机电控制技术第二章

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1、机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 第2章 传感与检测技术2.1 2.1 传感器的组成及分类传感器的组成及分类2.2 2.2 传感器的一般特性传感器的一般特性2.3 2.3 常用传感器及应用常用传感器及应用2.4 2.4 检测技术检测技术 本章重点与难点本章重点与难点高职高专规划教材机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 第第2 2章章 传感与检测技术重点和难点传感与检测技术重点和难点 本章重点：l1传感器的一般特性l2常用传感器的种类l3.检测技术中测量误差和相对误差的概念本章难点

2、：本章难点：l1常用传感器的应用机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 2.1 传感器的组成及分类传感器的组成及分类传感器的电路组成框图：传感器的电路组成框图：图中虚线框内是把输出的电信号转换成便于处理、图中虚线框内是把输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 2.1 传感器的组成及分类传感器的组成及分类物理量传感器：物理量传感器：力学量传感器力学量传感器(如力传感器、速

3、度传感器、位移传感器等如力传感器、速度传感器、位移传感器等)光学量传感器光学量传感器(如图像传感器、红外线传感器等如图像传感器、红外线传感器等)量传感器量传感器(如温度传感器如温度传感器)电学量传感器电学量传感器(如电流传感器、电压传感器、电阻传感器如电流传感器、电压传感器、电阻传感器)声学量传感器声学量传感器磁学量传感器磁学量传感器分类分类:物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 传感器的一般特性传感器的一般特性1.线性度：线性度：标定曲线与拟合直线的接近程度

4、称为线性度，标定曲线与拟合直线的接近程度称为线性度，线性度的好坏通常用线性度误差表示。线性度的好坏通常用线性度误差表示。100%100%y ym me en ne线性度误差；线性度误差；标定值偏离拟合直线的最大偏差；标定值偏离拟合直线的最大偏差；Yn满量程值。满量程值。线性度与拟合直线线性度与拟合直线 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 传感器的一般特性传感器的一般特性2.灵敏度：灵敏度：当输入信号变化当输入信号变化x后，输出信号稳定后也相后，输出信号稳定后也相应变化应变化y，输出变化量与输入变化量的比值称为灵敏度，输出变化量与输入变化

5、量的比值称为灵敏度，用用S表示。表示。例如：例如：若差动变压器式位移传感器的输入位移信号变化为若差动变压器式位移传感器的输入位移信号变化为lmm，其，其输出电压信号的变化量相应为输出电压信号的变化量相应为2mV，则其灵敏度为，则其灵敏度为S2mVmm。3.分辨力：分辨力：分辨力是指传感器能检出被测信号的最小变化分辨力是指传感器能检出被测信号的最小变化量。量。数字仪表的最后一位所表示的数值一般视作该仪表的分辨力。数字仪表的最后一位所表示的数值一般视作该仪表的分辨力。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 传感器的一般特性传感器的一般特性4.4

6、.迟滞：迟滞：迟滞是指传感器正向特性和反向特性不一迟滞是指传感器正向特性和反向特性不一致的程度。致的程度。1为正向特性曲线为正向特性曲线2为反向特性曲线为反向特性曲线 迟滞特性曲线迟滞特性曲线 迟滞越小越好迟滞越小越好 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 常用传感器及应用常用传感器及应用l力敏传感器力敏传感器l光敏传感器光敏传感器l磁敏传感器磁敏传感器l电容传感器电容传感器l电感式传感器电感式传感器机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-弹性敏感元件弹性敏感元件

7、变换力的弹性敏感元件变换力的弹性敏感元件 所谓变换力的弹所谓变换力的弹性敏感元件是指性敏感元件是指输入量为力输入量为力F，输出量为应变或输出量为应变或位移位移的弹性敏感的弹性敏感元件元件 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-弹性敏感元件弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件 变换压力的弹性敏感元件通常用来测量气体或液体的压力变换压力的弹性敏感元件通常用来测量气体或液体的压力 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-电阻应变

