传感器及应用备课

1、一、传感器的作用一、传感器的作用 传感器实际上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。 因此传感器可狭义的定义为：“将外界的输入信号变换为电信号的一类元件。”二、传感器的定义二、传感器的定义定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器来自外界的信号电信号传感器是一种检测装置，能把各种物理量和化学量(如：某种物理、化学、生物)，精确的转换成电信号，经电路计算放大或计算机处理后，实现对这些量的监测。三、传感器的组成三、传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、敏感元件、转换元件、转换电路转换电路三部分组成： 电路被测量 敏感元件转化元件转换电路注

2、：有的书上不包括虚线后部分敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。实际上，传感器有简单，有复杂，大多数是开环系统开环系统，也有些是带反馈的闭环系统闭环系统。根据不同功能分为温度传感器光敏传感器压力传感器湿敏传感器气敏传感器位置传感器速度传感器 一体化双只温度变送器 单路温度变送模块 一体化温度变送器 热敏电阻 热敏电阻 供应电站专用热电偶一、定义：温度传感器是将温度信号转化为电信号的传感器在温敏传感器中有双金属传感器、热敏电阻、热电偶、金属测温

3、电阻、集成温敏传感器、晶体管温敏传感器等多种类型。 在温敏传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。各类温度传感器的测温范围温度传感温度传感器类型器类型测温范围测温范围温度传感器类型温度传感器类型测温范围测温范围双金属传感器双金属传感器0300铜电阻铜电阻002000热敏电阻热敏电阻-200880镍电阻镍电阻-203000热电偶热电偶R R2001400铂电阻铂电阻-1806000热电偶热电偶K K01000晶体温敏传感器晶体温敏传感器-10022

4、0热电偶热电偶E E-200700集成温敏传感器集成温敏传感器-551500热电偶热电偶J J0600说明：热电偶R（铂铑铂）； 热电偶K（镍铬镍铝） 热电偶E（镍铬康铜）； 热电偶J（铁康铜）要求输出电压（电流）相对于温度是线性关系时，应选用集成温敏传感器；铂（铜）热电阻具有正温度系数；热敏电阻的阻值相对于温度呈对数变化；双金属传感器可直接反映温度引起的机械形变；测量移动物体的温度和测量高温应使用辐射式温度计；使用铂热电阻时需要消除引线（内阻）的影响；要求较高的测温精度时应选用晶体温敏传感器。2.2.1、热敏电阻热敏电阻是一种当温度变化时电阻的阻值能呈现敏感变化的元件。一般是由锰、镍、钴、铁

5、、铜等金属氧化物烧结而成。热敏电阻符号如图所示，符号代号为“Rt”。热敏电阻电路符号：热敏电阻图符热敏电阻形状有球形、圆形和条形等，如图所示。圆片形圆柱形条 形珠 形贴片式薄膜式 大功率 1、热敏电阻根据不同的温度特性可分为以下几种：PTC型热敏电阻：具有正温度系数的热敏电阻。其阻抗在温度超过某一值（居里点温度）时会急剧增加，而在温度到达此值前，电阻值随温度变化会非常慢。NTC型热敏电阻：具有负温度系数的热敏电阻。其阻抗随温度升高而下降。CTR型热敏电阻：其阻抗在温度超过某一值（居里点温度）时会急剧减少。PTCPTC型热敏电阻：型热敏电阻：RTONTCNTC型热敏电阻：型热敏电阻：RTOCTR

6、型热敏电阻：RTo标称电阻值：标在电阻上，是指在基准温标称电阻值：标在电阻上，是指在基准温度为度为2525C C的零功率电阻值。其值与实际测量的零功率电阻值。其值与实际测量误差通常以百分比表示，如误差通常以百分比表示，如5%5%、10%10%。额定功率：额定功率：在环境温度在环境温度2525C C、相对湿度、相对湿度为为45%45%80%80%的条件下，长期连续负荷所允的条件下，长期连续负荷所允许的耗散功率。在此功率下，电阻体的温度许的耗散功率。在此功率下，电阻体的温度不应超过最高工作温度。不应超过最高工作温度。功率单位为功率单位为mWmW或或WW。时间常数：时间常数：表示热敏电阻表示热敏电阻

7、热惯性大小的参热惯性大小的参数数。用。用“S S”表示。表示。温度系数：温度系数：指在规定温度下，热敏电阻零指在规定温度下，热敏电阻零功率电阻值的相对变化与引起该变化的相应功率电阻值的相对变化与引起该变化的相应温差之比。温差之比。灵敏度高，它与电子仪表组成测温计，可完成精确的温度测量。工作温度范围宽，常温热敏电阻的工作温度为-55315C；高温热敏电阻的工作温度高于315C；低温热敏电阻的工作温度低于-55C；可达-273C；可根据不同的要求，制成不同形状；可制成110M标称阻值供不同电路选择；稳定性好，过载能力强，寿命长。对热敏电阻在某一温度时的电阻值，我们可以用热敏电阻的温度系数和标称电阻

