第七章-磁场与成分参数检测.ppt

7.1磁敏传感器,磁敏传感器是基于磁电转换原理制成的。主要器件有磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管。7.1.1磁敏电阻一、磁阻效应在磁场作用下，半导体晶片电阻率增大的现象称为物理磁阻效应。在相同磁场作用下，因晶片几何形状不同使电阻值变化不同的现象称为几何磁阻效应。理论推导磁阻效应的表达式为：,7.1磁敏传感器,二、磁敏电阻磁敏电阻的结构形式有两端型和三端型两种。其技术性能参见表7.1.1所示。7.1.2磁敏二极管一、基本结构与原理磁敏二极管有锗和硅磁敏二极管两种。图所示为磁敏二极管的结构。,7.1磁敏传感器,二、磁敏二极管特性1.磁灵敏度2.输出电压特性3.温度特4.频率特性7.1.3磁敏三极管一、基本结构与原理长基区是磁敏三极管的主要特征，图是锗管的结构示意图。,7.1磁敏传感器,二、磁敏三极管的特性1.磁灵敏度2.温度特性3.频率特性,7.2磁场检测,本节主要介绍电磁感应法测磁场、磁通门磁强计测磁场、霍尔效应和核磁共振法测磁场。7.2.1电磁感应法测磁场电磁感应法测磁场的理论基础为电磁感应定。图中，若被测磁场按正弦规律变化，穿过测量线圈的磁通也按正弦规律变化，即：,7.2磁场检测,线圈产生的感应电势：有：测出感应电势e，即可算出穿过线圈的磁通幅值m。被测磁场的Bm和Hm等于：,7.2磁场检测,一、冲击法1.测量原理用冲击法测量直流磁通的接线图如图所示。2.磁通冲击常数的测量方法测量的电路图如图所示。,7.2磁场检测,7.2磁场检测,二、磁通表磁通表测量直流磁通的接线示意图如图所示。7.2.2磁通门磁强计测量磁场,7.2磁场检测,7.2.3霍尔效应测量磁场测出霍尔电势UH的大小，即可得出磁感应强度。国产CT3型特斯拉计就是用霍尔效应测量磁感应强度的仪器。可测量交直流磁场的磁感应强度，其结构如图所示。,7.2磁场检测,7.2磁场检测,7.2.4核磁共振法测量磁场核磁共振是指在外磁场的作用下原子核产生的能级分裂效应。,7.3气体成分检测,成分检测的方法主要有化学式、物理式和物理化学式等。7.3.1热导式气体分析仪热导式气体分析仪是通过检测混合气体导热系数变化得知待测组分含量的。常用的热导式气体分析仪由热导室、测量电桥和显示仪组成。,7.3气体成分检测,图分别为为热导室电桥。,7.3气体成分检测,7.3.2热磁式气体分析仪热磁式气体分析仪是利用气体热磁效应检测待测气体组分含量的仪表。一、热磁式氧气分析仪热磁式氧气分析仪利用氧的磁化率比其它组分的大得多；温度的升高磁化率迅速下降的磁特性工作的。,7.3气体成分检测,热磁式氧气分析仪的原理如图所示,7.3气体成分检测,二、氧化锆式氧量分析仪氧化锆式氧量分析仪是由氧化锆固体电解质管、铂电极和引线构成，如图所示。,7.3气体成分检测,7.3.3红外线气体分析仪红外线气体分析仪是应用气体对红外线的吸收原理制成的，具有灵敏度高、分析范围广、选择性好等特点。一、红外线及其特征红外线是一种波长介于可见光和无线电波之间的电磁波。红外气体分析仪主要用1到25m的波段。红外线具有以下两个特征：1.可被物质选择性吸收。2.吸收时能量守恒。,7.3气体成分检测,二、光的吸收定律光的吸收定律又称作朗伯贝尔定律，表达式为：三、红外线气体分析仪的检测原理及结构红外线气体分析仪的结构原理如图。主要由红外线辐射光源、气室、红外探测器以及电器电路等部分组成。,7.4气敏传感器,本节仅对应用较广的半导体气敏传感器的结构原理及应用做简要介绍。7.4.1半导体气敏传感器某些半导体元件同气体接触时其性质会发生变化，这些元件被称为半导体气敏传感器。一、基本结构图所示为直热式结构。,7.4气敏传感器,二、工作原理烧结型SnO2气敏元件是表面电阻控制型气敏元件，结构模型如图所示。,7.4气敏传感器,三、气敏传感器的应用1.气体报警器图示为一种简单的家用报警器电路，气敏元件采用直热式的TGS109。,7.4气敏传感器,2.气体检漏仪将气敏元件作为气电转换元件并配以相应的路而组成。图是用QMN5型气敏元件组成的简易袖珍式气体检漏仪原理图。,7.4气敏传感器,7.4.2红外吸收式气敏传感器7.4.3薄膜气敏传感器一、SnO2敏感膜二、气敏性能与工作温度的关系三、气敏性能与掺杂的关系四、气敏性能与薄膜厚度的关系,7.5湿度和含水量的检测,气体中的水分含量称为湿度，固体中的水分含量称为含水量。7.5.1湿度的检测湿度可分为绝对湿度和相对湿度。湿度的检测方法有多种，常见的有绝对测湿法、相对测湿法和毛发湿度度计法。7.5.2含水量的检测含水量的检测主要有电导法、称重法、电容法、红外吸收法、微波吸收法等检测方法。,7.5湿度和含水量的检测,一、电导法如图所示。,7.5湿度和含水量的检测,二、称重法称重法是采用红外线灯为加热源，照射被测物质使其水分完全蒸发即烘干。再用电子称称出烘干前后的重量W1和W2，即可求出其含水量M，即：三、红外吸收法根据水分对1.94m波长的红外线吸收较强，对1.84m波长的红外线几乎不吸收的特性进行测量的方法。,7.6液体浓度的检测,工业电导仪是通过测量溶液的电导，间接地得到溶液浓度的。7.6.1溶液的电导率与浓度的关系电解质