項目單元1緒論--傳感器檢測技術基礎項目單元2電阻式傳感器--酒精濃度檢測儀的設計項目單元3電感式傳感器—金屬探測器的設計項目單元4電容式傳感器--差壓變送器的使用訓練項目單元5霍爾傳感器--轉速檢測儀的設計項目單元6壓電傳感器--加速度測量儀設計制作項目單元7超聲波傳感器--超聲波測距儀的設計制作項目單元8熱電偶傳感器--熱水器加熱爐溫度檢測單元設計制作項目單元9光電傳感器—光電開關的應用項目單元10數字式傳感器—傳感器在數控機床中的應用項目單元11新型傳感器—現代檢測系統發展簡介

目錄全套可編輯PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件項目單元1

緒論--傳感器檢測技術基礎1.1項目描述1.2課題基本知識點1.3習題

本課件是可編輯的正常PPT課件1.1項目描述傳感器用于非電量的檢測，檢測的目的不僅是為了獲得信息或數據，在一定程度上講更主要是為了生產和研究的需要。本項目對測量的定義和過程、測量方法的分類及其特點，測量誤差產生的原因、表示方法、性質及處理方法；測量數據的處理及測量結果的評價作介紹。本課件是可編輯的正常PPT課件1.2課題基本知識點1．2．1測量的基本概念1．測量的定義測量就是借助于專門的技術工具或手段，通過實驗的方法，把被測量與同性質的標準量進行比較，求取二者比值，從而得到被測量數值大小的過程。2．測量的單位國際（SI）單位制是1960年第十一屆國際計量大會通過的，它包括SI單位、SI詞頭和SI單位的十進制倍數單位。

基本單位有7個：長度、質量、時間、電流、熱力學溫度、物質的量和發光強度，本課件是可編輯的正常PPT課件3．測量方法的分類（1）按測量過程的特點分類直接測量間接測量法①偏差法

用事先分度（標定）好的測量儀表進行測量，根據被測量引起顯示器的偏移值直接讀取被測量的值。它是工程上應用最廣泛的測量方法。②零位法

將被測量

與某一已知標準量

完全抵消，使作用到測量儀表上的效應等于零。如天平、電位差計等。由此可知

=

，測量精度主要取決于標準量的精度，與測量儀表的精度無關。因而測量精度很高，在計量工作中應用很廣。③微差法

將零位法和偏差法結合起來，把被測量的大部分抵消，選用靈敏度較高的儀表測量剩余部分的數值，被測量便等于標準量和儀表偏差值之和。如天平上的游標、電位差計上的毫伏表等。與偏差法相比，它可以得到較高的精度；與零位法相比，它可以省去微進程的標準量。本課件是可編輯的正常PPT課件

（2）按測量儀表的特點分類

1）接觸測量法

傳感器直接與被測對象接觸，承受被測參數的作用，感受其變化，從而獲得信號，并測量其信號大小的方法，稱為接觸測量法。例如用體溫計測體溫等。2）非接觸測量法

傳感器不與被測對象直接接觸，而是間接承受被測參數的作用，感受其變化，從而獲得信號，并測量其信號大小的方法，稱為非接觸測量法。例如用輻射式溫度計測量溫度，用光電轉速表測量轉速等。非接觸測量法不干擾被測對象，既可對局部點檢測，又可對整體掃描。特別是對于運動對象、腐蝕性介質及危險場合的參數檢測，它更方便、安全和準確。

本課件是可編輯的正常PPT課件（3）按測量對象的特點分類

1）靜態測量法

靜態測量是指被測對象處于穩定情況下的測量。此時被測參數不隨時間而變化，故又稱穩態測量。2）動態測量法

動態測量是在被測對象處于不穩定的情況下進行的測量。此時被測參數隨時間而變化。因此，這種測量必須是在瞬時完成，才能得到動態參數的測量結果。本課件是可編輯的正常PPT課件4.自動檢測系統本課件是可編輯的正常PPT課件1．2．2傳感器的基本知識1．傳感器的定義及組成定義:傳感器是一種以測量為目的，以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系，以便于處理和應用的某種物理量的測量裝置。組成:圖1.1傳感器組成框圖本課件是可編輯的正常PPT課件2．傳感器的分類（1）按被測量分類

可分為位移、力、力矩、轉速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。（2）按測量原理分類

可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電偶、超聲波、激光、紅外、光導纖維等傳感器。本課件是可編輯的正常PPT課件3．傳感器的基本特性（1）靈敏度傳感器在穩態標準條件下，輸出的變化量

與引起該變化量的輸入變量

的比值稱之為靈敏度。由此可見，線性傳感器其特性的斜率處處相同，靈敏度K是一常數。以擬合直線作為其特性的傳感器，也認為其靈敏度為一常數，與輸入量的大小無關。本課件是可編輯的正常PPT課件（2）線性度所謂的線性度也稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線（也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出的百分比。擬合直線的選取有多種方法，常用的擬合方法有：①理論擬合；②過零旋轉擬合；③端點擬合；④端點平移擬合；⑤最小二乘擬合等。選擇擬合直線的主要出發點應是獲得最小的非線性誤差，還要考慮使用是否方便，計算是否簡便。本課件是可編輯的正常PPT課件（3）遲滯特性傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減小）行程中輸入輸出曲線不重合的現象稱為遲滯性，如圖1-5所示，它一般由實驗方法獲得，表達式為：×100%（1-5）式中

--正反行程間輸出的最大差值；---滿量程輸出。圖1.5遲滯特性示意圖1－正行程特性2－反行程特性本課件是可編輯的正常PPT課件（4）重復性重復性是指傳感器在輸入按同一方向作全量程連續多次變動時所得特性曲線不一致程度。（5）分辨力與閥值分辨力是指傳感器能檢測到被測量的最小增量。分辨力可用絕對值表示，也可用與滿量程的百分數表示。（6）穩定性穩定性包括穩定度和環境影響量兩方面。穩定度是指傳感器在所有條件均不變情況下，能在規定的時間內維持其示值不變的能力。本課件是可編輯的正常PPT課件1．2．3傳感器信號處理電路1．數據采集系統的組成傳感器輸出的信號經預處理變為模擬電壓信號后，需轉換成數字量方能進行數字顯示或送入計算機。這種模擬信號數字化的過程稱為數據采集。典型的數據采集系統由傳感器（T）、放大器（IA）、模擬多路開關（MUX）、采樣保持器（SHA）、A/D轉換器、計算機（MPS）或數字邏輯電路組成。本課件是可編輯的正常PPT課件2．傳感器輸出信號的特點和預處理方法（1）傳感器輸出信號的特點（2）傳感器輸出信號的預處理方法1）開關量信號預處理的方法2）模擬脈沖式傳感器信號預處理方法3）模擬連續式傳感器的信號預處理4）頻率變化式傳感器信號的預處理5）數字電量式傳感器信號的預處理本課件是可編輯的正常PPT課件