8、值这两个参数来估算。 如查出MF11型负温度系数热敏电阻的电阻温度系数为-（2.234.09%）/C，可知，以基准温度25C为起点，温度每升高1C，则热敏电阻的阻值就递减2.234.09%；反之，若温度降低，则每降低1C ，热敏电阻的阻值就递增12.234.09%；实际估算时，可将（2.234.09%）/C取3%/C。 例如：某只MF11型热敏电阻在25C时阻值为250（查标称电阻值），则在26C时其阻值是250（100%3%）=242.5。 测量热敏电阻测量热敏电阻首先应测量其在室温下首先应测量其在室温下的标称阻值，的标称阻值，如阻值正常，再测量工作如阻值正常，再测量工作时的阻值。时的阻值。

9、测量工作阻值时，可用已加测量工作阻值时，可用已加热的发热元件靠近热敏电阻使其温度升热的发热元件靠近热敏电阻使其温度升高再测量。高再测量。由于热敏电阻对温度的敏感性高，用由于热敏电阻对温度的敏感性高，用万用表来测量它的阻值会不准确。因为万用表来测量它的阻值会不准确。因为万用表的工作电流比较大，万用表的工作电流比较大，流过热敏电流过热敏电阻时会使电阻发热而使阻值发生改变。阻时会使电阻发热而使阻值发生改变。所以一般只是使用万用表来检测热敏电所以一般只是使用万用表来检测热敏电阻能否工作。阻能否工作。将万用表置R100档，用表笔置热敏电阻两端，记录下阻值。用表笔置热敏电阻两端，用手捏住热敏电阻，为热敏电

10、阻加热，观察指针的偏转情况，偏转到一定值后，万用表指针会停下当手离开热敏电阻后，指针便会回到正常值。6、热敏电阻的应用用热敏电阻进行温度检测 R21KRT25C时10K 10K VD110K VD222K VT1VT2RP1K LED1K EC12VaVLbVStR21KRT25C时10K 10K VD110K VD222K VT1VT2RP1K LED1K EC12VaVLbVStR21KRT25C时10K 10K VD110K VD222K VT1VT2RP1K LED1K EC12VaVLbVStRT选用负温度系数的热敏电阻 当环境温度低于热敏电阻RT所设定温度时，发光二极管发光报警用用

11、PTCPTC元件作冰箱压缩机的起动控制元件作冰箱压缩机的起动控制通电起动线圈工作Rt值上升t秒起动线圈停止，运转线圈工作用用PTCPTC元件控制电风扇的微风挡元件控制电风扇的微风挡作业:1、什么是传感器？2、说明常用传感器的种类？3、画出传感器的组成框图？4、什么是热敏电阻？5.简要说明PTC型热敏电阻、NTC型热敏电阻、CTR型热敏电阻的温度特性。电温度计电温度计( (热电偶热电偶) ) 热电温度计以热电偶作为测温元件。热电温度计以热电偶作为测温元件。温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或

12、信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。一、热电偶测温原理 1. 1.定义定义: : 由两种导体组合而成由两种导体组合而成, ,将温度转化为将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶。热电动势的传感器叫做热电偶。 2.2.测温原理测温原理: : 热电偶的测温原理基于热电效应。热电偶的测温原理基于热电效应。 3.3.热电效应热电效应: :将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A A和和B B串接串接成一个闭合回路，当两个接点电成一个闭合回路，当两个接点电1 1和和2 2的温度的温度不同时，不同时，如如T TT0 T0 （如图（如

13、图8.2-38.2-3热电效应），热电效应），在回路中就会产生热电动势，在回路中产生在回路中就会产生热电动势，在回路中产生一定大小的电流，此种现象称为热电效应。一定大小的电流，此种现象称为热电效应。 （1 1）中间导体定律：）中间导体定律：在热电偶回路中接入第三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。的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。金属A(铜)金属B(康铜)连接点AT(高温)连接点BT0(低温)热电流TV物体C物体A物体B=T0=T0（2 2）温差电势）温差电势: : 因导体两端温

14、度不同而产因导体两端温度不同而产生的电动势称为温差电势。生的电动势称为温差电势。 由于温度梯度的存在，改变了电子的能由于温度梯度的存在，改变了电子的能量分布，高温（量分布，高温（T T）端电子将向低温端（）端电子将向低温端（T T0 0）扩散，致使高温端因失去电子带正电，低温扩散，致使高温端因失去电子带正电，低温端因获电子而带负电。因而在同一导体两端端因获电子而带负电。因而在同一导体两端也产生电位差。也产生电位差。AeA(T,To)ToT温差电势原理图导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组

15、成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势。 二、常用热电偶二、常用热电偶适于制作热电偶的材料有适于制作热电偶的材料有300300多种，其中多种，其中广泛应用的有广泛应用的有40504050种。种。我国标准化热电偶也有我国标准化热电偶也有8 8种。分别是：铂种。分别是：铂铑铑10-10-铂铂( (分度号为分度号为S) S)、铂铑、铂铑13-13-铂铂(R)(R)、铂铑、铂铑30-30-铂铑铂铑6(B)6(B)、镍铬、镍铬- -镍硅镍硅(K)(K)、镍铬、镍铬- -康铜康铜(E)(E)、铁、铁- -康铜康铜(J

