傳感器及檢測技術 教學PPT課件

傳感器及檢測技術 教學PPT課件,傳感器及檢測技術,教學PPT課件,傳感器,檢測,技術,教學,PPT,課件 PPT模板下載： 學習目標 了解檢測技術與傳感器的作用和地位。了解檢測系統(tǒng)的組成及各組成部分的作用。了解檢測技術與傳感器的發(fā)展方向。了解本課程的內(nèi)容、任務和學習方法。緒論 隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，人類已進入了瞬息萬變的信息時代。人們在各種生產(chǎn)、科學研究和社會活動中無處不涉及信息的交換和利用，如何迅速獲取信息、正確處理信息和充分利用信息，直接影響到科學技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展，因此世界各國紛紛加快了信息化建設步伐。緒論緒論人類是通過耳、眼、鼻、舌、皮膚這“五官”所具有的聽、視、嗅、味、觸覺功能來感知外界事物的。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和日常生活中，來自生產(chǎn)過程和自然界的各種信息是通過傳感器進行采集的，通常人們把傳感器比作人的“五官”，計算機比作人的大腦，執(zhí)行器比作人的四肢，如圖0-1所示。因此傳感器是系統(tǒng)對外獵取信息的窗口。一、檢測技術與傳感器的作用和地位緒論一、檢測技術與傳感器的作用和地位緒論工業(yè)生產(chǎn)采用各種檢測技術與傳感器對生產(chǎn)全過程進行檢查、監(jiān)測，它是確保安全生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品合格率、降低能耗和原材料消耗、提高勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效應的重要手段。各種現(xiàn)代裝備系統(tǒng)檢測技術與傳感器是其安全經(jīng)濟運行的重要保證，是其先進性和實用性的重要標志。檢測系統(tǒng)的成本一般已達到所在裝備系統(tǒng)總成本的50%70%，甚至更高。自動控制系統(tǒng)傳感器是不可缺少的組成部分。要實現(xiàn)自動化，只有通過傳感器精確檢測出被控對象的參數(shù)并轉(zhuǎn)換成易于處理的信號，控制系統(tǒng)才能正常地工作?，F(xiàn)代國防,工業(yè)飛機、潛艇、火箭、導彈等都裝備了大量的傳感器，檢測技術水平越高，其性能就越好。醫(yī)療檢查檢測設備可大大地提高疾病的檢查、診斷速度和準確性。緒論1.檢測系統(tǒng)的組成框圖 檢測系統(tǒng)的基本組成框圖如圖0-2所示。（一）檢測系統(tǒng)的組成 二、檢測系統(tǒng)簡介緒論2.檢測系統(tǒng)的組成及功能檢測系統(tǒng)由傳感器、測量電路、輸出單元及電源等組成。它們分別完成信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。（一）檢測系統(tǒng)的組成 二、檢測系統(tǒng)簡介緒論傳感器是一種以一定的精確度把被測量對象轉(zhuǎn)換為另一種與之有確定對應關系，并且便于測量的量的裝置。（二）傳感器 二、檢測系統(tǒng)簡介緒論測量電路是將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成易于測量的電壓或電流信號的電路。通常傳感器輸出信號是很微弱的，需經(jīng)測量電路放大、處理后才能顯示、記錄。不同的傳感器所要求的測量電路是不同的。（三）測量電路 二、檢測系統(tǒng)簡介緒論輸出單元包括顯示、打印、記錄裝置、數(shù)據(jù)通信接口和控制執(zhí)行器裝置等。它使人們能了解檢測數(shù)值的大小和變化，并能完成控制和保護操作等功能。（四）輸出單元 二、檢測系統(tǒng)簡介緒論隨著時代的發(fā)展和現(xiàn)代化步伐的加快，人們對檢測技術與傳感器的要求越來越高。而科學技術，特別是微機電技術、大規(guī)模集成電路技術、新材料技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術等的不斷進步，大大促進了檢測技術與傳感器的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾方面：三、檢測技術與傳感器的發(fā)展趨勢緒論（一）不斷提高傳感器檢測水平開發(fā)新材料采用新技術新工藝傳感器的集成化 傳感器的智能化仿生傳感器發(fā)現(xiàn)新效應 三、檢測技術與傳感器的發(fā)展趨勢緒論（二）不斷拓展測量范圍，提高檢測精度和可靠性隨著科學技術的不斷發(fā)展，對檢測系統(tǒng)的性能要求，特別是精度、測量范圍和可靠性指標的要求越來越高。