1．2．4測量誤差及分類1．測量誤差的分析（1）測量誤差的定義測量的目的是希望得到被測對象的真值（實際值）。但由于檢測系統（儀表）不可能絕對精確、測量原理的局限、測量方法的不盡完善、環境因素和外界干擾的存在以及測量過程可能會影響被測對象的原有狀態等，也使得測量結果不能準確地反映被測量的真值而存在一定的偏差，這個偏差就是測量誤差。本課件是可編輯的正常PPT課件（2）真值一個量嚴格定義的理論值通常叫理論真值，如三角形三內角和為1800等。許多量由于理論真值在實際工作中難以獲得，通常用約定真值或相對真值來代替理論真值。本課件是可編輯的正常PPT課件1）約定真值根據國際計量委員會通過并發布的各種物理參量單位的定義，利用當今最先進科學技術復現這些實物單位基準，其值被公認為國際或國家基準，稱為約定真值。2）相對真值如果高一級檢測儀器（計量器具）的誤差僅為低一級檢測儀器誤差的1/3～1/10，則可認為前者是后者的相對真值。本課件是可編輯的正常PPT課件3）標稱值計量或測量器具上標注的量值，稱為標稱值。4）示值檢測儀器（或系統）指示或顯示（被測參量）的數值叫示值，也叫測量值或讀數。本課件是可編輯的正常PPT課件（3）測量誤差的分類1）絕對誤差測量值

與被測量真值

之間的差值稱為絕對誤差，用

表示，即

（1-7）由式（1-7）可知，絕對誤差的單位與被測量的單位相同，且有正負符號之分。用絕對誤差表示儀表的誤差大小也比較直觀，它被用來說明測量結果接近被測真值的程度。

本課件是可編輯的正常PPT課件2）相對誤差①實際相對誤差實際相對誤差是指絕對誤差

與被測真值

的百分比，用

表示，即

％

（1-9）②示值（標稱）相對誤差示值相對誤差是指絕對誤差

與被測量值

的百分比，用

表示，即

％

（1-10）本課件是可編輯的正常PPT課件③引用（滿度）相對誤差引用相對誤差是指絕對誤差

與儀表滿度值

的百分比，用

表示，即

％

（1-11）

由于

是用絕對誤差

與一個常量

（量程上限）的比值所表示的，所以實際上給出的是絕對誤差，這也是應用最多的表示方法。當

取最大值（

）時，其滿度相對誤差常用來確定儀表的精度等級S。目前我國電工儀表精度分為七級：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0級。本課件是可編輯的正常PPT課件如按誤差的性質來分，則可分為以下幾類：1）系統誤差在相同條件下，多次重復測量同一被測參量時，其測量誤差的大小和符號保持不變，或在條件改變時，誤差按某一確定的規律變化，這種測量誤差稱為系統誤差。誤差值恒定不變的又稱為定值系統誤差，誤差值變化的則稱為變值系統誤差。變值系統誤差又可分為累進性的、周期性的以及按復雜規律變化的幾種。本課件是可編輯的正常PPT課件2）隨機誤差在相同條件下多次重復測量同一被測參量時，測量誤差的大小與符號均無規律變化，這類誤差稱為隨機誤差。3）粗大誤差粗大誤差是指明顯超出規定條件下預期的誤差。其特點是誤差數值大，明顯歪曲了測量結果。本課件是可編輯的正常PPT課件2．系統誤差的處理（1）系統誤差的分類及產生原因產生系統誤差的原因主要有：檢測時所用傳感器、儀表本身性能有限；檢測系統安裝、布置、調整不當；測量者視覺等原因；測量環境條件（如溫度、壓力等）變化；測量方法不完善；測量依據的理論不完善等。按照系統誤差（簡稱系差）的性質可分為已定系差和未定系差兩大類。1）已定系差

是指在測量過程中誤差大小和符號都不變的系差。2）未定系差

是在測量過程中大小和符號變化不定，或按一定規律變化的系差。本課件是可編輯的正常PPT課件（2）系統誤差的發現1)恒定系差的檢驗

恒定系差不影響剩余誤差的計算，即不影響測量結果的精密度，在處理隨機誤差時不可能發現。因此，一般采用改變測量條件的多次測量結果進行比較以確定其存在與否。2）未定系差的發現可以使用剩余誤差觀察法。觀察一系列等精度測量剩余誤差的數值符號，若數值有規律地遞增或遞減，并在開始和末尾的符號相反，則判定有線性系差；若符合有規律地正負交替變化多次，則判定有周期性系差。本課件是可編輯的正常PPT課件（3）消除或減弱系統誤差的測量方法1）已定系差的消除方法①替代法

在測量未知量后，記下讀數，再測可調的已知量，使儀表指示與上次相同，此時未知量就等于已知量。②相消法及交校法

適當安排測量方法，對同一量做兩次測量，使恒定系差在兩次測量中方向相反，取兩次讀數的算術平均值。2）未定系差的消除方法①用對稱觀測法（又稱等距觀測法）消除線性系差。②采用補償法消除因某個條件變化或儀器的某個環節的非線性引起的變化系差。③對周期性變化的系差，只要讀數相隔半周期的兩次測量值，取其算術平均值便可消除。本課件是可編輯的正常PPT課件（4）隨機誤差的處理隨機誤差的特性實踐中常見的隨機誤差分布是正態分布。如圖1.11所示，它有以下幾點特性：①對稱性

即絕對值相等的正誤差和負誤差出現的概率相等。②單峰性

既只有一個峰值。峰值就是概率密度的極大值。峰值在隨機誤差的縱軸上。該特性說明絕對值小的誤差出現的概率大，而絕對值大的誤差出現的概率小。③互抵性

對一系列等精度的n次測量，當n→

時，各次測量的隨機誤差

的代數和等于零。這是曲線對稱、正負誤差可以抵消的必然結果。④有界性

絕對值很大的誤差出現的概率趨近于零。即誤差的絕對值實際上不會超過某個限值。本課件是可編輯的正常PPT課件（5）測量結果的評價衡量測量結果的好壞通常用精確度來表示，衡量測量精確度的主要指標是精密度和準確度。精確度高意味著系統誤差和隨機誤差都很小。1）精密度