8、式传感器电阻应变式传感器u当电阻丝受到拉伸时，电阻值增大，受压缩时，电阻值减小当电阻丝受到拉伸时，电阻值增大，受压缩时，电阻值减小 u金属应变片：把电阻丝夹在薄纸或薄膜中间制成应变片金属应变片：把电阻丝夹在薄纸或薄膜中间制成应变片(亦称应变亦称应变计计)。u工作中把应变片贴在产生应力变形的被测物表面，以实现应力和工作中把应变片贴在产生应力变形的被测物表面，以实现应力和变形的测量。变形的测量。u将应变片黏合在试件或传感器的弹性元件上，然后构成半桥或全将应变片黏合在试件或传感器的弹性元件上，然后构成半桥或全桥电路。当弹性元件桥电路。当弹性元件(或试件或试件)受力后，产生应变，敏感栅的电阻发受力后，

9、产生应变，敏感栅的电阻发生变化，产生正比于力生变化，产生正比于力(或应变或应变)的电压信号，测定电压就可确定力的电压信号，测定电压就可确定力(或应变或应变)的大小。的大小。u应变片不仅可对试件进行测量，而且与不同弹性元件结合可制成应变片不仅可对试件进行测量，而且与不同弹性元件结合可制成力、压力、称重、扭矩、加速度等多种力学量传感器。力、压力、称重、扭矩、加速度等多种力学量传感器。u电阻应变式传感器占称重电阻应变式传感器占称重(电子秤电子秤)传感器的绝大多数。传感器的绝大多数。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-力敏

10、力敏Z元件元件Z元件元件是一种是一种N区被重掺杂补偿的特种区被重掺杂补偿的特种PN结。该元件的最结。该元件的最大优点就是无需前置放大和大优点就是无需前置放大和A/D转换器就转换器就可以直接输出开可以直接输出开关信号或频率信号关信号或频率信号，并可与计算机直接通讯。，并可与计算机直接通讯。（1）工作原理）工作原理 当力敏当力敏Z元件受力发生弯曲变形时，内部应力作用于载流元件受力发生弯曲变形时，内部应力作用于载流子，电子和空穴上使载流子偏离原来的运动方向。子，电子和空穴上使载流子偏离原来的运动方向。如果在如果在P区加力区加力，使，使Z元件的导电能力减小。如果在元件的导电能力减小。如果在N区加力，使

11、区加力，使Z元件的导电能力增强。元件的导电能力增强。在电路中在电路中Z元件作为元件作为PN 结处于正结处于正向偏置状态，在负载电阻向偏置状态，在负载电阻R上获得输出信号。上获得输出信号。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-力敏力敏Z元件元件（2）伏安特性）伏安特性 M1-高阻区高阻区M2-负阻区负阻区M3-低阻区低阻区Ith-为阈值电流为阈值电流If为为-导通电流导通电流V th-为阈值电压为阈值电压V f-为导通电压为导通电压 若静态工作点设定在若静态工作点设定在M1 区区,Z元件处于稳定的高阻状态元件处于稳定的

12、高阻状态,作为开关元作为开关元件在电路中相当于件在电路中相当于“阻断阻断”。若静态工作点设定在。若静态工作点设定在M3 区区,Z2元件将元件将处于稳定的低阻状态处于稳定的低阻状态,作为开关元件在电路中相当于作为开关元件在电路中相当于“导通导通”。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-力敏力敏Z元件元件（3）输出电路）输出电路 Z 元件作为元件作为PN 结处于正向偏置状态结处于正向偏置状态,在负载电在负载电阻阻R 上可得到电压输出。上可得到电压输出。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与

13、检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-典型应用典型应用（1）测物体加速度）测物体加速度 敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，上自由滑动，当当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出。系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-典型应用典型应用（2）数字压力计）数字压力计 当受到压力时

14、，一对电桥上阻值发生变化，将之通过恒流源时可将压力信号当受到压力时，一对电桥上阻值发生变化，将之通过恒流源时可将压力信号变化为电压信号。但传感器有非线性，所以每台仪器要根据实际测量数据，变化为电压信号。但传感器有非线性，所以每台仪器要根据实际测量数据，将实际测量数据存入将实际测量数据存入CPU，将测量信号通过查表程序算得压力值。，将测量信号通过查表程序算得压力值。数字压力计电路基本结构数字压力计电路基本结构 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 力敏传感器力敏传感器-典型应用典型应用（3）力敏）力敏Z元件在触觉传感器中的应用元件在触觉传感

