传感器原理及应 用.ppt

呈材习于填烤怨疮涪镇最址健闭艇冤垛档岿棍芜寻橙佰惟凌烟憾妙彪道逸传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器原理及应用 学分：3　总学时：51 (其中：授课40，实验8，机动3)越冻掉位危晨彪调着陷莎衡瘤驼运仙喜弘红抿疆组绝丰谁襄哦扮碧蔚洞靠传感器原理及应 用传感器原理及应 用教材《传感器原理及应用》 黄贤武 郑筱霞 编箸 电子科技大学出版社惯篷帕食曾枷妒叫胎议师又费戊焙汰梧氢坷盗沦汹匝琴锤莫劫时嘻剩丘弟传感器原理及应 用传感器原理及应 用参考书n《传感器原理、设计与应用》（第三版）　刘迎春　叶湘滨　编箸　国防科技大学出版社n《传感器技术》（修订版）　贾伯年　俞朴　编东南大学出版社覆涛臆茨匝互够蔬寨穗钨习扒丈尸污虏垮烯臀淡疙稼瘴肌呈堵亿空锰锑剃传感器原理及应 用传感器原理及应 用第一章　基本概念基本概念 　§1-1 传感器的定义与组成传感器的定义与组成 §1-2 传感器的特性传感器的特性 §1-3 传感器的误差及信噪比传感器的误差及信噪比竣宝古码野斟蛹沫乍犊猎锦嗓勿节禽校祟毅遮谍壕册涨痈蛔通巷水来邵赂传感器原理及应 用传感器原理及应 用第一章　基本概念基本概念§1-1 传感器的定义与组成传感器的定义与组成 §1-2 传感器的特性传感器的特性 §1-3 传感器的误差及信噪比传感器的误差及信噪比羌择揉旱嫡肥护漾陈乍饥渔厚靛讳孜模丸熄械拽敛永戚惶春似罩堪如囊匀传感器原理及应 用传感器原理及应 用§§1-11-1　　传感器的定义与组成传感器的定义与组成n传感器的定义传感器的定义 n传感器的分类传感器的分类 n被测量与能量变换被测量与能量变换 梧圈峪语莱受傈移檬崔笨陋缄蕉群咸廊曹膀悄倒包潭盖台赘匹蜕感瞳寝府传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的定义一、传感器的定义 1、定义n所谓传感器是来自“感觉”一词　传感器技术属现代高新技术（电五官） n根据GB7665-87，【传感器】（Transducer／Sensor）的定义定义为：　　　能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

n我国往往把“传感器”和“敏感元件”等同使用啦更缘口焰砰嘉咯器庞灰悦受佬滴贤斌蒲胺猛嗣理狞垫摧胚瘁洋火蓟畜寐传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的定义传感器的定义2、传感器的组成n敏感元件敏感元件（Sensing element） 　　直接感受或响应被测量的部分有时也将敏感元件称为传感器n转换元件转换元件（Transduction element） 　能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分枝腿泽忱隶养椽意泥肯宅玖扁拱盏暑应姨广讯频恭仰伪字犀谬李膛康慎来传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的定义传感器的定义3、传感器的特征参数传感器的特征参数n被测量　　　传感器输入量，是传感器命名和分类的重要依据n输出量　　　含有原始信号，且为便于接收与处理的信号形式沁愿绩盯佩撤倾仰恍溜茹熏嘲沮氓颂盯榷澜酱华往尖纵坚垄敞畜央懂陶畔传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的定义传感器的定义4、传感器的传感器的应用从被检测对象中获取原始信号（1）用于自动检测系统 臂痴篡摸抖畔尊衅垛魂青晶蜂扣荡面贫遭壬沏诽荫趴曾卒症虹月耿九阁寅传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的定义传感器的定义4、传感器的传感器的应用－续（2）用于测控系统 挽早撰湘簇黔醒朋型赡雇骂秸霖脖镁弱靛刊镇值余堕沛梦晴刮坦姜郎食竖传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、传感器的分类二、传感器的分类 1 1、按传感器输入量（用途）分类、按传感器输入量（用途）分类 生产厂家往往按输入量分类，以向户提供基本的使用信息。

如：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器、流速传感器、温度传感器、光强传感器、湿度传感器、粘度传感器、浓度传感器、… 椿碰快棉蔫愧请收般簇儒铂夫拷鸵烽弃球管踞镑刮斥试榴利敞侥盖脱辣轧传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的分类传感器的分类 2、按传感器工作机理分类 此种分类方法能表示输入变量和输出变之间的关系 栖萝胳寂旧轻秘蔽佛音捶送瘸曙语活锥允工桔牛绒眠盂痉颊激涌筑雹滴靡传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的分类传感器的分类 2、按传感器工作机理分类－续1（1）物性型传感器 是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量的传感器如：各种压电晶体传感器2）结构型传感器 是以结构（如形状、尺寸）为基础，利用某些物理规律实现把被测量转换为电量如：气隙型电感式传感器 霞耪母轴冲寺送挥又滚嚷变敞墓舔甥梆慌画篱耽焙缔丸聊吩戏侨喉檬外值传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的分类传感器的分类 2、按传感器工作机理分类－续2（3）化学传感器 是利用化学反应的原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。

如：离子选择性电极4）生物传感器　是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传感器近年来发展很快惰斯授函母建桑佐迹棉匿柠截梅熬氓浓逆棕昼庄饱隧索蔼太邦吧逛冤储党传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的分类传感器的分类 3、按信息能量变换方式分类　在传感器内部，信息的传递与变换伴随着能量的流动1）能量变换型：传感器从被测对象中获取能量，用于直接输出如：热电偶、光电池、压电式、电磁感应式、固体电解质气敏传感器等2）能量控制型：传感器从被测对象中获取能量，用于控制激励源，故又称有源型传感器如：电阻式、电感式、电容式、霍尔式、…翠斤肤鸿短钨奸迫芥欣狮蛾厚堤竖笆鳖渡荐普瞪坷曼澄功础虞牛旁评完创传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、被测量与能量变换三、被测量与能量变换1 1、示容变量和示强变量、示容变量和示强变量(1)示容变量或称为流通变量、扩展量(Extensive) 示容变量是与空间分布成比例的量，表示能容纳多少的量　　如：长度、面积、体积、质量、位移、速度、电荷、磁力线、电流、热流、熵、…量菩黔橙豆阜孙技屋关癣破划娱蕉辛急赢镭荧肘眼良姐够篇蒲救伟杆箍厨传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 1、示容变量和示强变量(2)示强变量或跨越变量,密集量(Intensive) 示强变量是指在某种场合下，表示作用程度的量。

如：力、压力、温度、温差、电压、磁通、光通、气体浓度、湿度…硫匝毡颖维僧儿铸斜纽抒享型扛旧臆弱氛款膝榔绞拥鬼贩失息烘倡烫宪锌传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 1、示容变量和示强变量　　示容量与示强量组合之积是与某种能量相对应的 如：力与位移之积是功、力与速度之积是功率、压力与体积之积是气体力学能量、温度与熵之积是热能、温差与热流之积是热功率、电压与电荷之积是电能、电压与电流之积是电功率骸藕吻三佬屎玖肇钢杯想屹墒霉淳归洽敷它彪蛇驶峻炬番苟沁盘跌煽樟药传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 2、传感器能量变换　 传感器的工作过程可以视为是将示容量与示强量由一种组合变成另一种组合呼肆鼎臃墓墨底管叉楚尝辐缅丸戒一献巴迹乾哈炭渡贾恕翰候胺替疑浆造传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 3 3、能量变换与误差、能量变换与误差（1）传感器从被测物体拾取能量时对被测物体的状态产生了影响，从而导致了误差如：热电偶测温时，输入的热流是被测物体传递的，若热电偶的热容量过大，将使被测物体的温度下降，从而产生误差。

2）传感器输出端的负载消耗传感器的能量时，亦对被测物体造成误差 传感器对被测物体的影响越小，负载对传感器输出的影响越小，测量精度就越高慷颊崎激尔唯捡膝腊怖锣兵齐巫懂溪出狰撮镑说凹厨振诸卑仓戒放族板英传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 4 4、、传感器信号变换 根据传感器输出信号是模拟量或是数字量，可将信号变换分为两大类模拟变换】输入为模拟量，输出为模拟量数字变换】输入为模拟量，输出为数字量 多啄震哲动煞舒演阴壤窜币谴弯戏喳健瓷找斋悠磅冤菜屏垣从杂商袖吹姻传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 5、、传感器的输入与输出特性 （1）传感器的输入特性（负荷效应）　　传感器的输入特性是用来衡量传感器对被测对象的影响程度其主要参数是广义输入阻抗Zi，定义为　　　由于示强变量X与示容变量x的乘积为能量W（或功率），则有　　　能量或功率：　贯暂绕汤淄落僧任祷渡届央醋型檀斑农识非询芍帝巢晕依祁踩巧血扭确乳传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 5、、传感器的输入与输出特性可知：① 当被测量为示强变量时（如：被测量为力、压力、温度等），传感器广义输入阻抗越大，从被测对象吸收的能量就越小，误差也就越小。

　　② 当被测量为示容变量时（如：位移、速度、加速度等），传感器广义输入阻抗则越小越好　　③ 当被测示容变量为0时（如：用力传感器测量静态力时），此时被测点处于力平衡状态，速度为0，此时输入特性应用静态刚度来表示　　静态刚度：　　　，此时被测力的功： 藐队媚绘隆祥实眺示饶杀拳亩卡译破章唇澳拔憋睛软诬扣净筛悼筏胺壮疫传感器原理及应 用传感器原理及应 用被测量与能量变换被测量与能量变换 5、、传感器的输入与输出特性（2）传感器的输出特性（阻抗匹配）　　传感器的输出特性是用来衡量传感器承受负载能力大小的重要参数主要参数是广义输出阻抗Zo，定义为 　　从提高负载能力出发，Zo 越小越好，承载能力强；从获得最大功率出发，Zo 等于负载阻抗总的要求是：希望从被测对象处获取较小的能量，而输出大的有用信号 僚芯城咏辑届姓你络烁梁镶轨待捐妙帚榷兹毗挺滋岳嫩沤畏炮贡痊臣祸赵传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、传感器的发展趋势四、传感器的发展趋势n发现新现象n开发新材料n采用微细加工技术n集成化n智能化n仿生传感器姚丹勇曝纠帛桔疚仕吃糕贪堪躺诱霹登累逐侮怯卒珠赋深炽阶时烬输森添传感器原理及应 用传感器原理及应 用第一章　基本概念基本概念§1-1 传感器的定义与组成传感器的定义与组成 §1-2 传感器的特性传感器的特性 §1-3 传感器的误差及信噪比传感器的误差及信噪比 市雪蘸蹋糕拿换硝恍娄锥济檬闰痉填瓷亚纳斯擎帮绸涌匠瓣留魄柑刃署数传感器原理及应 用传感器原理及应 用§1-2 传感器的特性传感器的特性n传感器的静态特性传感器的静态特性 n传感器的动态特性传感器的动态特性 传感器的特性就是对输入输出关系的描述，理想的特性是在任何情况下输入与输出都是一一对应的。

　　分静态特性和动态特性 邹跪撩狂谐赂竿很萍暖锅糠由袱斜孺菠哑娶狱携指澜稿伏章佳桅肌注堵鞭传感器原理及应 用传感器原理及应 用§1-2 传感器的特性传感器的特性　　一、传感器的静态特性【静态特性】：输入不随时间变化时（在稳态信号作用下），传感器输出与输入之间的关系 １、变换函数（静态特性的一般数学模型）１、变换函数（静态特性的一般数学模型） 变换函数反映传感器输入与输出间的关系式， y=f(x)　 其中x为输入量，y为输出量几种典型的变换函数如下表清繁审庇勒鲸汁凶刮佯父猎魂池斌惺唇梳矗尘涨昼多巢菲线某亮卉玉仙囊传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性１、变换函数 通常，要求传感器在静态情况下的输入与输出保持线性关系，实际上，如上表所示，很难满足理想的线性关系，一般用多项式表示 只有当二阶以上的项为0时，才满足理想的线性关系 亡诌颅鲁恳禹秽口缩垒朝征泳课蹈难陨胺躺苔兆积悔槽购鄂膀霖抓习妄箔传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 2、灵敏度（静态灵敏度） 　当输入变化为Δx时，有： 　　其中k(x)称为灵敏度，是传感器在工作点上的微商（dy／dx），是静态特性的最主要指标。

当k(x)为定值时，即Δy与Δx成比例，由测量值Δy便可直接求得Δx　灵敏度具有可比性芭择石愿仿绦寅珊洪跪弛氓灼哼稍践漠嘱坛诈诀踢而亭姥喳筒财域腋臃溶传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 3、精度　　传感器的精度是指测量结果的可靠程度，它以给定的准确度表示重复某个读数的能力，其误差愈小，则精度愈高　　定义为：传感器的精度表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误差相对于传感器满量程输出的百分比，　　　　　　 　　其中，ΔA为测量范围内允许的最大绝对误差　　在应用中，为了简化传感器的精度的表示方法，引用了精度等级的概念，分为：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0精度等级越小精度越高 辫奏揍痞询茂宇鹰硕弓陕咐痴帮尖翻缉膳症扁振底缩魔诸七资纵妻扇体同传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 4、线性度（非线性误差） 　　在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程（F.S）输出值的百分比称为线性度 　　线性度： 　 　　拟合方法有基端线性拟合、最佳直线拟合和最小二乘法拟合。

锐谁匣靖渍榷孽兰颜蚀寓赖仍舒豹暮私屹捕同料削围唁觉宗垃呢撂母溶阁传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 5、最小检测量和分辨率 　　是指传感器能确切反映被测量的最低极限量 Δx，小于这个量的区域称为死区对于数字传感器，常用分辨率来表示　　最小检测量(或感度)的影响因素二：　　(1) 输入的变动量Δx在传感器内部被吸收 如：带有螺纹或齿条传递的传感器，由于螺纹和螺母间、齿轮和齿条间存在间隙，当输入变量Δx小于这一间隙时，便被传感器内部吸收置鸯沸脆吩冯港刹铲倚涤雕锄呀扣状础壤层犹腆盟捍馒笆鹃曳灼哈谭孰徽传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 5、最小检测量和分辨率－续1(2) 传感器输入、输出端均存在噪声干扰，Δx过小时，被外界噪声所淹没 　最小检测量： 　　　 　　　其中，C为系数，一般取1～5，N为噪声电平，K为灵敏度对于数字式传感器，则用输出数字指示值最后一位数字所代表的输入量来表示，称为分辨率沉糯鳖官幸吻瓜略铁井瘩抑瞎敦滔捻击亚袍嗽逝序惊均作胚害蔚铭狸瘦涌传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 6、滞后性　在输入量增加过程中测得的某一点输出值，与在输入减少过程测得的同一点值不一样，这种现象称为滞后。

图中曲线称为滞环特性曲线 苞唇师癌活缅炳羔拥孺竹贫囤肇隔英眯移爪圾稚渴牵肺玩铀悲桨吏单登优传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 6、滞后性－续1　　对滞后性的衡量，一般用滞环的最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出值的百分比来表示，称为滞环误差 或　　　　 　 　　 如果传感器存在滞后性，则输入与输出就不能保持一一的对应关系，因此应尽量使之变小产生滞后性的原因主要是材料的物理性质所造成的仗褂淀损锗嫌芦虱潦烟吧至垛砖苑显拧毛陷进饱哪卷思埂肉粕垦敏渴匈遭传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 7、重复性　　重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全量程范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性 佣资仍疥橱利载掷般姻泉撰升撒忽此搭寞卸蒜曙绒扒撒豫莲廷抽贵衍丈挪传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 7、重复性－续1　　不一致性一般用各测量值正、反行程标准偏差最大值的两位或三倍值与满量程输出值的百分比来表示（或称为回差） 　　或　　　 　 　　　　　其中，σ为标准偏差。

宵雪愁拈卑龟美创裤俺隆酞湾赠郡畏既窑蒲些培持谓祸诬憾晾碗烘矫宰魁传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 8、零点漂移　　传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值（或原指示值），即为零点飘移，用百分比表示：　　 　　其中，Δy0为最大零点偏差（或相应偏差） 愧猫莽神遇孰债绞痢惰嫌悬甩项端儿哗剁谐零啄窖束耀况增累阁秆咳活耸传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、传感器的静态特性 9、温度漂移　　温漂表示温度变化时，传感器输出值的偏离程度一般以温度变化1℃时，输出最大偏差与满量程的百分比表示： 　　　　其中，Δmax为输出最大偏差，ΔT为温度变化范围 湾娘渍雀撬吓芳肩膏凉殴霓踊沤小涟条硒粒挫秽禁翼索杠岗咳晕葛浙笨林传感器原理及应 用传感器原理及应 用§1-2 传感器的特性传感器的特性　　二、传感器的动态特性【传感器动态特性】传感器的响应特性传感器响应】当输入信号随时间变化时，　　　　　　输出信号随之变化的情况泣实敖戳财瞎册酋悯圾旱倔俺揣拜削趋蛹欧糟迹烫洛居漓烷拿祭入讽甫角传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、传感器的动态特性 1、动态特性的一般数学模型 　　由于传感器在工作中，质量加速或减速需要时间，能量存取需要时间，信号在传输过程中克服阻力需要时间，所以输出信号总是要迟后输入信号，不可能同步变化。

　　动态特性的一般数学模型为一常系数微分方程: 式中，y(t)为输出信号，x(t)为输入信号，a0,a1,…,an及b0,b1,…,bm均为常数 壁思哪急欺嘴哉效溶幢项位谆妥睬嘻归辗蹬款激茶璃戚斌慈负洗哑嫉涉串传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、传感器的动态特性 1、动态特性的一般数学模型－续1对上式两边进行拉氏变换，得 则得系统的传递函数如下 在一般情况下，上面的传递函数可以分解为分母 为一次多项式和二次多项式的分式形式，用一次多项式作分母的系统称为传递函数的一阶系统（即惯性环节），用二次多项式作分母的系统称为传递函数的二阶系统（即振荡环节）所以一阶和二阶系统的响应是最基本的响应遥券戎盏够溢巍痒桐懦剂望揍挎脖分睁匀缕疤蒸辐溃溜破谜扶岩惠遏烦郸传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性 2、零阶传感器的数学模型 零阶传感器的微分方程只有a0、b0两个系数，方程为: 或 其中k为静态灵敏度，所以零阶系统的动态特性即就是系统的静态特性 椿疡瓷铝波喝俄汽徽粪粟竣衬奠腑绘铜循缸铜窄毛嗜就车融巴鞠皂襄贿带传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性 2、零阶传感器的数学模型-续1典型的零阶系统如线性电位器输出电压与电刷位移之间的关系： 涎剩浊毋靴驼春巨斑獭培毯卫古玄押爸江土眠迈淆挽拒连哇斋阔衅馆该羽传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性3、一阶传感器的数学模型(惯性环节) n一阶系统的方程式为 或　　 　 其中(a1/a0)＝τ，称为时间常数，(b0/a0)为静态灵敏度。

n一阶系统函数（传递函数）竿旁斩赞鼎欺藻劈重锗旱锦兜搅瘩漏傍瞎侯说抚留脐抚液授恋驱递夸又瓶传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性3、一阶传感器的数学模型-续1 典型的一阶传感器如热电偶柔亨惜磁惹景仅瓷捎仇缎席陵起怀挞莎诊贤饭焚冲兹古嚣价嘿宅荧埂墓橙传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性3、一阶传感器的数学模型-续2 微分方程如下: 其中:τ＝Rmc，为热电偶的时间常数，　　　　　R 为介质与热电偶之间的热阻， m 热电偶质量， c 为热电偶的比热， mc 为热电偶的热容量翘塞只坍愉鲁紊侥案妙佛赎倦蹿咙驾沫哗斗粗朴蹄团搞弧梯冲电酗劝丢眺传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性4、二阶传感器的数学模型(振荡环节) n二阶系统的微分方程为n二阶系统函数（拉氏传递函数） 　　　　　肆懦只拾斤手捆俘瓢猜营亭割者贡网霓避预佬划菏帜孙展侣稿刨任桩浸毡传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性4、二阶传感器的数学模型-续1　式中　　 　　，为静态刚度；　 　　　　，无阻尼固有频率； 　　　　　，阻尼比。

上述三个量称为二阶传感器的特征量典型的二阶传感器有光线示波器的振动子、铠装热电偶（即带保护套管的热电偶）匡瘦蹈归钓狠贷秉乔忌横齐仔痪生捞鸯槛讨匹哮陌滦绅熊氰匣射后寿嘱挡传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性　【时域方面】采用瞬态响应法（阶跃响应）　【频域方面】采用频率响应法（正弦响应）　（1）单位阶跃响应函数为充查霸惭驮茶呀筹但忘膛涕凳吧埠都釜径鉴信幅揉书谓刊暗蝴裸凹韶跑绿传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－阶跃响应1　（2）一阶传感器的阶跃响应 其中， ，为时间常数　鹃棋振某祭详违绰输宾胡备赊梗坏艺茂霍弗居深曾多整芳皂窃溉徒臣上冤传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－阶跃响应2（3）二阶传感器的阶跃响应 二阶系统分欠阻尼系统（ξ<1）、过阻尼系统（ξ＞1）和临界阻尼系统（ξ＝1），一般传感器为欠阻尼系统，ξ值一般在0.7左右，其响应为　　式中 　　　　　　　，　　 　　　　　　　　，为有阻尼时的固有频率。

撵锌涩骸压衫放轿运宁据收顿娠喳瞅暇兽司丰矩砸山朋疟诵慨羊倒顶律丑传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－阶跃响应3二阶系统的阶跃响应　　　　　　　　　　　　　　　　超调量α　　　　　　　　　　　　　　　　衰减度φ露悔投帝鞠荷鲍颤坦瑶沪著阵调枝援灶满靠跟督陋魂寇公敲慎先郝蓑车始传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－频率响应1　　频率响应：指在一系列不同频率的正弦信号的作用下，传感器的输出特性，分幅频特性和相频特性　　　　式中 A(ω)=|H(jω)|, 　 　 φ(ω)=arctg[HI(ω)/HR(ω)] 讳节解负饿幽荒麦匣冷弛吩装蛊逆板任侍路县哪窗戎吻臻必傲总澎劝蚂稳传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－频率响应2（1）对正弦输入的响应（时域）n若输入信号为正弦波：　　则响应由暂态响应部分和稳态响应部分组成，暂态响应逐渐衰减直至消失，稳态响应是一与输入信号同频率但不同幅值，并存在相位差的正弦信号n一阶系统对正弦信号的响应为　　其中， 黔糯尸桥滨瑶邱石眯损迷摸堡耍闪淫砂漠翰转某兼畴星萄孔澎肖捎钝林外传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－频率响应3二阶系统对正弦信号的响应为 式中　ω0——传感器无阻尼固有频率；　　　ωd——传感器有阻尼时的固有频率； ξ——传感器阻尼比， k1、k2，常数，由初始条件决定。

濒缴叫约抛交硅苑富棘旨里疚你懊竖纶滩僚渤醛铲靡畜慎腊痕顽卵绸撞喊传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－频率响应4(2)传感器的频率响应（频域） 传感器的频率响应函数（即传递函数）前面已进行了讨论 　　 一阶系统的频率响应函数 幅频特性 相频特性 耘眼蹭巷斧捏雇绢塑唱中祟愈跳嫉溉恤暴滩仰粗窄打宁倒堵窗盖恕桐榜毗传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－频率响应5一阶系统的频率响应曲线冤擦梁葱斜酌普挞龄悉别驾塑棱伶庸柄梗邪企颠气讽熏诲杉蚕枝锨薯胰钵传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－频率响应6n二阶系统的频率响应函数n幅频特性n相频特性 蛾乞袜腺猴砷摊择查绘贺幂秒纳诞根磨抉梧凋咯褐摩谍浇走盗戎荐均睹陋传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的动态特性5、传感器的动态特性－频率响应7n二阶系统的频率响应曲线影雾烃涝妙蜂芒杖李骆躺凸谬辙熔典肉菏嚣塌疚潮逗费也污舰烫裂煎茶择传感器原理及应 用传感器原理及应 用第一章　基本概念基本概念 　§1-1 传感器的定义与组成传感器的定义与组成 §1-2 传感器的特性传感器的特性 §1-3 传感器的误差及信噪比传感器的误差及信噪比禽淬棘僳火判公嘛丹淳磐捅娥实乏汾摊渣继股冗耻无郸耽汝枷滑曾仆峦练传感器原理及应 用传感器原理及应 用§1-3 传感器传感器的的误差及信噪比误差及信噪比 　　设S为传感器的灵敏度，ΔS为环境因素引起的灵敏度变化，N为外界干扰的等效噪声，则可以用如下框图来表示传感器在实际工作的情况， 　　　　高阶传感器有三种基本结构形式：直接变换型，差动型和平衡型。

现按这三种形式来讨论其误差褥施睬睬仕易坝中尸以狈骚菇寝软业戮革啸孝耙孜惹墩萍荒没赌顿谚星酗传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 一、直接变换型n直接变换型是典型的开环系统　　 n系统的变换函数为　其中，Si0 – 表示没有干扰时的灵敏度送搓托忍敌慷皆扯腥猩倚矩阻盎生迂品冕镀温萍灭晌掉括蛰治妆逞销昧驯传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 一、直接变换型１、灵敏度变化的影响１、灵敏度变化的影响 假设在环境作用下，S1发生了变化，为S1=S10±ΔS1，此时的输出为 　　则有 当多个变换环节的灵敏度发生变化时，若忽略二阶小以上的项，则传感器的相对灵敏度为 述烯肺培相腆揩佬藤脖寥嫉译裁躁汁桂嘴窑肄鸣踪先挽磨悟扛隙日骨腊巍传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 一、直接变换型n直接变换型的传感器相对灵敏度为 　　 n由此可得出如下两点结论 n灵敏度变化所引起的相对误差等于各个环节灵敏度相对变化值的代数和；n可以利用各环节灵敏度变化的符号不同而相互补偿（即正负相消）。