精密度是指在測量過程中所測數據重復一致的程度。它說明了在一個測量過程中，在同一條件下進行重復測量時，所測結果的不一致程度。2）準確度

準確度是指測量結果與被測真值的偏離程度。系統誤差的大小是衡量測量準確度的重要指標，系統誤差越小，則準確度越高，但準確不一定精密。3）精確度

精確度是衡量測量結果最佳指標，精確度高則系統誤差和隨機誤差都小，一切測量都應力求既精密又準確。本課件是可編輯的正常PPT課件項目單元2

電阻式傳感器

--酒精濃度檢測儀的設計

2.1項目描述2.2相關知識2.3電阻式傳感器的認知2.4項目參考設計方案2.5項目實施與考核本課件是可編輯的正常PPT課件2.1項目描述設計一種儀器能夠監測駕駛員體內酒精含量本課件是可編輯的正常PPT課件2.1.1任務要求1.以氣敏傳感器為傳感元件，將氣體中酒精濃度轉化為電阻；2.對于氣體中酒精濃度的不同能夠有明顯區別的不同提示；3.當酒精濃度到達一定閾值時能夠發出聲光報警；4.鼓勵采用單片機為控制單元，并酌情加分；5.最終上交調試成功的試驗系統--酒精濃度檢測儀；6.要求有每個步驟的文字材料，包括原理圖、使用說明、元件清單、進程表、調試過程描述等。本課件是可編輯的正常PPT課件2.1.2相關知識點分析本單元具體知識點如下：1.了解氣敏電阻傳感器的轉化原理；2.掌握酒精濃度傳感器MQN的應用；3.掌握電阻式傳感器的基本原理；4.理解電阻應變式傳感器的工作原理，了解應變效應的原理，掌握應變效應的應用；5.了解應變片的類型、結構及其測量轉換電路；6.了解電阻應變片的各種應用；7.理解濕度、相對濕度等的概念，了解大氣的溫度與露點的概念；8.了解濕敏電阻傳感器的類型、構成和應用。本課件是可編輯的正常PPT課件2.2相關知識2.2.1氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器（以下簡稱氣電阻），可以把某種氣體的成分、濃度等參數轉換成電阻變化量，在轉換成電流、電壓信號。氣敏電阻品種繁多，常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學氣敏傳感器和半導體氣敏傳感器等。本課件是可編輯的正常PPT課件還原性氣體傳感器所謂還原性氣體就是化學反應中能給出電子，化學價升高的氣體。還原性氣體多屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。測量還原性氣體的氣敏電阻一般是用氧化砷、氧化鋅和氧化鐵等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其他添加劑，按一定比例燒結而成的半導體器件。圖2.2是MQN型氣敏電阻的結構及測量轉換電路簡圖本課件是可編輯的正常PPT課件2.2.2應變式電阻傳感器1.電阻應變效應導體、半導體材料在外力作用下發生機械形變，導致其電阻值發生變化的物理現象稱為電阻應變效應。設一根長度為L

，截面積為A，電阻率為

的金屬絲，其電阻R的阻值為：本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變效應本課件是可編輯的正常PPT課件2．電阻應變片的種類、結構與粘貼（1）應變片結構與類型結構:如圖種類:應變片主要有金屬應變片和半導體應變片兩類。金屬片有絲式、箔式、薄膜式三種。金屬絲式應變片蠕變較大，金屬絲易脫落，但其價格便宜，廣泛用于應變、應力的大批量、一次性低精度的實驗。半導體應變片是用半導體材料作為敏感柵而制成的，其靈敏度高（一般比金屬絲式、箔式高幾十倍），橫向效應小，故它的應用日趨廣泛。2.3電阻絲式應變片基本結構1-基底2-敏感柵3-引線4-覆蓋層本課件是可編輯的正常PPT課件（2）應變片的粘貼技術應變片在使用時通常是用粘合劑粘貼在彈性元件或試件上，正確的粘貼工藝對保證粘貼質量、提高測試精度起著重要的作用。因此應變片在粘貼時，應嚴格按粘貼工藝要求進行。基本步驟如下：1）應變片的檢查2）試件的表面處理3）確定貼片位4）粘貼應變5）固化處理6）粘貼質量檢7）引出線的固定與保護8）防潮防蝕處本課件是可編輯的正常PPT課件3．應變片參數應變片的參數主要有以下幾項：（1）標準電阻值（R0（2）絕緣電阻（RG）（3）靈敏度系數（K）（4）應變極限（ξmax）（5）允許電流（Ie）（6）機械滯后，蠕變及零漂本課件是可編輯的正常PPT課件4.測量轉換電路本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件5．電橋的線路補償（1）零點補償（2）溫度補償

圖2.7串聯可調電阻補償

圖2.8采用補償應變片的溫度補償本課件是可編輯的正常PPT課件6．電阻應變片式傳感器的應用（1）應變式測力與荷重傳感器傳感器的采樣部分由彈性元件、應變片和外殼所組成。彈性元件把被測量轉換成應變量的變化；彈性元件上的應變片把應變量變換成電阻量的變化。常見的應變式測力與荷重傳感器有柱式、懸臂梁式、環式等.

a）b）c）圖2.9應變式測力及荷重傳感器a）柱式b）環式c）懸臂梁式本課件是可編輯的正常PPT課件（2）位移傳感器應變式位移傳感器是把被測位移量轉換成彈性元件的變形和應變，然后通過應變計和應變電橋，輸出一個正比于被測位移的電量。它可進行靜態與動態的位移量檢測。使用時要求用于測量的彈性元件剛度要小，被測對象的影響反力要小，系統的固有頻率要高，動態頻率響應特性要好。a）傳感器結構圖

b）工作原理圖圖2.10YW型應變片位移傳感器1-測量頭2-彈性元件3-彈簧4-外殼5-測量桿6-調整螺母7-應變計本課件是可編輯的正常PPT課件2.2.3濕敏電阻傳感器1.大氣的溫度與露點（1）絕對濕度與相對濕度（2）露點2.測量濕度的傳感器(1)金屬氧化物陶瓷濕度傳感器(2)金屬氧化物膜型濕度傳感器(3)高分子濕敏電阻傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件2.3電阻式傳感器的認知常見氣體傳感器產品本課件是可編輯的正常PPT課件應變式電阻傳感器認知本課件是可編輯的正常PPT課件濕敏電阻傳感器認知本課件是可編輯的正常PPT課件2.4項目參考設計方案2.4.1整體方案設計根據自動檢測系統的組成結構，該酒精濃度檢測儀應該包含酒精氣體傳感器、信號處理電路和執行指示機構等部分。MQ3電阻分壓電路酒精蒸氣濃度電壓執行機構聲光指示被測者圖2.23酒精濃度檢測儀的結構本課件是可編輯的正常PPT課件2.4.2電路設計1.MQ3氣敏電阻傳感器本設計采用的是表面電阻控制型氣敏傳感器MQ3，該氣體傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導體,最常用的如SnO2。2.LED通用電平顯示驅動芯片LM3914LM3914片內有10個電壓比較器，10個1K歐姆精密電阻串聯組成的分壓器分別向各電壓比較器提供比較基準；直線驅動10個發光二極管（LED）組成的10段“線”或“點”式條圖顯示器；對被測量的變化反映迅速真實；無阻尼現象；抗干擾能力強。本課件是可編輯的正常PPT課件3.電路及工作原理分析本設計采用5V電源供電，前端是MQ3型酒精氣體濃度傳感器，利用電阻分壓電路將酒精濃度由電阻量轉化為電壓量，在通過驅動芯片LM3914按照電壓大小驅動輸出相應的發光管，當到達一定閾值時蜂鳴器被觸發，發出報警聲。調試時通過電位器RP調節測量的靈敏度。R52.7KRp20KR11.8KR43.9KR2300ΩR31.5KR6100Ω蜂鳴器7610111213148542392465T1901313RQ1MQ-35V+

5V-

151617181IC1LM3914紅色LED6-9綠色LED1-5FM1AT29013圖2.26酒精濃度檢測儀原理圖本課件是可編輯的正常PPT課件2.5項目實施與考核2.5.1制作2.5.2調試1.檢查電源回路2.電壓直接調節3.酒精液體校準4.電位器調節靈敏度2.5.3評價完成調試后，老師根據各同學或小組制作的系統進行標準測試，按照表所列項目為同學打分。本課件是可編輯的正常PPT課件項目單元3

