第七章：其它传感器及应用

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,7.1,热电阻式传感器,7.2,霍尔传感器,7.3,压电式传感器,第七章 其它常用传感器,学 习 要 求,1,、学习和了解热电阻传感器和霍尔传感器的工作原理；,2,、掌握热电阻传感器和霍尔传感器的主要参数和特点；,3,、了解热电阻传感器和霍尔传感器的应用范围。,4,、了解压电式传感器的工作原理和基本应用。,第一节 热电阻式传感器,-,利于导电物体的电阻率随温度变化的温度电阻效应。,主要用于温度以及与温度有关的参量的测量。,取一只,100W/220V,灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为,484,。,第一节 热电阻式传感器,按照热电阻的性质可分为两大类：,金属热电阻,半导体热电阻,简称,“,热电阻,”,简称,“,热敏电阻,”,易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻,1.1,热电阻,1.,铂热电阻,国际上公认的高精度测温标准传感器。,铂电阻是用很细的铂丝绕在云母支架上制成。,在,0,630.74,范围内，铂电阻与温度的关系可以精确,表示为：,R,t,=R,0,(1+At+Bt,2,+Ct,3,),式中,A,3.9684710,3,B,-5.84710,-7,C,-4.2210,-12,2.,铜热电阻,适用于测量精度要求不高，温度范围在,50,150,的场合。,铜热电阻的优点是：,1.,价格便宜,2.,铜的电阻与温度几乎是线性关系，即,R,t,=R,0,(1+,t),3.,电阻温度系数较大，,（,4.25,4.28)10,-3,/,铜热电阻的缺点是：,1.,电阻率较小，体积较大,2.,易氧化，使用环境要求高,3.,测量温度范围小,3.,其它热电阻,随着科学技术的发展，对低温和超低温的测量提出了迫切要求。,1),铟电阻高精度低温电阻,铟的熔点为,150,，在,4.2,15K,温域内的灵敏度比铂电阻高,10,倍。,缺点是材料软，复制性很差。,2),锰电阻,特点是在,63,2K,低温范围内，电阻随温度变化很大，灵敏度高。,缺点是脆性大，难以控制成丝。,薄膜型及普通型铂热电阻,小型铂热电阻,防爆型铂热电阻,汽车用水温传感器及水温表,铜热电阻,学习查“铂热电阻分度表”,附录 铂热电阻分度表,铂电阻温度显示、变送器,1.2,半导体热敏电阻,由金属氧化物（如锰、镍、铜和铁的氧化物）粉料按一定配方,挤压成型，经过,1000,1500,高温烧结而成。,热敏电阻的优点是,温度系数大、体积小、热惯性小。,热敏电阻是非线性电阻。主要表现在电阻值与温度间呈指数,关系；电流随电压的变化不服从欧姆定律。,热敏电阻的外形、结构及符号,a,）圆片型热敏电阻,b,）柱型热敏电阻,c,）珠型热敏电阻,d,）铠装型,e,）厚膜型,f,）图形符号,1,热敏电阻,2,玻璃外壳,3,引出线,4,紫铜外壳,5,传热安装孔,1.3,半导体热敏电阻的特性,按半导体电阻随温度变化的特性分为三种类型：,1,、负电阻温度系数热敏电阻,Negative Temperature Coefficient,2,、正电阻温度系数热敏电阻,Positive Temperature Coefficient,3,、临界温度热敏电阻,Critical Temperature Resistor,R,t,0,R,t,0,NTC,R,t,0,PTC,CTR,热敏电阻外形,MF12,型,NTC,热敏电阻,聚脂塑料封装热敏电阻,其他形式的热敏电阻,玻璃封装,NTC,热敏电阻,MF58,型热敏电阻,其他形式的热敏电阻,带安装孔的热敏电阻,大功率,PTC,热敏电阻,其他形式的热敏电阻,（续）,贴片式,NTC,热敏电阻,其他形式的热敏电阻,（续）,MF58,型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻,MF5A-3,型热敏电阻,热敏电阻温度面板表,热敏电阻,LCD,热敏电阻体温表,热敏电阻用于,CPU,的温度测量,热敏电阻用于,电热水器,的温度控制,B,I,I,第二节 霍尔传感器,-,是基于半导体材料的霍尔效应原理制成的敏感元件。,1.1,霍尔效应,f,L,f,E,U,H,将一块通以电流,I,的导体薄片置于,磁感应强度为,B,的磁场中，则,在垂直于电流和磁场的薄片,两端产生一个正比于电流和,磁感应强度的电势。,f,L,洛伦之力,f,E,-,电势,U,H,产生的电场力,霍尔电势,U,H,K,H,IB,K,H,是灵敏度系数,1.2,霍尔元件基本检测电路,1,、元件电路符号,控制电流极,霍尔输出端,2,、基本检测电路,E,I,U,0,1.3,霍尔元件不等位电势的补偿,由于输出端的不对称和其它原因，霍尔元件在外磁场为零,的情况下，仍有电势输出。,等效,补偿电路,I,U,H,A,B,C,D,I,U,H,r,1,r,3,r,4,r,2,A,B,C,D,B,R,w,A,D,C,R,w,A,D,C,1.3,霍尔传感器的应用,1.,位移检测,N,S,N,S,x,x,霍尔元件,x,0,时，,B,0,x,变化时，,B,增大，输出电势。,动态范围,5mm,，分辨率,0.001mm,2.,转速测量,通过输出的脉冲数量计算转速。,霍尔特斯拉计（高斯计）,霍尔元件,霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（,ABS,）中的应用,若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。,带有微型磁铁的霍尔传感器,霍尔转速表的其他安装方法,只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。,霍尔元件,磁铁,霍尔电流传感器,铁心,线性霍尔,IC,E,H,=,K,H,IB,霍尔钳形电流表（交直流两用）,压舌,豁口,第七章小结,1,、热电阻式传感器,热电阻,热敏电阻：,铂电阻：精度高,铜电阻：价格低，检测范围小，线性好,铟电阻和锰电阻：用于低温检测,NTC,、,PTC,和,CTR,三种类型,2,、霍尔传感器,工作原理，不等为电势的补偿和典型应用。,灵敏度高，体积小，非线性差,