如測高溫，盡管目前已能研制和生產(chǎn)最高上限超過2800的熱電偶，但測溫范圍一旦超過2500，其準確度將下降，而且極易氧化，嚴重影響測量的可靠性和使用壽命。三、檢測技術與傳感器的發(fā)展趨勢緒論（三）推進新的檢測方法：發(fā)展非接觸法檢測技術在檢測過程中，把傳感器置于被測對象上，可靈敏地感知被測量對象的變化，這種接觸式檢測方法直接、可靠，測量精度較高，但在某些情況下，傳感器的裝入會影響測量精度或根本不能裝入傳感器，這就要用非接觸式檢測。目前，已有光電傳感器、電渦流傳感器、超聲波傳感器、核輻射傳感器等非接觸式傳感器得到了廣泛的應用，今后將更快地發(fā)展非接觸法檢測技術，并改進和克服非接觸法檢測易受外界干擾及檢測絕對精度較低等問題。三、檢測技術與傳感器的發(fā)展趨勢緒論（四）實現(xiàn)檢測系統(tǒng)智能化隨著集成電路技術的快速發(fā)展，微處理器等電路的成本和價格不斷下降，集成度和功能不斷提高，為檢測系統(tǒng)的智能化創(chuàng)造了有利的條件。智能化檢測系統(tǒng)以計算機為中心，進行電量、非電量的多種測量；多輸入通道的多點測量；在線動態(tài)實時測量；信號的分析處理、排除噪聲干擾、消除偶然誤差、修正系統(tǒng)誤差等，以實現(xiàn)測量結(jié)果的高準確度和對被測信號的高分辨率。三、檢測技術與傳感器的發(fā)展趨勢緒論（五）實現(xiàn)無線網(wǎng)絡化以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡技術是20世紀計算機科學的一項偉大成果，它給人們的生活帶來了深刻的變化，然而網(wǎng)絡功能再強大，網(wǎng)絡世界再豐富，也終究是虛擬的，與人們所生活的現(xiàn)實世界還是相隔的，在網(wǎng)絡世界中，很難感知現(xiàn)實世界，很多事情還是不可能的。三、檢測技術與傳感器的發(fā)展趨勢緒論四、本課程的內(nèi)容、任務和學習方法 本課程是機電一體化、自動控制、電氣自動化、應用電子等專業(yè)的一門專業(yè)課程。要求學生能認識常用傳感器，掌握其工作原理、輸出特性、誤差補償，理解各種測量轉(zhuǎn)換電路，了解傳感器的典型應用等知識，達到能正確使用常用傳感器的目的。PPT模板下載： 檢測技術與傳感器的認知目錄1 1任務一 傳感器的認知2 2任務二 測量誤差的認知及處理3 3任務三 傳感器的特性及選用認知 項目一 檢測技術與傳感器的認知學習目標能掌握檢測技術與傳感器的基本概念。能了解檢測技術與傳感器的作用、地位和發(fā)展方向。能掌握傳感器的組成及各組成部分的作用。能掌握誤差的基本概念，熟悉幾種測量誤差的定義和表示。能區(qū)分各種測量誤差并進行處理。能掌握傳感器的基本特性和傳感器的選用原則。任務一 傳感器的認知一、傳感器的定義 根據(jù)國家標準（GB/T 76652005）傳感器通用術語，傳感器（transducer/sensor感覺）的定義為：“能感受（或響應）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用的輸出信號的轉(zhuǎn)換元件以及相應的電子線路所組成?！比蝿找?傳感器的認知二、傳感器的組成 傳感器從字面上理解，具有一感二傳的功能，即感受被測信息，再傳送出去，因此，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但由于它的輸出信號較弱，因此需要由后續(xù)的信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路進行放大或轉(zhuǎn)換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的信號。隨著半導體和集成電路技術的發(fā)展，傳感器的信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路往往直接安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件、轉(zhuǎn)換元件一起集成在同一芯片內(nèi)，這樣，傳感器就由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。其組成框圖如圖1-1所示。任務一 傳感器的認知二、傳感器的組成任務一 傳感器的認知敏感元件是直接感受被測量、并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。它是傳感器技術的核心，是設計和制作傳感器的關鍵。轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量的元件。敏感元件轉(zhuǎn)換電路是將電參量轉(zhuǎn)換成可直接利用的電信號的電路。