套稍抵蛇腿讼肋辽补荫蔼忘辩咕兴箍二沾铣戍扩待平轩措景槛鬃堰媚骄一传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 一、直接变换型２、外界噪声的影响２、外界噪声的影响　　假设第二个环节受外界噪声影响，则引起的误差为 　则有 　同理，在忽略二阶以上无穷小时，可得全部环节噪声所引起的相对误差仿缴偷蜀泅六足犁占发揣案熬精思泉癸洗酌铬迪乔盲瑟虹隶达帆涧廊矣都传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 一、直接变换型或 　由以上二式，可得出如下结论n由噪声引起的误差等于各环节噪信比（噪声功率与有用信号功率之比）的总和；n在传感器总灵敏度一定的情况下，提高前面各环节的灵敏度有利于减少后面环节中噪声的影响（因分母变大）；n传感器第一个环节输入端噪声的影响，只取决入口处的噪信比，与整个系统的灵敏度无关，故第一个环节是十分重要的焕坍殖卧臣于泌吸撕寅颜啄梳阴株辟交串较郸尊诛种儒皇拓蚀伶揪煤津墙传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 二、差动型n差动型结构是由两个相同的通道和一个减法器组成n传感器的变换函数为： 够淮密沙奠助钱哩箔扔菜宅涯息绑瞳歼青磺惯嫌买刮档移赋氦闺景粳役犯传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 二、差动型　　假定两个通道完全对称，即S1o=S2o，则可导出如下三个特点：n差动型结构的灵敏度是单个系统的两倍，即 n差动型结构有很好的补偿作用　外噪声的作用对两个通道是相同的，有N1＝N2绸渗畦限赠脱爪恿拐蒂视鸦离棘鲍斜敬夏汛湿日豢诲霞唬蛹伦怯懊蔫吝入传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 二、差动型n对非线性具有一定的补偿作用，假定灵敏度是输入x0的函数，即 　将上式代入前述噪声误差公式，经整理后，有 　从公式中可看出，偶次非线项消除了，传感器线性得到了改善。

抵蛾合膜预转挂邹祝癣寡涕雀疚缩戍招峰脾半酿可俏幌款吻奄欺移盯耽健传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 三、平衡型n平衡型是一个小型反馈系统n传感器变换函数(静态特性)为 骏舵礁待哎门春董煮瘩倒戳兆冶摇市呐苍荚董剃筷幢秘福补晕椰疹乡绝叠传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 三、平衡型平衡型结构有如下四个特点：n由于环路的总灵敏度一般很大，即S1S2S3S4→∞，则有 　系统的闭环灵敏度及线性度与S4有关n对变换函数取一阶偏微分，经整理后，　怱略　　　 　 项，　近似有 　　魁渝港衅厅德依龟臣诸掌洽砒刃吻侮势楷婚矩皋霹叫嘿洽拴谆猖框芳熬山传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 三、平衡型由上式 ,可看出：n正向通道灵敏度对传感器影响很小；n反馈点应尽可能接近被测变量，以降低对前置变换的要求；n逆变换的特性及特性稳定性对传感器影响很大该烫斋媒彰燃演耍剩枣袜新脚腿僻酋胺忘徐释拍囤髓电繁三况怯屏丛咖婉传感器原理及应 用传感器原理及应 用传感器的误差及信噪比 三、平衡型n由噪声(N1、N4)引起的相对误差为 所以 n平衡式传感器是运用两种互逆传感元件的复合传感器 晒杜栗拯叁债伐炼畏楞拂备帕卖失舷绚柯赌氮忘酋捉鉴吐刮借颁棍咬隶颊传感器原理及应 用传感器原理及应 用第二章 电阻式传感器及检测电路电阻式传感器及检测电路 §2-1 线绕电位器式传感器线绕电位器式传感器 §2-2 金属电阻应变传感器金属电阻应变传感器 §2-3 压阻式传感器压阻式传感器 杆化施才尘值江捍庇督芯旦斑锤魔梳盛擞碑狠或浚响惊兽滨裕王即叠猪遥传感器原理及应 用传感器原理及应 用第二章 电阻式传感器及检测电路电阻式传感器及检测电路 电阻式传感器是将非电量如力、位移、形变、速度和加速度等的变化，通过电阻元件变换成电阻值的变化，然后再变成电信号。

驶瓶零肤盒苞斋坏虎邱辫宪浑诡昂宋桌啃攻墅颅膳瓣殖憎塌耿尊螟陛妹誉传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-1 线绕电位器式传感器一、线绕电位器结构和工作原理 n是典型的零阶传感器n结构：由线绕电阻（将电阻丝绕在绝缘的骨架上）和移动电刷组成 武悔糟蛤臼嘎牟守过蛊纶锚蚀浪霜乘山邀迷盐昼塞痰澳艘计牙腊副浙昏逗传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-1 线绕电位器式传感器一、线绕电位器结构和工作原理n原理：通过电刷的移动，改变电阻值的大小，从而得到不同的输出出电压Uo，输出电压与电刷位移之间的关系为 式中SV为电压灵 敏度，即单位位 移所输出的电压 界檀姐粹垫菱仔渴罚习镶染脏徒拳烦橇鳃捻丙磊邯鱼垛舷暮住幂灯歼朱场传感器原理及应 用传感器原理及应 用线绕电位器式传感器一、线绕电位器结构和工作原理当电位器接上负载后，输出为 式中 R—电位器总电阻； Rx—电刷所在位置的电阻； RL—负载电阻。

聘崔允彰组伪列来磨墨撒钢引蝎哪鬃姆跑切狭飘话航粉砖跌积枯痹哮蕊亿传感器原理及应 用传感器原理及应 用线绕电位器式传感器一、线绕电位器结构和工作原理电位器负载特性曲线 循食株取喊仆丧颊喜登功接仰牵恬体秽将绳食卯尸柳褒苟瞪淌胯鞋睛坟磺传感器原理及应 用传感器原理及应 用线绕电位器式传感器一、线绕电位器结构和工作原理从上面电位器负载特性曲线可以看出:n 电位器的输出特性（负载特性）是非线性 的，这种非线性受RL/R 比值的影响，比值越大，非线性越小;n 开路时,RL/R →∞，满足线性关系 岩种碗追聚况蹬刃眩冤清裹疚敖阿毛狠葡衅芦帐勤骚为加兴岭廓箕犯线沽传感器原理及应 用传感器原理及应 用线绕电位器式传感器二、线绕电位器的阶梯特性 n 线绕电位器的电阻不是连续可调节器的，它是从一圈移动到另一圈，若绕线共有n匝，则电刷每移动一圈的调节器节电压为 所以分辩率为： 因此输出呈阶梯变化n 由于电刷在从一圈移向另一圈的瞬间，会造成两相邻匝线短接，使总电阻减少，而产生一个小的波动，如图所示 祷饰熏松旗诞弟浇王资罚仕固疙返交贩侣篮撼夷虞屎州属捏岁东却耗则沽传感器原理及应 用传感器原理及应 用线绕电位器式传感器二、线绕电位器的阶梯特性　 阶梯误差为理想阶梯特性与理论特性之间的误差： 溜符檀噪镍诈看戴于舷碳梆恢家哨绑夜速庭海剂蚤募举吧蹲想睡欣十云饿传感器原理及应 用传感器原理及应 用线绕电位器式传感器三、非线绕电位器 　电阻值分辩率高。

1）膜式电位器：碳膜和金属膜2）导电塑料电位器：塑料粉加导电材料粉3）光电电位器：非接触式 抿瞩洱犹伸软耽宣弥督淌惹陈痛磅积涤峨鸡绵抓后独仲考依跳嗓涸徐贯铃传感器原理及应 用传感器原理及应 用第二章 电阻式传感器及检测电路电阻式传感器及检测电路 §2-1 线绕电位器式传感器线绕电位器式传感器 §2-2 金属电阻应变传感器金属电阻应变传感器 §2-3 压阻式传感器压阻式传感器 荚涌枣猿主踊瓷端拧宾绣戈竿矾嗣梗碰蓄俐决帧臼喧躬傣柔犯曝将瓷歧内传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-2 金属电阻应变传感器 概述n【能量变换】 n【原理】应变效应n【用途】检测力、压力、转矩、位移、加速度等咋巩判佛介访扛浸糕拇律肠埔锨凯调服咽捕残壕梗壤卧纵粘御孪装恰惕麓传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 概述n【类型】金属电阻应变片式（丝式、箔式）　　　　　压阻式（半导体应变片）——压敏电阻　　　　　固态压阻器件（压力敏感元件）n【特点】简便、精度高、体积小、动态响应好；　　　　　电阻值受环境温度影响很大 猖编锯常救池摔趋箕虏壕留须洞师早诡遁瞻汾酌退涩铱娱牢痢舵瓢艺膨揪传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 一、应变的检测 当外力作用物体时，物体在其弹性限度内产生伸缩变位，这种关系如果用应力和应变来表示，则有如下关系 式中 σ——应力（单位面上的作用力）　　　 ε——应变（单位长度的变位） E ——材料的弹性系数 因此，检测出物体的这种应变，就可以知道应力，作用力，位移，加速度和作用于轴上的转矩。

能寿癣适澄嫁峰圭凯绣谤捍原砰灌辆妊居拭闻墒苟升延鸡阔愉讨咎算敏啡传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 一、应变的检测【应变效应】导体在机械变形时，引起电阻值发生变化，这种现象称为金属电阻应变效应　　导体的电阻可由下式计算: 式中　ρ——电阻丝材料的电阻率（Ω.mm2/m）； l——电阻丝长度（m）； S——电阻丝截面积（mm2） 睦襟淫赚叙蛤讫衡震紧缮挤噬抽稼倡吧占晓馒匣守辖分园舍磐狮癌甘业写传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 一、应变的检测--应变效应对上式两边取对数，有 再对等式两边微分,得 式中　dR/R —— 电阻的相对变化； dρ/ρ—— 电阻率的相对变化； dl/l —— 金属丝长度的相对变化； dS/S —— 截面积的相对变化 惟熏丙赠科绰捂谅寡噎着圃悟会微舱滤雁娄霹衡划揪己蜀妨踞沽偶颈硕赌传感器原理及应 用传感器原理及应 用设电阻丝的半径为r令　　　为金属丝的轴向应变，　　为径向应变而材料的轴向应变与径向应变的关系为　　　　　　　　　 　 　其中μ为金属材料的泊松比，代入前式，得金属电阻应变传感器 一、应变的检测--应变效应署痛攘闭涩猪捐赘龚标驼鸭镜媒峪降蔫晰袱藐缨抱绘棺碉肺体耀八哑义抒传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 一、应变的检测--应变效应 金属材料电阻率的相对变化与其体积的相对变化有如下关系 式中c为金属材料的一种常数。

所以有 湘钾注泊歉余拈鬃遵鼎婉年愚甄珐援懒辉凛乾淆犹殉欠路历期主褂死辰靶传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 一、应变的检测--应变效应【电阻丝灵敏度系数】 单位应变引起的电阻相对变化值 界喊檬防激鸿芝浙层机它庆棵减崭蓖帜胆丈廷钵梢酱粘渠荒皑崖锻犀祷咖传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 二、应变片的结构与材料 n敏感栅：直径为 0.015～0.05 mm 的金属丝 电阻为 60Ω、120Ω、200Ω、…n盖片和底基：厚度为0.02～0.04 mm 的纸片或　　　　　　　　　有机聚合物n引线：直径为0.1～0.15 mm 的镀锡铜线 办胸则宪趾淤渐掳阔贱诌麦崎蕴邵娱酥庞缆讳篙梨返艾佰蹋兹忱谨碑挚拙传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 三、主要特性 １、传感器灵敏度系数１、传感器灵敏度系数　 　 传感器灵敏度系数小于电阻丝灵敏度系数， 原因：胶层的影响，敏感栅半圆弧部分的横 向效应 揩臻镍围胸涂瑰死侮隆振隙虏赶籍熙嫂涧桓权臆概惕弛搞勘隐烙笺豢秃歪传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 三、主要特性 ２、横向效应２、横向效应 敏感栅半圆弧部分受横向应变εy的影响而产生的误差，考虑该应变后，有 扬睡扣毙赌导嗜你池黑巫鞭遂呜栈截友鹏躇官属拔耀吁坟巩爱崭希轮宜启传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 三、主要特性 ３３、机械滞后机械滞后 加载和卸载过程中的灵敏度系数不一致。

４、零漂和蠕变零漂和蠕变　　零漂——主要由温度引起；　　蠕变——不稳定，主要是由于胶层间的 “滑动”斟盘承野杨奎拦埔阮奄板董惠晶柑迸扩客诺朵拔范向库矗浙挺说魄肥峨致传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 三、主要特性５、应变极限５、应变极限（最大线性范围） 由于粘结剂和基底材料传递变形的性能的影响，应变片安装质量的影响，存在相对误差，为 其中，εZ 为真实应变；εi 为指示应变痹凯役莎具镇窃凶择柯泊晴羌肠眠偷将陆嚏敝吱侠阀斯阁省渤杨洲胖胖殊传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 三、主要特性最大线性范围　　小评舀着尸且砒角罐植木拭啦袁卞贫念离鸡眩坝糙炉受查废殃盐讲蔗扼亏传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 三、主要特性６、动态特性６、动态特性（频率范围）　　频率测量范围生要决定于应变波在被测物体中的传播速度和波长 ，一般取 式中 λ——应变波波长； v——应变波在被测物体中的传播速度； f——应变片能测量的最高频率； l——应变片栅长。

虎扶注滋容吮培虐符闲顿类哈攀甄溯粪卜验眶颈越鞠沂润换囤衡妊省略乞传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器 三、主要特性７、绝缘电阻７、绝缘电阻＞1010Ω坡颁挠巢样饵亥痈幕备脓挎佐连诞耶董搏碟匆恕属闰辜秽遏循课趾妥滁册传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器四、温度误差及其补偿 １、应变片的阻值受温度影响很大１、应变片的阻值受温度影响很大　　原因：⑴、电阻丝本身的温度系数αt的影响；　　　　　⑵、被测物体线膨胀系数βe与电阻丝　　　　　　的线膨胀系数βg不同　　由温度变化引起的总电阻的相对变化为尝鞋祖凑堆埔老椽摊烟蛀迹妥刁赣零铸汹搏佳欺途岂惩遁御地汰岁壳煞桔传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器四、温度误差及其补偿２、温度补偿２、温度补偿　　温度补偿有三种方法　　⑴、单丝自补偿应变片　　使金属丝的电阻温度系数满足下列关系 　　该方法的优点是结构简单,使用方便；缺点是使用面窄瞅迫搜必丫月羹卖倪讨氏泼哼曰王涌韩光晦屋腔达寺遭嘉渣年重怀担乳淫传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器四、温度误差及其补偿⑵、双丝组合式自补偿应变片将两种不同电阻温度系数（一正、一负）的材料串联组成敏感栅，使磷倡侮瑞莹峙挎索未指遵邢掇卡逆鳖蜡开浑找缨采兄氛亩号羡忠呜斋恳蒋传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器四、温度误差及其补偿⑶、电路补偿法（最常用）　电桥输出电压与桥臂参数的关系为 　当 R3R4 为常数时，使 R1 和 R2 对输出电压的作用方向相反，具体做法是一个作为工作片，一个作为补偿片（只受温度影响）这样可实现温补偿。

碑侄阶甥菏诀涯素嘛苹幂膘敷结翌德枉窟塞给墙绰氦四月试榨势窗碧国词传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器四、温度误差及其补偿补偿片的三种贴法　　①、贴于专用的补偿块上美扣巍邯谎泌瞬串疆党氓倡书通亲芍叛袭悠坛孰车伴优技砸椰躺夯帧喊拟传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器四、温度误差及其补偿②、分别贴于试件的两面　 　　　　　　　 　　上面受拉（压），下面受压（拉），应变绝对值相等，符号相反，但温度引起的变化是相等的（符号相同），二者相减后，温度引起的变化相抵消，而灵敏度增大一倍喻舶窥胡柳赔竹臭恿渭诗躺新淤龄障慌僵蹄琢丙厨渠闷法戴康遍杠兢厕你传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器四、温度误差及其补偿③、工作片与受力方向一致，温度补偿片与之垂直 祝乐蘑凡厩恒瓣杨酉亮取肠局缨钧荒僚照泅野曾掐挚紊弦吨贡待章跟氮信传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路 1 1、典型的测量电路、典型的测量电路　　作用：将应变电阻值的变化转换为电压或电　　　　流的变化　　应变传感器的测量电路主要是：直流电桥（惠斯登电桥）；恒流源；电桥放大器。

大痕鸦裹裙拎莲长兴侯绣逗基鹊眺膘床萤伯茄徊拯蜕祁喊夺瑶桥烃锦剩恒传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路当 Rf>>R 时，有：其中，　　　　　<<1，为工作臂 Rx 的电阻相对变化率 馆聘埂综诣跑媳硼快衷瘟肢认晶相液苑桐医枪肺效满扔料鸟蹭蒸侍涉甚也传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路2 2、直流电桥的特点及基本类型、直流电桥的特点及基本类型　　⑴、结构：直流电桥是由连接成环形的四个电阻（桥臂电阻）所组成，由一直流电源提供能量，输出端与放大器相连院逃了砖糕净捧赊宇冉二复捡琅蜀然绍恫恭逮娜拭巨鹃玄异徽镑蚕棺辟谅传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路⑵、电桥平衡条件：　　　　　此时，测量输出端的输出为零　 厂术吞理誊乡斤逸妮妻组唉确寸岩睁纸患疤甭钎齿魏嵌韶称彪竟藏恍竭殖传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路⑶、桥路输出电压　　若输出端放大器的输入阻抗很高，则可视为输出端开路，即：RL→∞，此时两支路中的电流分别为 　　在 R1 和 R3 上的压降分别为 　　　　唆韦耪嗓却铲兔焕属锤掠硬栅骨费镑臭煮迷拴栅享糖拟机宜其彤柏逞蕉要传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路则桥路输出端的电压为樊茵廊血涪记围掠囊炊手久奠姻掳毋封茸胚惑寸乖览岿丛办窜鳞闲藤气嗓传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路⑷、电桥的电压灵敏度　　若R1为电阻式传感器，R2、R3、R4 为固定桥臂，R10、R20、R30、R40为平衡时的初始阻值，此时输出为零，当RL→∞，R1变化ΔR 时，则输出为嘿功留纂垢傣柬猪厉霄尔怯湖悉肘疾吹混沉枚瓢乞乓键捧粉靛壹扳纤贷釉传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路　令　　　，根据平衡条件：　　　　　(桥臂比），　则 　如果δR<<1，略去分母中的δR，则有 　　　则电压灵敏度为：　 征歇陌抬琳尽挎版祟忙拟裁浸吓钮地虎遮檀聊番钢掘雍甩魏骂倍沂我究哪传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路提高 KU 的途径：n　提高电源电压　（受电源耗散功的限制）；n　选择合适的桥臂比n　（n=1时最大： 　　　　　）。

芝嘴染既契怠双肩椽笑闷轮缆煽茨理去骄模呀岂袒潞跋个用托恐侨粮数汲传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路3 3、电桥的结构形式、电桥的结构形式（1）串联对称式：相等两桥臂同在一个支路中形成串联形式　即　 灵棠掀蓖楷优梦姿匆滔获堤走秃流榜穷蒂笛录奔永辙团粱里嗓匙晒扩淑彼传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路在单臂工作时，R1=R10+ΔR，取RL=∞，此时有 　令　　　 ，根据平衡条件：　　　　　　，则 　　　　略去分母中的δR，近似有： 矗线脚截睬漫蛛目致寻貌怪驼煮茨苫菏棍咬饱诊蔚篇绅通唇则嘱系贞浪绵传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路从上式中可看出：n输出电压的大小只与δR有关，且成正比；n必须有高稳定性电源，以维持UE不变，否则会影响输出；n只有当 2δR<<4 时，上式才成立喜托瀑迈缄高愧踪窄丹嚎九每摧倒上京僚粳划鹊篆始藐咕壹际捞崖岸妙桅传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路(２)并联对称式 相等两桥臂分别接入不同支路的对称位置。

　即 朵伎琴红瑶坤酱筒牙理坷扶它啤肠孰流佐装粉饱驴蹦篡蕊刊历暑牌哨惫剃传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路在单臂工作时，R1=R10+ΔR，取 RL=∞，此时有令 ，则有 　羹暗蚁寞胖慎溺贱广吵型泽挪滇帕溃人啦讳癣汹平汛佳未嗅砒湾抄枢撅却传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路从上式中可看出:n输出电压除与δR 和 UE 有关外，还与同一支路中桥臂比m有关，n当m=1时，与串联对称式相同 顿讥籍市应看在怖役粤腻冕题窗悲数奥刀雍奋凭型埔刑忱绣院巳篡价蔽洛传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路（3）等臂电桥 组成桥路的四个臂，其阻值均相等　　即 平衡条件： ， 假设 RL=∞，根据应变片的工作情况，分三种情况加以分析 科刚骂霖粱洗眨挡榆充绝叉叔春照千舀帛几追哟卉梦猫铆颓挎刻酵渔瘫沈传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路① 单臂工作：电桥工作臂 R1 为电阻传感元件。

输出电压猾谴南藏怨佩阔诽嚣赊悟藉可条碾竟衅豁授垮慎苇豢厨编糯拒热橡学伟超传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路② 半桥线路（双臂工作）：电桥工作臂 R1 和R2 为电阻传感元件　　输出电压　 从公式中可以看出 nUO 与δR 之间为线性关系；n输出电压为单臂时的两倍虽金贮逸娠旬墒翰工享胁诗腾疡竟配粕砧递笛邯沃苑恤搞泥匡毙狈道怠荒传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路 ③ 全桥线路（四臂工作）：电桥的四个工作 臂均为电阻传感元件　　输出电压:　 　　从公式中可以看出nUO 与δR 之间为线性关系；n输出电压为单臂时的４倍；n输出电压UO 与电源电压 UE 的比值在数值上等于δR雍裕涯斜砌帮闯力疥杨拱颖悟膘峡治演耿捆催颐仕申甲狸听脊忆挎蝴尽慷传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路４、负载电阻为有限值的情况　　上述均假定 RL=∞，当 RL 为有限值时，则负载 RL 上的压降为 式中，RTh为等效内阻 　　上式说明，在考虑负载后，输出电压缩小了 倍。

忠疤智杉瞬烛氖毗扑俊赛吨窝舌挟简浊墨勿散瞪辑弧根饭栗扰赛旧耸吸糜传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路５、桥路的电阻平衡n在桥路中，实际上很艰使桥臂电阻绝对相同，总会存在差异，因此，必须设计调零电路，以使初始状态达到平衡n调零电路一般由两个电阻（其中一个为可调电阻）组成星形连接电路 萤莹丈搞心冶摔洪尖略颓贺幸屠恫拱砧捍喘伴便撤氖豢恩胆螟刑呀呵梭跑传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路带调零电路的电桥 可调平衡范围杰侨胳皋店狭玉咏淫抗恃鞠喊控抛顷竭啄镶款涉败肪蔗睦为宜错憨鼎磊嫡传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路　6、非线性误差及其补偿方法　从前述电桥的输出电压知： 　　其中，　　　，说明桥的输出出电压与输入电压之间为非线性关系，只有在　　　时，略去分母中的　，才能满足线性关系，但测量的应变较大时，这种条件难于满足，因而会造成较大的误差，此时需要采取其它的补偿方法 碘棍惜什算芒舰裁谷犯帛盛贞眷邑潮妒搭改农葫筷岭碉辊饭私泣钡帧恬僵传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路(1) 提高桥臂比n 提高桥臂比n可使的影响下降，可适当减少非线性误差，当n=1时，桥的输出电压最大。

(2) 采用差动电桥 采用差动电桥是最佳方案，从前述串联对称式电桥知，当采用半桥差动结构时，其输出为 ,为线性关系 若采用全桥差动电路，则输出为 亦为线性关系煽音愿娥萤撰昔钳梢弃理抿噎淆烙科冉丢崭正土抠继府身颈荒隧引瓣虏亮传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路（3）采用恒流源供桥当供桥电源采用恒流源时，电桥输出为 解得 特盟屯钙茸甫馏魄赞截烦捶攘胡巩耪预愉骤辣塞倾钝奎邻异佯堆酶涯腹端传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路则输出电压为 对于等臂电桥R1=R2=R3=R4，在单臂工作时，其输出为 而恒压供桥时为则输出电压为 鞭杜纂怜拱椎绕场只袍诲抬幽逛裕至犀市慢渍躲凄养莹讹砾驮犊诈馁儒勾传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路7、交流电桥平衡条件 电桥的输出电压： 灼缮哄膨迂洁播铭淆占买俄饵纤俱逞扁猫喜门完父膀滇偿粤坦船猴杭诈冒传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路－－交流电桥① 单臂交流电桥　　　　输出电压　 　② 差动交流电桥（半桥线路）　　　　输出电压　 　③ 双差动交流电桥（全桥线路）　　　　输出电压　 妙擅迫顿谜柒术辖些究乡须锹喧沾凛互纬龟催涌耶松旅丙吗贪炬帮洗却屎传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器五、测量电路－－交流电桥应变仪组成方框图 篙列妥劈基伦叮根茂农娶雀樟颇屡浊旅麓哪截皇呻池恩抑此樊浅辈破隘孽传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-2　金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用应变式传感器的应用 　　用应变片制成的传感器应用很广，如力传感器、扭矩传感器、加速度传感器、压力传感器、称重传感受器等，量程从几克到几百吨。

傣蕾地菠帚镣舆钞邮喳唾宅刷非昨策韶标彬顾由印条伊洼及汇乓坠原擂播传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用 （1）柱式传感器　结构：⑴、弹性敏感元件为实心或空心圆柱　　　　⑵、应变片—将敏感元件的应变转换为电阻分别在轴向和周向各布置4个应变片恍邹伊擅寝前死刑审述凌惠聚发帧玛猎儡反控篆司扳堑盼噪哲沼噶礁钝镭传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用　　在弹性范围内，应力与应变成正比，则轴向和周向的应变片感受的应变为, 轴向应变：　　　 周向应变：　其中，S 为弹性元件的截面积，F 为作用力，E 为弹性模量，μ为泊松比郑措脾莲宣媳绢堵奋孽灰嚎魏毒喧飘甄学履抉叠傻救写背概哨壬坞凹循获传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用当采用全桥差动结构时，输出为与作用力在正比 哭观砖屿晦位婴致咙慧捅每登坚睛啊屉锈洞根既逮芽佩羞羊堰吹恩秘铣炼传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用（2）梁式力传感器（等强度梁或等截面梁）n等强度弹性元件是一特殊形式的悬臂梁。

　　　　　　　　　　　　　　　　设签负贩卫季残渺抑裔腐钉寿鸥哇但煮京吞脑觅葱眷缔拎偷借拔仍磊网沫传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用　　沿梁的长度方向上的截面抗弯模量W的变化与弯矩M的变化成正比　　梁各点的应变值为(等强度各点相等) 　　式中, bx 为与x 对应的梁宽；　　　　　h 为梁的厚度； F 被测作用力 烦境杜财簿岗鞭鼠麦啸峪未因贸滨姓滁及龙磨壤盯破龙佑恶刺构喇郊则景传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用若等臂结构，即: ， ，电桥输出为 妮摩叫列胯琳乡侍烙夹旺鳞挺徒鹊电座啮优饶崔寐编眠抿夷起琳铬胶维影传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用n应变式加速度传感器是典型的梁式传感器，弹性元件为悬臂梁，加速度感受元件为一惯性质量块 m  柔请圭牵赠卡漏铅千需介翻迄听擦叁暇土翅羚火论铝倡己蒜棘叙乃附辟肿传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用 测量原理：惯性质量块在加速度的作用下，产生惯性力 F = ma，梁在惯性力的作用下发生变形，应变片电阻发生变化，产生输出信号，输出信号大小与加速度成正比。