電感式傳感器

—金屬探測器的設計3.1項目描述3.2相關知識3.3電感式傳感器的認知3.4項目參考設計方案3.5項目實施與考核本課件是可編輯的正常PPT課件3.1項目描述金屬探測器是一種專門用來探測金屬的儀器，除了用于探測有金屬外殼或金屬部件的地雷之外，還可以用來探測隱蔽在墻壁內的電線、埋在地下的水管和電纜，甚至能夠地下探寶，發現埋藏在地下的金屬物體。3.1.1任務要求以電渦流傳感器為傳感元件，將金屬接近傳感器的距離轉化為電感；對于金屬接近傳感器的距離能夠有明夫婦顯區別的不同提示；當金屬接近傳感器的距離到達一定閾值時能夠發出聲光報警；鼓勵采用單片機為控制單元，并酌情加分；最終上交調試成功的試驗系統—金屬探測器；要求有每個步驟的文字材料，包括原理圖、使用說明、元件清單、進程表、調試過程描述等。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.1.2相關知識點分析

具體知識點如下：了解電感式傳感器的轉化原理；掌握金屬探測器的應用；掌握電感式傳感器的基本原理；理解電渦流式傳感器的工作原理；了解電感式傳感器的類型、結構及其測量轉換電路；了解電感式傳感器的各種應用；了解位移測量電感式傳感器的測量原理、使用方法及應用。

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3.2相關知識

電感式傳感器可以分為：自感式傳感器、差動變壓器式傳感器、電渦流式傳感器。3.2.1變磁阻式傳感器1．工作原理當線圈匝數

為常數時，電感L僅僅是磁路中磁阻

的函數，改變δ或

均可導致電感變化，因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙厚度δ的傳感器和變氣隙面積

的傳感器。圖3.1變磁阻式傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件

2．輸出特性

L與δ之間是非線性關系，特性曲線如圖3-2所示。

對于變隙式電感傳感器，電感

和氣隙厚度

成反比，其輸出特性如圖3.2，輸入輸出是非線性關系。靈敏度為式中

，

越小，靈敏度越高。變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變隙式電感式傳感器適用于測量微小位移的場合。圖3.2變隙式電壓傳感器的L-δ特性本課件是可編輯的正常PPT課件

3．測量電路電感式傳感器的測量電路有交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。①交流電橋式測量電路圖3.4交流電橋測量電路本課件是可編輯的正常PPT課件銜鐵上移Δδ：兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2分別由式（3-10）及式（3-12）表示，差動傳感器電感的總變化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具體表達式為對上式進行線性處理,即忽略高次項得本課件是可編輯的正常PPT課件靈敏度K0為（3-23）比較單線圈式和差動式：①差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。②差動式的非線性項(忽略高次項)：單線圈的非線性項（忽略高次項)：由于Δδ/δ0<<1，因此，差動式的線性度得到明顯改善。本課件是可編輯的正常PPT課件將代入式（3-20）得電橋輸出電壓與Δδ成正比關系。本課件是可編輯的正常PPT課件②變壓器式交流電橋式測量電路變壓器式交流電橋測量電路如圖3.6所示圖3.5變壓器式交流電橋電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩橋臂為交流變壓器次級線圈的1/2阻抗。當負載阻抗為無窮大時，橋路輸出電壓

本課件是可編輯的正常PPT課件當傳感器銜鐵上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，(3-25)當傳感器銜鐵下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此時(3-26)可知：銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓相位相反，大小隨銜鐵的位移而變化。由于是交流電壓，輸出指示無法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來解決。本課件是可編輯的正常PPT課件③諧振式測量電路分為：諧振式調幅電路和諧振式調頻電路。調幅電路：傳感器電感L與電容C、變壓器原邊串聯在一起，接入交流電源

，變壓器副邊將有電壓

輸出，輸出電壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感L而變化。圖3.6（b）為輸出電壓

與電感L的關系曲線，其中L0為諧振點的電感值。特點：此電路靈敏度很高，但線性差，適用于線性度要求不高的場合。圖3.6諧振式調幅電路本課件是可編輯的正常PPT課件調頻電路：是傳感器電感L的變化將引起輸出電壓頻率的變化。通常把傳感器電感L和電容C接入一個振蕩回路中，其振蕩頻率

當L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據f的大小即可測出被測量的值。圖3.7（b）表示f與L的關系曲線，它具有嚴重的非線性關系。

圖3.7諧振式調頻電路本課件是可編輯的正常PPT課件

4．變磁阻式傳感器的應用變隙電感式壓力傳感器當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產生與壓力P大小成正比的位移，于是銜鐵也發生移動，從而使氣隙發生變化，流過線圈的電流也發生相應的變化，電流表A的指示值就反映了被測壓力的大小。圖3.8變隙電感式壓力傳感器結構圖本課件是可編輯的正常PPT課件變隙式差動電感壓力傳感器當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產生變形，其自由端發生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發生大小相等、符號相反的變化。即一個電感量增大，另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓，即可得知被測壓力的大小。圖3.9變隙式差動電感壓力傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件

3.2.2差動變壓器式傳感器1．變隙式差動變壓器①工作原理在A、B兩個鐵芯上繞有W1a=W1b=W1的兩個初級繞組和W2a=W2b=W2兩個次級繞組。兩個初級繞組的同名端順向串聯，而兩個次級繞組的同名端則反相串聯。圖3.10差動變壓器式傳感器的結構示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

②基本特性

圖3.11變隙式差動變壓器等效電路圖3.12變隙式差動變壓器輸出特性本課件是可編輯的正常PPT課件

2．螺線管式差動變壓器

①工作原理

圖3.13螺線管式差動變壓器結構

圖3.14差動變壓器等效電路圖3.15差動變壓器輸出電壓的特性曲線本課件是可編輯的正常PPT課件

當活動銜鐵向上移動時,由于磁阻的影響，W2a中磁通將大于W2b，使M1>M2，因而E2a增加，而E2b減小。反之，E2b增加，E2a減小。因為Uo=E2a-E2b，所以當E2a、E2b隨著銜鐵位移x變化時，Uo也必將隨x而變化。由圖可以看出，當銜鐵位于中心位置時，差動變壓器輸出電壓并不等于零，我們把差動變壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓，記作ΔUo，它的存在使傳感器的輸出特性不經過零點，造成實際特性與理論特性不完全一致。本課件是可編輯的正常PPT課件零點殘余電壓產生原因：主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數和幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等引起的。零點殘余電壓的波形十分復雜，主要由基波和高次諧波組成。基波產生的主要原因是：傳感器的兩次級繞組的電氣參數、幾何尺寸不對稱，導致它們產生的感應電勢幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調整銜鐵位置，兩線圈中感應電勢都不能完全抵消。高次諧波（主要是三次諧波）產生原因：是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯）。零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實際使用時，應設法減小Ux，否則將會影響傳感器的測量結果。本課件是可編輯的正常PPT課件②基本特性

差動變壓器等效電路如圖3-16所示。當次級開路時(3-30)式中：U——初級線圈激勵電壓；

ω——激勵電壓U的角頻率；

I1——初級線圈激勵電流；

r1、

L1——初級線圈直流電阻和電感。..本課件是可編輯的正常PPT課件根據電磁感應定律，次級繞組中感應電勢的表達式分別為(3-31)(3-32)