15、器中的应用 当机器人手爪抓住物体时，传感器的探头受力，弹性体变形，探当机器人手爪抓住物体时，传感器的探头受力，弹性体变形，探头向下剂压头向下剂压Z元件，这样探头所受的较大的力就变成较小的力传元件，这样探头所受的较大的力就变成较小的力传递给力敏递给力敏Z元件，就实现了机器人触觉的传感。元件，就实现了机器人触觉的传感。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器l第二类：在光的作用下使物体电阻率发生改变的称第二类：在光的作用下使物体电阻率发生改变的称内光电效应，又内光电效应，又叫光电导效应叫光电导效应，基于内光电效应的光电元器件

16、有光敏电阻，以及由光，基于内光电效应的光电元器件有光敏电阻，以及由光敏电阻制成的导管等。敏电阻制成的导管等。l第三类：在光电作用下能使物体产生一定方向电动势的称第三类：在光电作用下能使物体产生一定方向电动势的称阻挡层光阻挡层光电效应电效应。这类光电元件，主要有光电池和光电晶体管等。这类光电元件，主要有光电池和光电晶体管等。光电效应：光电效应：l第第类：在光的作用下能使电予逸出物体表面的称类：在光的作用下能使电予逸出物体表面的称外光电效应外光电效应。基。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；光电传感器由光路及电路两大部分组成。光路部分实现被

17、测光电传感器由光路及电路两大部分组成。光路部分实现被测信号对光量的控制和调制电路部分完成从光信号到电信号的转信号对光量的控制和调制电路部分完成从光信号到电信号的转换。换。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器基本形式：基本形式：a)投射式投射式 b)反射式反射式 c)辐射式辐射式 d)开关式开关式 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（1）光电倍增管）光电倍增管-结构结构 主要由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成。阴极由半导

18、体光电材主要由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成。阴极由半导体光电材料锑铯做成，次阴极是在镍或铜料锑铯做成，次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料形成。次阴极铍的衬底上涂上锑铯材料形成。次阴极可达可达30级。通常为级。通常为1214级。级。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性光电倍增管光电倍增管-技术参数技术参数型号型号光谱相光谱相应范围应范围倍倍增增极极数数最小阴极灵敏最小阴极灵敏度（度（A/lm）阴极工作阴极工作电压（电压（V）暗电暗电流流（A）环境温环境温度（度（）GDB5253000650

19、0114090081094040GDB25130006500133090061095050GDB220300065008409008109450GDB410300075001130100011078060GDB42330085001160130051064040机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（2）光敏电阻）光敏电阻-结构结构 a)结构结构 b)电极电极 c)接线图接线图 无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏

20、电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好越小越好 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（2）光敏电阻）光敏电阻-技术特性技术特性a)伏安特性伏安特性 b)光照特性光照特性 伏安特性是指在一定照度下，伏安特性是指在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系。端的电压

21、的关系。光照特性指光敏电阻的光照特性指光敏电阻的光电流光电流I和光照强度之间的关系和光照强度之间的关系。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（2）光敏电阻）光敏电阻-技术特性技术特性c)光谱特性光谱特性 d)频率特性频率特性 光谱特性指光谱特性指光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。频率特性指频率特性指光敏电阻对应着不同材料的频率特性光敏电阻对应着不同材料的频率特性。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技

22、术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（2）光敏电阻）光敏电阻-技术特性技术特性 e)温度特性温度特性 温度特性是指温度变化时，对光敏电阻的光谱响应、灵敏度和温度特性是指温度变化时，对光敏电阻的光谱响应、灵敏度和暗电阻的影响。暗电阻的影响。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（3）光敏二极管）光敏二极管 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。在没有光照射时，反向。在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在电阻很大，反向

23、电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在PN结上，光结上，光子打在子打在PN结附近，使结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。的内电场作用下作定向运动，形成光电流。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（4）光敏晶体管）光敏晶体管-结构结构a)结构结构 b)符号符号 c)基本电路基本电路 当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子空穴对，光生空穴对，光生电子被拉到