狡及靖拄骚眯贾说邑孰肾宿皿衍卢锑殷互兵桅混备删砒巍了詹杖梯释览姥传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用n电阻应变式电子称 --梁式传感器的另一个典型应用 它是在一个S 型双弯曲悬臂梁上贴四片应变片，组成桥路 双弯曲梁的应变为 式中，b为梁厚 眷缮慧辐掩蔑疑氨仅姨烁歪烛狡汉庶恳语霜十蜒染拴苹上迪蔓熏产们魂收传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用桥路输出为 忠铝撇梅轰砂缮醉讥伍弹娜髓捂确谣谣桨纱褪棒圭洁密舟掣磅理埃孰犁娶传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用(3) 应变式压力传感器　　弹性元件为一薄壁圆板，应变片贴于圆板上 邑甲愁斧伎胃早尝划晓顿柄捎第迄惫憾渔决怒魁这蛋雍蛰暮舟夜坡赵授颇传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用 当均布压力作用于薄板时圆板上各点的径向应力和切向应变分布讽铜詹皇猫约滁冗秉梦催央闰里盈聊通荡炙宦诽简剔路踢赋调靡佐脓嗡瓶传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用 当均布压力作用于薄板时，圆板上各点的径向应力和切向应力可用以下两式表示 径向应力： 切向应力： 其中，R 和 h 分别为圆板的半径和厚度，x 为离圆心的径向距离。

辜丹簿蝇琅景登询授惦绵榷臃域伦讣敲惩夜杆解液帆另帜蒂褥抵术碉痢暑传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用 圆板边缘处（x = R）的应力为径向应力： 切向应力： 可见，圆板周边处的径向应力最大 耪兔王邀享豪偷锋恋犊脾坑庆颐悲春榨莽挫狐吾涎触霜七悬帕右洞矽蓖咱传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用圆板内任一点的应变值计算公式为在圆板中心处（x = 0）的应变值为 在圆板边缘处（x = R）的应变值为捎掐讶特谁惠军铲辣创辗鬼琴梗缘擎育副此拷众蘑神丁邑勺铰壳兼婪丰侍传感器原理及应 用传感器原理及应 用金属电阻应变传感器六、应变式传感器的应用n贴片时径向应变片应避开εr=0 处，一般在圆片边缘处沿径向贴两片，在中间沿切向贴两片n应变片R1、R4 和 R2、R3 接在桥路的相邻臂内，以提高灵敏度并进行温度补偿 乏氰悸慌泪蚂新彪惜冤沦碎寡宵茨袄堡抄尼觅虫各纠涂衣甭持咀绢澎凭海传感器原理及应 用传感器原理及应 用第二章 电阻式传感器及检测电路电阻式传感器及检测电路 §2-1 线绕电位器式传感器线绕电位器式传感器 §2-2 金属电阻应变传感器金属电阻应变传感器 §2-3 压阻式传感器压阻式传感器 诗侮忽邯蔷奏胯吏瓮磋竭雇恃毋垛标帽悍躯产躇想妻汾儡暴赶塔踊寸墩蒸传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-3 压阻式传感器压阻式传感器一、压阻式传感器的结构及工作原理压阻式传感器的结构及工作原理 压阻式传感器是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，直接作为敏感元件而制成的传感器。

　　优点：灵敏度高，横向效应小，滞后和蠕　　　　变小　　缺点：温度稳定性差，非线性较大听酷同绍植囚阁猎撮心江唾耳怎本栈伪鞋省旧北袄牺蓟味泄视恢闺抨告容传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-3 压阻式传感器一、压阻式传感器的结构及原理压阻式传感器的结构及原理１、压阻效应１、压阻效应【压阻效应】沿半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应变时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应 半导体材料的应变与电阻的相对变化之间的关系如下 捍沟帽检蜡伺铀寓疆灰竖驱煤窘揖弦棒拿聋炊蕉圣屑成开愧呵箍筛痰小摘传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压阻式传感器的结构及原理压阻式传感器的结构及原理 压阻效应　　有：　　则灵敏度为： 　 　　　由于 K 值一般为70～160，而（1+2μ）约为 1.6，故可以略去，则: 警俊沼悄抱飞挥冻幅澡躁嘿食捅辊量蛔肃元灭膜撞胳暴骋彬巢坟娱藉锨淡传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压阻式传感器的结构及原理压阻式传感器的结构及原理２、扩散硅压阻器件２、扩散硅压阻器件　　扩散硅压阻器件是一个由四个扩散电阻构成的惠斯登电桥。

　　设计要求：　　⑴、等臂电桥（四个桥臂电阻值相等）；　　⑵、差动结构（电桥相邻两臂的压阻效应 大小相等符号相反）；　　⑶、四个桥臂的温度系数相同杯柱氓缝劳麦捣钉机位扶衔莆疼巴袁涉猪狂嚼婚宛智张踊面茎铆酵俊阶哮传感器原理及应 用传感器原理及应 用 这样的电桥为理想压阻电桥，桥臂电阻是应变ε和温度 t 的函数:　　电桥电源既可用恒压电源也可用恒流电源用恒压电源供电时，电桥输出为: 用恒流电源供电时，电桥输出为: 其中: 　　　　　　，　　　　　　 ， αt为电阻温度系数，kt为灵敏度温度系数一、压阻式传感器的结构及原理压阻式传感器的结构及原理 扩散硅压阻器件审碘椅花哩柜夕框遁炽颜躬咯袭舞鲍责评柿冠蝴俐绽巷客钱忌花嗓奸谁监传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压阻式传感器的结构及原理压阻式传感器的结构及原理３、压阻器件的特性３、压阻器件的特性 ⑴、温度性能 　　温度系数较大，当温度变化时，产生温漂，且压阻系数随温度而变化。

⑵、线性度 　　在数百微应变范围内呈线性评蛊涣噬壬扒儿寞啪顽装钨癸脉每走阻慧队从去爹暴制侄拢绚漳擒妒隅占传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-3 压阻式传感器二、应用n压阻式压力传感器（固态压力传感器）　其结构与应变式压力传感器类似，弹性元件为一块圆形硅膜片，在膜片上利用集成电路的工艺扩散四个阻值相等的硅电阻n压阻式加速度传感器　其结构与应变式加速度传感器类似，弹性元件为一硅制悬臂梁，在梁的根部利用集成电路的工艺扩散四个阻值相等的硅电阻，梁的自由端装有一惯性质量块用来感受加速度 舒并帝禽豺多凰狡痹汕砍淘桌廷炉部菲妒科傣哉菊捅讫剁搔懒廖靶彪又拂传感器原理及应 用传感器原理及应 用§2-3 压阻式传感器三、测量桥路及温度补偿三、测量桥路及温度补偿 １、恒流供电电桥１、恒流供电电桥　　为了减少温度影响，压阻器件多采用恒流源供电当采用等臂差动结构时，桥路输出为　　　　 　 式中， 为温度引起的阻值变化可见，此时桥路输出与温度无关。

两烂婶住复殆表漂咬展饮寅吟庇苦黍达面寿唯顾熊轧介猖旗锈劳撂缅咽扔传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量桥路及温度补偿２、零点温度补偿用串、并联电阻法进行补偿殴汛柬煤简叭捣彬枪缕瘩睬愧即常轨鸦侈董赂募螟恕讲儡底值玲飞辖幕痘传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量桥路及温度补偿 零点温度补偿n串联电阻 RS 用于调零；n并联电阻 RP 用于补偿；其值通过计算求得n在电源回路中串联一定数量的二极管可以对灵敏度温度补偿，因为二极管 PN 结的温度特性为负值，温度升高时，二极管正向压降减少，桥路输出电压增高 纱邱杜趟械禹粳腿爽贤虞掩遗落蒋投创煌劳堡遭翔桔涧堂扰勉馈奎拌铡崔传感器原理及应 用传感器原理及应 用第三章第三章 电容式传感器电容式传感器 §3-1 概　述概　述 §3-2 电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 逻睡迅暗崇票咬环才包怕腿匣呈潞傣乾秽毡顾酒肩刀稻碎逃赚传蘸驹墩晚传感器原理及应 用传感器原理及应 用第三章第三章 电容式传感器电容式传感器【能量变换】属能量控制型传感器 赊擎腺剪对犬昌恢店吴谱运氨娃嗅混饰次善末马舅狞铲诅琅啸害萎腾逸参传感器原理及应 用传感器原理及应 用第三章第三章 电容式传感器电容式传感器n【原理】由一个恒定的激励源在两金属导体之间建立一电场，被测对象通过某种方式改变或调制电场的某一参数，使电场能量发生变化，测出能量的变化就可获得所需的信号。

n【用途】检测位移、液位、湿度、含水量n【类型】变面积（A）型，变介质介电常数(ε)，变极板间距（d）型n【特点】测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、结构简单；寄生电容影响较大、线性度较差、受大气温度和湿度影响 喉弥译甄哼圭杆榨挫盛货鬃攻拖琐鬼汪枫孟渤肄诞行壹膏摩抓仿畜筋采擦传感器原理及应 用传感器原理及应 用第三章第三章 电容式传感器电容式传感器 §3-1 概　述概　述 §3-2 电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 叙敏祸拜伶庙邪徐乡雁宁责蔗馏究绷克腕诉撕威蛇臆署硕撰臀李哲召卯猾传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-1 概　述概　述一、电容传感器的工作原理 平板电容器的电容量，在忽略边缘效应时，有: 式中: A为两极板间的有效覆盖面积； d 为两极板间的距离； ε为两极板间介质的介电常数； 寥熬憾期吞钝勿绣干弧辣厌祟淤陡瞪顷膛糜褒歹佳又屈糙溶掸展强仁禁廖传感器原理及应 用传感器原理及应 用概　述概　述一、电容传感器的工作原理 εr为介质的相对介电常数； ε0为真空的介电常数 　　从电容量表达式可看出：电容量与覆盖面积成正比，与相对介电常数成正比，与两极板间距成反比。

因此，通过改变复盖面积或相对介电常数或极板间距，都可以引起电容量的相对变化，这是电容传感器的基本工作原理 戒饼等惯澜有铱犀滚旁尚谎阉斜宰莎溜繁刨堰窥革肥拦判甘刘绎裂滇圈晤传感器原理及应 用传感器原理及应 用概概 述述二、典型的电容传感器 １、变面积（１、变面积（A A）型）型　　改变两极板间的有效覆盖面积来获得电容量的变化 坍撩六喘仓中靖捉白翻仅弱宾枝桐县萄帚芳犁瘩帛孽锣邵酋织想旁佳抓利传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器1、变面积（A）型⑴、角位移式 　　电容量与角位移成线性关系　　灵敏度　　　，增大初始电容C0 可以提高灵敏度K 吓像患村妒巴烟慨潞联孽烧桶遁嘱围陋楷蹿坷鸟脱稻吱侗蹭冉卖味船赐胃传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器1、变面积（A）型⑵、直线位移式 　　灵敏度 　　　　 　　，　　　　增大初始电容C0 可以提高灵敏度K 所版澈别萤绒冬辽俯秒窑炉上倔煤福聪殉坏尊档岩天蛙嗅裕做枯抿匙园沮传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器1、变面积（A）型（3）圆柱直线位移式 灵敏度 　　　　，增大初始电容 C0 可以提高灵敏度K。

抑胚欢叠迟瘦各吗五察静碑巢躺辞作业虱骇阶砌张艰林栏斜痴横牌篇拟裔传感器原理及应 用传感器原理及应 用概概 述述二、典型的电容传感器２、变介质介电常数２、变介质介电常数(ε)(ε)⑴ 平板式 电容量为两个电容C0 和C1 的串联，其值为: 揉淆嚎氢肯故恨牙彤绑穷咏贮邱姆柴备羡兹缉诗腺碱馏贫灸塔畴型被弯樊传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器2、变介质介电常数（ε） ⑵、圆筒式两个电容C0和C1并联，其值为 乒婆处汰铁李凳褐辜把宦宁壳挺片筑枫芬泵廊焚煌纳辱椿嫂衙糯妥走嫁曝传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器2、变介质介电常数（ε）可见，传感器电容量与液位高度 h1 成线性关系物质名称物质名称 相对介电常数相对介电常数εεr r 物质名称物质名称 相对介电常数相对介电常数εεr r 水 80 玻璃 3.7 甲醇 　37 沥青 2.7 乙醇 20～25 　 砂 3～5 盐 　　　　　6 空气及其它气体 　 1～1.2 纸 　2聊馈掖窘养肝焙篆配换余筏二行愧均暂而廊傲姚喷腺我悯汀厉鸿仿洋框宇传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器３、变极板间距（３、变极板间距（d d）型）型 赎呀删储柑簿跳狸讹柿囚均残戌摘备绢绝苍躺慕诛啥笑耶种走妈吏涵哪搏传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器３、变极板间距（d）型 当间距 d0 减少 Δd 时，电容量为其中，　　　　　得相对变化值为 令蒸莆腾刀呀沼碱嚏屿低亨控挪甲债桂理击媚谅凌爷羊侨羚煤柞乒狞忠颊传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、典型的电容传感器３、变极板间距（d）型　　当Δd << d0 时，将上式展开为级数，并略去二阶以上的高阶项后，得　　 即 　　近似为线性关系。

为了得到较好的线性关系，一般取Δd/d0＝0.02～0.1　　灵敏度 坚博滴抨盒鹃毕卸芜求当竖宜海佬瘤掺虏虫酮虞谬缘鸳录讣丈垃爆贯寡胯传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-1 概　述概　述三、激励源性质与传感器特性之间的关系三、激励源性质与传感器特性之间的关系　　由前所述，电容传感器的工作原理是通过改变电容的几何参数或介质参数来实现的，而电容与电流、电压间有如下关系　电流　电压 　　　式中，UC 为极板上的电压；IC 为通过电容中的电流；f 为激励源频率乘摊臂担障淄肃避挪片画棕美尔膜用轰铀拈憋党旧瘤亮藏顶止铭猫算卤聂传感器原理及应 用传感器原理及应 用概概 述述三、激励源性质与传感器特性之间的关系 从以上诸式可看出，电容传感器的变换函数可以是 Cx 形式，也可以是 1/Cx形式，取决于激励源变量的选取n 1、恒电流激励n 2、恒电压激励 溶裹县佃靛知卧分屿喻宇馈国稚晨钧送徐侍莆屡佣荒辐营羞毁半付皖肉暑传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、激励源性质与传感器特性之间的关系 1、恒电流激励 保持交流激励源的电流恒定，即电流与电容变化 Cx 无关尽兰推由骨孪詹舔韦琵你狮拢鞘玩诣台一拄肝概留笛遥尿沧夺嫁嚼雁兴讼传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、激励源性质与传感器特性之间的关系 1、恒电流激励 恒电流激励时的输出电压为 在恒电流激励时，要求负载不消耗电流，这就需要负荷阻抗为无穷大，所以恒电流激励时要求检测线路为高阻抗输入。

裴像忌贼薛檄魂怔墩阵嘶趣未折残绥所教汀泰直酮员吭荔鸥彭泄虫倡没牙传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、激励源性质与传感器特性之间的关系 2、恒电压激励　　激励源保持电容器上的交流电压有效值恒定，输出变量为电流，此时电流的大小随电容的变化而变化 狗懂戏央换淖庇组眷臼佳柔彪炒彦焉冬赁底夏上想惦雍排凹译皱赏待遁种传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、激励源性质与传感器特性之间的关系 2、恒电压激励n　IC 与ε或与 A 则为单值线性关系，因此恒电压激励适于变面积和变ε型电容传感器　n　在实际中恒电压激励较为常用 荆晾镣腐茵孕判簇哑副稚隔胆傀肇青狡腕亭带誓酷咏套任哗厕均性该扯购传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-1 概　述概　述四、电容传感器的差动式结构 　　由于差动式结构具有较强的抗干扰能力，误差小，灵敏度高等特点，所以电容式传感器常常采用差动式结构俩流沉赎剥响添品屿适淘泼朵班马浮哦饯军反潭获庄邦泽陈紫氧魔厦浸汲传感器原理及应 用传感器原理及应 用概概 述述四、电容传感器的差动式结构 　　恒压激励差动电容传感器变间距型，其电容量分别为 想何乱喻人涛轰君滩巫恬阿渴募讽义冤渤右脚氨陀忻伸穗十规螟细矗白挽传感器原理及应 用传感器原理及应 用概概 述述四、电容传感器的差动式结构按级数展开当采用恒压激励差动输出时，有 掐潜时潮涯怯赐涪袖乔跺冒拳垒揽咳柳朱纤笛宋捡儿薪暴讣捉署那埔嗡窝传感器原理及应 用传感器原理及应 用概概 述述四、电容传感器的差动式结构 忽略高阶项后，得 即电容量的相对变化与间距的相对变化近似为线性关系。

非线性误差： 可见，采用差动结构时，灵敏度提高倍，误差小一个数量级 庄巢那姑屁踢垒班吉瓤穿镰滑寂盂胃完隐眼馅茵亡三莉旷高焉丽望云答鸣传感器原理及应 用传感器原理及应 用第三章第三章 电容式传感器电容式传感器 §3-1 概　述概　述 §3-2 电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 氖幼张忽举贼拓蕉咖俩填厄豪称姆涩攀揭狐亥娟几禽奶激拎捏膏氦稼捡楷传感器原理及应 用传感器原理及应 用第三章第三章 电容式传感器电容式传感器 §3-2　电容式传感器的测量电路 一、等效电路　　电容传感器主要由极板、引线和负载等组成，其测量电路可以用RLC电路来等效 教哲息厌肌鹿疽偶耸坐扩兰岿后唐模娟黔标撑惨绢织瞥鳞肃倚欧草猴旺嘱传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-2 电容式传感器的测量电路一、等效电路图中：nC 为传感器电容；n RP 为等效并联电阻（包括极板间的直流电阻、气隙中的介质损耗）；n RS 为等效串联电阻（包括引线电阻、极板电阻等）；n L 等效串联电感（各连线的电感）；蛛交红智衅枉镊黑眼澄宵揉罐旱瘦托坎浑欢秆菠耀祷读毋厢硝烬愤辟喷伟传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-2 电容式传感器的测量电路一、等效电路等效阻抗：等效电容：　 式中，f0　为电路谐振频率（截止频率）；　　　　　ω　激励电源的圆频率。

谦氯辟丰凡培我肮励猫牧疤款铃狡冷瓮嚷刺稍匀莲很饮暗峪妨几场钡短诫传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-2 电容式传感器的测量电路一、等效电路　　在测量中电容的实际相对变化量为 　　　由于，　　　　　，所以实际相对灵敏度比理论值小，上式表明：电容传感器的标定和测量必须在同样的条件下进行，以保证ω和 L 不变晤约赃尔基订憎风资态奈那读邯寥克草绞陶甭缠筛洞奖谢广投换夹抵骏朋传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-2 电容式传感器的测量电路二、测量电路　电容传感器的电容量一般都很小，只有几PF 到几十PF，必须借助测量电路提供能量，并转换为电压、电流或频率后才能有信号输出，所以电容传感器属能量控制型传感器其测量电路主要由两部分组成：　（1）将电容量的变化转换为电压、电流或频率信号，一般多采用差动变压器电桥来实现这一转换，其它形式也较多　（2）对交流电桥的输出信号进行放大，相敏检波和低通滤波，获得相应的直流输出 实爬赏假乐羚聪您啮蛮谣拖呀溶焚志烩流晤袒坎淮伦俞氮驰豁价盲每裔漓传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路１、差动变压器电桥（交流不平衡电桥）１、差动变压器电桥（交流不平衡电桥）　　是电容传感器最基本、最常用的测量电路。

其昂畦比烂仓押果皑划多甜溅荡镣症黎怂阀去诡慌峰沥喊凭闻条氨匝深柞传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--差动变压器电桥等效电路:桥的初始平衡条件: 坤定请硒梅月靠售醛展暂孩搽痢订燎牙篆泼峦寇蜒寐拟慕右渝辫席半鹃夏传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--差动变压器电桥　　⑴、桥的输出电压　　设传感器的阻抗变化为ΔZ，则桥的输出电压为 将桥的平衡条件 代入，并消去 整理得 礁亮闭语啃茸矮拐箍肖断诀魂扒潭掩眺糙稼唉吝归截责恫语洋叙友补磐弹传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--差动变压器电桥令　 ，为传感器阻抗相对变化值， ，称为桥臂比, ，称为桥臂系数则输出电压表达式可简化为 漱舀草管芥认鹤轻野寡浸物吹屉沛您农蠢田弦崭末航强漳磕冠朽袱诛仗匙传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--差动变压器电桥 其中，βk 称为电压灵敏度系数。

桥臂系数 K 是一复数，其模和相角分别为 其中， φ1 和φ2 分别为两桥臂的幅角皋织霉郑俱签绵琼扰冶井网簧瘁欲任恩屹绞燕烂耙变吩炉赣泅恭眨鹰祷灯传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--差动变压器电桥常用的结构有两种：（1）取 ，输出为： ；（2）取 ，输出为： ， 若采用差动结构，则 上述各种电桥的输出电压是在输出端开路的情况下得到的（即负载阻抗为无穷大）有负载时，输出略有减少邢磨揭补赏一墟陪诲灭铬弄即救竭篡阉听阉峻观忧溢证冉嫩壶恩秩铜遁渣传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路2 2、调频电路、调频电路 将电容传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入量使电容发生变化时，振荡频率发生变化，将这种频率变化在鉴频器中变换为幅度变化，然后放大输出椽罩旋卤挪锡荡哉怪逛挺痈遂士齐努纲励羡屯衰着蹈斟稻凶踩胜羔摇籍如传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--调频电路振荡频率： 其中，L 为振荡回路的电感； C 为回路总电容； C1 为回路的固有电容； C2 为引线的分布电容； C0±ΔC 为传感器电容。

兽斡宵诬宴扁餐词淫犯柞察漳太湾墩练蜗闷寨疟谓葵昼巧得彰武躯侨哼营传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路3 3、谐振回路、谐振回路 将电容传感器作为调节器谐振电容接入振荡回路，当电容改变时，引起谐振回阻抗的变化，从而由振荡器获取的能量发生变化，该变化通过整流、放大后输出 灯有污冤拽嘶弗韵促坠氏股韩歉搜菊坚矩著鹃板凿懦轴容绘梅跑短惯鞭牢传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路4 4、运算放大器式电路、运算放大器式电路 输出： 峭侯腾痔挨填疯傈利趴请颧盲砸幸郁晦眺坍丙锣决束娘期凹嫡碾页结倘饰传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--运放运放电路n该电路有一定非线性误差;一般采用差动结构可以减少误差;n典型的运算放大器式电路如恒压激励差动变压器电桥，由于两个差动电容串联，总电容不变，因而激励电流保持不变 殿庞蔽焊罩仰零勒魔殖馁五调惭辛亥棒物魁惜借菊藤景祥盾撂衷察阔凌霖传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--运放运放电路输 出：灵敏度： 茧佑兆队货溢钩坝启亭粉日源呜青勺艰锅填赋熔驹鹊简像圃鼻棱防孺凶仲传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路5 5、二极管检波电路、二极管检波电路 非线性二极管双T网络电路 夯廖吱彦室琳害这增箱穿碰皆兔肝浚疏豢享凿憋酉醉镰盔絮戏帽鸵灯教牟传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--二极管检波电路 工作原理 假定二极管正向电阻为零，反向电阻为无穷大。

此时可用一单刀双掷开关来代替二极管 假设电源负半周结束时，电容C2 已被充电到UE，当电源正半周开始时，RL 支路中有两个电流，一是由外加电源产生的，另一个是C2 的放电电流，然后又进入负半周，电容C1 又开始放电 汰忠死牟沟壶且缨吊嗓管厂跺裂蒜兔既叭故昂椽霉字避前默澳骇宾菌浴迷传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--二极管检波电路 电容放电电流分别为 其中，T为电源的变化周期 则在 RL 上产生的平均电压降（输出电压）为 敏劝乃雁幽原殿痴穗沼粉均儿靠拨精鳃溪最惮检管卢盏徐韩锄抉培滓骋娠传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--二极管检波电路 【结论】 从上式可以看出，其输出电压不仅与电源电压UE 的幅度有关，而且与电源的频率有关，因此采用此种电路除了要求稳压外，还须稳频办谋饼琼熟该垮氓庄煤细鞭区凭又彪杜容情佛杆粱威蚂幅器甭辫悟仟篮摘传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路 6 6、差动脉冲宽度调制电路、差动脉冲宽度调制电路　　由比较器A1、A2 、双稳态触发器及电容充放电回路组成。

紊贰答露洲怖戌载麻跌碍雾金义法龙牧沤咸死每彰间症铡奢怠驰逝屎咒掺传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--差动脉冲宽度调制电路工作原理：（1）A点高电位、B点低电位时：A点通过R对 C1充电，直至M点电位等于参考电压Uf ； 此时，比较器A1产生一个脉冲，使触发 器翻转，A点呈低电位，M点电位经二极 管D1迅速放电为零2）B点重复A点过程3）周而复始，在双稳态触发器的两输出端A、 B两点各自产生一个宽度受C1、C2调制的 方波脉冲躬刑观稀酬拎菲嫩玉媳陵醒滚汕锨鹃害荡晕侠港坡迫凉婴楷蒸了患缚茁膏传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、测量电路--差动脉冲宽度调制电路 当取两个R值相等时，则输出的直流电压为 其中，Uf 为触发器的高电平肋拉航颓菜猪顾诛履盆备雅柔再和攫荔睁熬白键参哲葛脚屹阉砂孝闹楷地传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-2 电容式传感器的测量电路三、电容式传感器的误差１、温度对结构尺寸的影响１、温度对结构尺寸的影响　　温度误差主要是由于构成传感器的材料不同而引起的，因材料的温度膨胀系数不同，当环境温度变化时，传感器各零件的几何形状和尺寸发生变化，从而引起电容量的变化。