由于次級兩繞組反相串聯，且考慮到次級開路，則由以上關系可得(3-33)本課件是可編輯的正常PPT課件在忽略鐵損（即渦流與磁滯損耗忽略不計）、漏感以及變壓器次級開路（或負載阻抗足夠大）的條件下，圖3-11（a）的等效電路可用圖3-12表示。圖中r1a與L1a,r1b與L1b,r2a與L2a,r2b與L2b，分別為W1a,W1b,W2a,W2b繞阻的直流電阻與電感。當沒有位移時，銜鐵C處于初始平衡位置，它與兩個鐵芯的間隙有δa0=δb0=δ0，則繞組W1a和W2a間的互感Ma與繞組W1b和W2b的互感Mb相等，致使兩個次級繞組的互感電勢相等，即e2a=e2b。由于次級繞組反相串聯，因此，差動變壓器輸出電壓Uo=e2a-e2b=0。當被測體有位移時，與被測體相連的銜鐵的位置將發生相應的變化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，兩次級繞組的互感電勢e2a≠e2b，輸出電壓Uo=e2a-e2b≠0，即差動變壓器有電壓輸出，此電壓的大小與極性反映被測體位移的大小和方向。

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③差動變壓器式傳感器測量電路問題：a差動變壓器的輸出是交流電壓(用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移的大小，不能反映移動的方向);b測量值中將包含零點殘余電壓。為了達到能辨別移動方向和消除零點殘余電壓的目的，實際測量時，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。本課件是可編輯的正常PPT課件

差動整流電路圖3.16差動整流電路（a）半波電壓輸出；（b）半波電流輸出；（c）全波電壓輸出；（d）全波電流輸出本課件是可編輯的正常PPT課件不論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，流經電容C1的電流方向總是從2到4，流經電容C2的電流方向總是從6到8，故整流電路的輸出電壓為

(3-21)當銜鐵在零位時，因為U24=U68，所以U2=0；當銜鐵在零位以上時，因為U24>U68，則U2>0；而當銜鐵在零位以下,則有U24<U68，則U2<0。U2的正負表示銜鐵位移的方向。

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相敏檢波電路輸入信號u2(差動變壓器式傳感器輸出的調幅波電壓)通過變壓器T1加到環形電橋的一個對角線上。參考信號us通過變壓器T2加到環形電橋的另一個對角線上。輸出信號uo從變壓器T1與T2的中心抽頭引出。平衡電阻R起限流作用，以避免二極管導通時變壓器T2的次級電流過大。RL為負載電阻。us的幅值要遠大于輸入信號u2的幅值，以便有效控制四個二極管的導通狀態，且us和差動變壓器式傳感器激磁電壓u1由同一振蕩器供電，保證二者同頻同相（或反相）。

圖3.17相敏檢波電路本課件是可編輯的正常PPT課件根據變壓器的工作原理，考慮到O、M分別為變壓器T1、T2的中心抽頭，則

(3-36)(3-37)采用電路分析的基本方法，可求得圖3-19（b）所示電路的輸出電壓uo的表達式(3-38)本課件是可編輯的正常PPT課件

當u2與us均為負半周時：二極管VD2、VD3截止，VD1、VD4導通。其等效電路如圖3-19（c）所示。輸出電壓uo表達式與式（3-38）相同。說明只要位移Δx>0，不論u2與us是正半周還是負半周，負載電阻RL兩端得到的電壓uo始終為正。當Δx<0時：u2與us為同頻反相。不論u2與us是正半周還是負半周，負載電阻RL兩端得到的輸出電壓uo表達式總是為本課件是可編輯的正常PPT課件圖3-20波形圖（a）被測位移變化波形圖;（b）差動變壓器激磁電壓波形;（c）差動變壓器輸出電壓波形

(d)相敏檢波解調電壓波形；

(e)相敏檢波輸出電壓波形本課件是可編輯的正常PPT課件

④差動變壓器式傳感器的應用可直接用于位移測量，也可以測量與位移有關的任何機械量，如振動、加速度、應變、比重、張力和厚度等。圖3-21為差動變壓器式加速度傳感器的原理結構示意圖。它由懸臂梁和差動變壓器構成。測量時，將懸臂梁底座及差動變壓器的線圈骨架固定，而將銜鐵的A端與被測振動體相連，此時傳感器作為加速度測量中的慣性元件，它的位移與被測加速度成正比，使加速度測量轉變為位移的測量。當被測體帶動銜鐵以Δx(t)振動時，導致差動變壓器的輸出電壓也按相同規律變化。本課件是可編輯的正常PPT課件圖3.19差動變壓器式加速度傳感器原理圖本課件是可編輯的正常PPT課件

3.2.3電渦流式傳感器

1．工作原理

根據法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流I1時，線圈周圍空間必然產生正弦交變磁場H1，使置于此磁場中的金屬導體中感應電渦流I2，I2又產生新的交變磁場H2。根據愣次定律，H2的作用將反抗原磁場H1，由于磁場H2的作用，渦流要消耗一部分能量，導致傳感器線圈的等效阻抗發生變化。線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。圖3.20電渦流式傳感器原理圖

（a）傳感器激勵線圈;（b）被測金屬導體本課件是可編輯的正常PPT課件式中,r為線圈與被測體的尺寸因子。

測量方法：如果保持上式中其它參數不變，而只改變其中一個參數，傳感器線圈阻抗Z就僅僅是這個參數的單值函數。通過與傳感器配用的測量電路測出阻抗Z的變化量，即可實現對該參數的測量。Z=F(ρ,μ,r,f,x)

傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數關系式為本課件是可編輯的正常PPT課件

2．基本特性

圖3.21電渦流式傳感器簡化模型本課件是可編輯的正常PPT課件

電渦流傳感器簡化模型中，把在被測金屬導體上形成的電渦流等效成一個短路環，即假設電渦流僅分布在環體之內，模型中h（電渦流的貫穿深度）可由下式求得：(3-41)式中,f為線圈激磁電流的頻率。本課件是可編輯的正常PPT課件

根據簡化模型，可畫出如圖3-24所示的等效電路圖。圖中R2為電渦流短路環等效電阻，其表達式為(3-42)根據基爾霍夫第二定律，可列出如下方程：(3-43)本課件是可編輯的正常PPT課件圖3-24電渦流式傳感器等效電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件由式（3-43）解得等效阻抗Z的表達式為(3-44)式中：Req——線圈受電渦流影響后的等效電阻本課件是可編輯的正常PPT課件Leq——線圈受電渦流影響后的等效電感線圈的等效品質因數Q值為式（3-44）和式（3-45）為電渦流傳感器基本特性表示式。可見：因渦流效應，線圈的品質因素Q下降。(3-45)本課件是可編輯的正常PPT課件

3．電渦流傳感器測量電路

主要有調頻式、調幅式電路兩種。①調頻式電路

圖3.23調頻式測量電路(a)測量電路框圖；(b)振蕩電路本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導體距離x改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離x的函數，即f=L(x),該頻率可由數字頻率計直接測量，或者通過f-V變換，用數字電壓表測量對應的電壓。

振蕩器的頻率為

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②調幅式電路由傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路如圖3.24所示。石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個頻率（f0）穩定的激勵電流io，LC回路輸出電壓

式中,Z為LC回路的阻抗。圖3.24調幅式測量電路示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件當金屬導體遠離或去掉時，LC并聯諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率fo，回路呈現的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；當金屬導體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感L發生變化，導致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數值隨距離x的變化而變化。因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出電壓經放大、檢波后，由指示儀表直接顯示出x的大小。除此之外，交流電橋也是常用的測量電路。