需要說明的是有些被測非電量可直接變換為電參量，這時傳感器中的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件就合二為一了。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路二、傳感器的組成任務一 傳感器的認知三、傳感器的分類 傳感器的種類繁多，即使同一種被測量也可以用不同類型的傳感器來測量，如位置檢測，可以用光電、磁電、電感、電容等多種傳感器進行測量；而一種傳感器又可測量多種物理量，如電容式傳感器可用來測位移、壓力、荷重、加速度等。因此，傳感器的分類方法很多，常用的分類方法有：任務一 傳感器的認知按被測量分類，即按照傳感器的輸入信號分類，它能夠很方便地表示傳感器的功能，便于用戶的使用。可以分為溫度、壓力、位移、轉(zhuǎn)速、加速度、位置、濕度、氣體濃度、流量、流速等傳感器。按被測量分類按傳感器的工作原理可分為電阻式、電感式、電容式、磁電式、光電式、壓電式、熱電式、霍爾式、超聲波、激光、光纖等傳感器。按傳感器的工作原理分類按能量關系分類，可分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型兩類。按能量關系分類按信號轉(zhuǎn)換特征分類，可分為結(jié)構(gòu)型和物性型兩類。結(jié)構(gòu)型：通過傳感器的結(jié)構(gòu)參量發(fā)生變化實現(xiàn)信號變換。物性型：利用某些物質(zhì)的某些性質(zhì)隨被測參數(shù)變化來實現(xiàn)信號變換。按信號轉(zhuǎn)換特征分類三、傳感器的分類任務二 測量誤差的認知及處理一、測量的概念及方法 測量是人們認識和改造客觀世界的一種必不可少的重要手段。它是把被測未知量與同性質(zhì)標準量進行比較，確定被測量對標準量的倍數(shù)，并用數(shù)字表示這個倍數(shù)的過程。測量的步驟包括比較、示差、平衡和讀數(shù)四個步驟。以天平測量為例：比較：被測量和標準量（砝碼）分別放到天平兩邊秤盤上比較。示差：觀察指針位置的變化值，即示差。平衡：調(diào)整砝碼數(shù)值，使之平衡。讀數(shù)：根據(jù)砝碼多少，讀出物體質(zhì)量的值，即讀數(shù)。（一）測量的概念任務二 測量誤差的認知及處理一、測量的概念及方法（二）測量方法1.按測量手續(xù)分類（1）直接測量直接測量是用精度較高的設備直接對被測量進行測量并得到測量結(jié)果。例如：溫度計測溫、萬用表測電壓、卡尺測工件的長度等。（2）間接測量間接測量是在使用儀表進行測量時，首先對與被測量有函數(shù)關系的幾個量進行測量，將測量值代入函數(shù)關系式，經(jīng)過計算得到測量所需要的結(jié)果。（3）聯(lián)立測量聯(lián)立測量是被測量與多個元素有關，必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程組才能得到最后的結(jié)果。任務二 測量誤差的認知及處理（二）測量方法一、測量的概念及方法2.按測量方式分類（1）偏差法偏差法是在測量過程中，用儀表指針的位移決定被測量的測量方法。（2）零位法零位法是在測量過程中，用已知的標準量去平衡或抵消被測量的作用，并用指零儀表的零位指示測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測量系統(tǒng)達到平衡時，用已知的基準量決定被測未知量的測量方法。（3）微差法微差法是零位法和偏差法的組合。將被測的未知量與已知的標準量進行比較，并取得差值后,再用偏差法測得此值。任務二 測量誤差的認知及處理（二）測量方法一、測量的概念及方法3.其他測量方法（1）接觸測量和非接觸測量接觸測量是傳感器或測量器具的測量頭在一定測量力的作用下，與被測物體直接接觸的測量法。非接觸測量是傳感器或測量器具的測量頭與被測對象不發(fā)生機械接觸的測量。（2）靜態(tài)測量和動態(tài)測量靜態(tài)測量是指在測量期間的被測量是恒定值的測量。動態(tài)測量是為了確定隨時間變化的被測量的瞬時值而進行的測量。（3）被動測量和主動測量產(chǎn)品加工完成后的測量為被動測量；正在加工過程中的測量為主動測量。被動測量只能發(fā)現(xiàn)和挑出不合格品；而主動測量可通過測得值的反饋，控制設備的加工過程，預防和杜絕不合格品的產(chǎn)生。任務二 測量誤差的認知及處理（一）測量誤差的基本概念1.測量誤差測量誤差是檢測結(jié)果與被測量的客觀真值之間的差值。2.真值真值是在確定的時間、地點和狀態(tài)下，被測量表現(xiàn)出來的實際大小。真值是客觀存在的，又是未知的。3.標稱值標稱值是計量或測量器具上標注的量值，如標準砝碼上標出的1kg。4.