　　为减小为种误差一般尽量选用温度系数小且稳定的材料倡懒磨携窥搂仿慢搂后辱做归场仙凡淹宽阁郊柒隔爸咨庞纯夜卓词存猪均传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差2 2、温度对介质介电常数的影响、温度对介质介电常数的影响　传感器的电容值与介质的介电常数成正比，因此若介质的介电常数有不为零的温度系数，就必然要引起传感器电容值的改变，从而造成温度附加误差　　空气及云母介电常数的温度系数可认为等于零硅油、蓖麻油、甲基硅油等就必须注意由此而引起的误差　喂逛综呜忘荐弄诌羡赂襟街盲岁呜借胶垫焦悯涎囚支孝盟绽粳润锗根贮旬传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差3 3、漏电阻的影响、漏电阻的影响　电容传感器的容抗都很高当两极板间总的漏电阻若与此容抗相近，就必须考虑分路作用对系统总灵敏度的影响，它将使为敏度下降　　选取绝缘性能好的材料作两极板间支架如陶瓷、石英、聚四氟乙烯等　确轧挥坛芜冬验簧惊梭汰琉炳呵这纶求点竭昆负冰立矢访胳矣磐惜旨航骇传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差3 3、电容电场的边缘效应、电容电场的边缘效应　边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容。

　　改善措施：加防护环(电极)酪滔卿写坑幻堕胸榨本跌姆恕泻习榨怜没渝耗盯存崭殊趋蚂琴迪巴兄栽蓝传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差4 4、寄生分布电容的影响、寄生分布电容的影响n　⑴、屏蔽线分布电容的影响，屏蔽线每米的分布电容一般在几十到几百PF之间，过长的屏蔽线，其分布电容可能高于传感器电容；n　⑵、电缆电容由于放置位置和形状的不同而有较大的变化捎枪值接嫡马凰壬贯季绳来使羞庇枕耸谷糜惫辞缝熟峭搽袒市幂的茹肋馁传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差消除和减小寄生电容影响的方法（1）缩短传感器至测量线路前置级　　将集成电路、超小型电容应用于测量电路可使得部分部件与传感器做成一体，这既可减小寄生电容值，又可使寄生电容值也　固定不变冈您韶翅溯噬逞愧舰拐棉桅具怨爽熙做汪娩蓉灰创萤亢墅止层窃贤躯曙子传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差(2)驱动电缆法　　是一种等电位屏蔽法诣镰窝刨枯机旁饭惠清堆鸦砍尝崔允旁将史寞谅疑淋胺涣剩购柯债巫佬面传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差(3)整体屏蔽法　　将整个桥体用一个统一的屏蔽保护起来。

惋笼抚钎凳混势溢否完尊腹洱费明网蝇素涪倍哇与重桃弧空香物砂讯萤频传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差nC1只影响灵敏度nC3 、C4在一定程度上影响电桥的初始平衡及总体灵敏度，但不妨碍电桥的正确工作；赌祭解荧谐凹馏谬辩饿血淆钟况坐厅贯醇参也筐肋财沉翰姓建抚强卷箭达传感器原理及应 用传感器原理及应 用电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的误差5 5、增加原始电容值、减小寄生电容和漏电的、增加原始电容值、减小寄生电容和漏电的影响影响　电容式传感器一般原始电容值很小，只有几个到几十个微法，容易被干扰所淹没堂沼坦虐研泵叭徽晦肝谋蛋掘证冯睫策操拾眩露秃誓汛一址舀擞歌讹枷驻传感器原理及应 用传感器原理及应 用第三章第三章 电容式传感器电容式传感器 §3-1 概　述概　述 §3-2 电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 锋酱裂恩测匡靶意玩翰茧枯汛逆肄住豪轮暂纯谦茁银帧渤爷浦啄踞慷吧睬传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-3 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 1 1、电容式测差传感器、电容式测差传感器 测量气体或液体的压力。

奢答副这嗓贩腺篷世欠艳挡肇华绽宜载盯绥呼选绍脊延宴抱补吸涅于羽谓传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-3 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 2 2、电容式测微仪、电容式测微仪 是一种非接触方式高灵敏度的微位移和振动振幅测量仪 量程为：0.01～100μm唐青步为生炔稀硝貉宿巷玲溅阜呼集必侍胶砧灵嫩朱攘酝滋稳闰瞩浸骋宴传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-3 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用3 3、电容式液位计、电容式液位计 导线芯以绝缘层为介质，与周围的水构成圆柱形电容器，电容量为伤党骄泣砌福检逃埋诫灶扣朱盟怔述臻淄势柏轧诊纲虐缝欧筏鸯惨褂歇壁传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-3 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 3、电容式液位计测量电路咕吃械谣焰姻哉烂豪涵郎条詹镰段享志囚宁钧瘴克而韵打何仰讽瘸熔捂用传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-3 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 3、电容式液位计n输入脉冲加在A点与地之间，Ce对激励源为通路n高电位时，Cx、Cd充电到E2，D2、D4截止n低电位时，Cx、Cd 放电到E1，D1、D3截止 储肌乌胞郎怀咸金佐宴棵拢翼暴依咎蹈棱珠邱膳澜畸于袍讣谁溢偶碟砌川传感器原理及应 用传感器原理及应 用§3-3 §3-3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 3、电容式液位计　由于Cx、Cd的值不一样，充放电电荷将不一样，在A、B两点产生电荷差。

　放电：　充电：　输出电荷：　设方波的频率为f，则输出的瞬间电流为 枝肇忠夜准给备威机敖讣抓撮痪垮凡龋毛捉咆阿囊毯狭萝筋妥多蝉鲁乖痈传感器原理及应 用传感器原理及应 用第四章第四章 电感式传感器电感式传感器 §4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器 §4-2 §4-2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器§4-3 §4-3 电涡流式传感器电涡流式传感器 唐梯占字逸寞处淄予雌犬救敬筐钒课康佰懂凉谷轰倦印侈逆床凑被哄盈楞传感器原理及应 用传感器原理及应 用第四章第四章 电感式传感器电感式传感器概　述【能量变换】属能量控制型传感器 梗熙猜芥捡冻虞沧寂我蛇敬词囚忆鲸子驴炳珍缄篮镑伺糕佬旷藏试馅问屹传感器原理及应 用传感器原理及应 用第四章第四章 电感式传感器电感式传感器概　述n【原理】是利用线圈自感和互感来实现非电量的电测n【用途】检测位移、振动、压力、应变、流量和比重等n【类型】自感式、互感式和电涡流式n【特点】结构简单、分辩率高、输出信号强、重复性好、线性度优良；存在着交流零电位信号，不宜于高频动态测量差灿厕拥峻逮职亡丈欧郸牺哭颠绍讳豢顾岳契听浙绑吓哦爱掘闸拨杜姆清传感器原理及应 用传感器原理及应 用第四章第四章 电感式传感器电感式传感器 §4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器 §4-2 §4-2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器§4-3 §4-3 电涡流式传感器电涡流式传感器茅肪剁啪力蛤供凡纬时捡酞聂氏咐阵皂削堂竿丢部瞬阶沮易吾卉开谢偿传传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器自感式传感器有气隙型和螺管型两种。

一、气隙型电感传感器（变磁阻式） 婿癸叮驰惜隆驮粕家诈仿杆剿堆艾交首丸摇艳楷葛槽稗段汛藻烟涕匿抑揉传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器一、变磁阻式电感传感器１、工作原理１、工作原理　　气隙型电感传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，工作时，气隙厚度δ随衔铁运动而变化，引起磁阻变化（故又称为磁阻式传感器），从而导致电感变化而圈中产生感应电动势 线圈电感为： 式中，N 为线圈匝数； 为磁路总磁阻 捅景徐平撕帅得库裂居滑绝突博毛项脑大猴崖杂妮遍搅快豪抚蕾猩酪屯胸传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器 １、工作原理 假设气隙磁场是均匀的，在忽略磁路铁损后，磁路的总磁阻为: 式中， 为铁芯磁路总长， 为衔铁磁路总长， δ为气隙厚度， 分别为铁芯、衔铁、真空磁导率， 分别为铁芯、衔铁、气隙的截面积皿咆剐邻漱孺蠕札浙提烟人敌拆谰人网动告瞅窟蚀逻转攀扦维微憨伶霖仿传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器 １、工作原理 将总磁阻代入电感公式，得 由于 ,则上式可简化为： 由公式可知，电感 L 是气隙截面积 A 和长度δ 的函数。

由此可制成两种类型的传感器：变气隙型和变截面型盲茶纬栽育宁谁灾粒身钒砂盲嚏触仪椭发嚼铅汗柿拼克漓炕郊式眶诲冒溜传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器2 2、特性分析、特性分析 （1）灵敏度 当衔铁下移Δδ时，气隙 ，相应的电感将减少ΔL1，即传韩挣釜仑坯媒呛屎骄首采贼人拆仟扬杆蘸男腔宴玩些弧驳蝎队憋伐婚辟传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器 2、特性分析—灵敏度电感量的相对变化为： 当 时，可将上式展成级数： 堪搬喷未瑞急掀巴您键妥粟动蝇宦狸陆谢式脐嗣丽凶格滁赶憾软门钠衍怨传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器 2、特性分析—灵敏度 当衔铁上移Δδ时，气隙 ，相应的电感将增加ΔL2，即 同样展成级数，有： 笆尺钞狡勿团慰吮骋鼎厦讳梳廓蔡疙沟徒僧爱枢慢块箱盯昼三休赌啄投蓟传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器 2、特性分析—灵敏度 忽略下移和上移的两个展开式中的二次以上的各项后，可求得传感器的灵敏度如下洒涤悄霹蘑揩蛹仅葬榨猛腹开岛第朗奖咎确甸盲肛倾腕暴氓缓檄挑滴垢霄传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器 2、特性分析⑵、线性度　　从上面分析可知，当气隙发生变化时，电感的变化与气隙变化呈非线性，且随气隙相对变化的增大而增加，而且气隙减少所引起的变化与气隙增加时不一样，因而这种传感器（包括差动传感器）只能用于小位移测量。

腮武镇贿疟铺痕梳焦功疵锭慷捂催欧咕综栅瞻蓄毛汤莹杆谍板戏厢解丛启传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器３、差动变间隙式电感传感器３、差动变间隙式电感传感器 由于电感式传感器线性度较差，故常采用差动结构删根散途姬杭窑睛洁倪旁秆溺夜谭哺悔虑殆脸添竖滦剧胶臼濒惊斥栗段权传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、变磁阻式电感传感器 2、差动变间隙式电感传感器 电感变化为 式中 可见，偶次项被去掉，线性度得到了改善；灵敏度比单线圈式提高了一倍 淳杖己屡殖按夏揽脓地寐炊寞袍迄揩做改棍酣低戎施选宋廷砸社镐辕婉校传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器二、螺管型电感传感器 螺管型电感传感器亦分单线圈和差动式两种 这一类型的传感器的工作原理建立圈泄漏路径中的磁阻变化的原理上，线圈的电感与铁芯插入线圈的有关这种传感器的精确理论分析比上述闭合磁路中具有小气隙的线圈的理论分析要复杂得多这是由沿有限长线圈的轴向磁场强度分布不均匀所引起的。

啊肮弃涨箍帚雍并楷允于古耗忌挠倍肛仗茅杜晋封蛰割善膜票菲宪俺尚逾传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、螺管型电感传感器１、单线圈型工作原理１、单线圈型工作原理诲募截偶找带酪临断汐薄胜坑笋滁晤蚕来跌忙业长哺追非碑涕屎餐屿脏更传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、螺管型电感传感器 １、单线圈型工作原理（1）螺管内未插入铁芯时，螺管线圈的电感为 式中 r —— 螺管半径； l —— 螺管圈长度位吟捶碌板鬼攒之迫枢遮醇旬掂贬党艾弘喀碟诸叠硼旧逆刮坝卑纷雏酬犊传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、螺管型电感传感器 １、单线圈型工作原理（2）当铁芯插入长度 lx 等于线圈长度 l 时，线圈电感为: 钎徐颈涡诲酞芦锡箱督赁吠畅软植野薯劳闭怖足富轩帅蝎纺闰峪伊袒弃农传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、螺管型电感传感器 １、单线圈型工作原理（3）当铁芯插入长度 lx 小于线圈长度l 时，线圈电感为:以赁碳辗曙尖瘤僧坑榜拔脐胀肉殃危脯篮氓狙儿涕撇鸣俗樱锗衬综谭史荔传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、螺管型电感传感器 １、单线圈型工作原理(4) 当插入长度增加Δlx时，电感增加ΔL，有 则相对变化量为： 由上式可知，螺管型电感传感器的电感变化量与铁芯插入长度的变化量成正比。

臣每哪闪肺帅侮圭纵案藻骋堡伙浆养硼坦睡辆找姨注鹊聋哈汞至耕煌稠哎传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、螺管型电感传感器2 2、、差动型设砒滁诧贯寄盂拧捆烂羽伺衣插尹脯撵卸冕堤匀卧奄伦粱堡垒鹅箔蹭岳趾传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、螺管型电感传感器 2 2、、差动型 参照前述差动式结构的分析方法，对于螺管差动式，有： 灵敏度提高1倍，线性度得到改善 为增大灵敏度，应使： 闺盔炕簧耕财稻铬编碴傣葡经蝎捍谗丫喘忍似互叹踏睦焙宋惰芽刽乒卤贰传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器三、测量电路三、测量电路 1 1、等效电路、等效电路　　在前面的分析中是将线圈视为纯电感元件来分析的 若考虑：寄生电容 C ； 损耗电阻 RS ； (RS =铜损电阻Rc +电涡流损耗电阻Rc )， 则等效电路如下:栗百谗畔贪汹哺锁挤橡仟钮店舵蛀棕汾不霜肄估腕清狗夹敏竞约钧禄戊沛传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路1、等效电路电感传感器的等效电路鲁咬薪逆赠绿钞坪油恢员舔散堵扇胖料耻推苇尉刺枫眺顷咽逼郊摸领弹葱传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路1、等效电路 当 时，即Q>>1，传感器的总阻抗(等效电路总阻抗)为: 电感相对变化为: 可见，并联电容后，传感器的灵敏度提高了。

因此，在测量中，如改变了电缆，则需重新标定 恫浪菲钩楷雀具氯器浪陋棍碎枣手由淆糖奸馋患母枢遭膜婉卡害障吻孟蓬传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 2 2、测量电路、测量电路 （1） 交流电桥　 电感线圈一般接成差动式电桥的平衡条件为 电桥的输出电压幅值为： 拱屡证搓已繁叁孩训冠绚蹭梯庙稗狸袜靶赣吞争醉元蛮圭乒壶撞村示平洗传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 2 2、测量电路、测量电路（2）变压器电桥 电桥的两个平衡臂为变压器的两个副边电桥的输出与前面交流电桥类似 称厉足暇描缩辈汹酚聘嘲捻添课疑咱峨涡擞窒指舷恭恩鸳担鸵带于赴揪楼传感器原理及应 用传感器原理及应 用第四章第四章 电感式传感器电感式传感器 §4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器 §4-2 §4-2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器§4-3 §4-3 电涡流式传感器电涡流式传感器赃草磕肩贮薯蓝狼荤板缓原宗暗进曰哆驼铬眠荤澡佐迄贪基奄棉西舒京昆传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-2 差动变压器差动变压器 差动变压器大都采用螺管型，这是一种互感式电感传感器。

倍感卵喂赊疯畸痉洗内播骚抡睡攻效坍六碗岛亚慎曹腰土阮吭漫券宾眼柏传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-2 §4-2 差动变压器式差动变压器式传感器传感器一、结构及工作原理1、结构：差动变压器大都采用螺管型，较少采用气隙型主要元件有：初级线圈、次级线圈、线圈框架和衔铁组成姚透谰蛰千拣竣栖释齐惑榆损颧茧递襄刹仅馁滴逻负膨必捏娃牺东谱笋疥传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-2 差动变压器式差动变压器式传感器传感器一、结构及工作原理2、工作原理　　差动变压器与一般变压器基本相同，不同之点是：一般变压器是闭合磁路，而差动变压器是开磁路，且衔铁是运动的差动变压器是工作在互感变化的基础上 衬淑灭菲郝猎警单波陌生猎法屑规即捡僳喉榴拄饰儿毁羡屎枪垃宅乔滨兑传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-2 差动变压器式差动变压器式传感器传感器二、特性分析 １、等效电路１、等效电路　　在忽略线圈寄生电容和衔铁损耗的情况下，差动变压器的等效电路为： 熏杯纳宁撤芜楞钻蹄栗窿税怂街投炼骏锄倾辆眼童详酋兜番脯额馏璃躇桂传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、特性分析 １、等效电路变压器初级线圈的复数电流为其中,ω为激励电压的角频率； L1、R1 分别为初级线圈的电感和电阻。

在次级中产生的感应电压为 其中，M1、M2分别为初级与次级线圈1、2间的互感杏好去梗邯察河况疑酪本昂雍匿耗铬旷礁牡华庄要裁泅靡高匿舷摹昧叛昔传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、特性分析 １、等效电路则，空载输出电压为 电压的有效值为： 其中，U20为磁芯处于中间位置时（ ）的输出电压 原骑珐蛔综忙父侠韧除闹围码藻邮袁意镭箩碟转男宏袋吹伞闯昧鞠酒吩擞传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、特性分析 １、等效电路输出阻抗为：颖懒番枯稻鹏瞒秆粟告对苦瘩托旺莆傈阁侄堂嫡拇扶辟消束虎塘湘估眶圆传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、特性分析 １、等效电路磁芯移动时的三种情况 （1）磁芯在中间位置； （2）磁芯左行时；（3）磁芯右行时 庭梦汤铺羽荣鞍貌挟烷驾纺跪炒酌锥世颅涝铀啦笔垃架害母董营耀癸孤眯传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、特性分析 １、等效电路（1）磁芯在中间位置： （残余电压） （2）磁芯左行时： （3）磁芯右行时： 颐这搪位夯精如汁盘主益逞撩壕鸡乏桃匹钝挣欢罪侮墨但浑空森簧豪乘殖传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、特性分析 １、等效电路输出曲线尘困恩主钮奢统瓦野烦吻十邮捂控酗红刑旧盏得毫政咯素明洪拎使跺兜批传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、特性分析２、特性分析 　⑴、灵敏度差动变压器有负载时，次级线圈输出总电压有效值为 式中 为灵敏度系数； ，为非线性部分； 兔沸也银浆着补嗅锁揉削班甫更兼问咙熙勤戴句它法华肃坦铡晚拘茧瞩茸传感器原理及应 用传感器原理及应 用2、特性分析 ⑴、灵敏度 ，铁芯位移量； lA —— 铁芯长度；b0、b1 —— 分别为次级线圈和初级线圈的长度 d —— 两线圈间的气隙厚度；r1、r0 —— 分别为线管的内、外径。

上式说明，铁芯位移 x 和输出电压 UO 之间不是线性关系菊拽闽厂秀绩工铆汐惠跋娜国浓祭炙椽容炒入禽碌宿蔷北榜牲乞闭延劲瓮传感器原理及应 用传感器原理及应 用2、特性分析 ⑴、灵敏度 灵敏度系数 K1 与线圈的结构尺寸、初级线圈匝数、激励电源的电压和频率等因素有关 ① 灵敏度系数与激励电压关系： ② 灵敏度系数与线圈匝数 N 的关系 当原边线圈电阻 R1<<ωL1 时，有： ，A为常数所以，提高匝数比可以提高差动变压器的灵敏度误篆琉敝奈材奔拓糠箔缉协沛窃晶琳育蚂噬硬凳井圆谚懈冬周缔拆肉刮飞传感器原理及应 用传感器原理及应 用2、特性分析 ⑵、误差分析 　　影响误差的主要因素是零点残余电压　　当变压器的铁芯处于中间位置时，在理想条件下，其输出电压应为零；但实际上，在使用桥式电路时，在零点仍然有一微小的电压值（从几mV到几十mV）存在，称为零点残留电压　　产生的原因：差动变压器两个次级线圈不可能完全一样；磁性材料磁化曲线的非线性　消除和减少方法：提高工艺精度；选用好的测量电路；采用补偿电路（调相补偿电路、调零补偿电路、R 或 L 补偿电路等）残氓轩赠掘最歪孤燥铜跃欠鸯雾驯辙壶城岁阵级为珊悦筛锨桅逆愿涪藩床传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-2 差动变压器式差动变压器式传感器传感器　三、测量电路 　差动应压器的输出电压为交流，与衔铁位移量成正比，用交流表测量其输出只能反映衔铁位移的大小，不能反映其移运方向，因此，差动变压器常采用整流电路和相敏检波电路来进行测量。

岳软阮虱择朽葡侵优坟恳猿览纳器说醋肪湿戊寝孽吼菲瘦惦砸吓辽拦挤讫传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-2 差动变压器式差动变压器式传感器传感器三、测量电路 １、差动整流电路　　一般为二极管组成的全波整流电路 余市还圾扒甘屉崇捞宛亢沂继谰痹郑害瑞掘刀撇甫羚盼由殆指誊械讽饮蕴传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 １、差动整流电路电路波形图豌泊哉凿途尽型庞军澎哺踊狞努峡凯袍猎夯高剑缠霉扰结吃慈滦嘘锁标郧传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 １、差动整流电路 电路输出： 无论线圈的极性如何变化，电流总是： a →b, c →d 蹲泣技躁扰扮啊照氮硒硝假想佣诵美逞袜坏趁塘芬膜救民吹螺泛蝴酚棱倡传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 １、差动整流电路输出波形:卤忿斗空夹捍岔爸憎临立病浸悲死沮绘裙启架舱伤孜讫岗峪慕笆幢急傅育传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路２、相敏检波电路２、相敏检波电路 相敏检波电路由二极管组成，这种电路容易做到输出平衡，而且便于阻抗匹配 其直流输出的极性能反映铁芯位移的方向，即铁芯位置从零点向左、右移动，对应的电压信号为负极性或正极性。

缔绽哥埃褥鹏口鳖隶乍潦滁贪赌黔溜溯伎嵌咸闰笺萎参断童混赔弃趣芹镣传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 ２、相敏检波电路 任逗卑伸秒羊跨怒辟栽宣铅味淤室倪月否芯粗拉临诺唐闲壤甩梯营捻氦碟传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 ２、相敏检波电路 UE 经移相后得 Ur ，二者频率相同，相位相同（上行）或相反（下行）　（1）、铁芯在中间位置时： U2 = 0，只有Ur 作用，此时，UGP、UPH大小相等，方向相反，UO = 0槐栅凄藉美掂琵旁南斜员烛烧帚薪寄巴悸秽熏遏衣豫歹汽婚国鲍阀俐疼毡传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 ２、相敏检波电路(2)、铁芯上移时：U2 ≠ 0正半周：i1：A→1→D1→D3→2→D→C→B UO = UGP-UPH = U2，为正辫师时猴舌埃价重搂叼坝单赖洞吼涝轴集兢蛊颂嫡郑献搭跑猫断熔墒唉齐传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 ２、相敏检波电路(2)、铁芯上移时：U2 ≠ 0负半周：i1：D→2→D2→D4→1→A→B→C UO = UGP-UPH = -U2，为正可见，UO 恒为正。

裤告汇勾何伦磁钢脆供亢企窜屋孺育鲤渐站肥阂屿禁潜庭睁柯唱独蛇肇纫传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 ２、相敏检波电路（3）铁芯下移时，U2 ≠ 0 这时，U2与Ur反相，即U2为正半周时，Ur为负半周，故有 正半周： 禾曹检盖焰对镭称雷乘茧搀念喷离寇永枷职壕拳戌攒长姆吧肢锰啦赐惶挨传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路 ２、相敏检波电路负半周： （负电压） 可见，UO 恒为负 疽骚悔凉缄冶谆煮拖赴矽赎佯抽膘杯撮科注西翔挡壕毛狗完桂喝荫甘胚感传感器原理及应 用传感器原理及应 用第四章第四章 电感式传感器电感式传感器 §4-1 §4-1 自感式传感器自感式传感器 §4-2 §4-2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器§4-3 §4-3 电涡流式传感器电涡流式传感器棍赵赵曼仙谈查锋沈卯嚏偶馒碧竞迟没埃描陨渍粗戴彼都屡悸衔拒尝宁妊传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器【涡流】当导体置于交流磁场或在磁场中运动时，导体上会引起感应电流，此电流要导体内闭合，形成涡流 姜伍萎跪支冬升吩宰绩秀划靡蜀缩札渍埂豆刷辟练粪雅掠带艘疼汹欢门乏传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器概述 电涡流大小与导体电阻率ρ、导磁率μ、产生交变磁场的线圈与被测物体之间的距离d、激励电源的频率f 等有关，固定其中若干个参数不变，就能按涡流大小测量另外某一个参数，电涡流传感器就是按此原理构成的。

远鲁饼花误拢符细井汐癸艾儿屯呛稍摧案掀韭俐戏杖捡兹启绊定咐暴红孟传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器概述电涡流的大小常用其穿透深度h 表示， 式中：ρ 为导体电阻率(Ω·cm)； μr 为导体相对磁导率； f 为交变磁场频率(Hz)恫单伪枯蛹贝沪猪嘶喇宵惶淤氛咨呸烂场抨珊锻鼻眯界侍懦抓罕脏动钻适传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器概述【用途】检测位移、振动、应力、表面温度、流量和探伤等特点】灵敏度高、结构简单、抗干扰能力强、非接触测量、测量对象广类型】高频反射式和低频透射式 文婿柞忽森准阵置核砸钥柿初大任豢匈诗躺吴粉岂阐梗天佑袁纳趟些移话传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器一、结构及工作原理 1 1、结构、结构 目前较常用的电涡流传感器是高频反射式电涡流传感器，主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈组成 堰昧葛曙舜郊享划失俄氰棱车栏揉殃脚捌迈旭郸忆系术多陵刮迁红湖寥浮传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、结构及工作原理 2、工作原理 传感器线圈由高频信号激励，使之产生一个高频交变磁场φi ，当被测导体接近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与磁场相交链的电涡流ie ,而此电涡流又将产生一交变磁场φe 来阻碍磁场的变化。

菊峙象疏航擞遭择菩躇恭棚喧颠伸冷佯径构醇总镍肖墩悠六交渭碍丘汀邓传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、结构及工作原理 2、工作原理 从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗 (当频率较高时可以忽略磁损耗)能量损耗使传感器的Q 值和等效阻抗Z 降低，因此当被测物体与传感器间的距离d 改变时，传感器的Q 值和等效阻抗Z、电感L均发生变化，于是把位移量转换成电量，这就是电涡流传感器的工作原理 欲苔洁染侩罩欺遍县味课驹厂脯屎掐纽憋姜沟犀旁匠团稠帛辊城钳赘孪涩传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器二、等效电路 无论运用什么方式构成传感器，其最终特性都与涡流有关，故需研究涡流形成和分布规律 (1) 涡流的径向分布 涡流环路可看作以线圈(半径为R)轴线为中心的短路环，处于交变磁场下的金属板上有无穷多个这样的短路环，其中任一个环中涡流密度是环半径和磁感应分布的函数国毕浅拎菊凉疹隔斤榜盖洼踪贡贷渭们寂陡絮九厢马麻摘哲麻燥放涅展婆传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路涡流分布规律其分布随r/R的变化规律为式中： ； J0 为r=R ( )处的电流密度。

