




版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
第三章傳感器與監視報警第一節船舶常用傳感器第二節火災報警系統第三節機艙監視與報警系統3.1船舶常用傳感器3.1.1傳感器的分類及靜態參數3.1.2變送器概念及標準信號類型3.1.3溫度傳感器3.1.3.1熱電阻溫度傳感器(PT100和Cu50)3.1.3.2熱電偶溫度傳感器3.1.3.3半導體溫度傳感器(NTC、PTC與CTR)3.1.4壓力傳感器3.1.4.1硅壓力傳感器基本原理3.1.4.2壓電效應基本知識3.1.4.3電阻應變效應及應用3.1.4.4霍爾式傳感器的基本原理3.1.4.5電感式傳感器基本原理3.1.4.6電容式壓力傳感器的基本原理3.1.4.7渦流式壓力傳感器的基本原理3.1考試大綱3.1.1傳感器的分類及靜態參數
傳感器(Transducer/sensor)(換能器或變換器)“能感受(或響應)規定的被測量,并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成”。----《傳感器通用術語》(GB7665-87)§3-1船舶常用傳感器敏感元件(Sensitiveelement):能直接感受(或響應)被測量的部分,并輸出與被測量成確定關系的可用非電量的元件。如:應變式壓力傳感器的彈性膜片,其作用將壓力轉換為彈性膜片的變形。轉換元件(Transductionelement):又稱傳感元件,指傳感器中能將直接感受或響應的被測量轉換成適于傳輸和測量的電信號部分。如:應變式壓力傳感器中的應變片,其作用將彈性膜片的變形轉換為電阻的變化。有些傳感器將敏感元件和轉換元件合二為一,例如:壓電、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等。按工作原理分類容易判斷采用的原理,電阻式、電感式、電容式、壓電式、光電式、光纖、磁敏式、激光、超聲波等傳感器。按被測物理量分類將原理不同但作用相同的歸為一類,如溫度傳感器、壓力傳感器,液位傳感器……按能量的傳遞方式分類能量變換型(有源傳感器):傳感器直接由被測對象輸入能量使其工作。一般附有力學系統。能量控制型(無源傳感器):傳感器從外部獲得能量使其工作,由被測量的變化控制外部供給能量的變化。一般不可逆,無力學系統。3.1.1.1傳感器的分類傳感器的基本特性:傳感器的輸入-輸出關系特性。
是傳感器內部結構參數作用關系的外部表現輸入信號分為:穩態、動態對應傳感器特性:靜態特性、動態特性一般表示方法:數學表達式、特性曲線、表格;響應時間傳感器的一般特性:靜態特性動態特性3.1.1.2傳感器的靜態參數靜態特性:當被測信息處于穩定狀態時,若輸入量維持不變或發生較為緩慢的變化,則輸入量與輸出量之間的關系。衡量靜態特性的重要指標是線性度、靈敏度、分辨力(率)、重復性、遲滯(回差滯環)、準確度/精度、正確度、精密度等。它們是衡量傳感器優劣的指標。線性度(Linearity)(非線性誤差)
傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數量關系能否像理想系統那樣保持的線性關系的一種度量。傳感器非線性大小評定方法靜態特性曲線可通過實際測試獲得。首先在標準工作狀態下,用標準儀器設備對傳感器進行標定(測試),得到其輸入輸出實測曲線,即校準(標定)曲線,然后作一條理想直線,即擬合直線,校準曲線與擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比,稱為傳感器的非線性誤差(或線性度)