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4．渦流式傳感器的應用①低頻透射式渦流厚度傳感器將被測金屬板放入兩線圈之間，則L1線圈產生的磁場將導致在金屬板中產生電渦流,并將貫穿金屬板，此時磁場能量受到損耗，使到達L2的磁通將減弱為φ1′，從而使L2產生的感應電壓U2下降。金屬板越厚，渦流損失就越大，電壓U2就越小。圖3.25透射式渦流厚度傳感器結構原理圖本課件是可編輯的正常PPT課件②高頻反射式渦流厚度傳感器

如果被測帶材厚度改變量為Δδ，則兩傳感器與帶材之間的距離也改變一個Δδ，兩傳感器輸出電壓此時為2Uo±ΔU。ΔU經放大器放大后，通過指示儀表即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數和就是被測帶材的厚度。本課件是可編輯的正常PPT課件③電渦流式轉速傳感器當被測旋轉軸轉動時，電渦流傳感器與輸出軸的距離變為d0+Δd。由于電渦流效應，使傳感器線圈阻抗隨Δd的變化而變化，這種變化將導致振蕩諧振回路的品質因數發生變化，它們將直接影響振蕩器的電壓幅值和振蕩頻率。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.3電感式傳感器的認知變磁阻式傳感器

差動變壓器式傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件電渦流式傳感器

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3.4項目參考設計方案金屬探測器利用電磁感應的原理，利用有交流電通過的線圈，產生迅速變化的磁場。這個磁場能在金屬物體內部能感生渦電流。渦電流又會產生磁場，倒過來影響原來的磁場，引發探測器發出鳴聲。3.4.1整體方案設計金屬探測器的電路框圖如下，由高頻振蕩器、振蕩檢測器、音頻振蕩器和功率放大器等組成。圖3.28金屬探測器的電路框圖本課件是可編輯的正常PPT課件

3.4.2電路設計1.高頻振蕩器2.振蕩檢測器3.音頻振蕩器

圖3.29金屬探測器的電路原理圖本課件是可編輯的正常PPT課件

3.5項目實施與考核本項目的金屬探測器被設計用來探測人或物體攜帶的金屬物。它可以探測出人所攜帶或包裹、行李、信件、織物等內所帶武器、炸藥或小塊金屬物品。3.5.1制作3.5.2調試3.5.3評價本課件是可編輯的正常PPT課件項目單元4

電容式傳感器

--差壓變送器的使用訓練

4.1項目描述4.2電容式傳感器相關知識4.3電容式傳感器的認知4.4項目參考實施方案4.5項目實施與考核本課件是可編輯的正常PPT課件4.1項目描述電容式水位傳感器是依據電容原理而制作，以耐高溫耐腐蝕的聚四氟乙烯絕緣導線作為感應體，水作為電容的介質淹沒感應導線越高，產生的電容量就越大，且能隨著水位升降呈線性變化，控制系統通過檢測電容量的大小變化來計取太陽能熱水器儲水箱里的水位，具有結構合理、動態范圍大、分辨率高，無密封防水要求、不受水質水垢影響、無使用壽命周期等優點。本課件是可編輯的正常PPT課件4.1.1任務要求1.用差壓變送器正確測量液位；2．了解幾種常用氣體、液體、固體介質的相對介電常數；3．熟悉電容式差壓變送器傳感器使用方法；4．了解壓力和液位的測量。本課件是可編輯的正常PPT課件4.1.2相關知識點本項目單元主要講述電容傳感器的各項知識，具體知識點如下：1．掌握電容傳感器的工作原理；2．掌握電容傳感器的結構、分類、特點；3．了解電容傳感器的測量轉換電路；4．了解電容傳感器的測量原理、使用方法及應用。本課件是可編輯的正常PPT課件4.2電容式傳感器相關知識電容式傳感器是以各種類型的電容器作為敏感元件，將被測物理量的變化轉換為電容量的變化，再由轉換電路(測量電路)轉換為電壓、電流或頻率，以達到檢測的目的。

因此，凡是能引起電容量變化的有關非電量，均可用電容式傳感器進行電測變換。本課件是可編輯的正常PPT課件4.2.1電容傳感器工作原理及結構形式電容傳感器的工作原理本課件是可編輯的正常PPT課件電容傳感器的類型與結構本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件4.2.2電容傳感器常用測量電路1.橋式電路本課件是可編輯的正常PPT課件2.調頻電路圖4.7為LC振蕩器調頻電路方框圖。調頻振蕩器的頻率可由下式決定：

式中L——振蕩回路電感；C——振蕩回路總電容。本課件是可編輯的正常PPT課件3．脈沖寬度調制電路本課件是可編輯的正常PPT課件4．運算放大器式測量電路

本課件是可編輯的正常PPT課件4.2.3電容式傳感器的基本應用1．電容式壓力傳感器圖4.11為差動式電容壓力傳感器的結構原理圖。由圖可知，該傳感器主要由一個動電極、兩個固定電極和這三個電極的引出線組成。動電極為圓形薄金屬膜片，它既是動電極，又是壓力的敏感元件，固定電極為中凹的鍍金玻璃圓片。

當被測壓力(或壓差)通過過濾器進入空腔時，彈性膜片兩側的壓力差使膜片凸向一側。這一位移使兩個鍍金玻璃圓片與膜片之間的電容量發生變化，經過測量電路再轉換成相應的電壓或電流變化。當兩極板之間的距離很小時，壓力和電容之間為線性關系。本課件是可編輯的正常PPT課件電容式接近開關圖4.12是電容式接近開關的原理框圖，被測物體與電容接近形狀開關的感應電極間的位置信號轉換為振蕩電路的頻率，經信號處理電路，由開關量信號輸出。本課件是可編輯的正常PPT課件3．電容式加速度傳感器傳感器兩極板之間有一用彈簧支撐的質量塊，此質量塊的兩個端平面經磨平拋光后作為可動極板。當傳感器的殼體測量垂直方向的振動時，由于質量塊的慣性作用，使兩固定電極板相對質量塊產生位移。此時，上下兩個固定電極與質量塊端面之間的電容量產生變化，使傳感器有一個差動的電容變化量輸出。本課件是可編輯的正常PPT課件電容式油量表在油箱無油時，電容傳感器的電容量CX=CX0，此時，電橋滿足C0/CX=R1/R2的平衡條件，電橋輸出電壓為零，伺服電動機不轉動，油量表指針偏轉角θ=0。當油箱中注入油時，液位上升至h處，電容的變化量ΔCX與h成正比，電容為CX=CX0+ΔCX。電橋的輸出電壓U0經放大后驅動伺服電動機，由減速箱減速后帶動指針順時針偏轉，同時帶動RP滑動，使RP的阻值增大，當RP阻值達到一定值時，電橋又達到新的平衡狀態，U0=0，伺服電動機停轉，指針停留在轉角θX1處。可從油量刻度盤上直接讀出油位的高度h。本課件是可編輯的正常PPT課件4.3電容式傳感器的認知本課件是可編輯的正常PPT課件4.4項目參考實施方案本項目實施方案是學生以小組為單位，進行電容式壓力變送器應用訓練。如：（1）針對水箱水位檢測要求，確定液位傳感器類型。（2）分析制定安裝位置、實施效果檢測方案，成本分析。（3）學生現場安裝、連接和調試液位傳感器電路。（4）學生通過電容式壓力變送器應用訓練了解電容式傳感器的工作原理、測量電路及應用方法。本課件是可編輯的正常PPT課件4.5項目實施與考核差壓變送器或壓力變送器在過程控制系統中廣泛用在液位的測量。測量原理是——測量某處的液體壓力（液體的壓力正比于液位的高度），經內部信號轉換電路的轉換，以標準的4～20mA電流輸出。本課件是可編輯的正常PPT課件4.5.1差壓變送器選型本課件是可編輯的正常PPT課件4.5.2安裝訓練1．機械安裝本課件是可編輯的正常PPT課件2．電路接線本課件是可編輯的正常PPT課件安裝訓練