24、集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的为光电流的倍，所以倍，所以光敏晶体管有放大作用光敏晶体管有放大作用。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（4）光敏晶体管）光敏晶体管-测量电路测量电路 a)光敏二极管测量电路光敏二极管测量电路 b)光敏三极管测量电路光敏三极管测量电路 机电控制技术机电控制技术主编主编

25、 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（4）光敏晶体管）光敏晶体管-伏安特性伏安特性0.100.080.060.040.02I/mA1200 1x1000 1x800 1x600 1x400 1x200 1x010 2030 405010864201020304050500 1x400 1x300 1x200 1x100 1xI/mA反向电压/V集电极发射极电压/V(a)硅光敏二极管(b)硅光敏晶体管 a)硅光敏二极管硅光敏二极管 b)硅光敏晶体管硅光敏晶体管 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检

26、测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（5）光电开关）光电开关-分体式分体式 当有物体在发射器和接收器中通过时，红外光束被遮当有物体在发射器和接收器中通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个电脉冲信号。断，接收器接收不到红外线而产生一个电脉冲信号。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（5）光电开关）光电开关-一体式光电开关结构一体式光电开关结构 1发光二极管发光二极管 2红外光红外光 3光敏元件光敏元件 4槽口槽口 5被测物被测物 光电发射和接收器做光电发射和接收

27、器做在体积很小的同一塑在体积很小的同一塑料壳体内。料壳体内。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-结构特性结构特性（5）光电开关）光电开关-一体式光电开关应用一体式光电开关应用 a)检测线材断线检测线材断线 b)印刷机送纸检测印刷机送纸检测 c)瓶盖检测瓶盖检测 d)防盗门位置检测防盗门位置检测 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-典型应用典型应用（1）光电式数字转速表）光电式数字转速表 光电器件受光照时，光电器件受光照时，有电信号输出，

28、光电器件有电信号输出，光电器件不受光照时，无电信号输不受光照时，无电信号输出。出。属于这一类的大多是属于这一类的大多是作继电器和脉冲发生器应作继电器和脉冲发生器应用的光电传感器，用的光电传感器，如测量如测量线位移、线速度、角位移、线位移、线速度、角位移、角速度角速度(转速转速)的光电脉冲的光电脉冲传感器等等传感器等等。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 光敏传感器光敏传感器-典型应用典型应用（2）光电阵列在带材宽度检测中的应用）光电阵列在带材宽度检测中的应用 a)光敏二极管线阵的应用 b)CCD线阵的应用 1平行光源平行光源 2窄缝窄缝

29、 3被测板材被测板材 4光电线阵光电线阵 5物镜物镜机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器 磁敏传感器磁敏传感器是对磁场参量是对磁场参量(B,H,)敏感的元器件或装置敏感的元器件或装置,具具有有把磁学物理量转换为电信号把磁学物理量转换为电信号的功能。的功能。质子旋进式磁敏传感器质子旋进式磁敏传感器 光泵式磁敏传感器光泵式磁敏传感器 SQUID（超导量子干涉器）（超导量子干涉器）磁通门式磁敏传感器磁通门式磁敏传感器 半导体磁敏传感器（霍尔器件、磁敏二半导体磁敏传感器（霍尔器件、磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻）极管、磁敏

30、三极管、磁敏电阻）机械式磁敏传感器机械式磁敏传感器 分类分类 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器（1）霍耳磁敏传感器）霍耳磁敏传感器-霍尔效应霍尔效应 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象称的方向上将产生电动势的现象称霍耳效应霍耳效应。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器（1）霍耳磁

31、敏传感器）霍耳磁敏传感器-结构结构机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器（1）霍耳磁敏传感器）霍耳磁敏传感器-电路电路电路符号电路符号 基本电路基本电路 I为为控制电流、控制电流、VH为为霍耳电势、霍耳电势、V为为控制电压、控制电压、R2是输出是输出电阻、电阻、R1是输入电阻、是输入电阻、R3是霍耳负载电阻、是霍耳负载电阻、IH是是霍耳电流。霍耳电流。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半

32、导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器2）霍耳开关集成传感器）霍耳开关集成传感器-原理与特点原理与特点利用霍耳效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感利用霍耳效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出。式输出。霍耳开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火霍耳开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点。劣环境等优点。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红