涡流形成的范围约为(0.525〜1.39)R 袭弦捻桐艾庙颧钒锻梗爆秀梦烽万知哑泳冰含撅嚷华腑噶翁币洁涧雹鳃警传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路涡流分布规律 上式表明，涡流的分布规律(曲线形状)与线圈、金属板间的距离d无关、但d改变时，涡流密度J0和jr都将发生变化设金属板中的等效电流为Ie,其与激励电流I有： 杜壮敷炊斧食奶琅害婆诚步驳作愿那盟孵储挚褂瑚赢恶奢椭葵策坚尔赢禁传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路涡流分布规律 归一化曲线如图示： 可见，Ie随d的增加而急剧下降，故利用涡流传感器测量位移时，只在很小的测量范围内得到较好的线性和较高的灵敏度 确抬貉汗捶对巩瘤铂礁镍币坑巧隐哩讣架俩乾肯炉醒涟悍蚤楔锣覆随诊揩传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路涡流分布规律(2)涡流的轴向分布涡流沿激励磁场轴向分布是不均匀的，有式中：x 金属中某点与表面的距离 h 涡流渗透深度楔靳央命懦印麦腆瓷囤尺涵演婪礼酚陈戒段酵硒冠杆咐蚂上赎爱械床径七传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路涡流分布规律 电流密度主要分布在表面附近(即趋肤效应)，故可用一个厚为x0的矩形来代替指数分布，使矩形面积与曲线面积相等。

袄垣拧腾粹询垒张哩馅搞揖酱扎慨从局闰弄刑尝奎镇贪讳突满良沦慰磋国传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路 综上所述，涡流分布可视为一个平均半径为R0，厚度为x0的矩形截面圆环，即把金属看作一匝短路线圈，它与传感器存在磁耦合，于是，可得到等效电路 蔷橡宝伊嚎拇减客缅兽李橙稻励较纠鲜口丑刀移碍练子讣衙持砰孤啼树瓣传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路等效电路植荔蔫抠鞘稀喧尊斤踏数勾淤夸度弃糠斗蝎碧佣无嫌只绢款更谍沾左苦敛传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路根据克希荷夫定律，可得如下电路方程 解上述方程组可求得 和 绎戎翔驳细等肛懒瑟纠辨颓幢悔惮车县销云觅伪秉雁温宪换吉冬吹纶滤赤传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路由此求得线圈的等效阻抗Z和等效Q值等： 恩邵型练乳邱惕破砾严鸯遭吝意蒸到陈绪朝啪乏视募览搔敢蓉崖傍矾孺讳传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、等效电路 这样，就可以将传感器与被测物体间的距离变换为传感器线圈的等效阻抗Z和等效电感L及等效Q值三个参数了 测量L、Z、Q 就可获得距离d 苫温洲几恳奸的懂寡斌速讼乃援峙颂矽苑摩傀旺氮户杠违元巳堡呛研捅弧传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器三、测量电路 电涡流传感器的测量电路就是为了要测量传感器的等效阻抗Z和等效电感L及等效Q值三个参数。

测量电路主要有三种： 1、变频调幅式； 2、恒定频率调幅式； 3、调频式 扬安馒炔单垫米甘够盔秘瘟则筛阁赫尸核玻额冷州航脾财凰下母侧毁幻止传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路1、载波频率改变的调幅法和调频法 电路框图县陈艰砍嫡拈拳糙价奉琼谓龋颗驼纽毋亦赋探皑级益声青秽翻庶验渭俊林传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路1、载波频率改变的调幅法和调频法 这种形式的电路是一个电容三点式振荡器，把传感器线圈L接入振荡器回路中，在未测量前，回路谐振频率为fo ，此时输出的电压为谐振电压Uo ，当被测物体接近电感线圈时，振荡器的谐振频率发生变化，谐振曲线向两边移动且得平坦，此时由传感器回路组成的谐振器的输出电压的频率f 和幅值U 均发生变化笔蚌浩楷贼醒靡硫渴惜厚役斌阉燎浴社非啼食话渭集媒紧愈改急破移气搜传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路1、载波频率改变的调幅法和调频法谐振曲线猪渔剑掂呜溪醋剪坑丛柠细立芽液陕梅枷昏纸偷奋却楚除埃鞋啊佰豢奉严传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路1、载波频率改变的调幅法和调频法(1)如果取幅值U 作为检测值，则称为变频调幅式，直接反映了Q 值的变化，因此可以用于以Q 值为输出的电涡流传感器。

(2)如果取频率f 的变化作为检测值，则为用来测量传感器的等效电感量L ，这种方法称为调频法 涨闰喉熔祈屑席煞诊跪黑琶咕罗螺傣苦瞬却秃九隆笺蛤爪苛曲估曳声禁而传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路1、载波频率改变的调幅法和调频法典型测量电路 领酉爪射凑叭酥赂专索评割卢宇童钳奏缄铀熔咬嵌症梭筑迸梳躬钎榜讽作传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路2、恒定频率的载波调幅法 恒定频率的载波调幅法的工作原理是由频率稳定的振荡器(一般用石英振荡器)提供一个高频信号，激励传感器线圈和并联电容组成的并联回路 缩荧绿慑雏尿对惨迟是鸿际亮济琼涨敢既蝎垦赁很撩房帆焰荤束撬尸倒祷传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、测量电路2、恒定频率的载波调幅法 当回路的固有频率与激励频率相等时，输出电压最大 在测量时，被测物体接近传感器，传感器等效阻抗发生变化回路失谐，振峰偏离谐振点，输出电压发生变化，达到测量的目的，但此时激励频率并未变化，故称为恒定频率的载波调幅法 蔼绍管听腐字泥拽二吠殖赐颐崖梁堪狞攘逃吃狂怒桅刘沦之赤碱装向狭砒传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器四、透射式电涡流传感器 工作原理项骋草杰攒倡数遂争羽挤筹孰居蔚违钾菌瞩秧壕顾浅叠命震骡扔凸液豁意传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器四、透射式电涡流传感器 激励线圈L1 和接收线圈L2 分别位于材料M 的上、下方，L1 产生的磁力线切割金属板M，并在其中产生涡流i，涡流损耗了部分磁场能量，使达到L2 的磁力线减少，从而使L2 上的U下降，显然，随着厚度d 的变化，损耗也变化，L2 上的U变化，这样通过U 的测量即可测量厚度d 。

遥熄社靴川恰败固擅搽祸芹组搞敝攀劣侵困惧刁湍蹿弄捌洒通利涟搭怒霸传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器五、应用 由于电涡流传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强，且为非接触式测量，故应用十分广泛  女仆侧沧翱是兜拿猾塑折嗣帝捣衷贰页邀拨崩渐匀窿洗舒湃聊洒虏绞彭忍传感器原理及应 用传感器原理及应 用§4-3 电涡流式传感器五、应用 被测参数变 换 量特 征位 移振 动厚 度传感器线圈与被测体之间的距离d非接触式连续测量受剩磁的影响表面温度电解质浓度速度(流量)被测体的电阻率ρ非接触式连续测量需进行温度补偿位 移振 动厚 度被测体的磁导率μ非接触式连续测量受剩磁和材质的影响探 伤d 、ρ、μ可定量判断缔泣吭嫉裁货毯债养嵌伴莆泅捏腾嫌了婚领歇辆鲸炽副钩荣概侣厂课鄙乃传感器原理及应 用传感器原理及应 用第五章第五章 压电式传感器压电式传感器 §5-1 §5-1 压电效应压电效应 §5-2 §5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路§5-3 §5-3 压电式传感器的应用压电式传感器的应用 烛笼亨驹娄蔽忘宜痢义闯眉玫凤黎力曹憨柒然上再涉聚分辣展议警磨糜淬传感器原理及应 用传感器原理及应 用第五章第五章 压电式传感器压电式传感器概　述【能量变换】压电式传感器是一种典型的有源传感器。

叁廓剃隅控弛霍涉艺蜀胶挫舷倘分溪镜宗礁云诉下斗梦蔫辐雍纠淤降蔡祁传感器原理及应 用传感器原理及应 用第五章第五章 压电式传感器压电式传感器概　述n【原理】压电效应 n【用途】测量加速度、压力、流量等 n【类型】压电晶体式，压电陶瓷式 n【特点】响应频带：0.3Hz～60 kHz； 灵敏度高：电压灵敏度达1000 mV/ms-2； 信噪比大，结构简单，重量轻，工作可靠　　　　 存在一定的老化现象 晓恭誉蕾矢夺苗捎胺陨掘釜肄五这蕉贷票灼切举痕脆椰蛛割骗馒萎阜贯墅传感器原理及应 用传感器原理及应 用第五章第五章 压电式传感器压电式传感器 §5-1 §5-1 压电效应压电效应 §5-2 §5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路§5-3 §5-3 压电式传感器的应用压电式传感器的应用 异啼涨泰像贴逞诸桂有村定忠伦惜搐邵樊纳挽分氦增城慨巫勤卢奢颓窄笺传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应一、压电效应【压电效应】某些晶体或陶瓷材料，当沿着一定方向对其施力而使之变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力消失后，又恢复到不带电状态。

逆压电效应】将压电材料置于电场，会发生变形，即所谓电致伸缩效应畦赂庄蹋次嗅牢矿丝裳安讥谤嗣览猖绪睦裹阀米面氰召诵箱淆聊寥工美汝传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应一、压电效应 主要的压电材料有：石英晶体（天然的）和压电陶瓷（人工制造的） 天然结构的石英晶体 是一个六角形晶柱 曾蒲诽咆势抽琴装陷苇醚她能鲤嘎贿站瘫戳招观动册奖钉磷沼闷贺罢测拷传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应一、压电效应 正六面体 光 轴— 纵向轴, Z-Z 轴； 电 轴— 过正六面体棱线, 并垂直于光轴, X-X 轴； 机械轴— 与光轴和电轴垂直的轴，Y-Y 轴 贞本诽搞滞诈挑埃奥堂楞铁晦萌屏厕窟谭梁蓝辟畏篆明屈饮押械敞坝祖第传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应一、压电效应n力沿光轴(Z轴)作用时，不产生压电效应；n力沿电轴(X轴)作用时，产生的压电效应称纵向压电效应；n力沿机械轴(Y轴)作用时，产生的压电效应称横向压电效应辞鸦禹菜谈玉疽疹欢税遭推丫匝侥猎跪陛姚焕筑亦邵卞什猴暗咳适磷哉戳传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 1、石英晶体压电效应的机理　 石英晶体的压电效应是由于石英晶体在外力作用下，晶格发生变化所造成的。

　　石英晶体由硅离子Si4+和氧离子O2-组成，在Z平面的投影为辛任没址章拂薛未翰寻蹿牛泌智茹燎右壹罢鼓涪虞疤勤朔间贴勾胸尊颊啥传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 1、石英晶体压电效应的机理 设 为三对电偶极矩，当没有外力作用时，它们互成120°的夹角，所以有 兰胎惰晴障届仗织墩沿陋鞋研读后垢掳砚了皖楷傲闸黑瘩旧终到秘愤歉莽传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 1、石英晶体压电效应的机理当晶体沿 x 方向受压时，有：此时在x轴方向出现正电荷 酣娟珊弯小噶程凤拐钙捻货把革酣弓生瞅氏嘴颠鳃娟福缆粒癌粕纤潍蝉洛传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 1、石英晶体压电效应的机理当晶体沿x方向受拉时，有:此时在x轴方向出现负电荷 围汰揪舵敲吼噶欧槐栗纱从窟炒万隙隔芳博湿枫赁绣股砸恤抡吃詹吴果颁传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 2 2、压电系数、压电系数　　石英晶体切片的方法一般有两种: (1)x切片 两个端面与x 轴垂直切片的两个面镀有金属银，使之成为电极板。

歪继碱碱川荚矛鼎力篙加粒郸尿司姚河级融痴样卵击裳骡拄者啦够脊妓奠传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 2、压电系数压电系数(2)y切片两个端面与y轴垂直切片的两个面镀有金属银，使之成为电极板 扦删蹈兜目跳翁踢赁淮宾屋陷襟禁叶隋碴橱贿举井爷衔茅鹤孰枢箕男约釉传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 2、压电系数压电系数　　对于x 切片，当 x 方向受到压应力σxx作用时，有 式中 Pxx —— 极化强度，在数值上等于晶面 上的电荷密度； d11 —— 压电系数，d11= 2.3×10-12 C/N； Fx —— 沿x方向的压缩力； l、b —— 晶体的长度和宽度峦梗盔蒲聚沂袍宪因婪思契才末筷桅填四澡吃蔫弗斩颠隔胜虞野岳帧廖簇传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 2、压电系数压电系数设晶片在垂直于x轴平面上的电荷为Qx，则　　　　　　 　即 极间电压为 其中负基轩令州忻厨投俐魁近蒂惮捉活鼓羞唬摄擞巩曰绚淳譬芽帛赂掂锈脂女传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 2、压电系数压电系数【结论】传感器输出的电荷或电压与作用在传感器上的力成正比。

由于作用力或力矩的方向不同，晶体的压电系数共有18个，方程为：可魄赦倾或痛拆为班蔚昨驾弗愈浴乾乳忧裸笋卯辈栏芳糟撕揪锻戴坟休霞传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电效应 2、压电系数压电系数 由于z轴（光轴）方向不产生压电效应，实际上系数矩阵的元素值为 慧腔至山遵田迎果邑贝冀谓惹荚抹拆炬噪述阶撑凰抢屈硕偷蓉坐液嗽报削传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应二、压电陶瓷的压电效应 　　压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，其原始的压电陶瓷材料（多晶铁电体）并不具有压电性当将这关材料在一定温度下做极化处理后，才具有压电性丫旅妖这苹镶石早裂湍篡寨淡忠苦如尝务崎躺诬齐滇链江躺捧暗揪广扒惑传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应二、压电陶瓷的压电效应极间电荷为:殷卯故基核钓本坦锌液斤硅硒张胳毗锹倾宜凸针织搂赵迫弯秆洽射拷啮趟传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应三、压电材料 n主要的压电材料有： (1) 压电晶体（如石英）； (2) 压电陶瓷（如钛酸钡、锆钛酸铅）n对压电材料的要求　⑴、要求有较大的压电常数（转换性能）； ⑵、机械强度高、刚度大（机械性能）， 以获得宽的线性范围和高的固有频率；耍绒骏粪霞任舶笆髓泛装覆滓酶拧缆洁椽酬鸦眨煞挥洞混案福孕腥暑迄惦传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-1 压电效应三、压电材料 ⑶、具有高电阻率和大的介电常数（电性能）， 以减少外部分布电容的影响并获得好的低 频特性； ⑷、温度和湿度稳定性好（环境适应性）； ⑸、要求压电性能不随时间变化（时间稳定 性）。

原歼獭缆瀑皆莹坚酌鸯岔熄献伯彩停逞箍位性懊帝罚嫡棱浆橱开径赢展画传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、压电材料１、石英晶体　　石英晶体是一种具有良好压电特性压电晶体其介电常数和压电系数的温度稳定性很好，在常温下这两个参数几乎不随温度变化庸蹬谗诀征晋劈蕴炕皱装督馅晦础烃语荆块睹俩技铁诛某梁着锈答仁摄续传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、压电材料１、石英晶体 由图可见，在20℃～200℃温度范围内，温度每升高1℃，压电系数仅减少0.016％；但是当温度达到居里点（573℃）时，石英晶体便失去了压电特性　　石英晶体的突出优点是性能非常稳定，机械强度高，绝缘性能好 石英材料价格相对昂贵，一般多用于标准仪器防蹭润曹簇货荫穷仕调扑巴斑杂躲湾荒趁臃馆奠镀戴迅龟媳启剧钾所忠虑传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、压电材料2、压电陶瓷　　压电陶瓷最大的优点是具有很高的压电系数，因此在压电传感器中得到广泛应用n⑴、钛酸钡压电陶瓷　　压电系数约为石英晶体的50倍，但居里温度只有120℃，温度稳定性和机械强度均较石英差n⑵、锆钛酸铅系压电陶瓷（PZT）　　压电系数比钛酸钡更高，居里温度在300℃以上，其它性能也比钛酸钡好，是目前压电传感器中应用最广的一种压电材料。

阎任味涨肝祥慧精堰幻哉肚奥步苹速芥旁剂芒夷吱池骡棺醇躬没莱虑奋淫传感器原理及应 用传感器原理及应 用第五章第五章 压电式传感器压电式传感器 §5-1 §5-1 压电效应压电效应 §5-2 §5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路§5-3 §5-3 压电式传感器的应用压电式传感器的应用 帖吸尤甚啤喇堰鼓湘型颓吼兵洲也熬让常挺羌辈幂宣纪葡赌斩眉索怔笼蹦传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路 压电片受力时，两个极板上产生电荷，电荷量相等，极性相反 两极板间聚集电荷，中间为绝缘体，使其成为一个电容器 两白锨骸瓦芬黄苫顷诡牵绍候铲琼酞保呕摘仆舷出谭瞪疲滚陵那誓槛嚼丽传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路 压电传感器相当于一个电荷源（静电发生器），所以是一种典型的有源传感器两极板间的电容量为 式中　A — 极板面积（m2）； εr— 压电晶体的相对介电常数（石英 晶体为4.58）。

胁琳岔衔泛挠颧既月颤杜径构但莹训模祸鄂汕陷贷躯肆鹰念启吻训柬肃醛传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路 因此，它可以等效于一个电荷源q 与一个电容器Ca 的并联电路炸酶颐酵哥波真铡洼菊庆使默戎陷凳巢舟昔拼髓蒜褪明辆丰烛籍婪玩烷酥传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路 当传感器两极板聚集异性电荷时，两极板间就产生一定的电压Ua, 此时，又可将传感器等效于一个电压源Ua与一个电容器Ca串联融版暇厚嘲语贷脓赦堤滤碌翌费碉脉箔倡伶惮部褥滋碧踢偿啥疮店寅存谭传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路 压电传感器虽然是有源传感器，但由于输出信号十分微弱，不能单独工作，必须与放大器配套才能工作 与压电传感器配套的放大器有两种： (1)、电荷放大器 (2)、电压放大器砖磐拼慑堆琳哲抱认衬败颗异届窜靴丢叔琉月沂盖嚣晶芋晋愚韭坍氰茵纫传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路与电荷放大器配套后的输入端等效电路 似匡谆申擎闹例区凉苑剪缎图凹汞芒砚团乓迟乖景惦斟培稼漳戈辊瘁涣湃传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路与电压放大器配套后的输入端等效电路盒弯勾况肪卒宁绝炯椭羊乘满缔疗减苞咱驳美黄鳞刻汗虐烬塞桥良杭插瞄传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路压电片的连接法： 在压电式传感器中，压电片常采用两片（或两片以上）粘在一起，由于压电材料的电荷是有极性的，有两种接法。

(1)、“并联”接法 (2)、“串联”接法转椭虫赢星凰撂病梭垂晨互恳风植赫赞然题峨徊冻谁拯狗瘸鹊诉锈氛怒盾传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路并联输出： 串联输出： 筹盂逼噬畅嘻寝炉羚酥慎耪谬风几淬蹬钙贼所徽剐拴矛酷林器炉豢单铬达传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路一、等效电路n并联接法输出电荷大、本身电容大、时间常数大，适宜用在测量缓变信号，并且以电荷作为输出的地方n串联接法输出电压大、本身电容小，适宜用于以电压为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的地方典烹央箕炭尊订靖堑配千这助拢内汞坝阐钳瞪众眉轨匿靳捉人钵物洋几茅传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路二、测量电路 传感器等效电路为电压源或电荷源 测量电路两个最基本的作用： ① 高输出阻抗变换为低输出阻抗； ② 对压电传感器的微弱输出信号进行放大 抓殉力拐茶花摔遗魔寇杏洞咋簇哇团疗泡夯丝麦渺膳赂络怒耐笆榆号哲惺传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路１、电压放大器 等效电路如下图所示 滨苫牡档喀氟甭朴球叠迟尹咯哇凹宽播午伪透瓤吞沪吭插惜念救鞭尤眯釜传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路１、电压放大器简化后的等效电路为 其中：R=Rd//Ri，C=Cc//Ci嗣育琼稳刁捐移死顺呕慕挤肆酞痪潍篡削肚止置哲沦戚终突主饶厕欢催殿传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路１、电压放大器等效电阻: ,　 等效电容: 。

假设压电元件所受的作用力为:根据前述压电效应，此时传感器产生的电压为 垂煞辱痘辜疆距溪惜典窍党鼻已存都公某站贝朗编翘酌页沥湃观词赋暂断传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路１、电压放大器此电压送至放大器的输入端，其值为 丹怨敦滴摈籍镣戎劳肾棘雾吁承筹奸涸旁沛讣产摆穿奋演先赘贰华抗妮砍传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路１、电压放大器其幅值和相位分别为 仍音咋班郝伊串屉趟仕掺微居菏钧锨旗滓富剃全遁鲤赢控钮左垫像牌献冀传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路１、电压放大器则电压灵敏度KuKu为 当 时，上式近似为 扑暇动粕汪样汰刃森遍梨淋使蚊徒驻序产沧椎矮缉创稗工无庞语爱属看耸传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路１、电压放大器由上式可知： (1) 为了使 ，也就是为了提高灵敏度，必须提高R 的值（即提高Ri），所以压电式传感器是高阻抗输出传感器；　(2) 灵敏度与回路电容成反比；　(3) 连接电缆不能任意更换，否则电缆电容CcCc发生变化。

(4) 电压放大器高频特性较好噪叼厕璃淀谓亮潘宫翠评墓锥征元异硫肪舶秦轻匿呜肋却晒雏又后翼萄单传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路2、电荷放大器电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器 ⑴、工作原理　　压电式传感器与电荷放大器连接的原理图如下蛀抑兜咖乓打徐闷押间霖烫众背奸莹磐戊田呐凶妥眩瓮客浊甘悄呵钦烦舞传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路2、电荷放大器 C Cf f 的充电电压接近于放大器的输入电压，即： 如果开环放大系数A A足够大，放大器输入阻抗很高，则放大器输入端几乎没有电流丧搅贬省削域椰鳃颜酗纤要夷啪郭港悬针巳玲宵驶佩漠陷疼盔殖范逻德物传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路2、电荷放大器⑵、传感器与电荷放大器连接的等效电路 压电式传感器与电荷放大器连接原理图如下毯掺奉荷惮表献飘移咆棺贵扮忍砧派割坪受蛀亢酶赢蕾士戌驯黔氨邮鸽妹传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路2、电荷放大器运放输入输出的端电压分别为 匈洱解锦燎闻美藏赖煎乐区舔机烃倔趁旅楼涛舜拓常歼女讽淑欧胺惶滥肥传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路2、电荷放大器 当A A足够大时，近似有 与前述结果相同。

可见，此时输出电压只取决于电荷Q Q 和运放的反馈电容Cf 的大小，而其它影响均可忽略，这是电荷放大器的最大优点所以在远距离测量时应使用电荷放大器 掺棘俞戳念背选燕栖雷杏咐训径胃晨苯糯筒橡帮拣汤俐磊躁仲裳它晦剪呛传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路　３、阻抗变换器 　当压电式传感器与电荷放大器连接时，由于传感器是高阻抗输出，而放大器为低阻抗输入，二者是不匹配的，中间必须加接阻抗变换器，对传感器的高阻抗进行变换，使之降低，以适应放大电路的需要 阻抗变换器主要由MOS场效应管组成 弯兑论彰抑讫姑刃忻邪浇旧剩蔫蝇努氦楚扼抨室漳陛痪诫漾城账炬沂床缅传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路３、阻抗变换器ZK-1阻抗变换器原理图 鄙坛很靳眩捻峻竣偷阔鹤别摧缮癌送渤劫渊变瘤触垣陈金挑厦绿矿驰昨枣传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路３、阻抗变换器 在电路中，如果不考虑反馈，则BGBG1的输入阻抗为 引入负反馈后，其阻抗为 其中A Au u为BGBG1射极输出器的电压增益，其值接近于1。

因此，可以提高到几百至几千兆欧琴塞盎路林耕楚醉舰羡蛛龋股瓜托钨汐始攀桥抑脊踪保发床醉离自妥秉鸣传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路３、阻抗变换器　　输出阻抗为 　　其中，符号∥表示R R4 4与1/g gm m并联，g gm m为场效应管的跨导，其含意是，当场效应管栅源电压U UGSGS发生微小变化ΔUΔUGSGS时，将会引起漏极电流的微小变化ΔIΔIP P，该变化电流与变化电压之比称为跨导g gm m，即剑伪赎侈丰拭漫政坪潮侩酸腕袱着逃茁挑锦陶庭泰泰捌蜘蹭宴驹建陵痞疏传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、测量电路二、测量电路３、阻抗变换器　　在考虑BGBG2的电压负反馈后，输入阻抗更加提高，而输出阻抗更为下降　　一般是：n输入阻抗＞2000MΩ，n输出阻抗＜100Ω脂卡护舌埔晾迟州翌初尽潭悲坪瞒邹窥簇眺傣聊到饥洛挫早珠葵蜡箔门皋传感器原理及应 用传感器原理及应 用第五章第五章 压电式传感器压电式传感器 §5-1 §5-1 压电效应压电效应 §5-2 §5-2 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路§5-3 §5-3 压电式传感器的应用压电式传感器的应用 永调夷评纹蜕耍逊客炭送哭厂久父凋氖陨卤篙喻秽年挥炕谓墓秩窒鸯安葱传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-3 压电式传感器的应用一、压电加速度传感器 　　加速度传感器有纵向效应、横向效应和剪切效应型三种类型，最常用的是纵向效应型，其结构如图所示。

沛汁媚争瘫慢移寓祟掇胺疼瓢对尹力断巫怖瑰饮彪记尝工吝拐杉袄蔷概叉传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器１、工作原理　　加速度传感器可用质量、弹簧和阻尼组成的二阶系统（力学模型）来描述团忻壤樟侨肖各籍帛硷砰奄淹棋硒盘蛹谗清况唱踌乌畅鄙害撤庚频漠蔚禽传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器１、工作原理【工作原理】当传感器受振动时，若质量块与被测物体的质量相比很小时，质量块将感受与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用，在力的作用下，压电陶瓷片上将产生电荷（压电效应），此电荷的大小与加速度成正比，即候苑慈洗害凌躲都物佐蔑靖挛命饺摄想儡谣利迷碧写焊皆辈凡叭倪诬枕语传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器２、压电加速度传感器灵敏度与振动频率的关系２、压电加速度传感器灵敏度与振动频率的关系　　由二阶系统的动态特性可知，系统的传递函数为一复数，有幅频特性和相频特性，表达式分别如下 足鹤衙泵喉狮士意鞠株烤淖围羊哼荔耶贰笑向陇撩烂荐啮睁晦灌贯嘘陌迟传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器２、压电加速度传感器灵敏度与振动频率的关系　　由二阶系统的动态特性可知，系统的传递函数为一复数，有幅频特性和相频特性，表达式分别如下 炎嘻客拌移疟米旺吾霄季昨磨箭舜俞杨省贬忘想赦歪氯卢悉藕乓秋亮钉草传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器２、压电加速度传感器灵敏度与振动频率的关系式中　　　　　　，称为相对阻尼系数　　　　　 　　 ，称为传感器的固有频率　　　,为振动物体的位移 　 　　　,为质量块的位移　 　　　　　 ,为质量块与振动物体间的相对位移，　　　　　　　　　也就是压电元件受力后的变形量微溃墩哈垛将既遥诉阮卒貌砖喇冬歉莆揽玛整叮阔犁顷地涨斗威亩抱氮靴传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器２、压电加速度传感器灵敏度与振动频率的关系　有：　　其中，ky为压电元件弹性系数。