16、)(J)、铜、铜- -康铜康铜(T)(T)和镍铬硅和镍铬硅- -镍硅镍硅(N)(N)。铂铑铂铑1313铂铂(R)(R)热电偶用于较高温度测量；热电偶用于较高温度测量；镍铬镍铬镍铝热电偶稳定性十分好，用途较镍铝热电偶稳定性十分好，用途较广；广；铜铜康铜康铜(T)(T)热电偶则在较低温度热电偶则在较低温度（0 0C C400400C C）有较好的稳定性。）有较好的稳定性。铂铂铑热电偶(S型)测量温度较高，一般用来测量1000以上高温；材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶或基准热电偶。铂铑30铂铑6(B)低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。材料性能稳定，测量精度高，成本高。镍铬镍

17、硅(K型)高温下抗氧化能力强，价格比较便宜，在工业上广泛应用。铁铁康铜热电偶康铜热电偶(J)(J)灵敏度高，线性度好，价格便宜，主要缺点是铁极易氧化，采用发蓝处理后可提高抗锈蚀能力。 铜铜康铜热电偶康铜热电偶(T)(T) 稳定性好，精度高，价格便宜。缺点是铜易氧化，广泛用于低温实验室测量中。镍铬硅镍铬硅- -镍硅镍硅(N) (N) 具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶 热电偶材料应满足： 物理性能稳定，热电特性不随时间改变； 化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀； 热电势高，导电率高，且

18、电阻温度系数小； 便于制造； 复现性好，便于成批生产。 电路中C1与R3组成输入滤波电路，考虑热电偶的热电动势很小，必须选用漏电小的电容，以免产生漂移电压。热电偶(+)(-)C14.7FR31K+15VRP2 20KRP1 3KR2 120 KR1 510+-A118VOUT(06V)(100mV/C)热电偶(+)(-)C14.7FR31K+15VRP2 20KRP1 3KR2 120 KR1 510+-A118VOUT(06V)(100mV/C)1 1、工作原理、工作原理 结构双金属温度计是把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的。它是一种固体膨胀温度计。特点: 其结构简单、牢固，可将温

19、度变化转换成机械量变化，不仅用于测量温度，而且还用于温度控制装置（尤其是开关的 “ 通断 ” 控制），使用范围相当广泛。应用：双金属式温度传感器用途很广。一般串联在保护电路中，可用于防止因过电流而造成事故。如，电路的过热、过电流保护；小马达、小型变压器等电气设备的保护。 双金属温度计的工作原理如图所示, 将其一端固定将其一端固定, , 如果温度升高如果温度升高, , 下下面的金属面的金属 B B （例如黄铜）因热膨胀而（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属伸长，上面的金属 A A 却几却几 乎不变，致乎不变，致使双金属偏向上翘。温度越高则产生使双金属偏向上翘。温度越高则产生的线膨胀差越大，引起

20、的弯曲越大。的线膨胀差越大，引起的弯曲越大。 荧光灯启辉器火线零线 当电路接通，启辉器两端极片得电，击穿惰性气体而导电（辉光放电），双金属片发热弯曲而与静触板接通形成闭合电路。电路中电流突然中断，使镇流器两端产生一个比电源电压高得多的感应电动势，在强电场的作用下，引起管内汞蒸气电离而形成弧光放电.2 2、双金属温度计、双金属温度计 下图为双金属温度计的结构。它的感温元件通常绕成螺旋型，一端固定，另一端连接指针轴。温度变化时，感温元件的弯曲率发生变 化，并通过指针轴带动指针偏转，在刻度盘上显示出温度的变化。作业：1、什么是热电偶？热电偶的测温原理是什么？请具体说明；2、何为中间导体定律？何为温差

21、电势？温差电势是如何产生的？3、双金属温度计的结构如何？工作原理是什么？应用在什么场合？4、热电偶有哪几种类型？各自应用于何种场合？光电传感器是一种能将光信号转换成光电传感器是一种能将光信号转换成电信号的传感器。它广泛应用于自动控制电信号的传感器。它广泛应用于自动控制系统中。光电传感器的检测对象有可见光系统中。光电传感器的检测对象有可见光、不可见光，其中不可见光有紫外线、近、不可见光，其中不可见光有紫外线、近红外线、激光等红外线、激光等. .一、光电传感器的原理及类型一、光电传感器的原理及类型1 1、原理、原理 光电传感器通常是指能敏感到由紫外光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能

22、量，并能将光能转线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件，其工作原理是基于化成电信号的器件，其工作原理是基于一些物质的光电效应。一些物质的光电效应。 原理如下图。原理如下图。光电效应：光电效应：光照射在物体表面上可看光照射在物体表面上可看成是物体受到一连串具有一定能量的光子成是物体受到一连串具有一定能量的光子轰击，于是物体中的电子吸收了光子的能轰击，于是物体中的电子吸收了光子的能量，导致物体的电学性质发生了变化，这量，导致物体的电学性质发生了变化，这种现象就称为光电效应。种现象就称为光电效应。 光电效应光电效应的分类：光电效应的分类： 1 1）在光线的作用下能使电子逸出物体表面）在光

23、线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。 光电倍增管光电管充气光电管 固态光电倍增管光电器件光电管： 光电管由一个阴极和一个阳极构成，并密封在一支真空玻璃管内，如右图所示。光电管的阴极是接受光的照射，它决定了器件的光电特性。阳极由金属丝做成，用于收集电子。光电管示意图光电管工作原理： 当阴极受到适当波长的光线照射时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有了电子流，在外电路中便产生了电