33、第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器2）霍耳开关集成传感器）霍耳开关集成传感器-结构结构它由稳压电路、霍耳元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。它由稳压电路、霍耳元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器2）霍耳开关集成传感器）霍耳开关集成传感器-外形及应用外形及应用机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测

34、技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器2）霍耳开关集成传感器）霍耳开关集成传感器-接口电路接口电路机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器2）霍耳开关集成传感器）霍耳开关集成传感器-工作特性曲线工作特性曲线 BOP为工作点为工作点“开开”的磁感应强的磁感应强度度BRP为释放点为释放点“关关”的磁感应强的磁感应强度度 霍耳开关集成传感器的霍耳开关集成传感器的技术参数技术参数主要有：工作电压主要有：工作电压、磁感应、磁感应强度、输出截止电压、输出

35、导通电流、工作温度、工作点等。强度、输出截止电压、输出导通电流、工作温度、工作点等。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器3）霍耳线性集成传感器）霍耳线性集成传感器-单端输出的传感器单端输出的传感器 SL3501T电路结构电路结构 SL3501T输出特性曲线输出特性曲线 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器3）霍耳线性集成传感器）霍耳线性集成传感器-双

36、端输出的传感器双端输出的传感器 SL3501M电路结构电路结构 SL3501M输出特性曲线输出特性曲线 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-常见的半导体磁敏传感器常见的半导体磁敏传感器典型应用典型应用 u霍耳开关集成传感器常用于点火系统、保安系统、转速、霍耳开关集成传感器常用于点火系统、保安系统、转速、里程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、电流的测定与里程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、电流的测定与控制、位置及角度的检测等等。控制、位置及角度的检测等等。u利用霍耳电势与外加磁通密度成比例的特性，可借利用霍耳电

37、势与外加磁通密度成比例的特性，可借 助于助于固定元件的控制电流，对磁量以及其他可转换成磁量的电量、固定元件的控制电流，对磁量以及其他可转换成磁量的电量、机械量和非电量等进行测量和控制。机械量和非电量等进行测量和控制。u应用这类特性制作的器具有磁通计、电流计、磁读头、位应用这类特性制作的器具有磁通计、电流计、磁读头、位移计、速度计、振动计、罗盘、转速计、无触点开关等。移计、速度计、振动计、罗盘、转速计、无触点开关等。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻也称也称MR元件，是一种电阻随磁场

38、变化而变化的磁敏元件元件，是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件 主要特性主要特性:磁场磁场电阻特性电阻特性 灵敏度特性灵敏度特性:在一定磁场强度下的电阻变化率在一定磁场强度下的电阻变化率,即磁场即磁场电电阻特性的斜率阻特性的斜率。随着磁场的随着磁场的增加，电阻值增加，电阻值减少，并且在减少，并且在磁通密度达数磁通密度达数十到数百高斯十到数百高斯即饱和即饱和。a)电阻电阻磁场特性磁场特性 b)磁场输出特性磁场输出特性 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 磁敏传感器磁敏传感器-磁敏电阻磁敏电阻电阻电阻温度特性温度特性 电阻电阻温度特性温度特

39、性 强磁磁阻元件的电阻强磁磁阻元件的电阻温度特性曲线温度特性曲线 常用恒压方式。常用恒压方式。3）典型应用）典型应用 磁敏电阻可以用来作为电流传感器、磁敏接近开关、磁敏电阻可以用来作为电流传感器、磁敏接近开关、角速度角速度/角位移传感器、磁场传感器等角位移传感器、磁场传感器等。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器电容式传感器电容式传感器:以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器量变化的传感器 常见电容式传感器常见电容式传感器 机电控制技术机电控制技术主编主编

40、朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-原理特性原理特性（1）变极距型电容传感器）变极距型电容传感器 平行极板电容平行极板电容传感器结构传感器结构 平行极板电容平行极板电容传感器的特性传感器的特性 差动式变间隙差动式变间隙型电容传感器型电容传感器 电容量电容量 S 极板的遮盖面积，单位为极板的遮盖面积，单位为m2；极板间介质的介电系数；极板间介质的介电系数；两平行极板间的距离，单位为两平行极板间的距离，单位为m；0真空的介电常数，真空的介电常数，0=8.85410-12 F/m；r 极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，极板间介质的相对介电常数，对于