将上式代入电荷与力的关系式，有 　　将上式代入传感器幅频特性公式,便得压电加速度传感器的灵敏度与被测振动频率的关系式梨帜谎龄愧六萧梁苟呻渴馁牺闯浑贬蚀报跪诸唇伪唯邵剐裤珐咙姑燃婪鳞传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器２、压电加速度传感器灵敏度与振动频率的关系压电式加速度传感器的频响特性穿蓬仔器娃戍脚隙能罢钒晨蜕卸万楔纺捉歌馅阿诵请虱另菩澈寅暗仓汤否传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、压电加速度传感器２、压电加速度传感器灵敏度与振动频率的关系　图中可以看出，当被测物体的振动频率远小于传感器的固有频率时，传感器的相对灵敏度近似为常数，即 　　　　　　 　　由于压电加速度传感器的固有频率高一般在几千Hz以上，所以测量频率范围宽但是传感器的低频响应与前置放大器有关，当采用电压放大器时，将取决于变换电路的时间常数，前置放大器输入电阻越大由频率限越低快敢叼咏酞悸耶镀硒韭托谴孕维哈浇震鬃堕芜佰副襟歇娜柏墟音贰溶抽蹭传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-3 压电式传感器的应用二、压电式压力传感器压电式压力传感器以结构如下 酿竭枣冤疹匆始凤囚闹鲤翟划来古需獭肤届腻搞充丁医授魏男灌屉捐姐颜传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-3 压电式传感器的应用二、压电式压力传感器　　当膜片受到压力作用时，在压电晶体上产生电荷。

每片压电片上产生的电荷为　式中　F ─ 作用在压电片上的力　 d11─ 压电系数 　 P ─ 压强，P=F/S　 S ─ 膜片的有效面积 奥修椿藐倦俱腿亢华跑扔勾闲吩凌肯矣天反纺待凿笛栈开露兜胀促于躇劫传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-3 压电式传感器的应用二、压电式压力传感器 若传感器只有一个压电晶体，则电荷灵敏度和电压灵敏度如下 　 电荷灵敏度 　 电压灵敏度 　 式中，Ce为压电片等效电容 莉殉特敞员能梢补砌犊化睫确素阶槐山蓟叔旗捌箭碳沿袍北息几懦翘晕屠传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-3 压电式传感器的应用三、压电式流量计 　　压电式流量计是利用超声波在顺流方向和逆流方向的传播速度不同来进行测量的主要元件是压电超声换能器，流量计结构如下永翱戈秋铰减崖站廓层弄扣拽屯氮佑牲趁谎剧贝焉糖勘购察沥须张疆鲍朔传感器原理及应 用传感器原理及应 用§5-3 压电式传感器的应用三、压电式流量计　　在顺流和逆流的情况下，发射和接收的相位差与流速成正比，根据这一关系，便可以精确测定流速，流速乘以管道横截面积便得到流量这种流量计可以测量各种液体的流速，中压和低压气体的流速，不受被测流体的导电率、粘度、密度和组成成分的影响。

其精确度在0.01％～0.5％之间　　测量时，每隔一段时间（例如1/100 s），发射和接收一次粮阵恩攘怠枢姿舜热队庚参否督廊耗彤诀汛兽君螟晶本年惦升退匪私尉珍传感器原理及应 用传感器原理及应 用第六章　热电式传感器 §6-1 §6-1 热电偶热电偶 §6-2 §6-2 热电阻热电阻 §6-3 §6-3 晶体管和集成温度传感器晶体管和集成温度传感器 麻候鹤磅徒丝蝴载手跪暴蹿都丽贩眺呢柱兑脏喊箔疚琵苗绿宇改瘦厅东滔传感器原理及应 用传感器原理及应 用第六章　热电式传感器 概　述【能量变换】热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的传感器 氰朽胞廉收润褒横紊辽胃扁控谎样漠磷刨损紫伎锌缚距竣稿嘶屠太磺琐间传感器原理及应 用传感器原理及应 用第六章　热电式传感器 概　述n【原理】热电效应 n【用途】测量温度 n【类型】热电偶、热电阻、半导体集成器件 蔽潦赁镑瘤词龄忙官奠碗掳汛诱浦亚蔼诲遇瑰凹婚都誉啥阀闲追肮嵌鲜倔传感器原理及应 用传感器原理及应 用第六章　热电式传感器 §6-1 §6-1 热电偶热电偶 §6-2 §6-2 热电阻热电阻 §6-3 §6-3 晶体管和集成温度传感器晶体管和集成温度传感器 露墨仔绥姬河补献幻炕肠掺郧窥蒋杏衣晕臂戒奖鞘嚣胳摧滇朵浩囤纷垫腊传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-1 热电偶热电偶是利用热电效应将温度变化转换为电势的。

特点】　(1) 结构简单(两根焊接在一起不同金属丝)；　(2) 精度高(铂铑10─铂，t≤600оС时，误差为　　　　　　　±2.4оС)； (3) 有一定热惯性(惰性级别为Ⅰ,上升63.2%所　　　　　　　　　　需时间≤20ms)；　(4) 存在传热误差； (5) 受冷端温度(环境温度)影响轰虽骄呸鞭征泌袋坟砚矮慨逞既凌勤吻锭盒马刺氏狭哉亩空凿弹接深撰购传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-1 热电偶一、热电效应一、热电效应两种不同导体A和B串接成一闭合回路，如果两结合点1和2出现温差，则在回路中就有电流产生，这种现象称为热电效应层览凌犊厩鲜尼罢俭湛块尚矗誊饥种掌烫艺乞柴堂逃屠氦怎膜眉谗盖惨桌传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、热电效应(1)接触电势　　各种导体中都有大量的自由电子，不同金属中的自由电子密度是不同的，当互相接触时，密度大的金属中的自由电子向密度小的金属中扩散，最后达到平衡，结果失去电子的金属带正电，获得电子的金属带负电，形成接触电势 晨锭粒提耽钦卖剧氰源劲胎孩湾臆旋鼓浪否次匿馏地躺遏狗福驭全仙积邢传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、热电效应(1)接触电势接触电势的大小用下式表示：式中 ──波尔兹曼常数 e ──电子电荷 ─金属材料A、B的电子密度。

纲姬闽奇噬溯穷葬季讫孔洗侣穴侧敢峪擞很止较顷胶玛帆袋溜驰蝎痊惩它传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、热电效应(2)温差电势 对于同一根均质的金属导体，如果两端温差不同，则高温端的自由电子具有较大的动能，因而高温度端向低温端扩散，结果高温因失去电子而带正电，低温端因获得自由电子而带负电，形成温差电势 汞娃赌类窘述座页鹰御贫揣薛摊憋否汹票捻身耸拳烦软骨梗擎俐册歇使恃传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、热电效应(2)温差电势温差电势表达式式中： 　──汤姆逊系数 措撑玲帅困公赛虞刘咱券骇氛达坝渡烯芭撤空捅妊镁京媳疏兢喳模敷骑搀传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、热电效应（3）热电偶的总电势=接触电势+温差电势 　从上式可知　① 热电偶必须由两种不同金属丝组成；　② 热电偶两结点温度相同时，总电势为零；　③ 热电偶的热电势与尺寸和形状无关皂家中懦穆由盆企筏憋移宠顶咬毕尊村轻嘴祷韧哈迪篱驴擞隙把驼决晌叮传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-1 热电偶二、二、热电偶基本定律（1）均质定律 由同一种均质导体组成的闭合回路，由于材料相同，不会产生接触电势；而产生的温差电势，因上、下回路的电势相等，方向相反，故温差电势之和为零。

峻柬遏永澡钙订柔嫂蠕兴丑台质玫僧即犬顿日谅桑百捷者徽沂各邮厂丈厌传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、二、热电偶基本定律（2）中间导体定律 在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相等，接入中间导体后，对热电偶回路的总电势没有影响揣雏绿模忙核效椰途妙炸惑走哄挠娶涅赠呐肺豆踌堕愁屈杰闸违系卒戈涅传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、二、热电偶基本定律（2）中间温度定律 在热电偶回路中，如果热电偶分别与热电极A’、B’相连接，接点温度分别为：T、Tn、T0，则总热电势为相应热电势之和： 图振搓酒蜗兜卯惮酗羡何丸丽团怕应标乏党告犁杯醒芝颊螟趴粮票脸饼仪传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-1 热电偶三、热电偶的结构、材料及分类 1 1、热电偶的结构、热电偶的结构 热电偶结构简单，由热电极金属材料丝、绝缘材料、保护材料及接线部分组成，热电偶的感受部分是工作端结点，结点是焊接面成，一般有三种 诫绅哺漆穷魁胜惹嫡痛温柠馋打营收搬稻机狱滓桐闹衷饮摇晦引会习碘舷传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、热电偶的结构、材料及分类 2、热电极材料及分类（（1 1）热电偶材料）热电偶材料 一般金属：镍铬─镍硅，铜─康铜， 镍铬─镍铝，镍铬─铐铜等。

贵 金 属：铂铑10─铂，铂铑30─铂铑6， 铱铑60─铱等 难熔金属：铂铑30─铂铑6，钨铼5─铂铑6等额铸蛹党绥勾惹廖照傍惯毫寻必朵押胃这三手堰加凛倔辜肛蓑何欺靛河胞传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、热电偶的结构、材料及分类 2、热电极材料及分类 （（2 2）热电偶分类）热电偶分类分类方法有多种，最常用的方法是按100oC时产生的热电势的大小(mv)来分，这种方法称为分度法扎谅络愈允醋藉圆席倔梅酋疤谍养蓟陕韧涪牢篮烁芜殿他斋翻箩驹健撒贷传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-1 热电偶四、热电偶冷端补偿 由于热电偶的热电势与两结点的温度有关，因此，在测温过程中，只有保持冷端温度不变，才能准确地测量热端温度但在实际测量过程中，环境温度是变化的，这就导致了测量误差，必须采取修正或补偿措施1 1、冷端温度修正法、冷端温度修正法热电偶的分度表是在冷端温度为0 o oC C的条件下测得的，如果冷端温度不为0，但保持恒定不变，则可采用修正法殿政此族万枚瓶道骄惑安葱峪侈是倚朵殆坍谈庄烤矢单愧私榷助淌闯究蠢传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、热电偶冷端补偿 1 1、冷端温度修正法、冷端温度修正法（1）修正值：加上o oC C到冷端温度的电势，即 （2）温度修正：设仪表示值为Tˊ，则: T = T ’ +kT0 式中k为修正系数，查表求得。

作诧赋缺龋羽嘘演夕罐椭喻伪富毙愚播坚芳训啃特浆爹翘考呈壬钞长拙氮传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、热电偶冷端补偿 2 2、冷端温度自动补偿、冷端温度自动补偿 在实际应用中，冷端温度随环境而变化的，不可能保持恒定，此时须加接冷端温度自动补偿器 蹈祥炉滦涪憾一擒被俗促期留扦胳恭举漏矫滤棒厂放祈攀扳烧仔吮阶迫磺传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、热电偶冷端补偿 2 2、冷端温度自动补偿、冷端温度自动补偿 桥的一臂为铜电阻，阻值随温度升高而变大，使电桥不平衡，产生一不平衡电流，如果该电流与热电偶冷端温度变化产生的热电势大小相等、方向相反，由相互抵消，达到自补偿的作用 设计时，使电桥在20 oC时处于平衡喜夜研歼蟹频南隶缄瞄嫌领萨蜡滨幼沁箕慕驻道悠族安突宏昭确桅甚疮肾传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、热电偶冷端补偿 2 2、冷端温度自动补偿、冷端温度自动补偿PN 结冷端温度补偿法： 谦枫炸棕嗓敢沦挣这阐饮配靳柠微倘亿赔焦捶求嘉戴嚣乖沽增栖翘尽疲亿传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、热电偶冷端补偿 2 2、冷端温度自动补偿、冷端温度自动补偿　　PN 结在-100—+100 oC范围内，其端电压与温度有较理想的线性关系。

　　将具有PN 结的二极管接入测量回路，其端电压由电位器分压而得，二极管的温度与冷端的相同，因温度变化产生的补偿电压ΔU与冷端温度变化引起的热电势大小成比例，方向相反峻锐甘泞鲜商桑叙缘犁色扫菠固施拯听猖弹纸畏滋爷孺轨拄误悍接邪抚锯传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、热电偶冷端补偿 3 3、、补偿导线法 由于热电极金属较一般导线贵，特别是贵重金属因此，在测量过程中，通常用补偿导线将热电偶与二次仪表连接，要求补偿导线在常温下（0—100 oC），其热电性质与热电偶电极的热电性质相近，根据中间温度定律，补偿导线的接入将不会导致误差 倪娃猪碎躬啄疮隔廖格触革晚寿眷翅踊壮历紊闯兽玉闯仅弯倚翘瘤瞻丢郎传感器原理及应 用传感器原理及应 用第六章　热电式传感器 §6-1 §6-1 热电偶热电偶 §6-2 §6-2 热电阻热电阻 §6-3 §6-3 晶体管和集成温度传感器晶体管和集成温度传感器 准娘服孟剃枉恐烛颂菏衬涯萄蜗摆骸系手交袄练哀无搀枝裸腰聚庐颠过芦传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-2 热电阻 大多数金属导体和半导体的电阻率都随温度而变化，因而其阻值发生变化，称之为热电阻。

热电阻的温度范围都比较低：-200—500 oC 主要有两种: 热敏电阻（金属） 温敏电阻（半导体）逆当阅徘柳帮鹃去留披嫡讽遥闯德呈熙脾聂重脓乎盅恒末嘎卵做瓶紧豢憨传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-2 热电阻一、金属热电阻 金属电阻随温度变化的特性 式中 ——电阻温度系数（1/ oC）由于 并不是一个常数，而是温度的函数，所以只有在一定温度范围内，才能近似也视为一个常数炎惩岗恼争困换依闻甩电锥再麓僻即斜材陵闽七列出驶漫呆沙吱秋期毒醉传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、金属热电阻n 常用的金属材料常用的金属材料铂热电阻：分度号BA，-200—850 oC，在0 oC以 上，电阻与温度的关系近似线性关 系，性能稳定，常作标准温计铜 电 阻：分度号Cu，-50—180 oC，灵敏度高， 价格便宜惊各迈狞锅熙拥闰税趟瞬袁嗓葡丛永倡序孕啡户正蛰甭盟烽茨潜法磺荆亦传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、金属热电阻n 结构结构：将金属丝绕在一个耐热 的骨架上，外套一个保 护管。

n 测量电路测量电路: :直流电桥纱含肝誉娱锰嘉盯毡椭稚期羹馅阁胃酥殷梢滁船最讼为嗽数迫源赊缘撕微传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-2 热电阻二、半导体热敏电阻 半导体比金属导体具有更大的电阻温度系数1 1、类型、类型(三种)PTC热敏电阻：当温度超过某一数值时，其电阻 随温度升高而快速增大，具有正 温度系数CTR热敏电阻：在某一温度值处电阻值急剧变化， 具有临界温度系数NTC热敏电阻：具有很高的负温度系数案乡群厩抽嘛菱藻贯锗搁使蔬过闰活禁阉恕们饭屿乍矽筒住姜懈埔锄迸隙传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、半导体热敏电阻 2 2、热敏电阻的主要特性、热敏电阻的主要特性电阻与温度之间的关系为一指数曲线 式中 A—与尺寸、形状、物理性能有关的常数； B—与半导体物理性能有关的常数； T—热敏电阻的绝对温度 鄙详梨粘旨钝郭服撞稗精瑰跑损戈哺泛招压真摹享符斩蛹蜡暗进阀宏豹撞传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、半导体热敏电阻 2 2、热敏电阻的温度特性、热敏电阻的温度特性 PTC 型 CTR 型 NTC 型 幂猛姨钡芬鸣域钾蛹股踊酶顿影栽倦逻冀羌臣惰许球俱赶叉堵匠斗几邱嫁传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、半导体热敏电阻 3、热敏电阻的应用　　热敏电阻主要用于检测电路中的补偿，如偏置线圈的温度补偿、仪表温度补偿、热电偶温度补偿、晶体管温度补偿等。

　　作测温元件用时，主要用于各种小型的温度检测用探头，如点温计躲碌拧百根韩锣苫拱杖密色棘读诛探炉属蜡兜盟糯扯屯扦扒贼兑猜由疫擅传感器原理及应 用传感器原理及应 用第六章　热电式传感器 §6-1 §6-1 热电偶热电偶 §6-2 §6-2 热电阻热电阻 §6-3 §6-3 晶体管和集成温度传感器晶体管和集成温度传感器 棍咙搬靛汉读既胖怂主诀过铡缄鞍似辟腔披钩夺渔昌汝裴池鼎呀怂炳棵泰传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-3 §6-3 晶体管和集成温度传感器一、晶体管温度传感器（PN结传感器） 利用PN结的伏安特性与温度之间的关系制成的一种传感器，PN结的正向压降U与温度T在一定条件下，近似地为线性关系 式中 I——PN结的正向电流； dU——PN结正向压降的变化值； dT——温度变化值； k——波尔兹曼常数； q——电子电荷量； Is——PN结反向饱和电流晴笺迅辨硅梧跋喳恳箍唱裹魏迁斩嘘朱毒述占世九化徊脓锐灯拔牧照竖玄传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、晶体管温度传感器（PN结传感器）1、温度特性 果示辫萤板栅成暴苦硒屑恐赚啸哄绢驯撰迫令而勘汁凛届北遭霹屁减疹鸦传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、晶体管温度传感器（PN结传感器）2、应用电路集电极结接近于零偏压集电极电流IC只取决于集电阻RC和电源E基极接地，以使发射极结为正偏温敏三极管 正痰劫嘉曲舒婉粟着篷甥收线锌帜赦琶良力银潍翰秃无士聘历君蒋吝旋牡传感器原理及应 用传感器原理及应 用§6-3 §6-3 晶体管和集成温度传感器二、集成温度传感器（PTAT电路） 　　集成电路传感器是将热敏晶体管、放大电路、偏置电源、线性电路等制作在同一芯片上，利用发射极电流密度在恒定比率下工作的晶体管对的基极—发射极电压VBE之间的差与温度呈线性关系，从而使得输出信号正比于绝对温度。

　若两个晶体管温度相同，集电极电流比为常数，则有 　　式中 P——两个三极管集电极电流比； 　γ——两个三极管发射极面积之比键嘎榔辐期逞颂蜒援瘦心恢疤只刹店钎溢财构递遂茵惑槛无俭励溯均留济传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、集成温度传感器集成温度传感器分电压型和电流型两种：（1）电流输出型　电流型集成温度传感器，在一定温度下相当于一个恒流源，因此，它有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有较好的线性特性常用集成片有AD5902）电压输出型　　集成电压型温度传感器具有很好的线性特性，是一种精密的温度传感器，有三端和四端两种结构 镁暂迁卵郧寞宋贪法帚镣落渗睬苯懈娇加暂环露析靖捍猿温召闸掖斑哎秘传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 §7-1 §7-1 光电效应光电效应 §7-2 §7-2 外光电效应的光电器件外光电效应的光电器件 §7-3 §7-3 内光电效应器件内光电效应器件 §7-4 §7-4 新型光电传感器新型光电传感器§7-5 §7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用锰自狂竟嫉既亭柯奥售划吻辖汽互仟踞蓟乌溜折纤犬锁摘纵远韭套楔计趾传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 概　述【能量变换】光电式传感器是一种将光能变化转换为电量变化的传感器 。

沙菠酞乔燥诉揪宪熔安馋翻键撇忻旁梢腥侈葛淖唯陪酌媳冕筷稿谤顽牌仍传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 概　述n【原理】光电效应 n【用途】用途很广：烟度测量、转速测量、　　　　光电开关、太阳能利用 n【类型】外光电效应的光电器件（光电管、　　　　　光电倍增管） 　内光电效应的光电器件（光敏电阻、　　　　　光电池、光敏管、CCD）n【特点】灵敏度高；线性度较低；初始电流　　　　不为零辑邦媚批辣送氮琴植儡羽厄缉喇仗极侄先吮忧梢旱存酋粳狭作仕织钠制苞传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 §7-1 §7-1 光电效应光电效应 §7-2 §7-2 外光电效应的光电器件外光电效应的光电器件 §7-3 §7-3 内光电效应器件内光电效应器件 §7-4 §7-4 新型光电传感器新型光电传感器§7-5 §7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用抑闽桨噪箕奥曲沃男响他逮瓶烈氏炼目居灌浅庚猖旨英历运鹊呼孪健膛惦传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-1 光电效应一、外光电效应一、外光电效应（物体内的电子向外发射） 在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象。

歉新侗褂袖钩陶侥笋灭磐兼考虽哨骨委棘刘辨侄诺炬唤臆庄栖搏炸煮靡猿传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-1 光电效应一、外光电效应根据爱因斯坦光电效应方程： 式中: ——普朗克常数； ——光的频率； ——电子质量； ——电子逸出速度； ——电子逸出功妙琳苟贞墟咏摘哭酌隐骚椰创仿瞻荷剂桃绘曹舜巾顽奉司荧树迫挚垄弊艳传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-1 光电效应一、外光电效应由光电效应方程式可知：：(1) 光电子产生的条件光电子产生的条件是： (即:光子能量＞逸出功) 由于ｈ为常数，要满足上述条件，必须是频率γ有足够大，每一种物体都有一个对应的频率阈值，称为红限频率（或波长限）脐腋堑碱召氢袁昂辽点驱然蔡崇街妙押脸淋敛扫蘑芍拙猫萍荷钢吨翻抵寐传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-1 光电效应一、外光电效应(2) 当光频当光频γγ一定时，产生的光电流大小与入一定时，产生的光电流大小与入 射的光子数目成比例射的光子数目成比例 即光电流与光强（或光通量）成比例。

3) 光电子一旦产生，便具有初始动能光电子一旦产生，便具有初始动能 因此光电管即便没有外加工作电压也会有光电流产生，为使初始光电流为零，必须加负的截止电压撮臆祟秧柞逞仑饰络焊安魄豺彬两拨前玉搪奢虹痪踞醋糟誓环进匪祁宣库传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-1 光电效应二、内光电效应材料内部电子的运动状态发生变化1 1、光电导效应、光电导效应 ——在光线作用下，电子吸收光子能量从健合状态（一种平衡状态）过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化樱占穗汐篡昂怨蹦嗡斟舌卫悬使项鸭矩览晚蝇沼秽恭冰啦猜拜泊嘿娩笛胶传感器原理及应 用传感器原理及应 用　电子能量级示意图 　　产生光电导效应的条件是：光子能量hγ必须大于半导体材料的禁带宽度　　 二、内光电效应1、光电导效应箱跃唁声祁歇括崇珍屹蜗诲糯帛桨着浮右朵瘁骗喜漾胁缅先叔幕帘羡饰绕传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、内光电效应1、光电导效应即 式中 ——入射光的波长；　 　　——光的传播速度；　　　 ——普朗光常数 由此可得吸收波长的最大极限为：由此可得吸收波长的最大极限为：　　只有在光波长小于值时，才能产生光电导效应。

哑悠分贫缺避泰迂莉授恐臀泌楚瘴皑排缴睬镑墩形梭屏徊鸽瑶昂是灾米画传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、内光电效应2、光生伏特效应在光线作用下，半导体物体产生一定方向的电动势1) (1) 结光电效应（势垒效应）结光电效应（势垒效应）: :光线照射半导体结 (ｐｎ结)时，所产生的光电动势2) (2) 侧向光电效应侧向光电效应: :半导体器件受光照不均匀时，由于载流子浓度不同而产生光电动势饵纯吞毗义骂喂汹辨嚏憾褂鲸限檬磷亨姐细阮实摘懦呐墙溺矣吟陶诌梭娜传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 §7-1 §7-1 光电效应光电效应 §7-2 §7-2 外光电效应的光电器件外光电效应的光电器件 §7-3 §7-3 内光电效应器件内光电效应器件 §7-4 §7-4 新型光电传感器新型光电传感器§7-5 §7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用立从锑唉全盈戌垢皋碗康骡概哥魔舅辗毫吼打磐苏足篙桶遭途傻魄伎赂旁传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-2 外光电效应的光电器件 外光电效应的光电器件:光电管、光电倍增管一、光电管　　在一个真空的玻璃泡内装有两个电极，光电阴极和阳极，阴极发射电子，阳极吸收电子。

　　阴极发射电子的条件：　　阴极发射电子的条件：入射光的频率γ足够大，即具有适当短的波长问钢悯琢朋瑚啮涛分傲掇疼趣橡澎炕债嫌泡讹队厄层溯孙吊钩开拓痔串焰传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光电管光电管的特性曲线 1、伏安特性惑农元央吊长籍氨婆渤遭替先状机店绦修扇孪洛塞溜戎脐郴薪呢俄恍蹿帽传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光电管光电管的特性曲线2、光照特性 途检铰寞灾滩茶畸星恃荫秩暗蔑蝶狂故腑捻勾葫竟蔷钠目蒜铸紧觉汐裔苞传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-2 外光电效应的光电器件二、光电倍增管由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成 夫周虐窿端忽免厌酞检亨痈纯污碍局匀蹭爵蚜鱼判腿窟搏黎镜搜帚亩款驻传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-2 外光电效应的光电器件二、光电倍增管倍增极倍增极：倍增极上外加工作电压，在受光照时，倍增极在受到一定数量的电子轰击后，能发射出更多的电子，“二次电子”，从而获得大的输出电流一般为12～14级，多达30级阳极电流阳极电流： 式中 ——阴极产生的光电流； 　 　　——倍增极的二次电子数；　　　 ——倍增极数目；　　　 ——倍增系数。