在采用直線擬合線性化時,傳感器的輸出輸入校正曲線與其擬合曲線間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,通常用相對誤差表示。傳感器滿量程輸出的平均值校準曲線與擬合直線間最大偏差
非線性誤差/線性度靈敏度度(sensitivity)靈敏度度指輸輸出的的增量量與輸輸入的的增量量之比比,即即:重復性性(repeatability)重復性性指在在同一一工作作條件件下,,輸入入量按按同一一方向向在全全測量量范圍圍內多多次測測試所所得輸輸出特特性曲曲線的的不一一致性性程度度。分辨力力分辨力力是用用來表表示檢檢測系系統或或儀表表裝置置能夠夠檢測測被測測量最最小變變化量量的能能力。。通常常是以以最小小量程程的單單位值值來表表示。。yYFShmax0xFS遲滯((回程程誤差差、滯滯后、、變差差)((hysteresis)是指傳傳感器器在正正(輸輸入量量增大大)反反(輸輸入量量減小小)行行程中中輸出出輸入入曲線線不重重合的的現象象。其其數值值用最最大偏偏差與與滿量量程輸輸出值值的百百分比比表示示遲滯現現象反反應了了傳感感器機機械結結構和和制造造工藝藝上的的缺陷陷,((如軸軸承摩摩擦,,間隙隙,螺螺釘松松動,,元件件腐蝕蝕及灰灰塵等等)hmax——輸輸出值值在正正反行行程間間的最最大差差值。。準確度度/精精度(accuracy)反映測測量結結果與與被測測量真真實值值之間間的一一致程程度,,工程程領域域俗稱稱精((確))度。。系差差和隨隨差的的綜合合。(非線線性誤誤差、、遲滯滯誤差差、重重復誤誤差))正確確度度(correctness)反映映測測量量結結果果與與被被測測量量真真實實值值之之間間的的偏偏離離程程度度,,反反映映了了系系統統誤誤差差的的大大小小。。精密密度度(precision)反映映測測量量中中所所測測數數值值重重復復一一致致的的程程度度,,說說明明了了在在等等精精度度測測量量中中,,所所得得結結果果彼彼此此之之間間符符合合到到什什么么程程度度。。反反映映了了隨隨機機誤誤差差的的大大小小。。絕對對誤誤差差相對對誤誤差差實際際相相對對誤誤差差示值值相相對對誤誤差差引用用相相對對誤誤差差最大大引引用用誤誤差差(AbsoluteError))x==x--u(RelativeError))儀表表的的準準確確度度習習慣慣稱稱精度度,準準確確度度等等級級稱稱精度度等等級級。根根據據儀儀表表的的等等級級可可以以確確定定測測量量的的最最大大引引用用誤誤差差和和最最大大絕絕對對誤誤差差。。我國國生生產產儀儀表表精精確確度度度度等等級級有有0.005、、0.02、、0.05、、0.1、、0.2、、0.35、、0.5、、1.0、、1.5、、2.5、、4.0、、5.0等等,,并并標標志志在在儀儀表表刻刻度度標標尺尺或或銘銘牌牌上上。。傳傳感感器器的的誤誤差差表表示示變送送器器((transmitter))包含含傳傳感感器器和和調調節節電電路路能能輸輸出出標準準信信號號的裝裝置置稱稱為為變變送送器器。。