按照項目實施要求，準備好操作所需工具、傳感器、測量環境等，根據流程和安裝的要求，進行安裝訓練1．參考資訊中典型應用案例，學生結合具體任務要求選定傳感器類型；2．制定工作計劃，根據元件及工具清單備齊物品。3．學生現場安裝、連接和調測傳感器電路。4．完成個人任務報告。撰寫小組自評報告。本課件是可編輯的正常PPT課件項目單元5

霍爾傳感器

--轉速檢測儀的設計5.1項目描述5.2相關知識5.3傳感器的認知5.4項目參考設計方案5.5項目實施與考核本課件是可編輯的正常PPT課件

5.1項目描述本項目就是結合本節所學的霍爾傳感器，設計一個以霍爾傳感器作為敏感元件的測量轉速的儀器。5.1.1任務要求1.以霍爾傳感器為傳感元件；2.對于轉速的不同能夠有明顯區別的不同提示，可酌情加分；3.當轉速到達低于或高于一定閾值時能夠發出聲光報警，可酌情加分；4.鼓勵采用單片機為控制單元，可酌情加分；5.最終上交調試成功的試驗系統—轉速檢測儀；6.要求有每個步驟的文字材料，包括原理圖、使用說明、元件清單、進程表、調試過程描述等。本課件是可編輯的正常PPT課件

5.1.2相關知識點分析本項目單元主要講述霍爾傳感器的各項知識,具體知識點如下：1.理解霍爾傳感器的工作原理；2.了解霍爾傳感器的設計要點；3.了解霍爾傳感器的結構；4.掌握霍爾傳感器的測量電路；5.掌握霍爾傳感器的主要特性；6.掌握霍爾傳感器的誤差補償；7.了解霍爾集成電路；8.了解霍爾傳感器的各種應用；本課件是可編輯的正常PPT課件

5.2相關知識霍爾傳感器的工作基礎就是霍爾效應。用它可以檢測磁場及其變化，也可在各種與磁場有關的場合中使用。5.2.1霍爾傳感器傳感器工作原理及結構形式

1．霍爾效應金屬或半導體薄片置于磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將會產生電動勢，這種現象稱為霍耳效應。所產生的電動勢稱為霍爾電勢。

霍爾效應從本質上講，是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力的作用而偏轉引起的。本課件是可編輯的正常PPT課件若磁感應強度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度θ時，實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應強度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcosθ，這時的霍爾電動勢為:

圖5.1霍爾效應原理圖本課件是可編輯的正常PPT課件2.霍爾傳感器的設計要點1）霍爾爾元件尺寸霍爾效應的強弱與霍爾元件的尺寸有關。經驗表明當取a／b約等于2時，霍爾電勢可達最大值。2）霍爾元件的材料霍爾元件一般采用N型的鍺、銻化銦和砷化銦等半導體單晶材料。其中N型鍺(Ge)容易加工制造,其溫度性能和線性度都較好。N型硅（si）的線性度最好,其霍爾系數、溫度性能同N型鍺相近。銻化銦(InSb)對溫度最敏感,受溫度的影響較大，尤其在低溫范圍內溫度系數大。砷化銦(InAs)的霍爾系數較小,輸出信號沒有銻化銦元件大，但是受溫度的影響卻比銻化銦要小，而且線性度也較好，因此，采用砷化銦做霍爾元件的材料受到普遍重視。本課件是可編輯的正常PPT課件3.霍爾傳感器的結構霍爾傳感器的結構很簡單,它由霍爾片、引線和殼體組成,霍爾片通常被制作成長方形薄片，國產霍爾片的尺寸一般為a＝2mm；b＝4mm；d＝0．1mm。它的長度方向兩端面上焊有a、b兩根引線，通常用紅色導線，其焊接處稱為控制電極；在它的另兩側端面的中間以點的形式對稱地焊有c、d兩根霍爾輸出引線，通常用綠色導線，其焊接處稱為霍爾電極。圖5.2霍爾元件示意圖a）霍爾效應原理圖b）薄膜型霍爾元件結構示意圖c）圖形符號d）外形本課件是可編輯的正常PPT課件4.霍爾片的基本電路霍耳元件的基本測量電路如圖5.3所示，由電源UE通過調節電阻RW來提供控制電流I，通過調節電阻RW可以調節控制電流I的大小，UE可以是直流電源也可以是交流電源，RL是霍耳輸出電壓UH的負載電阻，霍耳電壓UH一般為毫伏數量級，因而實際應用時要后接差動放大器。所以負載電阻RL通常是放大電路的輸入電阻或表頭內阻。

圖5.3霍耳元件的基本測量電路本課件是可編輯的正常PPT課件5.霍爾元件的主要特性1）輸入電阻Ri2）輸出電阻R03）額定激勵電流和最大激勵電流IM

4）額定功耗P05）靈敏度KH6）最大磁感應強度BM

7）霍爾電動勢溫度系數8）不等位電動勢和不等位電阻9）寄生直流電勢10）熱電阻本課件是可編輯的正常PPT課件霍爾傳感器的誤差及其補償1．不等位電勢的補償圖5.5為兩種常用的補償電路。圖(a)是在電阻值較大的橋臂上并聯電阻.圖(b)是在兩相鄰橋臂上并聯電阻，以增加電極等效電橋的對稱性。圖5.4霍爾元件不等位電動勢原理圖圖5.5不等位電動勢補償電路本課件是可編輯的正常PPT課件2.溫度誤差及其補償

1)采用恒流源并聯分流電阻的補償方法

2)選取合理負載電阻RL進行補償3)采用恒壓源和輸入回路串聯電阻法4)采用正、負不同溫度系數電阻法進行溫度補償5)橋路補償法本課件是可編輯的正常PPT課件

5.2.2霍爾集成電路（1）線性型霍爾集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾元件方便得多。輸出電壓較高，使用非常方便，目前得到廣泛的應用。較典型的線性霍爾器件如UGN35Ol等。圖5.7

線性型霍爾集成電路（a)外形尺寸（b)內部電路框圖圖5.8線性型霍爾集成電路輸出特性本課件是可編輯的正常PPT課件（2）開關型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩壓電路、放大器、施密特觸發器、OC門(集電極開路輸出門)等電路做在同一個芯片上。當外加磁場強度超過規定的工作點時，OC門由高阻態變為導通狀態，輸出變為低電平；當外加磁場強度低于釋放點時，OC門重新變為高阻態，輸出高電平。這類器件中較典型的有UGN3020、3022等。圖5.11

