第7章 电能量型传感器

1、第7章 电能量型传感器7.1 压电式传感器压电式传感器是利用压电效应实现力与电荷的双向转换。 压电式传感器的工作原理 压电效应（正、逆压电效应）： 压电式传感器的等效电路和连接方式1.压电式传感器的等效电路 压电元件两极之间的压电陶瓷或者石英晶体为绝缘体，构成一个电容器，其电容为： 产生的电压与电荷的关系： 在测量频率比较低时，必须保证负载RL很大，以提高时间常数，不至于造成较大的误差，一般达几兆欧。石英晶体石英晶体具有正、 逆压电效应。 为了得到好的谐振效果， 石英晶体谐振器都是把晶体做成片状。晶体片的切型与等效电路。 C0 几个pF;Cq-10-2-10-4pF;R0-100欧姆左右；Lq

2、-毫亨。石英晶体谐振器的压电效应可以用图8.1.6(a)所示的等效电路来表示。等效电路中的C0为晶体片与金属电极板构成的装架电容； Lq与Cq为压电谐振的等效参数；Rq为振动时摩擦损耗的等效电阻。 图8.1.6 (b) 是等效电路(见图8.1.6 (a)的电抗-频率特性。 2. 压电式传感器的连接电路 压电式传感器的应用1.应用特点：（P66）2.设计时必须考虑的问题： ZA-YD系列压电式低频振动传感器 （ 可以测量振动速度、位移） 7.2 磁电式传感器磁电式传感器的工作原理与结构形式磁电式传感器是利用电磁感应定律，将输入运动速度变换成感应电势输出的装置。1.恒磁通磁电式传感器 2.变磁通磁

3、电式传感器磁电式传感器的应用 TR磁电转速传感器7.3 热电式传感器热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。 热电阻传感器1. 热电阻 电阻与温度的关系2.热敏电阻热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件热敏电阻由半导体陶瓷材料组成， 热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏

4、电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。 热敏电阻的主要特点是：1.灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；2.工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达到2000），低温器件适用于-27355；3.体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；4.使用方便，电阻值可在0.1100k间任意选择；5.易加工成复杂的形状，可大批量生产；6.稳定

5、性好、过载能力强。主要缺点热敏电阻1.阻值与温度的关系非线性严重；2.元件的一致性差，互换性差；3.元件易老化，稳定性较差；4.除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0150范围，使用时必须注意。主要参数热电阻传感器的应用 恒温控制系统RT负温度系数。 温控电路的控制过程是：电路刚接通时UA-UB小，VC<UTH1，E点为高电平U2，T1、T2饱和导通，15V电源对100/2W加热，使加热器温度升高，Rr随温度的升高，阻值逐渐减小，UA-UB逐渐增大，UC随之增大，当UC=UTH1时，E点又由高电平跳变到低电平-Uz，T1、T2截止，加热器停止加热，温度降低，RT的阻值增大使UA-

6、UB减小，当减小到UC=UTH2时，E点又由低电平翻转到高电平，再次加热，如止循环，使温度恒定。要求：根据电路中给定元件参数和电压，计算电路的其它参数。瞬态抑制二极管的结构与稳压二极管相似，连符号也一样。瞬态抑制二极管(TVS)的工作原理与稳压二极管一样，但结构上有差别。其最大的差别是一般稳压二极管组成的PN结面积很小，它能承受的反向电流较小。一般小功率稳压管(0.51W)其最大反向电流为几十毫安到几百毫安；而瞬态抑制二极管的PN结面积较大，可耗散的功率较大，允许最大的反向电流可达几安到几十安。因此它可以吸收瞬时高电压脉冲所造成的瞬间大电流。一般稳压二极管是0.53W，而瞬态二极管达300W到

7、1500W，有些用于高压的可达10kW以上。例如，一种反向击穿电压Vbr为6.47.3V、耗散功率为500w的瞬态二极管，它能承受的最大脉冲电流Ipp是5254A。利用瞬态二极管作保护的电路如下图所示，它并联在保护的电路上。要注意的是它不需要限流电阻R。如果被保护的电路工作电压是+5V，则可选6.57V击穿的二极管。在正常工作时，瞬态二极管不工作，相当开路；当工作电压中有瞬间高压脉冲时，瞬态二极管在高压脉冲作用瞬间被箝位于9V左右，这瞬间9V电压对5V工作的电路是安全的。当高压脉冲过去后，瞬态二极管又相当开路。 由此可见，在电源电压正常时（或略有波动时）瞬态二极管不工作，也不损耗电路。在有瞬间

8、高压脉冲时，它吸收了瞬间大电流而箝位在比工作电源略高的电压上保护了电路。它可以反复使用，有很长的使用寿命。上图的电路能对正瞬态脉冲箝位，为能在正、反脉冲时都能起保护作用，可采用下图双向瞬间二极管，它相当于两个瞬态二极管反相串联在一起。不论正负瞬态高压脉冲都可以获得保护，并且不影响电路的正常工作。 金属热电阻式温度计 万向双金属温度表热电偶传感器（热电式传感器及温度检测）1.热电偶的测温原理热电势效应：两导体的接触电势 单一导体的温差电势 一般情况下，接触电势远大于温差电势。热电偶的应用定则：a.组成导体相同，总电势为零。 b.温度相同，总电势为零。c.与“中间温度”无关。d.中间导体定则。2.温度误差及其补偿冰点器公式修正电桥电路自动补偿 3.应用举例测温差 测平均温度 7.4 光电式传感器 光敏