輸入量偏差被控量（輸出量）干擾 執行機構：直接推動被控對象，是輸出量發生變化。常用的有電動機，調節閥，液壓馬達等 測量元件：檢測被控的物理量并轉換成所需要的信號（即為一個傳感器）。常用的有用于速度測量的測速發電機，用于位置與角度檢測的旋轉變壓器，用于電流檢測的互感器及用于溫度檢測的熱電偶。這些檢測裝置一般都是將被檢測的物理量轉化成相應的連續或離散的電壓信號。 作為自動化這個專業，我們對發電機和電動機這兩個機器再熟悉不過了，接下來就讓我們看看這兩個機器的工作原理吧 測速發電機是一種測量轉速的微型發電機，他把輸入的機械轉速變換為電壓信號輸出，并要求

3、輸出的電壓信號與轉速成正比 電流互感器原理是依據電磁感應原理的。I2/I1=N1/N2 將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 為統一和實施方便，世界各國均采用參比端保持為0攝氏度，用實驗的方法測出各種不同的熱電極組合的熱電偶在不同熱溫度下做產生的熱電勢值，制成測溫端溫度（通常用國際攝氏溫度單位）和熱電偶電勢對應關系表，即分度表EAB(T,T0)=EAB(T)-EAB(T0) 霍爾效應是電磁效應的一種，這一現象是美國物

4、理學家霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導電機制時發現的。當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差，這一現象就是霍爾效應。這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。 霍爾效應的公式： UH=KH*I*SB KH為霍爾元件的霍爾系數，UH 為霍爾電勢差，IS為流、過霍 爾元件的電流，B為垂直于霍爾片 的磁感應強度。霍爾式傳感器 霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導電機構時發現的。 位移測量 兩塊永久磁鐵同極性相對放置，將

5、線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應強度為零，這個點可作為位移的零點，當霍爾傳感器在Z軸上作Z位移時，傳感器有一個電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。 力測量 如果把拉力、壓力等參數變成位移，便可測出拉力及壓力的大小，按這一原理可制成的力傳感器。 角速度測量 在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉數（計數器），若接入頻率計，便可測出轉速。 線速度測量 如果把開關型霍爾傳感器按預定位置有規律地布置在軌道上，當裝在運動車輛上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據脈沖信號的分布可以測出車輛的運動速度。 外光電效

6、應 外光電效應是指在光線作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發射的現象。 愛因斯坦光電效應方程：Ek =h -W 內光電效應 在光線作用下，物體的導電性能發生變化或產生光生電動勢的效應 光電式傳感器photoelectric transducer，基于光電效應的傳感器，在受到可見光照射后即產生光電效應，將光信號轉換成電信號輸出。它除能測量光強之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應用極廣泛的重要敏感器件。光電測量時不與被測對象直接接觸，光束的質量又近似為零，在測量中不存在摩擦和對被測對象幾乎不施加壓力。因此在許多應用場合，光電式傳感器比其他傳感器有明顯的優越性。其缺點是在某些應用方面，光學器件和電子器件價格較貴，并且對測量的環境條件要求較高。 自動控制里的測量元件跟執行機