示值示值是由測量儀器給出或提供的量值，也稱測量值。二、測量誤差的認知任務二 測量誤差的認知及處理二、測量誤差的認知（一）測量誤差的基本概念5.精確度（精度）精確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合，表示測量結(jié)果與真值的一致程度。6.重復性重復性是在相同條件下，對同一被測量進行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的一致性。7.誤差公理誤差公理是指一切測量都具有誤差，誤差自始至終存在于所有科學實驗的過程之中。任務二 測量誤差的認知及處理（二）測量誤差的來源1.測量裝置誤差 測量裝置誤差包括傳感器和測量儀器儀表的誤差、標準件的誤差以及裝卡附件的誤差。傳感器和測量儀器儀表的誤差如設計、制造誤差；標準件的誤差如標準量塊、標準線紋尺、標準電池、標準電阻、標準砝碼等所體現(xiàn)量值的誤差；裝卡附件的誤差如裝卡定位等造成的誤差。2.測量方法誤差 測量方法不完善或測量所依據(jù)的理論公式本身的近似性引起的誤差。二、測量誤差的認知任務二 測量誤差的認知及處理（二）測量誤差的來源3.環(huán)境誤差各種環(huán)境因素與規(guī)定的標準狀態(tài)不一致而引起的測量裝置和被測量本身的變化所造成的誤差。如溫度、濕度、氣壓、振動、照明、電磁場等所引起的誤差。4.人員誤差測量人員因技術能力、工作疲勞、固有習慣等因素引起的誤差。它的大小取決于測量人員的操作技能和其他主觀因素。二、測量誤差的認知任務二 測量誤差的認知及處理（三）測量誤差的表示法1.絕對誤差絕對誤差x是指被測量的指示值與真值x0之間的差值。絕對誤差 =指示值 真值 0 由于真值是未知的，實際應用時用標準表的測量值代替真值，稱為實際值x0。絕對誤差x=指示值x實際值x0二、測量誤差的認知任務二 測量誤差的認知及處理（三）測量誤差的表示法2.相對誤差 相對誤差是用絕對誤差x與真值（實際值）x0比值的百分數(shù)來表示的。因被測量指示值x與真值x0接近，可近似用絕對誤差與指示值的百分數(shù)來表示。二、測量誤差的認知任務二 測量誤差的認知及處理（三）測量誤差的表示法3.引用誤差（或滿度相對誤差）引用誤差n是絕對誤差x與儀器儀表量程xm比值的百分數(shù)。二、測量誤差的認知任務二 測量誤差的認知及處理（三）測量誤差的表示法4.最大引用誤差 最大引用誤差nm是最大絕對誤差xm與儀器儀表量程xm比值的百分數(shù)。最大引用誤差常被用來確定儀表的精度等級K，即二、測量誤差的認知任務二 測量誤差的認知及處理三、測量誤差的分類（一）按測量誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類1.系統(tǒng)誤差 在相同的條件下，多次重復測量同一量時，誤差的大小和符號保持不變，或在條件改變時，遵循一定規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生原因是由測量儀器、量具本身制造、安裝、調(diào)整或者是使用方法不當造成的。系統(tǒng)誤差表明測量結(jié)果的準確度，即儀表指示值有規(guī)律地偏離真值的程度。系統(tǒng)誤差越小，測量結(jié)果準確度越高。任務二 測量誤差的認知及處理（一）按測量誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類2.隨機誤差 在相同的條件下，多次重復測量同一量時，誤差的大小和符號均無規(guī)律變化的誤差。隨機誤差的產(chǎn)生原因是由周圍環(huán)境的隨機因素引起的。隨機誤差的大小表明測量結(jié)果重復一致的程度，即分散性，通常用精密度表示。隨機誤差越大，測量結(jié)果越分散，精密度就越低。測量的精密度和準確度的綜合反映，可用精確度（簡稱精度）來表示。三、測量誤差的分類任務二 測量誤差的認知及處理（一）按測量誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類 精密度、準確度和精確度三者的示意圖如圖1-2所示。三、測量誤差的分類任務二 測量誤差的認知及處理（一）按測量誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類 3.粗大誤差 粗大誤差是明顯歪曲測量結(jié)果的誤差。粗大誤差的產(chǎn)生原因是由于外界重大干擾、儀器儀表故障或人為因素等造成的。含有粗大誤差的測量值稱為壞值或異常值，應剔除。三、測量誤差的分類任務二 測量誤差的認知及處理（二）按被測量與時間的關系分類測量誤差按被測量與時間的關系可分為靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差兩大類。1.靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差是在被測量不隨時間變化時測得的測量誤差。2.動態(tài)誤差動態(tài)誤差是在被測量隨時間變化過程中進行測量時所產(chǎn)生的附加誤差。它的大小為動態(tài)中測量和靜態(tài)中測量所得誤差值的差值。三、測量誤差的分類任務二 測量誤差的認知及處理四、測量誤差的處理（一）系統(tǒng)誤差的處理 系統(tǒng)誤差的特點是其出現(xiàn)的有規(guī)律性，因此對系統(tǒng)誤差的處理可通過理論分析和實驗方法來確定，采用修正值或補償矯正的方法進行消除或減小。1.測量前采用的方法從產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的來源上考慮，設法消除或盡量減小其影響。采用修正方法來消除。在測量前，送計量部門鑒定或通過標準的儀器設備比對，得到修正值。任務二 測量誤差的認知及處理在測量中將引起系統(tǒng)誤差的某些條件相互交換，而保持其他條件不變，使引起系統(tǒng)誤差的因素對測量結(jié)果起相反的作用，從而抵消系統(tǒng)誤差。（1）交換法改變測量中的某些條件，使得前后兩次測量結(jié)果的誤差相反，取其平均值以消除系統(tǒng)誤差。（2）抵消法在測量條件不變的情況下，用已知量替換被測量，達到消除系統(tǒng)誤差的目的。（3）替代法2.測量中采用的方法四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理對稱測量法用于消除線性變化的系統(tǒng)誤差。事實上，很多隨時間變化的系統(tǒng)誤差，在短時間內(nèi)均可看成線性變化的。復雜變化的系統(tǒng)誤差，短時間內(nèi)也可近似作為線性系統(tǒng)誤差。因此，一切精密實驗均可采用對稱測量法。（4）對稱測量法在系統(tǒng)中采取補償措施，自動消除系統(tǒng)誤差。（5）補償法2.測量中采用的方法四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理 存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，但就誤差的整體而言是服從一定的統(tǒng)計規(guī)律的。因此通過增加測量次數(shù)，利用概率論的一些理論和統(tǒng)計學的一些方法，可以掌握看似毫無規(guī)律的隨機誤差的分布特性，并進行測量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理。四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理1.概率和正態(tài)分布曲線（1）概率概率是描述某一事件或現(xiàn)象出現(xiàn)的客觀可能性的大小。必然出現(xiàn)概率1；必然不出現(xiàn)概率0；可能出現(xiàn)的隨機事件概率01。四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理例如：拋硬幣：我們會發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)正面和反面的可能性是一樣的，即概率均為0.5。下面做一個試驗，若現(xiàn)在為北京時間九點整，我們統(tǒng)計了全班48位學生的手表指示值（總數(shù)=48），得到表1-1的數(shù)據(jù)。表中的頻率為指示值或隨機誤差落在某個區(qū)間的相對次數(shù)。如果以隨機誤差i為橫坐標，頻率ni/n為縱坐標，畫出它們的關系曲線即為頻率直方圖，如圖1-4所示。四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理（2）正態(tài)分布曲線當測量次數(shù)n，測量誤差d時，無限多個直方圖的頂點的連線就稱為隨機誤差的正態(tài)分布曲線，如圖1-5所示。四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理2.隨機誤差的特性 多數(shù)隨機誤差服從正態(tài)分布規(guī)律，測量結(jié)果符合正態(tài)分布曲線。對正態(tài)分布曲線進行分析，也就發(fā)現(xiàn)了隨機誤差對于單次測量具有隨機性，但當多次重復測量時，具有以下的特性：四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理（1）對稱性絕對值相等、符號相反的誤差在多次重復測量中出現(xiàn)的可能性相等，即正負誤差出現(xiàn)的概率相同。（2）有界性絕對值很大的誤差出現(xiàn)的概率趨于零，即誤差有一定的實際限度。