第六章电势型传感器

工作原理
当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运 动时，导体内产生的感应电势为
eBlv
当一个N匝相对静止的导体回路处于随时间变化 的磁场中时，导体回路产生感应电动势e，e的 大小与穿过线圈的磁通Φ变化率有关
e N d dt
21
沈阳铁路机械Fra Baidu bibliotek校
07.10.2020
传感器原理及应用
基本结构
变磁通式又称磁阻式 ，线圈、磁铁静止不动， 转动物体引起磁阻、磁通变化，该类传感器 常用于角速度的测量。
度不等（T＞T0）有温差时，回路里会产生热
电势，形成电流
T
热端
金属A
Eab
金属B
电流
T0
冷端
3
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
热电偶工作原理
两种导体的接触电势 ：不同金属自由电子密度 不同，当两种金属接触在一起时，在结点处会 发生电子扩散，电子从浓度高的向浓度低的金
属扩散。浓度高的失去电子显正电，浓度低的
比较
报警
17
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
压电换能
电子血压计
18
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
压电薄膜元件
衡洗 电衣 器机 检不 测平
19
沈阳铁路机械学校
汽车监控
07.10.2020
传感器原理及应用
磁电传感器
20
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
传感器原理及应用
热电偶的应用
温度测量
7
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
热电偶的应用
炉温自动记录仪
8
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
压电传感器
石 英 晶 体
压 电 陶 瓷
9
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
压电效应
当某些晶体在一定方向上受到外力作用时，在 某两个对应的晶面上，会产生符号相反的电荷，
1-永久磁铁 2-软铁 3-感应线圈 4-铁齿轮
磁阻式
22
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
基本结构
恒磁通式又称 动圈式
磁路系统恒定，N 补 偿 磁场运动部件 N 线 圈 可以是线圈也 可以是磁铁
工作线圈
弹簧
N S
磁轭 永久磁铁
23
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
标准电极定律 ：导体C分别与热电偶两个热电极 A、B组成热电偶AC和BC，当保持三个热电偶的 两端温度相同时，则热电偶AB的热电势等于另
外两个热电偶AC和BC的电势之差，
5
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
热电偶种类
普通热电偶
薄膜热电偶
铠装热电偶
6
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
+++++++
25
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
霍尔元件
霍尔元件结构简单，从一个矩形薄片状的半 导体基片上的两个相互垂直方向的侧面上， 各引出一对电极
26
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
测量电路
在磁场与控制电流的作用下，负载上就有电 压输出。在实际使用时，I或B或两者同时作 为信号输人，而输出信号则正比于I或B或两 者乘积
07.10.2020
传感器原理及应用
压电式加速度传感器
结构
1-壳体 2-弹簧 3-质量块 4-压电晶片 5-引出电极 6-基座
原理
15
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
燃气压电点火器
16
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
压电式玻璃破碎报警器
玻璃
放大 带通滤波
得到电子显负电。当扩散达到动态平衡时，得
到一个稳定的接触电势。
＋
－
电子扩散方向
4
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
热电偶工作原理
单一导体的温差电势 ：对一单一金属，如果两边 温度不同，两端也会产生电势。高温端失去电子 带正电，低温端得到电子带负电
中间导体定律 ：当引入第三导体C时，只要C导 体两端温度相同，回路总电动势不变
11
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
简介
Z轴是晶体的对称轴，该轴方向没有压电效应；
X轴称电轴，电荷都积累在此轴晶面上，垂直于X轴晶面 的压电效应最显著；
Y轴称机械轴，逆压电效应时，沿此轴方向的机械变形
最显著
Z
Y X
12
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
当外力取消后，电荷也消失。作用力改变方向
（相反）时，两个对应晶面上电荷符号改变，
该现象称正压电效应
晶体
F
晶体
F
晶体
F=0 无 电 荷
10
++++++ ------
F
沈阳铁路机械学校
-----++++++
F
07.10.2020
传感器原理及应用
逆压电效应
某些晶体在一定方向上受到电场 （加电压）作用时，在一定的晶轴 方向上将产生机械变形，外加电场 消失，变形也随之消失
磁电式传感器的应用
振动测量
弹簧片 阻尼环 线圈
永久磁铁 外壳
芯轴
24
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
霍尔传感器
霍尔效应
在一块通电的半导体薄片上，加上和薄片
表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出 现一个电压，如图中的VH，这种现象就是
霍尔效应
B
VHKHBI
-------
VH I
传感器原理及应用
第六章 电势型传感器
热电偶 压电传感器 磁电传感器 霍尔传感器
1
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
热电偶
2
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
热电偶工作原理
热电效应 ：两种不同类型的金属导体两端， 分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温
压电元件的等效电路
压电元件可以等效成一个电荷源和一个电容
并联的等效电路
Cf
Q
Ca
+ -A
-
Q Ca Co Ci
Uo
Uo
Q Cf
13
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
压电传感器的应用
压电式力传感器
1-上盖 2-石英晶片 3-电极 4-引出插头 5-绝缘材料 6-底座
14
沈阳铁路机械学校
RL VH
R
E
27
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
霍尔传感器应用
测量磁场 微位移测量
28
沈阳铁路机械学校
07.10.2020
传感器原理及应用
霍尔传感器应用
霍尔转速表
29
沈阳铁路机械学校
霍尔式 压力传 感器
07.10.2020
传感器原理及应用
霍尔液位传感器
霍尔器件装在容器外面，永久磁体支在浮 子上，随着液位变化，作用到霍尔器件上 的磁场的磁感应强度改变，从而可测得液 位。