直流流電電流流信信號號::4~20mA(0~10mA逐逐漸漸淘淘汰汰)抗干干擾擾強強,,適適合合遠遠傳傳直流流電電壓壓信信號號:1~5V(0~5V,0~10V,-10V~+10V)多個個對對象象,,近近距距傳傳輸輸變變送送器器概概念念及及標標準準信信號號類類型型常用用的的溫溫度度傳傳感感器器有有:熱電電阻阻溫度度傳傳感感器器(ResistanceTemperatureDetector,RTD)熱電電偶偶溫度度傳傳感感器器(Thermocouple)熱敏敏電電阻阻溫度度傳傳感感器器(Thermistor)溫溫度度傳傳感感器器原理理::熱電電阻阻材材料料的的電電阻阻隨隨溫溫度度的的增增加加而而增增加加,,監監測測范范圍圍內內線線性性度度良良好好。。構造造::金屬屬絲絲雙雙線線并并繞繞在在絕絕緣緣骨骨架架上上,,然然后后插插入入護護套套內內而而制制成成。。測溫范圍::-200℃~~+850℃℃范圍內的的液體、蒸汽汽和氣體介質質及固體表面面溫度。材料:鉑、銅、鎳、、錳、銠熱電阻溫度傳感器(ResistanceTemperatureDetector,RTD)鉑電阻(PlatinumResistance)特點:在高溫和氧化化介質中性能能極為穩定,,在還原性氣氣體中,容易易被污染,導導致鉑絲變脆脆,并改變電電阻與溫度間間的關系。-29.34~630.74℃,標標準溫度計,,測溫裝置基基準器0~630.74℃℃-190℃~0℃其中,Rt、R0——溫度為t℃和0℃℃時的電電阻;A、B、C為為常數:A=3.968×10-3/℃B=-5.84×10-7/℃C=-4.22×10-12/℃分度公式式:分度表((referencetable/graduatedtable)::用表格的的形式來來描述Rt——t之之間的關關系稱為為分度表。并用相相應的分度號表示。必須首先先確定R0的大小,,不同的的R0,其Rt——t曲曲線不同同。百度電阻阻比:鉑電阻的的精度與與鉑的提提純程度度有關W(100)越高高,表示示鉑絲純純度越高高,國際際實用溫溫標規定定,作為為基準器器的鉑電電阻,W(100)≥1.3925目前技術術水平已已達到W(100)=1.3930,,工業用鉑鉑電阻的的純度W(100)不低低于1.385,通常常為1.387~1.390。船上用的的最多的的鉑電阻阻是Pt100,Pt100即分分度號的的一種,,表示R0為100.00Ω時的阻值值,其分分度表范范圍-200℃℃~+659℃℃Pt100常用用于檢測測船舶機機艙內各各種水、、油的溫溫度等,,如主機機滑油進進出口溫溫度,冷冷卻水溫溫度、燃燃油溫度度等。量程范圍圍0~150℃。。可用100Ω基基礎上,,每增加加1Ω對對應2.5℃來估計溫溫度或阻阻值。銅電阻((CuResistance)測溫范圍圍:-50℃~1500C優點點::缺點點:上述溫度度范圍內內線性關系系好,電阻溫度度系數大大,故靈敏敏度比鉑鉑電阻高高,容易易提純、、加工,,價格便便宜,復復制性能能好。易于氧化化,一般般只用于于150℃以下下的低溫溫測量和和沒有水水分及無無侵蝕性性介質的的溫度測測量。與鉑相比比,銅的的電阻率率低,所所以銅電電阻的體體積較大大。應用用::測量精度度要求不不高且溫溫度較低低的場合合工業上使使用的標標準化銅銅熱電阻阻的R0按國內統統一設計計取50Ω和100ΩΩ兩種,,分度號號分別為為Cu50和Cu100,相相應的分分度表可可查閱相相關資料料。熱電阻的的測溫電電路:兩線制接法中,,熱電電阻和連連接導線線電阻在在一個橋橋臂中,,所以以連線電電阻對測測量影響響大,用用于測溫精度度不高的的場合;三線制接接法中,,熱電電阻和連連接導線線電阻分分布在相相鄰的兩兩個橋臂臂中,可可以減減小連接接導線電電阻變化化對測量量結果的的影響,,測溫溫誤差小小,工業熱電電阻通常常采用三三線制接接法;四線制接法主要要用于高精度溫度檢測測,它在在熱電阻阻的兩端端各引兩兩根連接接導線,,其中中兩根連連線為熱熱電阻提提供恒定定電流I,另兩兩根連線線引至電電位差計計,利利用電位位差計測測量熱電電阻的阻阻值,四四線制制接法可可以完全全消除連連接導線線電阻變變化對測測量的影影響。