（3）抵償性相同條件下，當n時，隨機誤差的代數(shù)和等于零。（4）單峰性絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率大，絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率小。四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理3.算術平均值和標準誤差（1）算術平均值四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理3.算術平均值和標準誤差（2）標準誤差四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理3.算術平均值和標準誤差（3）算術平均值的標準誤差四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理4.測量結(jié)果的正確表示和置信度 具有隨機誤差的測量結(jié)果，可用算術平均值替代真值，并用標準誤差給出可能范圍。具體表示如下：四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理由理論計算可得：當K=1時，測量結(jié)果落在（x-）范圍內(nèi)的概率為6827%。當K=2時，測量結(jié)果落在2（x-）范圍內(nèi)的概率為9545%。當K=3時，測量結(jié)果落在3（x-）范圍內(nèi)的概率為9973%。四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（二）隨機誤差的處理四、測量誤差的處理任務二 測量誤差的認知及處理（三）粗大誤差的處理在測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)時，一般從以下兩方面來考慮：1.定性分析 對測量設備、測量條件、測量步驟進行分析，看是否存在問題而引起出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。這種判斷無嚴格規(guī)則，屬于定性判斷。2.定量判斷 用概率統(tǒng)計和誤差理論知識建立的粗大誤差判斷準則為依據(jù)，進行定量判斷，以確定該異常值是否應剔除。在工程上常用拉依達準則（3準則）來判斷粗大誤差。四、測量誤差的處理任務三 傳感器的特性及選用認知一、傳感器的特性（一）靜態(tài)特性 定義：當被測量不隨時間變化或變化緩慢時，認為傳感器與檢測系統(tǒng)的輸入量和輸出量都與時間無關。這樣確定的檢測裝置的性能參數(shù)稱為靜態(tài)特性。靜態(tài)特性主要由以下性能指標來描述。任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性1.線性度 線性度又稱非線性度或非線性誤差，是指實際輸入輸出特性曲線與擬合直線（理想直線）之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出值的百分比，如圖1-7所示。線性度可用公式（1-13）表示：一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性2.遲滯性 遲滯性又稱回差或滯后，表示傳感器與檢測系統(tǒng)在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休斎胼敵鎏匦郧€之間最大差值與傳感器滿量程輸出值的百分比，如圖1-8所示。遲滯性可用公式（1-14）表示：一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性3.重復性 重復性是指輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次測試時，所得特性曲線最大不重復誤差與傳感器滿量程范圍值的百分比，如圖1-9所示。重復性可用公式（1-15）表示：一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性4.靈敏度 靈敏度是指傳感器與檢測系統(tǒng)對被測量變化的反應能力。當輸入量x有一個變化量x時，引起輸出量y有相應的變化量y，則輸入變化量與輸出變化量之比稱為靈敏度。靈敏度可用公式（1-16）表示：一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性靈敏度的注意點：靈敏度S是有量綱的。但若x與y是同類量時，S無量綱，為放大倍數(shù)K。若系統(tǒng)是有多個環(huán)節(jié)組成的串聯(lián)式系統(tǒng)，每個環(huán)節(jié)的靈敏度分別為S1、S2、S3，如圖110所示，則系統(tǒng)總靈敏度為各個環(huán)節(jié)靈敏度的乘積，即SS1S2S3。