41、空气介质，r 1。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-原理特性原理特性（2）变面积型电容传感器）变面积型电容传感器 通常有角位移式、直线位移式和圆柱同心式三种通常有角位移式、直线位移式和圆柱同心式三种 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-原理特性原理特性（3）变介电常数型电容传感器）变介电常数型电容传感器-单组式平板形厚度传感器单组式平板形厚度传感器）（153 0321xxabCCCC结构示意图结构示意图 等效电路等效电路 a为固定极板

42、长度为固定极板长度b为宽度为宽度为两极板间的距离为两极板间的距离 x为为被测物的厚度被测物的厚度为为介电常数介电常数电容量电容量 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-原理特性原理特性（3）变介电常数型电容传感器）变介电常数型电容传感器-单组式平板形线位移传感器单组式平板形线位移传感器 结构示意图结构示意图 等效电路等效电路 2110ddblC电容量电容量 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-原理特性原理特性（3）变介电常数型电容传感器）

43、变介电常数型电容传感器-圆筒式液位传感器圆筒式液位传感器 /ln2/ln2120120 xxKhArrhrrhC电容量电容量 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-信号处理信号处理（1）调频电路）调频电路 主要有振荡电路、限幅电路、鉴频电路和放大输出电路主要有振荡电路、限幅电路、鉴频电路和放大输出电路等几部分组成。等几部分组成。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-信号处理信号处理（2）运算放大电路）运算放大电路 对输入的检测信号常采用反向

44、输入的运放电路，对输入的检测信号常采用反向输入的运放电路，Cx为负反馈电容。为负反馈电容。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-信号处理信号处理（3）二极管双）二极管双T型交流电桥型交流电桥 电路结构电路结构 合成电流回路合成电流回路 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-信号处理信号处理（4）脉冲宽度调制电路）脉冲宽度调制电路 电路各点波形分析电路各点波形分析 脉冲宽度调制脉冲宽度调制电路 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红

45、第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-典型应用典型应用（1）电容式压力传感器）电容式压力传感器 当被测压力或压力当被测压力或压力差作用于膜片并使之产生差作用于膜片并使之产生位移时位移时,形成的两个电容形成的两个电容器的电容量器的电容量,一个增大一个增大,一一个减小。该电容值的变化个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或或压力差相对应的电流或电压的变化。电压的变化。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-典型应用典型应用（2）电容式加速度传感器

46、）电容式加速度传感器 电容式加速度传感器的电容式加速度传感器的主要特点主要特点是频率响应快和量程范围大是频率响应快和量程范围大,大多采用空气或其它气体作阻尼物质。大多采用空气或其它气体作阻尼物质。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电容传感器电容传感器-典型应用典型应用（3）电容式厚度传感器）电容式厚度传感器 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器电感式传感器是通过位移、振动、压力等被测量的变化，是通过位移、振动、压力等被测量的变化，利用磁场作

47、为媒介或铁磁体的某些现象使线圈自感或互感发生变利用磁场作为媒介或铁磁体的某些现象使线圈自感或互感发生变化，其化，其主要特征是具有线圈绕组主要特征是具有线圈绕组。分类分类 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电感式传感器电感式传感器-结构原理结构原理（1）可变磁阻式）可变磁阻式 基本类型有单线圈变气隙型和差动变气隙型两种基本类型有单线圈变气隙型和差动变气隙型两种 差动变压器式传感器基本结构形式和等效电路差动变压器式传感器基本结构形式和等效电路 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电

48、感式传感器电感式传感器-结构原理结构原理全波电压输出全波电压输出 半波电压输出半波电压输出 全波电流输出全波电流输出 半波电流输出半波电流输出 差动差动变压变压器测器测量转量转换电换电路常路常采用采用差动差动整流整流电路电路 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电感式传感器电感式传感器-典型应用典型应用（1）轴向电感测微仪）轴向电感测微仪 1测端测端 2密封套密封套 3测杆测杆 4钢球导轨钢球导轨 5防转销防转销 6测力弹簧测力弹簧 7线圈线圈 8衔铁衔铁 9固定磁筒固定磁筒 10引线电缆引线电缆 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照