國產熱電電阻有二二線制,,三線制,四線制制。用熱電阻阻傳感器器進行測測溫時,,測量電電路經常常采用電橋電路路。RiaRib自熱誤差差的影響響,流過熱熱電阻的的電流不不能過大大,否則則熱電阻阻自身會會產生較較大的熱熱量,從從而影響響測量精精度,原原則上流流過熱電電阻的電電流一般般不宜超過過6mA導線電阻阻的影響響,三線制或或四限制制解決。。標準化檢檢測儀配配套使用用互換時時注意補償端B的接法法。屏蔽電磁磁干擾,需使用用帶屏蔽蔽層的電電纜連接接,電纜纜屏蔽線線1端接接地。測溫電阻阻與被測介質質充分接接觸,(5~7倍T)足夠插入入深度(氣體25倍管管徑,液液體15倍管徑徑)防塵保護護熱電阻使使用注意意事項::熱電阻結結構:鎧裝熱電電阻端面熱電電阻隔爆型熱熱電阻熱電偶溫度傳感感器(Thermocouple)將溫度轉轉換為電電動勢大大小的熱熱電式傳傳感器叫叫做熱電電偶。熱電偶(thermocouple)是一種有源傳感感器,測量時不不需外加加電源,,被廣泛用用于測量量100~1300℃范圍內的的溫度,,常用于于船舶上上主機、、副機的的排煙溫溫度的測測量。它的特點點是測溫溫范圍寬寬、測量量精度高高、性能能穩定、、結構簡簡單,且且動態響響應較好好;輸出出直接為為電信號,可以遠遠傳,便便于集中檢測測和自動動控制。。工作原理理:熱電電效應其電勢由由接觸電勢勢(珀爾帖帖電勢)和溫差電勢勢(湯姆遜遜電勢)兩部分分組成。。定義:兩種不同同材料的的導體所所組成的的回路成成為熱電偶;組成熱電電偶的導導體稱為為熱電極;處于T溫溫度場中中的結點點稱為測測量端,,又稱工作端或或熱端;處于T0溫度場中中的結點點稱為參考端,,又稱為為自由端或或冷端。1.兩種種不同導導體(A、B))2.接成成閉合回回路3.兩個個接點處處溫度不不同(T≠T0)回路中會會產生熱電動勢勢。影響因素素取決于于材料和和接點溫溫度,與與形狀、、尺寸等等無關兩熱電極極相同時時,總電電動勢為為0兩接點溫溫度相同同時,總總電動勢勢為0對于已選選定的熱熱電偶,,當參考考端溫度度T0恒定時,,eAB(T0)=c為常數,,則總的的熱電動動勢就只只與溫度度T成單值函函數關系系,即可見:只只要測出出EAB(T,T0)的大小小,就能能得到被被測溫度度T,這就是是利用熱熱電偶測測溫的原原理。幾點結論論:熱電偶種種類及分分度(graduation)):(1)標標準熱電電偶目前,國國際電工工委員會會(IEC)認認證的性性能較好好的標準準化熱電電偶共有有8種,國際上上稱之為為“字母母標志熱熱電偶””,即其其名稱用用專用字字母表示示,這個個字母即即熱電偶偶型號標標志,稱稱為分度號,是各種種類型熱熱電偶的的一種很很方便的的縮寫形形式,熱電偶名名稱由熱熱電極材材料命名名,正極寫寫在前面面,負極極寫在后后面。所謂標準準熱電偶偶是國家家標準規規定了其其熱電勢勢與溫度度的關系系,允許許誤差,,并有統統一的標標準分度表表的定型型批量生生產的熱熱電偶,,有配套套顯示儀儀表可供供選用。。熱電偶分分為標準熱電電偶和非標準熱熱電偶(2)非非標準熱熱電偶非標準化化熱電偶偶有鉑銠銠系,銥銥銠系,,鎢錸系系及金鐵鐵熱電偶偶(用于于低溫)),雙鉑鉑鉬(用用于核輻輻射)等等熱電偶偶。