24、流。光电管的外形图光电倍增管原理图光电倍增管 光电倍增管是在光电管的阳极和阴极之间增加若干个（1114个）倍增极（二次发射体），来放大光电流。（如下图所示）光电倍增管的外形图 18801880年，法国人莱布朗克提出使一个镜面在年，法国人莱布朗克提出使一个镜面在两个不同轴线上以不同速度振动，形成往返两个不同轴线上以不同速度振动，形成往返直线扫描，从而对图像进行分解和再现。直线扫描，从而对图像进行分解和再现。 19231923年，美国的斯福罗金发明光电摄像管。年，美国的斯福罗金发明光电摄像管。 19251925年，苏格兰的贝尔德公开展示了他制造年，苏格兰的贝尔德公开展示了他制造的一台机器，成功地传

25、送了人的面部活动，的一台机器，成功地传送了人的面部活动，分辨率为分辨率为3030线，重复频率为每秒线，重复频率为每秒5 5帧。帧。 光电摄像机1935年，贝尔德与德国公司合作，成立了第一家电视台，每周播放三次节目。2 2）在光线的作用下能使物体的电阻率改）在光线的作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，基于内光电效变的现象称为内光电效应，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。光敏三极管及光敏晶闸管等。 3 3）在光线的作用下，物体产生一定方）在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于向电动势

26、的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等光生伏特效应的光电元件有光电池等。紫外硅光电池我们选用的为内光电效应的传感器。名称名称图形图形光谱特性光谱特性工作方式工作方式光敏电阻光敏电阻可见光可见光电阻变化电阻变化光敏二极管光敏二极管可见光可见光红外线红外线电流变化电流变化光敏三极管光敏三极管可见光可见光红外线红外线电流变化电流变化一、光敏电阻的结构与原理光敏电阻是利用光电导效应制成的。光电导效应：在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化。 制造光敏电阻的材料一般由金属的硫化物、硒化物、碲化物组成。由于光电导效应只限于光照的表面薄层，因此光电

27、导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案。光敏电阻的结构1-玻璃；2-光电导层；3-电极；4-绝缘衬底；5-金属壳；6-黑色绝缘玻璃；7-引线光敏电阻的符号与外形符号代号为“RL”RL各种光敏电阻外形光敏电阻的阻值随入射光的强弱而发生变化。光敏电阻的阻值随入射光的强弱而发生变化。光敏电阻与普通电阻一样，没有正负极性。光敏电阻与普通电阻一样，没有正负极性。 光敏电阻阻值检测方法与测量普通电阻一样。光敏电阻阻值检测方法与测量普通电阻一样。光敏电阻主要参数： 光电流、亮阻：光敏电阻在一定的外加电压下，当有光照射时，流过光敏电阻的电流称光电流。外加电压与光电流之比称为亮阻。

28、 暗电流、暗阻：光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射时，流过光敏电阻的电流称暗电流。外加电压与光电流之比称为暗阻。光敏电阻主要参数：光敏电阻主要参数：灵敏度：灵敏度：灵敏度是指光敏电阻不受光照射灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗阻）和受光照射时的电阻时的电阻值（暗阻）和受光照射时的电阻值（亮阻）的相对变化值。值（亮阻）的相对变化值。额定功率：额定功率：当光敏电阻用于某电路中所允当光敏电阻用于某电路中所允许加上的功率。许加上的功率。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。光敏电阻工作原理 工作时，

29、光敏电阻两电极间加上电压，其中便有电流通过。无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小；当有光照时，由于光电导效应，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加，电流随着光强的增加而变大，实现了光电转换。工作原理示意图光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，光生电子空穴对增加，阻值减小，电流增大。电阻中不同的颜色代表着不同的电阻中不同的颜色代表着不同的数值，具体请查看下表：数值，具体请查看下表：四环电阻的读法：四环电阻的读法：第一环，第二环所对应的数值代表第一环，第二环所对应的数值代表有效数字；有效数字；第三环对应的数值代表数字第三环对应的数值代表数字后面添后面添“0”0”的个数；的个数；第

30、四环对应的数第四环对应的数值代表误差，误差通常用来表示。值代表误差，误差通常用来表示。第一环，第二环、第三环所对第一环，第二环、第三环所对应的数值代表有效数字；应的数值代表有效数字；第四环对第四环对应的数值代表数字后面添应的数值代表数字后面添“0 0”的个的个数；数；第五环对应的数值代表误差，第五环对应的数值代表误差，误差通常用来表示。误差通常用来表示。二极管的正负极判断时可用万用二极管的正负极判断时可用万用表的欧姆档（表的欧姆档（R R100100或或R R1K1K ）来测）来测量。万用表量。万用表红表笔红表笔与表内电阻档电与表内电阻档电池的池的负极相通负极相通；而与万用表的；而与万用表的黑

31、表黑表笔笔却与表内电阻档电池的却与表内电阻档电池的正极相通正极相通。 -+阻值小按此接法二极管导通-+阻值大按此接法二极管截止当二极管的导通时，当二极管的导通时，万用表的红万用表的红表笔接的为二极管的负极，表笔接的为二极管的负极，黑表笔为黑表笔为二极管的正极。二极管的正极。二极管导通时电阻值二极管导通时电阻值通常在几十欧到几千欧的范围内。当通常在几十欧到几千欧的范围内。当二极管截止时电阻值一般为几百千欧二极管截止时电阻值一般为几百千欧 。注意：在测量时二极管的正向电阻与反向电阻都很大时，二极管可能内部断路；二极管的正向电阻与反向电阻都很小时，二极管可能内部短路。-+阻值大三极管根据原理一般可分