49、红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电感式传感器电感式传感器-典型应用典型应用GDH型电感测微仪电路型电感测微仪电路 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电感式传感器电感式传感器-典型应用典型应用（2）电感式圆度计）电感式圆度计 1被测物被测物 2耐磨测量端耐磨测量端 3电感测头电感测头 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 电感式传感器电感式传感器-典型应用典型应用（3）滚柱直径分选装置）滚柱直径分选装置 1被测滚柱被测滚柱 2电磁挡板电磁挡板 3电感测端电感

50、测端 4电感传感器电感传感器 5电磁翻板电磁翻板 6容器容器 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量方法测量方法（1）偏差式测量）偏差式测量 测量过程中，直接以仪表的偏移量来表示被测量大小的测量测量过程中，直接以仪表的偏移量来表示被测量大小的测量方式称偏差式测量。如用弹簧称物体质量等方式称偏差式测量。如用弹簧称物体质量等。（2）零位式测量）零位式测量 在测量过程中，被测量作用于仪表的比较装置，并被比较装在测量过程中，被测量作用于仪表的比较装置，并被比较装置中的标准量抵消，当测量系统达到平衡时，用已知标准量的值置中

51、的标准量抵消，当测量系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值，如天平测量物体的质量，用电桥测量电阻值等。决定被测量的值，如天平测量物体的质量，用电桥测量电阻值等。（3）微差式测量）微差式测量 测量时，被测量作用于仪表的比较装置，被测量的大部分被测量时，被测量作用于仪表的比较装置，被测量的大部分被比较装置中的标准量所抵消，然后再用类似于偏差式的方法来测比较装置中的标准量所抵消，然后再用类似于偏差式的方法来测出上述两者比较结果的剩余差值。例如用不平衡式电桥测量电阻出上述两者比较结果的剩余差值。例如用不平衡式电桥测量电阻值的方法。值的方法。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2

52、 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量方法测量方法自动平衡电位差计自动平衡电位差计 1滑线电阻滑线电阻 2电刷电刷 3指针指针 4刻度尺刻度尺 5传动机构传动机构 6放大器放大器 7电机电机 机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量误差测量误差 测量误差：测量误差：是指被测量值与真值之间的差异。是指被测量值与真值之间的差异。测量误差的分类：测量误差的分类：1）系统误差）系统误差 2）随机误差）随机误差 3）疏失误差）疏失误差 系统误差是指在相同的条件下，多次测量同一量时，大小和符号均保持

53、系统误差是指在相同的条件下，多次测量同一量时，大小和符号均保持不变或按一定规律变化的误差。系统误差决定了测量的准确度。系统误差越不变或按一定规律变化的误差。系统误差决定了测量的准确度。系统误差越小，测量结果越准确。小，测量结果越准确。在相同测试条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号都以不可预知的在相同测试条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差。随机误差决定了测量的精密度。方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差。随机误差决定了测量的精密度。随机误差越小，测量结果的精密度越高。随机误差越小，测量结果的精密度越高。指在一定的测量条件下，测量值明显偏

54、离实际值所造成的测量误差。由指在一定的测量条件下，测量值明显偏离实际值所造成的测量误差。由于粗大误差明显歪曲测量结果，所以应将它剔除。于粗大误差明显歪曲测量结果，所以应将它剔除。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量误差测量误差测量误差的来源测量误差的来源 1）由于仪器的电气或机械结构不完善引起的误差。）由于仪器的电气或机械结构不完善引起的误差。2）由于人们对仪器的安装、调节、使用不当等引起的误差。）由于人们对仪器的安装、调节、使用不当等引起的误差。3）由于测量者的分辨力、疲劳程度、固有习惯等引起的误差。）由于测