線性型霍爾集成電路（a)外形尺寸（b)內部電路框圖圖5.12線性型霍爾集成電路輸出特性本課件是可編輯的正常PPT課件

5.2.3霍爾傳感器的應用霍爾電動勢是關于I、B、θ三個變量的函數，即UH=KHIBcosθ，使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量、其余兩個量都作為變量，也可以將I、B、θ三個都作為變量。1）維持I、θ不變，則傳感器的輸出正比于磁感應強度。因此，凡是對能轉換為磁感應強度B變化的物理量均可進行測量，例如可以進行磁場、位移、角度、轉速和加速度等測量。2）維持B、θ不變，則傳感器的輸出正比于控制電流I。因此，凡能轉換為電流變化的物理量，均可進行測量。3）維持I、B不變，則EH=f(θ），這方面的應用有角位移測量儀等。4）維持θ不變，則霍耳傳感器輸出值正比于磁感應強度和控制電流之積，所以它可以用于乘法功率等方面計算與測量。本課件是可編輯的正常PPT課件霍爾傳感器應用實例1．磁場測量圖5.13所示為霍爾羅盤原理圖，根據霍爾效應，可以看出霍爾元件的輸出電壓，將隨著方位角的變化而變化。可將霍爾元件的輸出同指示儀相連接，便可直接從儀表上讀出方位角來。圖5.13海洋用霍爾羅盤原理圖本課件是可編輯的正常PPT課件2．電流測量霍爾元件構成的電流傳感器工作原理：據安培定律，在載流導體周圍將產生一正比于該電流的磁場。所以可以用霍爾元件來測量此磁場，從而得到一正比于該磁場的霍爾電動勢。通過測量霍爾電動勢的大小來間接測量電流的大小。圖5.14霍爾電流傳感器原理及外形a）基本原理b）外形1－被測電流母線2－鐵心3－線性霍爾IC本課件是可編輯的正常PPT課件3．位移測量由霍爾效應可知，當激勵電流恒定時，霍爾電勢UH與磁感應B成正比，若磁感應強度B是位置ｘ的函數，則霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。當霍爾元件在磁場中移動時，其輸出霍爾電勢UH的變化就反映了霍爾元件的位移量△x。利用上述原理便可對微量位移進行測量。圖5.15霍爾式位移傳感器（a）結構；（b）磁場變化本課件是可編輯的正常PPT課件角位移測量原理:霍爾器件與被測物連動并且置于一個恒定的磁場中，當霍爾元件平面與磁力線B的方向平行時．則不會產生霍耳電位(勢)，即UH＝0；當霍爾元件轉動a角時，就會產生一個與a角的余弦成正比關系的霍耳電位，UH=KHIBcosθ，即霍爾電勢UH就反映了轉角θ的變化。不過，這個變化是非線性的(UH正比于)，若要求UH與

成線性關系，必須采用特定形狀的磁極。圖5.16角位移測量儀結構示意圖1－極靴2－霍爾器件3－勵磁線圈本課件是可編輯的正常PPT課件在圖5-17(b)中，磁極的軸線與霍爾接近開關的軸線在同一直線上。當磁鐵隨運動部件移動到距霍爾接近開關幾毫米時，霍爾接近開關的輸出由高電平變為低電平，經驅動電路使繼電器吸合或釋放，控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍爾接近開關）起到限位的作用。

4．霍爾接近開關圖5.17霍爾接近開關應用示意圖a）外形b）接近式c）滑過式d）分流翼片式1－運動部件2－軟鐵分流翼片本課件是可編輯的正常PPT課件在圖5.18中，磁極的軸線與霍爾器件的軸線在同一直線上。當磁鐵隨運動部件左右移動接近霍爾器件，霍爾器件的輸出由高電平變為低電平，經驅動電路使繼電器吸合或釋放，控制運動部件停止移動起到限位的作用。圖5.18霍爾式接近開關示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件5.霍耳式汽車點火器

圖5.19為霍耳汽車點火器的結構示意圖。圖中的霍耳傳感器采用SL3020，在磁輪鼓圓周上有永久磁鐵和軟鐵制成的扼鐵磁路，它和霍耳傳感器保持有適當的間隙。由于永久磁鐵按磁性交替排列并等分嵌在磁輪鼓圓周上，因此當磁輪鼓轉動時，磁鐵的N極和S極便交替地在霍耳傳感器的表面通過，霍耳傳感器的輸出端便輸出一串脈沖信號。用這些脈沖信號被積分后去觸發功率開關管，使它導通或截止，在點火線圈中便輸出15kV的感應高電壓，以點燃汽缸中的燃油，隨之發動機開始轉動。本課件是可編輯的正常PPT課件6.霍爾計霍爾開關傳感器SL3501是具有較高靈敏度的集成霍爾元件,能感受到很小的磁場變化,因而可對黑色金屬零件進行計數檢測。圖5.20是對鋼球進行計數的工作示意圖和電路圖，當鋼球通過霍爾開關傳感器時,傳感器可輸出峰值20mV的脈沖電壓,該電壓經運算放大器A（μA741）放大后,驅動半導體三極管VT（2N5812）工作,VT輸出端便可接計數器進行計數,并由顯示器顯示檢測數值。圖5.20霍爾計數裝置的工作示意圖和電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件

5.3傳感器的認知diodes推出微功耗ah1802和ah1888霍爾傳感器

he-01霍爾轉速傳感器...霍爾測速傳感器開關型霍爾ic.線性霍爾傳感器.w413本課件是可編輯的正常PPT課件圖5-21各種霍爾傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件

5.4項目參考設計方案5.4.1整體方案設計如圖5.22所示，磁性轉盤的輸入軸與被測轉軸相連，將霍耳元件移置旋轉盤下邊，讓轉盤上小磁鐵形成的磁力線垂直穿過霍耳元件,。當被測轉軸轉動時，磁性轉盤隨之轉動，固定在轉盤上的霍耳傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產生一個相應的脈沖電壓，檢測出單位時間內脈沖電壓的個數，然后送入信號處理電路和顯示電路，從而實現轉速的檢測。轉盤上磁鐵對數越多，傳感器測速的分辨率就越高。電壓信號處理顯示電路圖5.22具體的信號傳遞與結構本課件是可編輯的正常PPT課件

5.4.2電路設計圖5.23轉速儀電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件

5.5項目實施與考核

5.5.1制作5.5.2調試1.檢查電源回路2.轉速的調試5.5.3評價完成調試后，老師根據各同學或小組制作的系統進行標準測試，按照表所列項目為同學打分。本課件是可編輯的正常PPT課件項目單元6

壓電傳感器

--加速度測量儀設計制作6.1項目描述6.2相關知識6.3傳感器的認知6.4項目參考設計方案6.5項目實施與考核本課件是可編輯的正常PPT課件

6.1項目描述設計一種加速度測量儀實現對各種振動和沖擊進行監測。6.1.1任務要求1.以壓電傳感器為傳感元件；2.對于加速度的不同能夠有明顯區別的不同提示，可酌情加分；3.當加速度到達低于或高于一定閾值時能夠發出聲光報警，可酌情加分；4.鼓勵采用單片機為控制單元，可酌情加分；5.最終上交調試成功的試驗系統—加速度檢測儀；6.要求有每個步驟的文字材料，包括原理圖、使用說明、元件清單、進程表、調試過程描述等。本課件是可編輯的正常PPT課件

6.1.2相關知識點分析本項目單元主要講述壓電傳感器的各項知識。具體知識點如下：1.掌握壓電