32、为三极管根据原理一般可分为NPNNPN与与PNPPNP两种两种。它们在电路中的符号如下：。它们在电路中的符号如下：三极管通常有三个管脚，分别为集电极、基极和发射极，即在原理图中的c、b、e三个管脚。集电极基极发射极一、红定黑动法或黑动红定法找基一、红定黑动法或黑动红定法找基极极三极管是由两个三极管是由两个PNPN结的半导体组成结的半导体组成，在，在学习二极管的判别时我们知道，在二极管两学习二极管的判别时我们知道，在二极管两端端加上正向电压时二极管导通加上正向电压时二极管导通，二极管，二极管两端两端加上反向电压时二极管截止加上反向电压时二极管截止。因此，我们可知当我们测三极管的任意因此，我们可知

33、当我们测三极管的任意两个电极时，我们两个电极时，我们红定黑动法或黑定红动法红定黑动法或黑定红动法测量。测量。黑定红动法测量：黑定红动法测量：黑表笔接三极管的中间管脚，红表笔分别接三极管的另外两脚。当测得阻值小时（几十十几K）为NPN型；当测得阻值大时（几百K以上）为PNP型；且黑表笔接的是三极管的基极。-+阻值小-+阻值大-+阻值大-+阻值小NPN型三极管在测量中如若发现，当黑表笔在三个管脚的中间，且红表笔分别接其它两个管脚时两次测量阻值都较小，所测量的三极管为NPNNPN。黑黑表笔所对应的管脚为基极。表笔所对应的管脚为基极。1 1、对中高频管来说对中高频管来说，判，判断集电极与发射极也是非常

34、容断集电极与发射极也是非常容易的，那就是根据易的，那就是根据三极管的三极管的发发射结的反向电阻射结的反向电阻比比集电结的反集电结的反向电阻向电阻小的原理来判断定。小的原理来判断定。 -+阻值大PNP型三极管B图阻值最大123阻值大A图123-+阻值最大NPN型三极管-+阻值大阻值大C图123-+阻值最大阻值最大D图123在B图中所测电阻比A图中所测电阻来的大，因此电阻最大的B图中红表笔所测的3为集电极，1管脚为发射极2 2、对于一些低频大功率管，对于一些低频大功率管，发射结和集电结的反向电阻均为无发射结和集电结的反向电阻均为无穷大，穷大，用这种方法就判别不了。这用这种方法就判别不了。这时就要用

35、下面的方法：时就要用下面的方法：（1 1）先判断出基极与管的型）先判断出基极与管的型号，是号，是NPNNPN还是还是PNPPNP（2 2） NPNNPN与与PNPPNP管根据下列管根据下列不同的方法判断不同的方法判断比较两次摆动的情况，在比较两次摆动的情况，在角度角度摆动最大的一次摆动最大的一次，红表笔所红表笔所接的脚就是集电极（接的脚就是集电极（C C极），极），另另一个脚就是发射极（一个脚就是发射极（E E极）。极）。 PNP型三极管阻值较大E图123阻值大F图123对比两次摆动的角度，在对比两次摆动的角度，在摆动角度最大的一次摆动角度最大的一次，黑表笔所黑表笔所集电极（集电极（C C极）

36、极）。红表笔所接的红表笔所接的为发射极（为发射极（E E极）极）NPN型三极管阻值大G图1 23阻值最大H图1 231、元器件的识别与判断 测量电阻（色环与万用表测量分别读数，找出测量误差，并记录在实验报告中） 测量二极管（用万用表测量出二极管的正反向电阻，并记录在实验报告中） 判断三极管（写明判断三极管各个管脚的步骤，请具体写明测量中各正反向电阻的阻值，并记录在实验报告中。）2、 在实验报告中绘制元器件分布图与原理图3、根据原理图绘制接线图4、按接线图（要经老师检查后放能通电）并完成实验报告。例如：找基极找基极判断中，黑表笔在三个管脚的中间，且红表笔分别接其它两个管脚时，电阻值为xxx；红表

37、笔在三个管脚的中间，且表黑笔分别接其它两个管脚时，电阻值为xxx；从此我们可以判断出三极管为xxx型，中间管脚为基极。基极。R1 光敏二极管亦叫光电二极管，是光光敏二极管亦叫光电二极管，是光敏电路中最常用的元件。是根据半导体的敏电路中最常用的元件。是根据半导体的光光生伏特效应原理生伏特效应原理工作的。工作的。所谓光生伏特效应所谓光生伏特效应即是半导体即是半导体PNPN结在光的照射下，会产生一个结在光的照射下，会产生一个电动势，将光信号转换为电信号。电动势，将光信号转换为电信号。VL1.工作原理与结构 光敏二极管的结构与普通二极管一样，都有一个PN结，两根电极引线，而且都是非线性器件，具有单向导

38、电性。不同之处在于光敏二极管有一个能射入光线的窗口，这个窗口是用有机玻璃密封的，入射光线通过有机玻璃正好照射到管芯上。而且内部PN结的工艺也和普通二极管有所不同，其结构如图所示。PN光光敏二极管在电路中一般是处于反向反向工作状态工作状态，如图所示。RL 光PN光敏二极管接线光敏二极管在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，光敏二极管处于载止状态。反向电流也叫做暗电流v受光照射时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-空穴对，从而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，因此在外加反向偏压和内电场的作用下， P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区， N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通