55、量者的分辨力、疲劳程度、固有习惯等引起的误差。4）由于依据的理论不严密或计算公式过于简化等而导致的误差。）由于依据的理论不严密或计算公式过于简化等而导致的误差。5）由于受周围温度、压力、湿度、电源波动、电磁场、）由于受周围温度、压力、湿度、电源波动、电磁场、光辐射、放射物等影响而产生的环境误差。光辐射、放射物等影响而产生的环境误差。减小系统误差的方法是选择更为合理的测量方法、使用精度更高的减小系统误差的方法是选择更为合理的测量方法、使用精度更高的测量仪器、引入修正值法；减小随机误差的方法是在相同条件下进行多次测量仪器、引入修正值法；减小随机误差的方法是在相同条件下进行多次测量取平均值；确认的疏

56、失误差必须及时剔除。测量取平均值；确认的疏失误差必须及时剔除。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量误差测量误差测量误差的表示方法测量误差的表示方法 1）绝对误差）绝对误差。测量值。测量值Ax与真值与真值A0之差，称为绝对误差之差，称为绝对误差A 0AAAX2）相对误差。）相对误差。实际相对误差实际相对误差 示值相对误差示值相对误差 满度相对误差满度相对误差%100/AAA%100/XXAA又称引用相对误差又称引用相对误差%100/mmAA机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测

57、技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量数据处理测量数据处理（1）有效数字）有效数字 有效数字是指在它的绝对误差不超过末位单位数字的一半有效数字是指在它的绝对误差不超过末位单位数字的一半时，在它的左边数字列中，从第一个不为零的数字算起，直到末时，在它的左边数字列中，从第一个不为零的数字算起，直到末位为止（末位可以是零）的全部数字。位为止（末位可以是零）的全部数字。1）用有效数字来表示测量结果时，可以从有效数的位数估计出测量的）用有效数字来表示测量结果时，可以从有效数的位数估计出测量的误差。一般规定误差不超过末位有效数字的一半。误差。一般规定误差不超过末位有效数字的一半。这一结果的测量误差

58、这一结果的测量误差为。为。注意：注意：2）在测量结果的数字列中，前面的）在测量结果的数字列中，前面的“0”不算是有效数字，而末位的不算是有效数字，而末位的“0”才重要。如只表示一位有效数字。才重要。如只表示一位有效数字。3）有效数字的位数不能因采用的单位变化而增加或减少。如测量结果记）有效数字的位数不能因采用的单位变化而增加或减少。如测量结果记为，若以为，若以为单位，不能记作为单位，不能记作4700，应记作，应记作4.7103，它仍为两位有，它仍为两位有效数字。效数字。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量数据处

59、理测量数据处理2）数字舍入规则）数字舍入规则 大于大于5时向前进时向前进1，小于，小于5时舍去不进位。时舍去不进位。当测量结果的有效数字超过指定位数时，多余的位数当测量结果的有效数字超过指定位数时，多余的位数应按规定予舍去。应按规定予舍去。舍入规则：舍入规则：若恰好等于若恰好等于5时，采用时，采用“奇进偶不进奇进偶不进”原则。即原则。即5之前之前是奇数舍后进是奇数舍后进1，5之前是偶数后不进位。之前是偶数后不进位。机电控制技术机电控制技术主编主编 朱照红朱照红 第第2 2章章 传感与检测技术传感与检测技术 24检测技术检测技术-测量数据处理测量数据处理（3）近似运算规则）近似运算规则 1）有效

60、数字的加减运算规则）有效数字的加减运算规则 对参加加减运算的各项数字进行修约，使各数修约到比小对参加加减运算的各项数字进行修约，使各数修约到比小数点数点 后位数最少的那项数字多保留一位小数；后位数最少的那项数字多保留一位小数；进行加减运算；进行加减运算；对运算结果进行修约，使小数点后的位数与原各项数字中对运算结果进行修约，使小数点后的位数与原各项数字中小数小数 点后位数最少的那项相同。点后位数最少的那项相同。2）乘除运算时，有效数字位数的取舍决定于有效数字最少的一）乘除运算时，有效数字位数的取舍决定于有效数字最少的一项数字，而与小数点位置无关。项数字，而与小数点位置无关。3）乘方或开方运算时保留的有效数字位数，同于原有效数字的）乘方或开方运算时保留的有效数字位数，同于原有效数字的位数。位数。4）对数运算时，计算结果与其真数有效数字的位数相同。）对数运算时，计算结果与其真数有效数字的位数相同。