8種國際際通用的的熱電偶偶特性表表熱電偶補補償導線線(compensationlead/extensionwire):所謂補償導線線,實際上上是一對對材料化化學成分分不同的的導線,,在0~~100℃溫度度范圍內內與配接接的熱電電偶有一一致的熱熱電特性性,但價價格相對對要便宜宜。實質是相相當于將將熱電極極延長。。根據中中間溫度度定律,,只要熱熱電偶和和補償導導線的二二個接點點溫度一一致,是是不會影影響熱電電動勢輸輸出的。。在使用熱熱電偶補補償導線線時必須須注意型型號相配配,極性性不能接接錯,補補償導線線與熱電電偶連接接端的溫度不能能超過100℃℃。注:補償償導線型型號頭一一個字母母與熱電電偶分度度號相對對應;第第二個字字母字X表示延延伸型補補償導線線,字母母C表示示補償型型補償導導線。從熱電效效應知,,熱電偶偶測的實實際是兩兩端溫度度差,因因此必須須冷端溫溫度固定定,熱端端溫度與與熱電動動勢成單單值函數數關系,,而熱電電偶的分分度表都都是冷端端為0℃℃測得,,只有冷冷端溫度度為0℃℃,才可可查分度度表。冷冷端不為為0℃時時,其補補償方法法如下::熱電偶冷冷端溫度度補償((coldjunctioncompensation):①冷端恒恒溫法::0℃恒溫溫器:冰冰水混合合物,這是一種種理想的的補償方方法,常常用于實實驗室或或科研中中。其他恒溫溫器:各各種恒溫溫器,需需利用中中間溫度度定律計計算修正正。②計算修修正法::當采用熱熱電偶檢檢測溫度度且檢測測裝置具具有微處處理器時時,經常常用此法法。機艙主機排排煙溫度的的檢測,在在冷端設置置一溫度傳傳感器(Pt100),測出出冷端的實實際溫度,,測的熱電電偶電勢后后,利用中中間溫度定定律計算查查表修正。。③補償電橋橋法計算修正法法雖然很精精確,但不不適合連續續測量,為為此,有些些儀表的測測溫線路中中帶有補償償電橋,利利用不平衡衡電橋產生生的電勢補補償熱電偶偶因冷端溫溫度波動引引起的熱電電勢的變化化。不平衡電橋橋由R1、R2、R3(錳銅絲絲繞制)、、RCu(銅絲繞制制)四個橋橋臂和橋路路電源組成成。設計時,在在0℃下使使電橋平衡衡(R1=R2=R3=RCu),此此時Uab=0,,電橋對對儀表讀數數無影響。。注意:橋臂臂RCu必須和熱電電偶的冷端端靠近,使使處于同一一溫度之下下。如何判斷熱熱電偶電極極的極性??(兩種方方法)哪些因素可可以引起熱熱電偶的測測溫誤差??熱敏電阻溫溫度傳感器器(Thermistor)熱敏電阻是是利用半導導體的電阻阻值隨溫度度的變化而而顯著變化化的特性實實現測溫的的。半導體熱敏敏電阻有很很高的電阻阻溫度系數數,其靈敏敏度比熱電電阻高得多多,故動態特性性好。而且體積可以做做得很小,特別適于于在-100℃~300℃之之間測溫。。各種熱敏電電阻的阻值值在常溫下下很大,不不必采用三三線制或四四線制接法法,給使用用帶來方便便。熱敏電阻的的缺點是其其熱電特性性是非線性性的。按照溫度特特性分類正溫度系數數(PCT):電阻阻阻值隨著著溫度的升升高而增大大(型號MF)負溫度系數數(NCT):電電阻阻值隨隨著溫度的的升高而減減小(型號號MZ)按照溫度變變化靈敏度度分類高靈敏度型型(突變型型)CTR低靈敏度型型(緩變型型)熱敏電阻的的種類:正溫度系數數PTC(PositiveTemperatureCoefficient)特性:電阻阻值隨溫度度升高而增增大。工藝:鈦酸酸鋇摻合稀稀土元素燒燒結而成用途:小功率的加加熱元件,,具有自動動恒溫、限限流、只發發熱不發火火。負溫度系數數(NTC)(NegativeTemperatureCoefficient)特性:電阻阻值隨溫度度升高而降降低(絕大大多數)工藝:主要要由Mn、、Co、Ni、Fe、Cu等等過渡金屬屬氧化物混混合燒結而而成用途:可作溫度測測量,亦可可作電子控控制系統中中溫控器件件。