测试技术 第六章霍尔式及其他.ppt

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1、,4.5 霍尔传感器,霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。广泛用于位移、电磁、压力、加速度、振动等方面的测量。材料：砷化铟（InAs）锑化铟（InSb）锗（Ge）等,1）霍尔效应 霍尔元件（板，板厚远小于板宽和长）置于一磁场中，在板长方向通以控制电流I时，板的侧向（宽度）会产生电动势差霍尔电压，此现象为霍尔效应,霍尔系数，由材料物理性质决定，等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率的乘积。金属材料载流子迁移率很高,但电阻率很小;而绝缘材料电阻率极高,但载流子迁移率极低。只有半导体材料适于制造霍尔片,灵敏度系数，由材料物理性质和几何尺寸决定,目前常用的霍尔元件材料有:锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材

2、料。,2）霍尔元件基本结构,2、2两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；1、1引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。在电路中霍尔元件可用两种符号表示,由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。,3）应用,霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点,它首先是用来测磁场的，还可用来测产生或影响磁场的物理量（如电流）。,a.电流传感器,当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。,b.位移测量,磁性转盘的输入轴与被测转轴相连

3、,当被测转轴转动时,磁性转盘随之转动,固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲,检测出单位时间的脉冲数,便可知被测转速。,c.转速测量,案例：汽车速度测量,d.无损探伤,铁磁材料受到磁场激励时，因其导磁率高，磁阻小，磁力线都集中在材料内部。若材料均匀，磁力线分布也均匀。如果材料中有缺陷，如小孔、裂纹等，在缺陷处，磁力线会发生弯曲，使局部磁场发生畸变。用霍尔探头检出这种畸变，经过数据处理，可辨别出缺陷的位置，性质（孔或裂纹）和大小（如深度、宽度等),霍尔无损探伤已在炮膛探伤、管道探伤，海用缆绳探伤，船体探伤以及材料检验等方面得到广泛应用。,4.6 热敏传感器,1)

4、双金属温度计,把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变化转换成机械量变化。,优点：结构简单牢固可靠防爆,2）热电温度计(热电偶),热电效应,将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。,热电偶测温基本定律,均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。,中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。,参考电极定律 两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶

5、，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得：,A,B,T,T0,T0,由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。,热电偶是工业上最常用的温度检测器件之一。,测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。,测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。,构造简单，使用方便。,3）热敏电阻,半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，热敏电阻是一种电阻值随其温度成指数变化的半导体热敏元件。,PTC热敏电阻:具有正温度系

6、数,灵敏度非常数。NTC热敏电阻：随温度上升电阻呈指数关系减小，具有负温度系数，灵敏度高；常用CTR热敏电阻：具有很大的负温度系数和负电阻突变特性。,水温感应塞,温控器,还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等,4.7气敏传感器,气体与人类日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。,如生活环境中一氧化碳浓度达0.81.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥。还有易燃、易爆气体、酒精等的探测。,烟雾报警器,酒精传感器,二氧化碳传感器,气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰。当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时

7、，电阻发生变化。从而使气敏元件电阻值随被测气体的浓度改变而变化。,燃气报警器,酒精传感器,4.8 CCD固态图象传感器(电荷耦合器件),MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉积一层金属电极，以此形成一个金属-氧化物-半导体结构元(MOS)。,在半导体硅片上按线阵或面阵排列MOS单元，如果照射在这些光敏元上的是一幅明暗起伏的图像，则这些光敏元上就会感生出一幅与光照强度相对应的光生电荷图像。,特点:(1)组成测试仪器可测量物位、尺寸、工件损伤、自动对焦;,条形码扫描器,应用:(1)宽度测量;（2

8、)外径测量;(3)主轴径向跳动测量,(2)作光学信息处理装置的输入环节，可用于传真技术、光学文字识别与图像识别、光谱测量等；,(3)作自动流水线装置中的敏感器件，可用于机床、自动售货、自动搬运及自动监视装置等方面。,数码相机,1）超声波及其物理性质 声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。次声波低于16 Hz的机械波声 波频率在162104 Hz之间,能为人耳所闻的机械波超声波高于2104 Hz的机械波 微 波频率在3108 31011 Hz的机械波,4.9超声波传感器,超声波在均匀介质中按直线传播；当超声波由一种介质入射到另一种介质时,由于在两种介质中传播速度不同,在介质面上会产生反射

9、、折射和波形转换等现象，符合几何光学的定律。,性质：,2）超声传感器,超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等,而以压电式最为常用。,利用压电材料的压电效应来工作的:发射探头产生超声波；接收探头将超声振动波转换成电信号,压电式：,实际应用中，两者合为一体：将脉冲交流电压加在压电元件上，使其向被测介质发射超声波，同时又利用它接收从该介质中反射回来的超声波，并将该反射波转换为电信号输出。,3）超声传感器的应用,物位传感器如果从发射超声脉冲开始,到接收到反射波为止的这个时间间隔为已知,就可以求出分界面的位置,利用这种方法可以对物位进行测量。,超声波在液体中传播（衰减小）,流量传感器,

10、超声波传输时间差法,超声波在静止流体和流动流体中的传输速度是不同的,利用这一特点可以求出流体的速度,再根据管道流体的截面积,便可知道流体的流量。,顺流：,逆流：,倒车雷达,鱼群探测器,4.10 其他类型传感器,1）热辐射检测传感器绝对零度以上的物体都有辐射，其强度依赖于物体温度(K)，冶金、轧制、磨削加工以及各种热加工过程中都涉及到动态温度场的检测问题。,2）声发射检测传感器材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性形式释放出应变能的现象叫声发射。可用于材料断裂等结构检测,3）生物传感器发酵工业：谷氨酸葡萄糖检测 医学：血糖乳酸测定,检测对象中含生命物质。根据敏感物质不同,生物传感器分酶

11、传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。,血糖乳酸测定流程,德国研发的环境废水BOD分析仪,手掌型葡萄糖(glucose)分析仪,体育上耐力训练,工厂发酵车间化验员正在分析样品,集成传感器,多传感器集成,电路集成,可进行多参数测量和综合处理,各种调节电路和补偿电路信号放大和阻抗变换电路信号数字化和信号处理电路,4）智能传感器将传感器与微型计算机集成在一块芯片上，其主要特征是将敏感技术和信息处理技术相结合,嵌入式计算机,智能传感器,智能倾角RS232传感器等,条件调节和环境补偿能力（温度、压力）自动校正、自选量程、输出线性化通讯能力故障诊断处理能力逻辑和判断能力等,智能倾角RS232传感器,嵌入式计算机,智能压力网络传感器,