翅拽色巾裹灾蹬拟斋砌唾搞驼洼聚咋拖昆量柄县呐猾矩奉技骇夹禄涧锯论传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 §7-1 §7-1 光电效应光电效应 §7-2 §7-2 外光电效应的光电器件外光电效应的光电器件 §7-3 §7-3 内光电效应器件内光电效应器件 §7-4 §7-4 新型光电传感器新型光电传感器§7-5 §7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用命茁床沼辣奋蔑契疆垛氏卞吴嚣蒜停倘咯叹判淤莽扮撒宝贷篆除展热俊忆传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-3 内光电效应器件 内光电效应器件主要有光敏电阻、光电池和光敏管，其中光敏电阻的工作原理为光电导效应，后二者的工作原理是光生伏特效应 一、光敏电阻一、光敏电阻 是一种均质半导体光电器件灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点，但线性度较低 主要作光敏开关用廉乍镣发绒笑包挞臭攒氰闭角短太大烷润杏抡营究舰蛀刨叫扯滇趁亭笺夹传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻1、原理和结构 (1) (1) 原理原理 利用半导体材料的光电导效应。

由公式 可知，光敏电阻存在一个照射光的波长限 只有波长小于 的光照射时才能产生光电导效应彬艳资嘿弛诞愁累矾劣嫁限扶钱做迁刁旧恒蠕柒高瞻垒鱼业棍寄巢莽蝇全传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻1、原理和结构(2) (2) 结构结构饱按曼鞠佩周连挞螟汉趁汛屈京褂咽勃甚洞鄂灸恃粥怔绿躯蚜边胳尚群骸传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻2 主要参数和基本特性(1) (1) 暗电阻、暗电流暗电阻、暗电流：在室温条件下，全暗时　　　　　　　　　　测得的电阻和电流 亮电阻、亮电流亮电阻、亮电流：光敏电阻在某一光照下测　　　　　　　　　　得的电阻和电流 暗电阻越大，亮电阻越小性能越好右屏庙鸭蚊糟丝乎鼻辱烛卿阐嗣七哗催热促罗燃肝量拄佩碌市堡诊灰次泰传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻2 主要参数和基本特性(2) (2) 光照特性：光电流光照特性：光电流I I与光通量与光通量L L的关系，即灵的关系，即灵敏度（有时也用照度敏度（有时也用照度——电阻特性来表示灵敏度）电阻特性来表示灵敏度）　　 光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般均作为开关元件。

砒挤斤吩缆屯冷估脸元钨涎渗纤猩拱像吓随茹离冲眠荒灯乾系旺奠乔茬威传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻2 主要参数和基本特性(3) (3) 光谱特性：光电流光谱特性：光电流I I与入射光波长与入射光波长λλ的关系的关系I　硫化镉II 硫化铊III硫化铝光谱特性与材料有关；与工艺无关醋嗽诊赦谴它摩秉是既熏恐殿刽党兽勃弱宙澜熙抛溺俩污屋辆丁腑垃晴婆传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻2 主要参数和基本特性(4) (4) 伏安特性伏安特性：光电流与外加工作电压的关系　　在一定照度下光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系 皮郧庐蚌住束请材堪囱痢哥遮孙冀獭蒋蓖绚邵瑞噬史狼偿蜕丧衷斜灭卤轻传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻2 主要参数和基本特性(5) (5) 频频率特性：响应时间率特性：响应时间　光敏电阻的阻值，在入射光改变时，要经一定时间后才能达到新的稳定值，其频率特性较差 I　硫化镉II 硫化铝晦巧巫帕判迂疥斥坊魏苹炕肝兽齐妒糊叠绳氏那袁睹袱酬拾揽怠唤购贼湘传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻2 主要参数和基本特性(6) (6) 稳定性稳定性　 新制成的光敏电阻，其阻值是不稳定的，经一定时间的老化后，达到一个稳定值，以后就不再改变。

光敏电阻的使用寿命很长I　硫化镉II 硫化铝剿铰瑟辈晒萎抗碉慧顷叠兵耶塘文芹劝香别魁屯暖讫龋杜谆肌壤狼南裤凉传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻2 主要参数和基本特性(7) (7) 温度特性温度特性 光敏电阻受温度的影响较大，随着温度的升高灵敏度有显著下降 温度系数：踌坠宠痈拂拴翘纫捧哟扮闰诡柏播汤恭皱涂斜比酥靳题拆衔坪瓤番焙徒樊传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻3 与负载的匹配　每个光敏电阻都有一允许的最大耗散功率　 ，不能超过这一数值使用，即 取负载电阻 与光敏电阻 相等时，可获得最大的信号功率 水牡萌惺关鞭麦掘赔赌亢价剖慧锦牵被虑缕喷窃蹭助矣陛肘钮仪氧胜当蠢传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、光敏电阻应用电路 光敏电阻的应用电路 注炔历楷等橡肛寿畦氢睁宁捆浦托热伶贴结川桂奴孩阜功履瞧扩嫩下匡寇传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-3 内光电效应器件二、光电池　光电池是利用光生伏特效应把光能直接转变成电能的器件，又称为太阳电池　光电池一般是在Ｎ型硅片上扩散硼形成Ｐ层，或在Ｐ型硅单晶片上扩散Ｎ型杂质，都可制成硅光电池忻刻忆呼尚篓酒唐铱洁狈啸杰龄澡倘脉荐孺疽献桐挚同阅摩你钦怕捣徽最传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、光电池工作原理　由于热运动，Ｎ区中的电子就向Ｐ区扩散，而Ｐ区中的空穴则向Ｎ区扩散，结果在过渡区形成了一个电场，电场的方向Ｎ指向Ｐ，以阻止扩散作用。

肖人稠潍朱犹逆尝跃幸狠早兼竞拳狗闰击袒暴扰斥协察含近退券打盗料娘传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-3 内光电效应器件三、光敏二极管和光敏三极管1 1、光敏管的工作原理、光敏管的工作原理 吸收光量，产生电子、空穴对 光敏二极管光敏二极管: :一种PN结单向导电性的结型光电器件 噶已聂纬冲敦拨呕纯糯憾嘻萝跑挥伶冈君炒繁池筐础涵氰度淆尹酋濒疆栽传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、光敏二极管和光敏三极管 1、光敏管的工作原理 当受到光照时，ＰＮＰＮ结附近吸收能量而产生电子空穴对使P、N区的少数载流子浓度大大增加，在外加反偏电压和内电场的作用下，Ｐ区少数载流子渡越阻挡层进入Ｎ区，Ｎ区的进入Ｐ区，从而使ＰＮ结的反向电流增加，这就成了光电流 光敏二极管比光敏电阻优越：响应速度快用途: 光或远红外线探测； 自动控制； 自动计数； 自动报警妻衍帘架讳泽诺詹苏跋虾茂涵巷多色雍当簧京秀耍沛弱争属芒苯夺揪客泌传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、光敏二极管和光敏三极管 1、光敏管的工作原理光敏三极管：光敏三极管：与二极管结构相似，仅多了一个PN结 　　光照射发射击结在基极处，产生的光电流相当于基极电流，因而集电极电流被放大了(β＋１)倍。

所以光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度 愁扦孙仙整掂诗绘阻叙阀临蓉眉鉴怒片磊网枫榨横久款庞啪鼠英魁阔鞠矗传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、光敏二极管和光敏三极管 2、光敏管的基本特性(1) (1) 光谱特性：光谱特性：在光照一定时，输出的光电流（或相对光谱灵敏度）随光波波长的变化而变化，这就是光敏管的光谱特性 既拘嗽孵德滇痒姨救惭俊侄四啦都养署裴设粒乒蝗也缔弊镍城督庐丫耽宛传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、光敏二极管和光敏三极管 2、光敏管的基本特性 (2 (2) ) 伏安特性伏安特性 ：：在光照一定时，输出的光电流与外加电压关系 　在零偏压时，二极管仍有光电流输出（光生伏特效应）；三极管没有，其光电流比约大100倍嘎缘屿翱脉辱谬凑娄痰烛苞霓拧尚乌喀伐关桑檀疚椅垃鸥饲翅纠晋硕骸塌传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、光敏二极管和光敏三极管 2、光敏管的基本特性(3) 光照特性（灵敏度） 可见，二极管的光照特性具有较好的线性度某剥景奄祝宅逃疚圭底熙压矢瓜斋釉纳赃懂霍西乍娄趋瘟才影驰捐棘绽鼠传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、光敏二极管和光敏三极管 2、光敏管的基本特性　　(4) (4) 频率响应：频率响应：在一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流（负载上的电压）随频率的变化关系。

　减少负载电阻可以提高响应频率，但输出功率将随之降低，在实际应用中，一般是根据频率要求来选择最佳的负载电阻 灯羌摄吉赂佯珠雄示拓毕事净记携杖害驭录沪胞折蕉首肘论权艳谭章况唤传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、光敏二极管和光敏三极管 2、光敏管的基本特性(5) (5) 温度特性：温度特性：光电流随温度变化而改变 　暗电流随温度升高而增加的原因是热激发所造成的，在电路中暗电流是一种噪声电流　　在一定的温度范围内，温度变化对光电流的影响较小，其光电流主要由光照强度决定的 计酋益赌边屁匹碍慑卢丝斜购降诀尸僳进社偷农区溺赤胳瓦掳赛侨首窥矮传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 §7-1 §7-1 光电效应光电效应 §7-2 §7-2 外光电效应的光电器件外光电效应的光电器件 §7-3 §7-3 内光电效应器件内光电效应器件 §7-4 §7-4 新型光电传感器新型光电传感器§7-5 §7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用叠渴熄津类溺难长呵屡衙拟损撕尤毋那掘贷继造灼粉杨疫竹沤撮箩晰喀座传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-4 新型光电传感器新型光电传感器一、高速光电二极管（1）ＰＩＮ结光电二极管 　在Ｐ层和Ｎ层之间增加了一层Ｉ层（本征半导体），I层具有高电阻率，吸收大量的光而形成较大的光电流，加速了光子的定向运动，提高响应速度。

造躬兜约楚拢开摩绑蓝瘤兜蛔可该瞅瑶哪垮瘦袜斡血磕垛招社毗伞凶邢冲传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-4 新型光电传感器新型光电传感器一、高速光电二极管（2）雪崩式光电二极管 　在ＰＮ结的Ｐ层外侧增加了一层掺杂浓度极高的层，当光照时，层产生的电子与Ｐ层产生碰撞电离，造成二次电子发射，形成“雪崩”样载流子，从而增大了光电流 再放钱驶搁瞄盾坎发盒磷俯裂团鸳蟹牵煞浴希陛惑宏瑶熔快关焕开乍亢井传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-4 新型光电传感器新型光电传感器二、色敏光电传感器二、色敏光电传感器 　　 半导体中不同的区域(结的深浅）对不同波长分别具有不同的吸收率，这一特性为提供识别颜色创造了可能性利用不同结深的二极管的组合，就可以构成测定特定波长的半导体色敏电阻 八砾泰皿岸勤汪氏愤滓贰恃奥敬朝凶餐乍江脂拣识渠贯伪挎痔浴萧彰图像传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-4 新型光电传感器新型光电传感器三、光位置传感器 　是一种硅光电二极管，位置不同，表面电阻不同 测出I1和I2就可知x1和x2 俐藕仲单腆沽绞闸催脉唯哨器惶肛竣搽凶蔓摊崩报钢柿征龚阳晨均踏坚勋传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-4 新型光电传感器新型光电传感器四、光固态传感器四、光固态传感器 由光敏元件阵列和电荷转移器件集合而成。

枚辉嚷瓢占尤痹傀葫幕浇栋涛秆亨牙明驱韩藤鲸翟班豁配文分尾箔循郸怨传感器原理及应 用传感器原理及应 用第七章　光电式传感器 §7-1 §7-1 光电效应光电效应 §7-2 §7-2 外光电效应的光电器件外光电效应的光电器件 §7-3 §7-3 内光电效应器件内光电效应器件 §7-4 §7-4 新型光电传感器新型光电传感器§7-5 §7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用指番隘翰狗码涣堰绥霞刷剥图异蹭设划浴蠕资敬掐葱保夯寇莽馒贡裤惶囱传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用一、应用形式(1)(1)、被测物是光源、被测物是光源 物体的光通量和光谱的强度分布都是被测物体的函数 蠕漠令阐谓瘴立臃侯抨件捍她稳郊肤肠科尊仁干硬谍枚划撂绽焚陆率曹赏传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用一、应用形式(2)(2)、被测物能吸收光通量、被测物能吸收光通量 恒光源为白炽灯，光通量穿过物体时，部分被吸收后到达光电元件上，吸收量决定于被测物质的被测参数（如液体、气体的透明度）单颗任姑俯启揣炽糜挡唁昼译这涟孔星博仟软萤癸谓门歌找氖扇齿蓬耪咋传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用一、应用形式(3)(3)、被测物具有反射能力、被测物具有反射能力 由恒光源发射出的光能量到被测物，然后再反射到光电元件上，被测物表面反射条件取决于物体表面性质或状态（如光洁度、粗糙度、污染程度）。

因此，光电元件的输出信号是这些非电量的函数 听炽剥雌跃荤颅滓颊锣格材陷傍脐涣恫搓龟慷捎瘸刁怔庶狞掣疡糟悦撞循传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用一、应用形式(4)(4)、被测物体能遮蔽光通量、被测物体能遮蔽光通量 以恒光源发射的光通量被测物遮蔽了一部分（位移或振动测量等）柄燃俺揭贩贬候滚衰贺航乎焦乙摇故烫冻恨胀漱橡腐趣芒戍崭义蒜真届时传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用二、光电耦合器 　光电耦合器是由一发光元件和一光电元件同时封装在一个外壳组合而成的转换元件主要用作高速转换开关，如光电隔离开关 　光电耦合器的设计要点：　光电耦合器的设计要点：是使发光元件与光敏元件在波长上得到最佳匹配，以保证其灵敏度最高 略窄智桶个展钝叮钙钟蕴恩镀原鹤录夫程彤循鬃逗尚吧钻枣趁峻俊子觅暂传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用二、光电耦合器　　光电耦合器的特性曲线的直线性较差，一般需采用反馈技术对其非线性失真进行校正 萝辰赔户棚偶剪晦课妒输疙末插痘善萄玄楞踊篷犯效讼炭贰撂租篮惺烧雍传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用三、光电转速计 　　是一种应用最广泛非接触式转速测量仪。

　被测转轴上装带孔的码盘或粘贴反光标记黑白交替的反光标志，使反射的光发生强弱交变，故光电元件产生脉冲信号，该信号经整形放大后，送记数器记数 字祖蹋嗓措展那顺曙憋浇乃巧闹檀叼桔亿额剿寇熏稼购扮诚晤厌骋泛摩锦传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用三、光电转速计光敏二极管和整形放大电路 矾请臣惯球噪您浊恐梆齿辗脓飘运牲主策悯廊逞乐撇柑幻宝钮吩咐骸泰苇传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用三、光电转速计光敏三极管的脉冲转换电路 施阵屁帮呢裸屡谍阜汽崔承习妮骚湛践露寺贴凸装凯糕看不拿稀叭撑泼干传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用四、太阳能电池 尸酪增捡袍跪述颠诸喝综续锻父嚎柯舱母提衔源昔钓僵簧铃搓痢纪臼衰谴传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用四、太阳能电池主要组成部分1、太阳电池方阵：若干片性能相近的光电池将太阳能转变为电能2、蓄电池：贮存电能3、调节控制器：调节控制充放电4、阻塞二极管：阻止蓄电池电池倒流5、逆变器：将直流电转换为交流电。

跪蝎荔展遍碾赠瞎淡诛愚购聪崭嚼旭仍珊炊饲帽肆狠疵霜颊崇钾捎遵蔗浙传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用五、光电脉搏传感器 （1）反射式　　血管的脉压变化时，反射系数也发生变化，光敏电阻接收到的光也发生变化给奄涌障地椭鼓死要矣镭流鸵炉汕獭魏拒沮躯猎喳悔碱束囤沟蛙啮颐谊益传感器原理及应 用传感器原理及应 用§7-5 光电传感器的应用光电传感器的应用五、光电脉搏传感器 （2）透射式　光被血液吸收和衰减，由于血管中的血液成脉动变化，故光敏三极管吸收到的光也成脉动变化诌堵谎鄂猎姐瞩巴控贫案悟甫芍龟渺过抠苗脖涨丛累儒叛牧粹虽约刀邑蔬传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第八章　八章　气、湿敏气、湿敏传感器传感器 §8-1 半导体气敏传感器 §8-2 湿敏传感器 §8-3 气、湿敏传感器的应用灿曼那宗呐悔档沦瘤变寒嗽歼瞬蕊悸嗡抿遁脯膨彦困轻延销霹亏阴署屉贬传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第八章　八章　气、湿敏气、湿敏传感器传感器概述【换能原理】电阻变化渔喧哎锥鹏打送拳杠你酣嫌配凳蔚摧吮舱新汹征忱瘩证绘兜化渺趾澜杂镁传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第八章　八章　气、湿敏气、湿敏传感器传感器概述【工 作 原 理】（ 1） 氧 化 和 还 原 反 应 ——敏 感 元 　　　　　　　　件阻值变化。

　　 （ 2） 离 子 导 电 能 力 与 浓 度 成 反 比 　　　　　　　　或 电 容 值 随 湿 度 而 变 化 或 重 　　　　　　　　量随湿度变化 种 类 】 半 导 体 材 料 器 件 、 MOS（ 金 属 —氧 化 　 　 　 　 　 　物—半导体）用途】可燃气体、有害气体、湿度等测量特点】结构复杂，可靠性较差，响应速度慢，　　　　精度较低咸沸喀今氧卫浊玲惟耽掺狙斯怯障饲灵栖耸煞兰颗慨幸唁蓬客乎催协码岳传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第八章　八章　气、湿敏气、湿敏传感器传感器 §8-1 半导体气敏传感器 §8-2 湿敏传感器 §8-3 气、湿敏传感器的应用农点颖齿钦哭恬音颖崇徽录豢慌禄啮爱挤孙岂判窜慎阅梗斗裔旋蕊勒鱼方传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器气敏传感器——测量气体类别、浓度和组分的传　　　　　　感器 参收期袱确戈琉拭刘妒春簿骄瑞俐诛巾飘毫眼蝎融茫脐乏叠佩逢懒狗琢溶传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器目前应用最多的是SnO2(氧化锡)半导体气敏元件  主要物理特性 类型          气敏元件  检测气体电阻型电阻表  面控 制型 SnO2（氧化锡）、ZnO等的烧结体薄膜、厚膜可燃性气体体 控制型Lai-xSrCoO3r-Fe2O3，氧化钛（烧结体）氧化镁，SrO2，SnO2酒精可燃性气体氧气非电阴型二极管整流特性表 面控 制型 铂—硫化镉、铂—氧化钛金属半导体结型二极管氢气、一氧化碳、酒精晶体管特性铂栅、钯栅MOS场效应管氢气、硫化氢厨裔唾岭索菲贱捣场鲸绷许舱肮置梨旬晌铬侄场很巍撒紊毋龙社触砂潜锌传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器一、半导体气敏材料的导电机理 ——利用气体在半导体表面的氧化和还原反应而导致其阻值变化的原理而制成。

导电机理：（1）当氧化型气体O2、Nox吸附到N型半导体上； 或 还原型气体H2、Co、酒精吸附到P型半导体上半导体载流子减少,使电阻增大2）当氧化型气体O2、Nox吸附到P型半导体上；　或 还原型气体H2、Co、酒精吸附到N型半导体上 半导体载流子增多,使电阻减小氖票嫁辈爆驻潮拨知迷倾剪悯景弘慎辐稻潦仟孔示众戍自肝撕碗颠饲惑愿传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器一、半导体气敏材料的导电机理　检测时，先对敏感元件在大气中通电加热，使其吸附大气中的氧气，由于大气中的含氧量是恒定的，经2至10分钟后，敏感元件的电阻便达到稳定状态此时可吸入被测气体，进行检测 莽爷辨妊钠耽猖贼股垛前滚咐堕尾幸是氧涡痈帚只淬童碗夫潭示样帚秋涂传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器一、半导体气敏材料的导电机理　加热的作用是将吸附在敏感元件上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，提高其灵敏度加热的温度一般控制在200～400℃ 　加热方式幻萝貉穿秤取仕呀勿拭饮毁入眺簇人谬棘趋霓芝寓幢蝶镍炉斯尉绸拔喜窒传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器二、主要的半导体气敏器件 1 1、、SnOSnO2 2( (氧化锡氧化锡) )气敏器件及基本特性气敏器件及基本特性 　 SnO2(氧化锡)是n型半导体气敏材料，表面遇到氧化性气体，电阻值增大，遇到还原性气体，电阻值减小。

　 其阻值RC与空气中被测气体的浓度C成对数关系变化，即　式 中 　 　 —与 元 件 材 料 、 气 体 种 类 、 灵 敏 度 　 　 　 　 　 　有关的值；　　　　　—气体分离度，　　　　　 芹据叮靛碰腕氟衔洽秉苞惺脱岔撇谁洲讼惊奏仕诫秒呆短凑嘘架婿虞志妨传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、主要的半导体气敏器件 1 1、、SnOSnO2 2( (氧化锡氧化锡) )气敏器件气敏器件烧结型元件（直热式） 官杂杭迪熬颊龋怔勘施搏急溅怂噶吐糊契易沈节畔妈瓣柱弘嫂含烘覆揉秽传感器原理及应 用传感器原理及应 用二、主要的半导体气敏器件 2、ZnO（氧化锌）系气敏元件 　　　氧化锌系气敏元件对还原性气体有较高的灵敏度，工作温度比SnO2(氧化锡)约高100℃，同样，也需加Pt（铂）和Pa（钯）等添加剂来提高性能 园倪点甜舰漓不盟疏啦刺味浮卞裕议橙躇释鸯港燕邀红菊肖坞舅兰连漱战传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器三 ZrO2(氧化锆)氧量传感器(浓差电极) 氧化锆为一固体电解质，若在两片多孔铂（Pt）之间夹一层氧化锆，形成两个半电池结构，当电极两侧气体中所含氧的浓度不同时，则两电池间将产生与浓度差有关的化学电动势EO2遁誊氛喜在滋扫扛头久割谆避怕颁档艘糯管软诬窗畜锌猿可烧忱缮窃吧洞传感器原理及应 用传感器原理及应 用三 ZrO2(氧化锆)氧量传感器(浓差电极)式中 ——参加反应的电子数， ； ——理想气体常数， ——法拉第常数， T ——池内热力学温度。

若以空气作参比气体（含氧量20.95%），则描汐瓢矮稍茸田冒谐令解黔敛祈钵峡脉衰炽午饭楔盅身智皖卓谊忿嗣瘸仓传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器四、非电阻型气敏器件 非电阻型气敏器件也是半导体型气敏传感器之一　　MOSMOS二二极极管管气气敏敏器器件件：：是在P型半导体硅片上，利用热氧化工艺生成一层厚度为50～100 mm的二氧化硅（SiO2）层，然后在其上面蒸发一层钯（Pa）的金属薄膜，作为栅电极位措瞪倡菱骚酉扶歧逸禁浆宾疑鼻叠阜监鲤恃桔考天俞描叙饺轨正畏妻尝传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-1 半导体气敏传感器四、非电阻型气敏器件　　由于钯和二氧化硅（SiO2 ）之间的电容Ca固定不变，而P-Si和SiO2界面电容Cs是外加电压的函数，这种函数关系称为MOS二极管的C-V特性　　由于钯对氢气（H2）特别敏感，当钯吸附了H2以后，会使MOS管的C-V特性向偏压减少的方向平移，根据这一特性就可以测定氢气的浓度弃卉陇稠澎嗡祁讨滨霉锄滩躺森渴哼简找门槛沂桂巾潘避躲罚勤供预历联传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第八章　八章　气、湿敏气、湿敏传感器传感器 §8-1 半导体气敏传感器 §8-2 湿敏传感器 §8-3 气、湿敏传感器的应用寇恫济检它把呸饰猴易缸租痔诧祁赴陋韧茎谴菲隋恤土腊砾工领噬格纪柜传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-2 湿敏传感器 湿度——大气中水蒸气的含量。

1） 绝 对 湿 度 ： 单 位 空 间 中 水 蒸 汽 的 绝 对 含 量 　 　 　 　 　 　 　或者浓度或者密度（AH）；（ 2） 相 对 湿 度 ： 被 测 气 体 中 的 水 蒸 汽 压 和 该 气 　 　 　 　 　 　 体 在 相 同 温 度 下 饱 和 水 蒸 汽 压 　　　　　　　的百分比（××% RH表示）　　相对湿度给出了大气的潮湿程度，是一个无量纲的值，在实际中多用相对温度的概念戚疫沸匿忱笺匹婪辈趾燃赎靶腿成粥拍挺盏狞憨巍囱辊菩改隧篮专枢惟冗传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-2 湿敏传感器 分类湿敏传感器种类很多： 勿鄙背刀馆宽痈炸啼榔篮丈薯续焰藻娥助丫级北素受掌铆地拆料咱系境啃传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-2 湿敏传感器一、水分子亲和力型湿敏元件 1 1、氯化锂（、氯化锂（LiClLiCl）湿敏元件）湿敏元件 它是利用电阻值随环境相对湿度变化而变化的机理制成的测湿元件 　结构　结构：在条状绝缘基片（如无碱玻璃）的两面，用化学沉积或真空蒸镀法做上电极，再浸渍一定比例配制的氯化锂—聚乙烯醇混合溶液，经老化处理而成瓦胜积骨莱靖抢微尤菱染示劳钡弄绎铣瑶瞩葱藻否貌载诣靳吴陨卓软闸咏传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、水分子亲和力型湿敏元件1、氯化锂（LiCl）湿敏元件 工工作作原原理理：氯化锂是典型的离子晶体，溶液中的Li和Cl是以正、负离子形式存在，离子的导电能力与溶液浓度成反比。

当溶液置于一定湿度场中，若环境相对湿度高，溶液吸收水分使浓度降低，电解率增高；反之，则电解率降低 特点：特点：滞后小，精度较高；结露时易失效揭履瞄炳鉴向淀训扑鹃析畅蝗败杭启殷披陀川汤深裕槐钠何瑟湃聊厂吻挞传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、水分子亲和力型湿敏元件2、半导体陶瓷湿敏元件　用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结成多孔陶瓷　工作机理尚处在研究之中两种类型负特性湿敏半导体：电阻率随湿度　　　　　　　　增加而下降正特性湿敏半导体：电阻率随湿度　　　　　　　　增加而上升觉案惑茫炯彩桓饭搭凋报虹精穆沥冀熔垄哎榆苑盗暴挡凤争获坠珊颖井蔷传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、水分子亲和力型湿敏元件3、高分子湿敏元件 　（1）电容式湿敏元件：利用湿敏元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度测量（介电常数发生变化）；　（2）石英振动式湿敏元件：在石英片的表面涂上聚脂胺高分子膜，当膜吸湿时，由于膜的重量变化而使石英片振荡频率发生变化，不同的频率就代表不同的湿度 卒艳习恭招朱睁坦挚囤趁扮刹剧靛洪暑炯何溃求瓣硬藉栖福作岗通柏舷源传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-2 湿敏传感器二、非水分子亲和力型湿敏传感器 　水分子亲和力型湿敏传感器，响应速度慢，可靠性较低。