臨界溫度系系數CTR(CriticalTemperatureResistor)特性:熱敏敏電阻在某某特定溫度度范圍內隨隨溫度升高高而突然降降低(或升升高)3~~4個數量量級工藝:三氧氧化二釩與與鋇、硅等等氧化物,,在磷、硅硅氧化物的的弱還原氣氣氛中混合合燒結而成成用途:CTR主要要用作溫控控開關,抑抑制浪涌電電流,起保保護作用。。溫度檢測傳傳感器的測測試與校驗驗:(1)實效效測試法0~800℃,模擬擬、開關量量,時間較較長(2)直接接測試法直流電位差差計,熱電電偶(3)可變變電阻或電電位器的取取代法熱電阻(4)暫時時改變警報報設定值的的相對測試試法(5)開關關量溫度傳傳感器的模模擬測試法法3.1.4壓力傳傳感器(物理學中中的壓強,,工業技術術中稱為壓壓力)定義:由靜止的流流體垂直作作用在給定定單位面積積上的力稱稱為該給定定處的壓強單位:“帕斯卡””,或簡稱稱“帕”,,用“Pa”表示1Pa=1N/m2標準大氣壓壓:定義為在溫溫度為0℃℃,緯度為為45°的的海平面上上,重力加加速度為9.80665m/s2時的壓力1atm=760mmHg=101.325kPa1bar=100kPa大氣壓力::大氣層對對地球表面面單位面積積上所產生生的壓力,,即大氣的的自重對地地球表面產產生的壓力力。表壓力(正正壓):超超過大氣壓壓以上的壓壓力數值,,即測壓儀儀表顯示的的壓力值絕對壓力::相對絕對對真空所測測得的壓力力(表壓力力與大氣壓壓力之和)),又稱總總壓力或全全壓力負壓力(疏疏空):絕絕對壓力小小于大氣壓壓力時,大大氣壓力與與絕對壓力力之差真空度:小小于大氣壓壓力的絕對對壓力船舶上壓力力傳感器應應用廣泛,,機艙中各各種設備的的油、水、、氣的壓力力檢測都是是通過壓力力傳感器實實現的。其測量原理理分為兩類類:一是基于壓力位位移轉換原原理,壓力經彈彈性元件轉轉換為位移移,再轉換換為電量,,如電位器器式,電感感式,霍爾爾式;一是力敏元件制成的,如如壓電式,,應變式等等。常用的壓力力傳感器有有壓電式電阻應變式式硅壓力傳感感器霍爾式電感式電容式渦流式壓電效應及及壓電式壓壓力傳感器器壓電式傳感感器以電介介質的壓電效應((正壓電、、電致伸縮縮)為基礎,即即在外力作作用下在電電介質表面面產生電荷荷,從而實實現非電量量測量,是是一種典型型的有源傳感器。壓電式傳感感器具有體體積小、質質量輕、溫溫度達250℃頻響高(30kHz),,靈敏度高高,線性好好(0.5級,1.0級));測量范圍寬寬(100MPa以以下的壓力力);內阻高,二二次儀表要要求輸入阻阻抗高;電荷小,消消失快,只只能測動態態和脈沖壓壓力,不宜宜測緩慢變變化的壓力力。石英晶體((標準壓力力傳感器));壓電陶陶瓷(常用用)船上應用::柴油機示示功器中的的壓力測量量,進排氣氣管的動態態壓力等。。結構:金屬絲電阻阻應變片由由四個基本本部分組成成:敏感柵、基底,蓋層、引線。有絲式、箔箔式、薄膜膜式三種。。2341電阻應變片結構示意圖bl柵長柵寬應變效應及及應變式壓壓力傳感器器原理:導體或半導導體材料在在外(拉力力或壓力))力的作用用時,產生生機械變形形,導致其其電阻值相相應發生變變化,稱稱為“應變效應”。應變片電阻阻值通常有有60、120、200、350、500、1000等幾種,,其中以120最常見。。材料有康康銅、銅鎳鎳合金、銅銅鉻合金等等。