39、过PN结的反向电流大为增加，这就形成了光电流。2 2、光敏二极管的型号、光敏二极管的型号2CU12DUB2DUA锗光敏二极管有A，B，C，D四类；硅光敏二极管有2CU1AD系列、2DU14系列。国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和2DU两种系列。2CU系列以N-Si为衬底，2DU系列以P-Si为衬底。2CU系列的光电二极管只有两条引线，而2DU系列光电二极管有三条引线。 2DUB2DUACollege of Physics Science & TechnologyYANGZHOU UNIVERSITYCHINA为消除光敏二极管的表面漏电流，2DU管还有一个环极，环极接

40、正电源，这种接法可使负载电阻中的暗电流很小(一般小于0.05 A)。接线时不接环极是可以的，只是这只管子工作时暗电流会偏大。光敏二极管型号与参数型号型号暗电流暗电流光电流光电流灵敏度灵敏度光谱范围光谱范围峰值波长峰值波长2AU10A3060A1.5A/WW0.41.9mm1.465mm2CU10.1A80130A0.5A/WW0.41.1mm0.98mm2DUA0.1A6A0.4A/WW0.41.1mm0.98mm 光敏二极管并不是对所有可见光和不可见光都有相同的反应，它有特定的光谱范围（由材料及工艺决定）。它对某一波长的光波具有最佳的响应，这一波长称为峰值波长。 首先根据外壳上的标记判定其极

41、性，外首先根据外壳上的标记判定其极性，外壳标有色点的管脚为正极，另一管脚为负极。壳标有色点的管脚为正极，另一管脚为负极。2CU1+- 若无标记，将万用表置于Rxlk档，红，黑表笔随意接光敏二极管的两个脚。这时万用表表头指针偏转，如读数为几千欧左右则黑表笔所接的是光敏二极管的正极，红表笔所接的是光敏二极管的负极，这是正向电阻，是不随光照而变化的阻值。 检测暗阻。检测电路如图2所示，用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。 注：测量暗阻与亮阻时，光敏二极管要处与所偏

42、位置 检测亮阻。检测电路如图3所示。将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小。此值越小说明光敏电阻性能越好，若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，不能再继续使用。注：测量暗阻与亮阻时，光敏二极管要处与所偏位置4、光敏二极管基本应用电路 型的集电极输出电路形式。集电极输出电路适用于脉冲入射光电路，输出信号与输入信号的相位相反，输出信号一般较大。VTV04.7K5VEbVL12V 发射极输出电路形式。发射极输出电路适用于模拟信号电路，电阻R可以减少暗电流，输出信号与输入信号的相位相同，输出信号一般较小。VT2.2K3.3KRBV0EbVL 光敏二极

43、管与运算入大器的组合电路（无偏置式）。用于测量宽范围的入射光，其输出电压可用反馈电阻Rf来调整。必须注意：光敏二极管工作时必须加上反向电压。-+Rf 1M AV0VLLH0032IP-光敏二极管的应用实例原理：按下开关S，如果光线不足，三极管VT1与VT2处于截止状态，继电器的常开触点J1断开，电源不通，电动机不能转动。如果光线充足，光敏二极管VD导通，三极管VT1与VT2导通，继电器线圈得电，其常开触点J1闭合，接通电动机M的电源，M得电转动。如果用光源来控制光敏二极管，则可控制电动机的停或转。（VT1为3DG6A，VT2为3AX31）470K VD2K MJJ1VT1VT29VS470K

44、VD2K MMMMJJ1VT1VT29VSab作业：1、什么是光敏二极管？光敏二极管的结构如何？请画出光敏二极管的图形符号2、光敏二极管是工作在什么状态？何为光电阻？何为亮电阻？3、如何鉴别测量光敏二极管的管脚的正负极？光敏三极管除有光敏作用外，内部还光敏三极管除有光敏作用外，内部还具有电流放大作用。因此是灵敏度较具有电流放大作用。因此是灵敏度较高的光敏元件。高的光敏元件。对硅光敏三极管，用钨丝灯泡光、红外光、红光、黄红光作光源，都能使其具有较高的灵敏度。一、光敏三极管的结构一、光敏三极管的结构光敏三极管是由光电二极管和一个晶体三极管构成，相当于在晶体三极管的基极和集电极间并联一个光电二极管。

45、它和普通晶体三极管相似具有电流放大的作用，只是它的集电极电流是受光照的控制。所以光敏三极管的外形有光窗、集电极和发射极的引出线等组成。光窗引脚在晶体三极管的基极和集电极间并联一个光电二极管1、 NPNNPN光电三极管（光电三极管（3DU3DU型），使用时型），使用时光敏二极管反偏，即发射极接电源负极，光敏二极管反偏，即发射极接电源负极，集电极接电源正极。集电极接电源正极。发射极集电极+2、光电三极管不受光时，相当于普通三极光电三极管不受光时，相当于普通三极管基极开路的状态。集电结管基极开路的状态。集电结( (基基集结集结) )处于处于反向偏置，基极电流等于反向偏置，基极电流等于0 0，因而集电