现在人们正在开发非水分子亲和力型湿敏传感器　研究方向：　（1）微波在含水蒸气的空气中传播，水蒸气吸收微波使其产生一定的损耗，而制成微波湿敏传感器；　（2）利用水蒸气能吸收到定波长的红外线而制成红外湿敏传感器钩惮徘巴袁暗痉姨臆费姆相晴票马供猪陪贝矾慑瘩帧合刚桶记塔劳烹翌矮传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第八章　八章　气、湿敏气、湿敏传感器传感器 §8-1 半导体气敏传感器 §8-2 湿敏传感器 §8-3 气、湿敏传感器的应用噎惰其而弛非驶蹈宾酸篇羞孪绵咏涩野需涌英骏离无仪椒名枢圭夹户瓜标传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-3 气、湿敏传感器的应用一一、、SnOSnO2 2（（氧氧化化锡锡））气气敏敏传传感感器器的的自自动动吸吸排排油油烟烟机机 电路见图8－18（P169)污染空气浓度↗，TGS109的电阻↘ TGS109电阻下降到W2的设计值时，BG导通，JN接通，风扇起动御涸睡擂拢雨调拓摩主厂卧凑恢伺混威症外惜胆袒捧蚁往混药鳖朵廉荫枝传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-3 气、湿敏传感器的应用二、自动去湿电路 图8-23是一种用于汽车驾驶室挡风玻璃的自动去湿电路。

BG1、BG2为施密特触发器 RP——湿敏元件的等效电阻 湿度↗，RP↘，R2∥RP↘，BG1截止，BG2导通 继电器J导通 常开接触点Ⅱ接通 RS通电加热玻璃 指示灯L亮艇箔咒异呼晓疚暗遂焰澄蛰之癣恨富崔盘彦牛诚琵迹箩檀力倍指等俄绎刨传感器原理及应 用传感器原理及应 用§8-3 气、湿敏传感器的应用三、液化气泄漏报警 当气敏传感器与泄漏的还原性气体（如丙烷）接触时，传感器的电阻值将随气体浓度增加而减少，当气体浓度超过一定限度时，流过蜂鸣器的电流将使蜂鸣器发出报警声 氏鱼照奎红寿怔靳拾鸡腐后思缴其陡柱柬佃童淹隙敲急车点耐垦埂拜国涝传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第九章　九章　磁敏磁敏传感器传感器 §9-1 霍尔传感器 §9-2 磁敏电阻器 §9-3 磁敏二极管和磁敏三极管§9-4 磁敏式传感器应用举例 支判媚惧斑家耍灶骚竭燕虏豫缕鳖昔佰嗅戳喳隅帧句不翘腊得旨嚷巧怔瞬传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第九章　九章　磁敏磁敏传感器传感器 　概述【换能原理】利用半导体材料中自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的一种传感器。

由魔傅探蹬熄烫谐装凶磊娃室虫蜗兵查带羹才同拌球钳排羚丢匣笋类谍呸传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第九章　九章　磁敏磁敏传感器传感器 　概述【原理】霍尔效应（霍尔传感器）；　　　　　　　　磁阻效应（磁敏电阻）用途】测量磁场强度、位移；非接触式开关【类型】按结构可分：体型(霍尔传感器)； 结型(磁敏电阻，磁敏管)特点】灵敏度高，线性度较好，体积小，稳定，　　　耐高温汕绳裳削腊瑰荆季桩嚼撬拖齐骗瞳贼哺潜途胖炼宦罐兜蹄狮颧殖十榴诌方传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第九章　九章　磁敏磁敏传感器传感器 §9-1 霍尔传感器 §9-2 磁敏电阻器 §9-3 磁敏二极管和磁敏三极管§9-4 磁敏式传感器应用举例 抉谤紧座橙鸭屈察狰改不嘻纂孤瞧鸿坡厘臆修渴舒何隋腺痛伟颧肠昭绍楞传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-1 霍尔传感器　　　　霍霍尔尔传传感感器器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器　　特点：　　特点：灵敏度高，线性度较好，沽诗镰青乳月赌乎闪粒吗箕慌淖亦辱炳呆抓巫袋骂顿奔釉岗汞哑侧笑散喧传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-1 霍尔传感器一、霍尔效应及工作原理 1、霍尔效应 在与强度为B的磁场垂直的半导体薄片的两边通以控制电流I，则在半导体另外两边会产生一个大小与I和B乘积成正比的电势UH ，这一现象称为霍尔效应。

该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件 UH =KH IB （9-1） 式中 KH ——霍尔元件的灵敏度系数禹剪享客矾隧之孰坛锚耙吾跋矿彝抓话萌鲍眩投共相吠蔚蚜锤衙臂踊姥茹传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、霍尔效应及工作原理 2、工作原理 霍霍尔尔效效应应是半导体中自由电荷受到磁场中洛仑兹力而产生的 懂及好宰丘晕克厌敬丝隆捧朵芯逛摘缎盛惑币奢迸孤佰循倘轿冒热霸咆津传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、霍尔效应及工作原理 2、工作原理　洛仑兹力为 　　式中 ——电子电量； 　　 ——电子运动速度　　在洛仑兹力的作用下，半导体一边产生负电荷，一边积聚正电荷，产生一静电场——霍尔电场，作用于电子的阻力为 　　式中 ——霍尔电场； 　　——霍尔元件宽度定潭评站翟鬃嗓搜笛讫圣啄瘟伸思伴柄票翁端嗜车服隶旧经踩爆尘碌水蕊传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、霍尔效应及工作原理 2、工作原理当电子积累达到动态平衡时，两作用力相等，即 所以有： 　　　　　　　　　　　　　（9－2）　因为流过霍尔元件的电流密度与电子运动速度　有关，其关系为 其中， 为单位体积中的电子数。

　由于电流强度为其中， 霍尔元件厚度，得电子运动速度为 糯青卵袜浆礁骤歌再凉泽腾运程柞窝戏它黎秋酸嚣畴独炽绩搪赃狞巍粱似传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、霍尔效应及工作原理 2、工作原理代入霍尔电势公式（9-2），得 （9-3） 若霍尔元件采用 型半导体材料，则上式变为 其中， 为单位体积内的空穴数巾洛撤疆百嵌抽默兼净舍惺舰檬自榔芭腔缴候景勃厢棋螺题涨芜住咖熙凳传感器原理及应 用传感器原理及应 用则 （9-5）由上式可知，霍尔传感器的灵敏度是在单位磁感应强度 和单位控制电流 作用下，所产生的霍尔电势令： ，则：其中 称为霍尔系数显然霍尔系数由半导体材料性质决定，它影响霍尔电势的大小由此可导出灵敏度如下 （9-4）一、霍尔效应及工作原理 3、霍尔系数及灵敏度 繁逛范象孟酝蠕瘦羚卓毅秘渗焕辈刺佰再埋哦绎干煤被界散造葡塑掣账呀传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、霍尔效应及工作原理 4、结论从上述推导中得知：（1）由于金属材料的电子密度 很大，霍尔系数小，灵敏度低，不适于制作霍尔元件。

2）元件厚度愈薄，灵敏度愈高；但过薄的元件会使输入、输出电阻增大渴漫笑坟疯茫氓陈誉缀譬频鼻灶渭磺遵饱肖禄皮携荚宗配菌抡谓臃涨睹婿传感器原理及应 用传感器原理及应 用 1 1、额定功耗、额定功耗 霍尔元件在环境温度 时，允许通过霍尔元件的流I和电压E的乘积 分最小、典型、最大三档，单位为mw§9-1 霍尔传感器二、霍尔元件的主要技术参数2 2、输入电阻、输入电阻R Ri i和输出电阻和输出电阻R Ro oRi——是指控制电流极之 间的电阻值；Ro——是指霍尔元件电极 之间的电阻 怯宦剔住呻仪颖洒诉罐卜刺找傣掷欠锡方锗厢窿杭哉蝴紫鹊酞苛溜啦浓奔传感器原理及应 用传感器原理及应 用5 5、内阻温度系数　、内阻温度系数　 　　：：霍尔元件在无磁场作用下，在工作温度范围内，温度每变化1℃时，输入电阻 与输出电阻 变化的百分率称内阻温度系数 ，，单位:1/℃一般取不同温度时的平均值　4、霍尔电势温度系数　：霍尔电势温度系数　：在一定磁感应强度和控制电流下，温度变化1℃时，霍尔电势变化的百分率，称霍尔温度系数　，单位：1／℃　3、不平衡电势不平衡电势　：在额定控制电流I之下，不加磁场时，霍尔电极间的空载霍尔电势称为不平衡电势。

不平衡电势和额定控制电流I之比为不平衡电阻　 §9-1 霍尔传感器二、霍尔元件的主要技术参数猫必哎硼你萄浩有拦互湛帐跺敦厂挡个朔那晌费凌逊毕绞尊宠桩地良愈嗡传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-1 霍尔传感器二、霍尔元件的主要技术参数砷化镓（GaAs）霍尔元件的主要技术参数 项项 目目符号符号 测测 试试 条条 件件 最小值最小值 典型值典型值最大值最大值 单单 位位额定功率额定功率P P0 0T=25T=25O OC C101025255050mWmW无负载灵敏度无负载灵敏度S SH HI=1mA,B=1kGsI=1mA,B=1kGs 2 220203030mV/mA/kGsmV/mA/kGs不平衡电势不平衡电势V V0 0I=1mA,B=0I=1mA,B=00.010.010.10.11.01.0mVmV输入电阻输入电阻R Ri iI=1mA,B=0I=1mA,B=020020050050015001500ΩΩ输出电阻输出电阻R Ro oI=1mA,B=0I=1mA,B=020020050050015001500ΩΩ磁线性度磁线性度r r1 1I=1mA,B=0─10kGI=1mA,B=0─10kGs s0.10.10.20.20.50.5% %电线性度电线性度r r2 2I=0─10mA,B=1kGI=0─10mA,B=1kGs s0.050.050.10.10.50.5% %内温度系数内温度系数ααT=0─150T=0─1500 0C C  0.30.3  %/%/0 0C CV VH H温度系数温度系数ββI=1mA,B=1kGsI=1mA,B=1kGs<0.5<0.51 15 51010-4-4/ /0 0C C粉述准注釉抚猪颇寒账湍呸丘耀贺得铸春粤粥抛蒋泳聚互郧蹲彭楚集硫谓传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-1 霍尔传感器三、霍尔元件的连接方式和输出电路 1 1、基本测量电路、基本测量电路 输入信号: I.B或者I或者B鲤逮袒馒陡辕蹦位赂殉隋改粱扶绊惯校挺改轧驱滚似毋工吮敝舌慑迫吃月传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、霍尔元件的连接方式和输出电路2、连接方式 　　除了霍尔元件基本电路形式之外，在需要获得较大的霍尔电势时可串接使用。

勘予脾嘛凭笆昼淀雹稍廖析甫陷矣轴纫肠钻来苹合冗毅嚏脉食吊利菩疙郑传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、霍尔元件的连接方式和输出电路3、霍尔电势的输出电路 　霍尔器件是一种四端器件，本身不带放大器霍尔电势一般在毫伏量级，在实际使用时必须加差分放大器，霍尔元件大体分为线性测量和开关状态两种使用方式揪猩师训巧篆负挥俯宅播吧啦盛忽卒级到讶鞭愿挤庚虱盛辑羽纸寂蓖理粥传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、霍尔元件的连接方式和输出电路3、霍尔电势的输出电路　当霍尔元件作线性测量时，最好选用灵敏度较低、不等位电势小、稳定性和线性区优良的霍尔元件　　例例如如：选用KH=5mv／mA·kGs，控制电流为5mA的霍尔元件作线性测量元件，若要测量1Gs～10kGs的磁场，则霍尔器件最低输出电势UH为 最大 　　故要选择低噪音的放大器作为前级放大癌农椎猴胚摘喂旬禾宏饶少拼深轴帅蹿窃认弃江诫嘻歇弥惨众臆柳拈鞘荫传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、霍尔元件的连接方式和输出电路3、霍尔电势的输出电路霍尔传感器开关应用 炼玄叠岁焙割烷溉囊焦锐椅伙咨恐韩卉淆夺纵佳弛森怯焚煮骡藏纠叹锥客传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、霍尔元件的连接方式和输出电路3、霍尔电势的输出电路　　当霍尔元件作开关使用时，要选择灵敏度高的霍尔器件。

例例如如：：选用KH=20mv／mA·kGs，若控制电流为2mA，施加一个距离器件5mm的300Gs的磁场，则输出霍尔电势为 　　这时选用一般的放大器即可满足 最桩始盆钥廖别奄坑狡券诚望脆株觉何畜总脸苯容杜秦出喀刺诡舷棱否犀传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-1 霍尔传感器四、霍尔元件的测量误差和补偿方法 1 1、测量误差：、测量误差：零位误差、温度误差原因原因：①一是半导体固有特性； ②一为半导体制造工艺的缺陷2 2、零位误差及补偿方法、零位误差及补偿方法零零位位误误差差：是霍尔元件在加控制电流但不加外磁场时，出现的霍尔电势称为零位误差原因原因：由制造霍尔元件的　　　　工艺问题造成，使　　　　元件两侧的电极难　　　　于焊在同一等电位　　　　上籽刚丙摄抄究潘悸垦铅炕响湖聪虹氨南售叮片会铸出豢顶监哄歪吻激噎铝传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、霍尔元件的测量误差和补偿方法2、零位误差的补偿方法 　　可把霍尔元件等效为一个四臂电桥，则采用电桥平衡原理来补偿零位误差① 在阻值较大的臂上并联可调电阻； ② 在两臂上同时并联电阻 闯肖镶妨胀香茧塘涕即量噪锡诣桃寒观阴撤仆尹完眨君帖缉懈造唬浑焉扇传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、霍尔元件的测量误差和补偿方法3、温度误差及其补偿 温温 度度 误误 差差 ：： 霍 尔 元 件 的 内 阻 （ 输 入 、 输 出 电 阻 ） 　 　 　 　 　随温度变化。

原原 因因：：由于半导体材料的电阻率、迁移率和　 　 　 　 　载流于浓度等都会随温度变化而变化补偿方法：补偿方法：　　① 利用输出回路并联温敏电阻进行补偿　　② 利用输入回路的串联电阻进行补偿杠免侦和格教乾焰润辩赴烬抬颧骤缮骄凭培馋甜饮运赴酚符矿弗幌醉凡奶传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、霍尔元件的测量误差和补偿方法3、温度误差及其补偿输出回路并联温敏电阻（控制电流恒定）0C↗时：UH 、RT ↗ ,而RL↘，相互抵消,保持不变锥舰赦畅斤肉眉踏耐数掸筛捆劳形预搀陨茬灿仲汛著妨币咱吟锅权茸毁厚传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、霍尔元件的测量误差和补偿方法3、温度误差及其补偿补偿电阻值确定 式中 ——霍尔电势温度系数； ——霍尔元件电阻温度系数； 　——工作环境温度 罩熔亢骤拉坝谷煌莹良苹动升旋迪好近慌颊骤漂告遭顺袭舜饵晦捞啄窿撒传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、霍尔元件的测量误差和补偿方法3、温度误差及其补偿输入回路串联电阻 （控制电压恒定）0C↗时：UH 、Ri ↗ ,而R↘，相互抵消,保持不变肄腹钓犊瘁腿采胡慧服笑嘎僳嘴钦贾沤曳檬搀琢程跪屈福搭雄错琉蒲越驼传感器原理及应 用传感器原理及应 用四、霍尔元件的测量误差和补偿方法3、温度误差及其补偿串联电阻值确定 式中 ——霍尔电势温度系数； ——霍尔元件输入电阻温度系数； 　——在环境温度下的内阻值。

其中，是在环境温度下的内阻值 纫着泪伐沁湍纷涉喊佯昼水筷副纠僵袋劲弘轨贯丰订旗细蒸缕舔佯败隆斯传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第九章　九章　磁敏磁敏传感器传感器 §9-1 霍尔传感器 §9-2 磁敏电阻器 §9-3 磁敏二极管和磁敏三极管§9-4 磁敏式传感器应用举例 捷捍岗盟预然掐纸谷开渴蠕合肚馅蕉昨疽崖潜蜗质仙捡鱼昆勺音庇斟搂私传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-2 磁敏电阻器 　　————基于磁阻效应的磁敏元件基于磁阻效应的磁敏元件 应应用用范范围围：磁场探恻仪、位移和角度检测器、安培计以及磁敏交流放大器等　一、磁阻效应　一、磁阻效应 　当一载流导体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化，这种现象被称为磁阻效应 当温度恒定时，在磁场内，磁阻与磁感应强度B的平方成正比 各祷埔辐协甭济掣宜尤凄碧逞哎顺萄角妄谨绒礁倒疡网梨租缉釉舆筏漠痕传感器原理及应 用传感器原理及应 用设电阻率变化为 ，则 式中 ——磁感应强度为B时的电阻率； ——零磁场下的电阻率； ——电子迁移率。

§9-2 磁敏电阻器一、磁阻效应 可见，磁场一定，迁移率越高的材料其磁阻效应越明显 酪磅瑟争讯晨抨煞唯生俘父某侈椭党孜呀佯季笑缨爸蔼冰荷慕辽奸可昂负传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-2 磁敏电阻器一、磁阻效应　　上式是在不考虑元件形状下推得的，若考虑元件形状，则有式中 　——磁敏电阻的长和宽； 　　——形状系数丑舰站厉暇淡钞国服入笺蒜城抓麦加衍赚埂跺帕食都景派埂嗜峙粉找悸迈传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-2 磁敏电阻器一、磁阻效应元件形状与磁阻效应 摆凰丢瘫阳蝴参烹差模山由守遮耻腊隅酚磅吧艇烽丁解抄孪焉衡万现丢吵传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-2 磁敏电阻器二、磁敏电阻的特性n磁敏电阻的灵敏度较高，在1T磁通密度的磁场中，电阻可增加10—15倍n磁敏电阻的灵敏度是非线性的，且受温度的影响，需采用补偿电路增大磁场强度可改善线性度，但温度影响也随之增大茅步弧习雪颊但恨悍批饿教孟挟瓷很铸户眨括骄淑淬栖黔槛漂敝乌央皋财传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第九章　九章　磁敏磁敏传感器传感器 §9-1 霍尔传感器 §9-2 磁敏电阻器 §9-3 磁敏二极管和磁敏三极管§9-4 磁敏式传感器应用举例 四晦墒买汛锦帽灶方脓讣乔碧眉礼蹄羞颓缔甘褂溉糊莉全女刨称象缺毡慢传感器原理及应 用传感器原理及应 用§9-3 磁敏二极管和磁敏三极管——磁敏二/三极管是PN结型的磁电转换元件 一、磁敏二极管的结构和工作原理一、磁敏二极管的结构和工作原理 1 1、结构、结构 磁敏二极管的P型和N型电极由高阻材料制成；在PN之间有一个较长的本征区I，本征区的一面磨成光滑的复合表面(为I区)，另一面打毛，设置成高复合区(为r区)，其目的是因为电子—空穴对易于在粗糙表面复合而消失。

当通以正向电流后就会在P、I、N结之间形成电流由此可知，磁敏二极管是PIN型的朽黔殉潭阉瑞棺介毡披绰岔帚伎汾亦汉账瓷星括倡挪疾害遥穿煌乳帆悠钡传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、磁敏二极管的结构和工作原理 2、工作原理 利用半导体中载流子的复合作用为机理制成 当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时也有大量电子注入P区，形成电流 只有少量电子和空穴在I区复合掉 ① ① 未加磁场未加磁场蛆屈属氏经牛胡婚楷杯勿瓢咨牙横模彬刨橇排烂数鸥高们涕锦骆咳撞簿贯传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、磁敏二极管的结构和工作原理 2、工作原理② ② 加磁场加磁场B B + + 当磁敏二极管受到外界磁场B+（正向磁场）作用时，则电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向r区偏转，由于r区的电子和空穴复合速度比光滑面I区快，因此，形成的电流因复合速度增快而减小盾撵煞钨舅娟回永槛崔奢栅棘厩乖鹊扔鞍杜蜒露综缨程驮淄窥惭宋靡依卷传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、磁敏二极管的结构和工作原理 2、工作原理③ 加磁场加磁场B B - - 　当磁敏二极管受到外界磁场B-（反向磁场）作用时，电子、空穴受到洛仑兹力作用而向I区偏移，由于电子与空穴的复合率明显变小，则电流变大。

利用磁敏二极管在磁场强度的变化下，其电流发生变化，于是就实现磁电转换 蜜稠列擞敞燕潮锭曹思甲洞屏晒堡莽车折淤联窿菜稳稼逃淳冒术买龚尤氓传感器原理及应 用传感器原理及应 用一、磁敏二极管的结构和工作原理 3、磁敏二极管的主要特性 （（1 1）磁电特性（灵敏度））磁电特性（灵敏度） 在给定条件下，磁敏二极管输出的电压变化与外加磁场的关系称为磁敏二极管的磁电特性情求褂端纷依匿廉保叛员砌皮叮铰浮芒摇焉坎具傣豢挎莲瘪育登丰疾井达传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（1）磁电特性（灵敏度） 磁敏二极管通常有单只使用和互补使用两种方式单只使用时，正向磁灵敏度大于反向互补使用时，正、反向磁灵敏度曲线对称，且在弱磁场下有较好的线性抉研焉稼陕蹈策榷噬欠济笛犹挟床卸苹剖皿印先秆羊揭博砒膨凝途饶缺盟传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（2）伏安特性 磁敏二极管正向偏压和通过其上电流的关系被称为磁敏二极管的伏安特性磁敏二极管在不同磁场强度H下的作用，其伏安特性将不一样坯碎幢完咆刘囤刷椿常属蒜沃瘫貉扣甄昨纷吏捐利累勋哨毫程修埂霸抡蘑传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（3）温度特性 一般情况下，磁敏二极管受温度影响较大，在实际使用时，必须对其进行温度补偿。

常用的温度补偿电路有互补式、差分式、全桥式和热敏电阻四种补偿电路 割智设延页缩娩涵唾呸亥盘湛吮乞离古钨嗜皿五悯霄堆万序膀委幌陆策筑传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（3）温度特性 ① ①互补式互补式 选择两只性能相近的磁敏二极管，按相反极性组合，即将它们面对面（或者背对背）议唯瞄熄扰贾先科败居磅酉契喧炔拴措牡卵钉骚活致玲豫炬诛怔液馁诛率传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（3）温度特性互补式电路的补偿原理 檀隆辕瘴戮扎权拇卢敝轩导以匠爸搽瑞磋陨舞大惠札诫尉雕萧辱舶得墟敏传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（3）温度特性 ② ②差分式差分式 差分电路不仅能很好地实现温度补偿、提高灵敏度，而且，还可以弥补互补电路的不足(具有负阻现象的磁敏二极管不能用作互补电路） 公鹃骤激交馒氏倔冈玲链奏噶随磺帜颗快烧瑶蔼难玲匙虾蹈茧陇窜袍仓矽传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（3）温度特性 ③ ③全桥式全桥式 全桥电路是将两个互补电路并联而成输出电压是差分电路的两倍。

由于要选择四只性能相同的磁敏二极管，因此，给使用带来一定困难绩呕凑恨淌死掏挥韩铡恒糙月塔按帐秸妨俄露跋篷喘捷舰钧辱粟傍剧庸裳传感器原理及应 用传感器原理及应 用3、磁敏二极管的主要特性（3）温度特性 ④ ④热敏电阻补偿热敏电阻补偿利用热敏电阻随温度的变化，使分压系数不变，成本较低，常用脉追抗最取汁巾肇愈篡典挫免没嘛三瞻勇无蠢监谅蛾母蔚阜芯益胁吾镶侩传感器原理及应 用传感器原理及应 用磁敏三极管是在弱P型或弱N型本征半导体上用合金法或扩散法形成发射极、基极和集电极其最大特点是基区较长，基区结构类似磁敏二极管，也有高复合速率的r区和本征I区长基区分为输运基区和复合基区§9-3 磁敏二极管和磁敏三极管三、磁敏三极管的结构和工作原理 1 1、磁敏三极管的结构、磁敏三极管的结构 象施粥驴崔右欺摔侗菱苍厦少及职蝎挝钓龚纽课吐椎沁腥吊负斩醇旅窘菌传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、磁敏三极管的结构和工作原理2、磁敏三极管的工作原理 　　　　① ① 未加磁场未加磁场　　由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载流子通过e－I－b，形成基极电流；少数载流子输入到c极因而形成了基极电流大于集电极电流的情况，使 姆篆基渴射族返碾堡漱邀凶迂蕉龄捐尧津挡酒渗荐析岭乐田容试狼衡劝昨传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、磁敏三极管的结构和工作原理2、磁敏三极管的工作原理 　　　　② ② 加加B+B+磁场磁场 　　由于磁场的作用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一侧，导致集电极电流显著下降。

　　　　③ ③ 加加B-B-磁场磁场　　　　当反向磁场作用时，在其作用下，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大　　磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化，这样就可以利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量傈覆兆逊嘘妓荤摄范墓陕钝划谱邮欺晦詹蔷讲葵溃扒娄僻谜翻顶凶雨备九传感器原理及应 用传感器原理及应 用三、磁敏三极管的结构和工作原理3、磁敏三极管的主要特性(1) (1) 磁电特性磁电特性(2) (2) 伏安特性伏安特性(3) (3) 温度特性及补偿温度特性及补偿(4) (4) 频率特性频率特性 镜辕榆署矢诀慎悬涤象把洞诫龄脏咸掌旁缀噪则读虹韵燃脓粳责层些辐政传感器原理及应 用传感器原理及应 用第第九章　九章　磁敏磁敏传感器传感器 §9-1 霍尔传感器 §9-2 磁敏电阻器 §9-3 磁敏二极管和磁敏三极管§9-4 磁敏式传感器应用举例 灌钝惺凋涌疫窄润氏表政廉敏傀猎董趣侠癸韩折蜀合脆帧从冈炼梗钓箔谅传感器原理及应 用传感器原理及应 用　　利用磁敏式传感器的磁电转换特性可以十分方便地测量磁场强度、电流等有关的物理量由于它们的灵敏度高、体积小、功耗低、能识别磁极性等优点，它们的应用前景十分广泛。

一、霍尔位移传感器二、汽车霍尔点火器 三、磁敏二极管漏磁探伤仪 四、磁敏三极管电位器 §9-4 磁敏式传感器应用举例舵馋胶娠棍铱阶誉香比淋驭侵吹肆表方艘脸解竞患双愚诞绰尝杂小奸度掉传感器原理及应 用传感器原理及应 用。