金屬應變片片式壓力傳傳感器測量量電路測量電路::電橋電路路(差動輸輸出)應變效應通通常是受力力后材料的幾何何尺寸和電阻率發生改變,,電阻改變主主要由材料的幾何何尺寸變化化引起的,稱稱為金屬電電阻應變片片;(應變式壓力力傳感器)電阻改變主主要由材料電阻率率變化所引起的,,稱為壓阻阻效應,稱稱為半導體體應變片。。(壓阻式壓壓力傳感器器)硅壓力傳感感器半導體應變變片有體型型、擴散型型、薄膜型型三種。((硅的壓阻效效應大,常常用,故稱稱硅壓力傳傳感器)擴散型半導導體應變片片是將P型型雜質擴散散到N型硅硅晶片基底底上,將力力敏元件、、彈性元件件、補償電電路、調理理電路制成成一體,目目前應用最最廣泛。特點優點:靈敏系數比比金屬絲式式高50~~80倍,,靈敏度高,,頻率響應應范圍很寬寬,輸出幅幅值大,不不需要放大大器,可直直接與記錄錄儀連接使使用,使測測量系統簡簡單;缺點:材料的溫度度系數大,,應變時非非線性比較較嚴重,應用范圍受受到限制。。霍爾效應及及霍爾式壓壓力傳感器器金屬或半導導體薄片,若在它的的兩端通過過控制電流I,并在薄片片的垂直方向上上施加磁感感應強度為為B的磁場,那么,在在垂直于電電流和磁場的方向向上將產生生電動勢UH。這種現象象稱為霍爾效應。霍爾系數靈敏系數RH為霍爾常數數,其大小小由載流材材料的物理理性質決定定。單位體積內內導電粒子子數越少,,霍爾效應應越強,半半導體比金金屬導體霍霍爾效應強強,所以常常采用半導導體材料做做霍爾元件件;KH為靈敏度系系數,不僅僅與元件材材料的霍爾爾系數有關關,還與霍霍爾元件的的幾何尺寸寸有關,一般要求霍霍爾元件靈靈敏度越大大越好。I:控制電流((A)B:磁感應強強度(T))d:霍爾元件件的厚度((m)霍爾元件的的結構由霍爾片、引線和殼體組成。1-3:控制電流端引線(面接觸,長度方向,紅色)
控制電流極(或激勵電極)2-4:霍爾輸出引線(點接觸,綠色)
霍爾電極H電路符號::c.殼體::非導磁金屬屬、陶瓷和和環氧樹脂脂封裝。b.四根引引線(3或5)):a.霍爾片片:矩形半導導體單晶薄薄片(4mm*4mm*0.1mm))霍爾元件的的材料一般由N型型半導體材材料制作。(RH=ρμ)(1).鍺鍺(Ge),輸出小小,溫度性性能和線性性度較好。。(2).銻銻化銦(InSb),輸出較較大,受溫溫度影響大大。(3).砷砷化銦(InAs),輸出次次之,溫度度性能和線線性度優之之。(4).砷砷化鎵(GaAs),溫度特特性和線性性度均好,,但價格貴貴。金屬材料載載流子遷移移率大,但但電阻率很很低;絕緣體的電電阻率高,,但載流子子遷移率極極小;半導體材料料兩者兼優優→理想材材料。霍爾元件的的主要技術術參數(2)輸入入電阻和輸輸出電阻(幾歐姆~幾百歐姆姆)輸入電阻指指控制電流極間的電阻阻值。輸出電阻指指霍爾電極間的電阻值值。(1)額定定激勵電流流和最大允允許激勵電電流使霍爾元件件溫升10℃所施加加的控制電電流值稱為為額定激勵勵電流。以以霍爾片允允許最大溫溫升為限制制所對應的的電流稱為為最大允許許激勵電流流IM(幾毫安~幾百毫安安)。(3)霍爾爾電壓溫度度系數霍爾元件與與一般半導導體器件一一樣,對溫度變化化十分敏感感。霍爾電動動勢的溫度度系數α是是指在一定定磁感應強強度和控制制電流下,,溫度每變變化1℃℃,霍爾電電動勢的變變化率。產生原原因主要有有:(1))霍爾電電極安安裝位位置不不對稱稱或不不在同同一等等電位位面上上;(2))材質質不均均勻、、幾何何尺寸寸不均均勻(5))寄生生電動動勢當霍爾爾元件件通以以交流控控制電電流而不加加外磁磁場時時,霍霍爾輸輸出除除了交交流不不等位位電動動勢外外,還還有直直流電電動勢勢分量量,稱稱為寄寄生直直流電電動勢勢。