46、极电，因而集电极电流很小，为光电三极管的暗电流。流很小，为光电三极管的暗电流。3 3、光电三极管受光照时，形成光生电压，、光电三极管受光照时，形成光生电压，基极电位升高。这便如同发射结基极电位升高。这便如同发射结( (基基发结发结) )加上了正向偏置，晶体三极管起到电流放大加上了正向偏置，晶体三极管起到电流放大的作用。的作用。4 4、由于光敏三极管基极电流是由光电流供、由于光敏三极管基极电流是由光电流供给，因此一般基极不需外接点，所以通常只给，因此一般基极不需外接点，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。有集电极和发射极两个引脚线。1、光敏三极管的型号3 A U 1 A三极管PNP型锗材料 光

47、电器件 序号 规格号 3 D U 2NPN型硅材料 2、光敏三极管的管脚检测方法 金属封装的光电三极管，金属壳帽下金属封装的光电三极管，金属壳帽下沿有一凸块，与凸块最近的脚为发射极沿有一凸块，与凸块最近的脚为发射极e e，如果该管只有两条脚，那么剩下的一条脚如果该管只有两条脚，那么剩下的一条脚即为集电极即为集电极c c。凸块发射极e集电极c 金属封装的光电三极管，金属壳帽下沿金属封装的光电三极管，金属壳帽下沿有一凸块，管子有三条脚，凸块最近的脚为有一凸块，管子有三条脚，凸块最近的脚为发射极发射极e e，与发射极最近的为基极，与发射极最近的为基极b b，离发射，离发射极最远的为集电极极最远的为集

48、电极c c。发射极e基极b集电极c凸块EBC凸块 环氧平头式的光敏三极管或微型光敏环氧平头式的光敏三极管或微型光敏三极管，这两种管脚不一样长，管脚较长三极管，这两种管脚不一样长，管脚较长的是发射极的是发射极e e，另一管脚是集电极，另一管脚是集电极c c。发射极e集电极c（使用光敏三极管前最好查一下其说明书和电子元件手册，以确定其管脚） 将万用表置R1K挡，用黑布遮住管子的光照窗口，黑表笔接集电极，红表笔接发射极，表针微摆. 拿走黑布，把管子放到灯光下或向阳处，同时转动管子，以改变光线的入射角，这里可以发现，接收到光线愈强，管子的内阻愈低，从几百千欧可一直减少到数千欧。四、用万用表检测光敏三极

49、管R1KCECE 为了准确辨别是光三极管还是光敏二极管，可把万用表置R100档，这时在光线较强处，电阻值约为600，凡测得的结果接近上述数值，则为光敏三极管。若不符，可把表笔交换再测，据此，不仅可判断光敏三极管的管脚，而且还可检验出该管有无光敏功能。至于光敏二极管，其灵敏度不及光敏三极管，在上述同一条件下，所测得的光电阻值远比光敏三极管大。红外检测器主要用于检测红外遥控发射装置是否正常工作。当红外遥控发射装置发出的红外光照射到光敏三极管VT1时，其内阻减小，驱动VT2导通，使发光二极管VD1随着入射光的节奏被点亮。由于发光二极管VD1的亮度取决于照射到光敏三极管VT1的红外光的强度，因此，根据

50、发光二极管VD1的发光亮度，可以估计出红外发射装置上的电池是否还可以继续使用。 当无烟雾时，红外发光二极管VD1以预先调好的起始电流发光。该红外光被光敏三极管VT1接收后其内阻减小，使得VD1和VT1 串联电路中的电流增大，红外发光二极管VD1的发光强度相应增大，光敏三极管内阻进一步减小。直至使串联感光电路中的电流达到最大值，在R1上产生的压降经VD2使VT2导通， VT3 截止，报警电路不工作。 烟雾报警电路当环境中烟雾急骤增加时，光敏三极管VT1接收到的光通量减小，其内阻增大，串联感光电路中的电流也随之减小，发光二极管VD1的发光强度也随之减弱。如此循环便形成了负反馈的过程，使串联感光电路

51、中的电流直至减小到起始电流值， R1上的电压也降到1.2V ，使VT2截止， VT3 导通，报警电路工作，发出报警信号。 烟雾报警电路作业：1、光敏三极管的结构如何？光敏三极管有何作用？请画出光敏三极管的图形符号2、光敏三极管的工作原理是什么？3、如何检测光敏三极管的管脚？光电开关是传感器大家族中的成光电开关是传感器大家族中的成员，它把员，它把发射端和接收端之间光的强发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的的目的。由于光电开关输出回路和输。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多

52、场合得到应用。以它可以在许多场合得到应用。 。它是利用物质对光束的遮蔽、它是利用物质对光束的遮蔽、吸收或反射等作用，对物体的位置、吸收或反射等作用，对物体的位置、形状、标志、符号等进行检测形状、标志、符号等进行检测光电开关能光电开关能、检测各种检测各种固体、液体、透明体、烟雾等。它具有体积固体、液体、透明体、烟雾等。它具有体积小、功能多、寿命长、功耗低、精度高、响小、功能多、寿命长、功耗低、精度高、响应速度快、检测距离远和抗光、电、磁干扰应速度快、检测距离远和抗光、电、磁干扰性能好等优点。它广泛应用于各种生产设备性能好等优点。它广泛应用于各种生产设备中作为中作为物体检测、液位检测、行程控制、产