一一般1mV以下下產生原原因主要有有:(1))霍爾元元件的的電極極不完完全歐歐姆接接觸,,可能能出現現整流流效應應(2))霍爾爾電極極大小小不對對稱形形成極極間溫溫差電電勢(4))不等等位電電勢當霍爾爾元件件通以以額定定激勵勵電流流IH而不加外外磁場場時它的霍霍爾輸輸出端端之間間仍有有空載載電勢勢存在在,該該電勢勢就稱稱為不不等位位電勢勢。電感式式壓力力傳感感器主要優優點::結構簡簡單、、工作作可靠靠;靈敏度度高,能分分辨0.01μμm的位移移變化化;測量精精度高高、零點點穩定定、輸輸出功功率較較大;;可實現現信息息的遠遠距離離傳輸輸、記記錄、、顯示示和控控制,,在工工業自自動控控制系系統中中被廣廣泛采采用;;主要缺缺點:靈敏度度、線線性度度和測測量范范圍相相互制制約;;傳感器器自身身頻率響響應低低,不適適用于于快速速動態態測量量。電感式式壓力力傳感感器是是將因因壓力力產生生的位位移變變換電電感量量的變變化,,從而而測量量壓力力。種類::根據據轉換換原理理分為為自感式式、互感式式、電渦流流式;把被測測的非非電量量變化化轉換換為線線圈互感量量變化化的傳感感器稱稱為互互感式式傳感感器。。這種傳傳感器器是根根據變壓器器的基基本原原理制成的的,把把被測測位移移量轉轉換為為一次次線圈圈與二二次線線圈間間的互互感量量變化化的裝裝置。。當一一次線線圈接接入激激勵電電源后后,二二次線線圈就就將產產生感感應電電動勢勢,當當兩者者間的的互感感量變變化時時,感感應電電動勢勢也相相應變變化。。由于兩兩個二二次線線圈采采用差動接接法,故稱稱為差差動變變壓器器式傳傳感器器,簡簡稱差差動變變壓器器(LVDT,Linearvaribaletransformer)。。差動變變壓器器結構構形式式較多多,有有變隙隙式、、變面面積式式和螺線管管線等。u2u2=u21-u22輸出電電壓特特性靈敏度度頻率特特性線性度度零點殘殘余電電壓消消除方方法差動變變壓器器的輸輸出特特性::定義::差動動變壓壓器的的靈敏敏度是是指差差動變變壓器器在單單位電電壓激激勵下下,動動鐵芯芯移動動單位位距離離時的的輸出出電壓壓。單位為為mV/mm/V(雙輸輸入單單輸出出)50mV/mm/V,高高精度度1000mV/mm/V以上上靈敏度度提高靈靈敏度度的方方法::(1))提高線線圈品品質因因數Q值(Q=ωL/R)(Q越越高,,電路路損耗耗越小小,效效率越越高))(2))增大大鐵芯芯直徑徑,使使其接接近線線圈框框架內內徑,,選擇擇導磁磁性能能好,,鐵損損小以以及渦渦流損損耗小小的導導磁材材料制制作銜銜鐵和和導磁磁外殼殼。(3))減小小渦流流損耗耗,線線圈框框架采采用非非導電電且膨膨脹系系數小小的材材料。。(4))選擇擇較高高的勵勵磁電電壓(防過過熱))和勵磁磁頻率率。KE與f關關系曲曲線當f較較低時時,,,靈敏度度顯著著降低低當f較較高時時,將將會產產生““集膚膚”效效應,,電荷荷匯集集在表表面,,鐵芯芯有效效阻值值增大大,鐵鐵芯發發熱,,產生生很大大功耗耗,從從而引引起U2快速下下降頻率特特性10~50kHZ為為宜只有在在某頻頻率下下才能能達到到最大大輸出出,且且此頻頻率附附近靈靈敏度度變化化最小小。理想情情況::差動變變壓器器輸出出電壓壓與鐵
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業或盈利用途。
- 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
評論
0/150
提交評論