53、物体检测、液位检测、行程控制、产品计数、速度监测、尺寸控制、宽度鉴别、品计数、速度监测、尺寸控制、宽度鉴别、色斑与标记识别、自动门、人体接近开关和色斑与标记识别、自动门、人体接近开关和防盗警戒等防盗警戒等，成为自动控制系统和生产线中，成为自动控制系统和生产线中不可缺少的重要元件。不可缺少的重要元件。自动喷出洗手液装置 手伸出到洗手液用传感器的下方就会自动喷出洗手液(喷出时间设定约0.5秒)。在设定时间内将手缩回时就会停止。另外，一到设定时间时也会自动停止。当停止后，如果还需要洗手液，缩回手约秒后再次伸出手，就会继续喷出洗手液。 将手伸到出水用传感器的下方就会自动出水。手撤回后就会自动停止。为防

54、止恶作剧，约60秒钟连续出水后就会自动停止出水。缩回手，再次用手遮住就会继续出水。自动吹风装置 将手伸到干燥用传感器的前面、就会自动吹出干燥风。将手撤回后就会自动停止。为防止恶作剧，约60秒钟连续动作后就会自动停止。缩回手，再次用手遮住干燥风就会继续吹出来。一、光电开关工作原理一、光电开关工作原理 利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。（物回路选通电路，从而检测物体有无的。（物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测）。被检测）。 光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收

55、器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 发射器接收器 工业控制用的光电开关的光源有单色光、RGB三原色光、红外线与激光等。其检测模式有对射式、反射板式、聚焦式、光纤式等， 光电传感器的检测模式对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。对射式光电开关发射器和接收器相互分离且光轴相对放置的，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。

56、对射式光电开关适用于长距离检测被测物镜面反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜能将发射器发出的光反射回去。当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。 反射板反射镜被测物偏振光发射光定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。检测距离检测距离 漫反射型光电开关集发射器和接受器于一体。当被测物体经过光电开关时，发射器发出的光线经被测物体反射由接受器接受，产生开关信号漫反射光线反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线额定距离被检测物体光电开关主要参数 传感器类型：有一般光电开关、红外线光电

57、开关、光纤传感器等； 检测形式：有直接反射式、镜面反射式、对射式等。检测距离：有 550mm、100600mm、1m以上长距离等。输出形式：有晶体管输出（NPN或PNP）、继电器输出和晶闸管输出等。输出状态：常开型（入光时ON）、常闭型（遮光时ON）和常开常闭型。工作电压：DC630V、DC5V、AC80260V等。带调节功能的光电传感器为了减少装配工序上的部件漏装现象,在每一个物料盒开口处水平安装一套传感器(检测范围大约为400mm).将此工位上的每一组传感器都连接到一个控制器上进行集中控制,每当操作员工完成一个工件的拾取动作后,控制器会发出指令,触发下一个该拾取的部件所在物料箱上的指示灯亮

58、起,引导造作员工正确拾取零件. 2个直接反射式激光测量传感器可以测量传送带上任意种尺寸的纸箱的宽度。每个传感器测量出自己和箱子之间的距离后可以将数据发送到PLC上，然后PLC用两个传感器之间的总距离减去每个传感器测得的自己距箱体的距离，就可以得出箱子的宽度。 对射式传感器提供触发信号,S18定区域式圆柱形传感器检测反射面极弱的咖啡灌装位置.根据包装盒底部的代码,传感器可确认盖子的类型,不符合的包装将被转移出包装线.使用一个Q12对射式传感器检测巧克力盒的到位, 并输出触发信号给安装在传送带上方的3个可调区域式QS18传感器，对每个巧克力盒内的3粒巧克力进行检测. 如果巧克力盒内的任意一个槽是空

59、的, 相应的QS18传感器就会发出信号剔除这个巧克力盒.标志孔电路板标志检测 当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。 光纤 耦合器传输光纤出射光纤生物机电光电传感器的接线NPN输出型（CX20） PNP输出型（CX20） 光电传感器的接线光电接线图示例NPN型输出PNP型输出作业：1、光电开关工作原理是什么？2、光电开关的检测方式有哪些？请具体说明对射式、反射式、镜面反射式的工作原理。3、光电开关（CX20） NPN输出型的接线示例图4、光电开关（CX20） PNP输出型的接线示例图其他传感器2.32.3.1磁敏传感器 在自动控制系统中，磁敏传感器多用于作检测物体的位置

60、和转动用。在磁敏传感器中，主要有半导体霍尔元件、半导体磁敏电阻、磁性体磁敏电阻、电磁感应式磁敏传感器等四种器件。 霍尔型传感器是磁电转换的一种传感器。1879年霍尔在金属材料中发现的，已有一百多年的历史，由于霍尔效应在金属中非常微弱，只是在大学的教科书中作为一种理论而存在，并未付诸实际应用。直到100多年以后，大约到上世纪四十年代后期，半导体工艺的成熟，科学家利用半导体工艺重新试验霍尔效应，结果发现：半导体工艺（P或N型）都可以再现霍尔效应现象，并金属霍尔元件的公式半导体霍尔元件可得到同样的结论，而且N型半导体尤其明显。第一部分：霍尔传感器半导体磁敏传感器的基本工作原理是霍半导体磁敏传感器的基本工作原