靈敏度越高，測量精度越高，但測量范圍越窄，穩(wěn)定性越差。一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性5.分辨率 分辨率是指傳感器能夠檢測出被測量的最小變化量，是有量綱的數(shù)。當被測量的變化小于分辨率時，傳感器對輸入量的變化無任何反應，對數(shù)字式儀表，該表的最后一位數(shù)值就是它的分辨率；一般模擬式儀表分辨率為最小刻度分格數(shù)值的一半。靈敏度越高，分辨率越好。一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性6.測量范圍與量程 傳感器所能測量的最大被測量稱為測量上限，最小被測量稱為測量下限。用測量上限和測量下限表示的測量區(qū)間稱為測量范圍。如某溫度計測量范圍為20200。測量上限和測量下限的代數(shù)差稱為量程。如上述溫度計量程為220。一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性7.穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指傳感器在較長時間內(nèi)保持其原性能的能力。即對于相同輸入量，其輸出量發(fā)生變化的程度。一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（一）靜態(tài)特性8.漂移 漂移是指在外界干擾的情況下，在一定的時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量發(fā)生與輸入量無關的變化程度，包括時間漂移和溫度漂移。時漂是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；溫漂是指周圍溫度變化引起的零點或靈敏度的變化。一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知（二）動態(tài)特性 動態(tài)特性是指傳感器與檢測系統(tǒng)的被測量隨時間變化很快時，輸出對輸入的響應特性。其通常是用實驗方法求得的。一、傳感器的特性任務三 傳感器的特性及選用認知二、傳感器的選用認知（一）傳感器的選擇要求 由于傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用。如何合理選用傳感器，是應用時首先要解決的問題。一般傳感器的選擇應根據(jù)測量對象與測量環(huán)境，從測試條件與目的、傳感器的性能指標、傳感器的使用條件、數(shù)據(jù)采集和輔助設備配套情況，以及價格、備件和售后服務等多種因素綜合考慮。任務三 傳感器的特性及選用認知（一）傳感器的選擇要求1.根據(jù)測量目的和測量對象確定傳感器類型測量目的是要直接得到被測量，作為過程控制量或是其他用途。測量對象為固體還是液體；采用接觸式還是非接觸式傳感器；靜態(tài)測量還是動態(tài)測量；有無負荷效應及對被測量的影響；被測位置對傳感器有無體積要求等。測量環(huán)境包括安裝現(xiàn)場條件、環(huán)境條件（溫度、濕度和振動等）、過載保護、信號傳輸距離、與傳感器連接的系統(tǒng)負荷阻抗情況等。二、傳感器的選用認知任務三 傳感器的特性及選用認知（一）傳感器的選擇要求2.根據(jù)傳感器技術指標確定傳感器種類靜態(tài)特性要求，如測量范圍、測量精度、靈敏度、分辨率、遲滯性和重復性等。動態(tài)特性要求，如快速性和穩(wěn)定性等。信息傳遞要求，如形式和距離等。過載能力要求，如機械、電氣和熱的過載能力。二、傳感器的選用認知任務三 傳感器的特性及選用認知（一）傳感器的選擇要求3.根據(jù)測量系統(tǒng)要求確定傳感器的種類系統(tǒng)要求的信號形式，如實時與否，數(shù)字還是模擬等。與傳感器連接的負荷阻抗特性等。傳輸和連接接口等。二、傳感器的選用認知任務三 傳感器的特性及選用認知（一）傳感器的選擇要求4.根據(jù)使用環(huán)境確定傳感器種類考慮溫度、濕度、大氣壓力、振動、磁場、電場、附近有無大功率用電設備、加速度、傾斜、防火、防爆、防化學腐蝕以及是否有害于周圍材料的壽命及操作人員的身體健康等。二、傳感器的選用認知任務三 傳感器的特性及選用認知（一）傳感器的選擇要求5.電源的要求 電源電壓形式、等級、功率、波動范圍、頻率及高頻干擾等。6.基本安全要求 絕緣電阻、耐壓強度及接地保護等。7.可靠性要求 抗干擾、使用壽命、無故障工作時間等。二、傳感器的選用認知任務三 傳感器的特性及選用認知（一）傳感器的選擇要求8.管理要求 要求結(jié)構(gòu)簡單、模塊化，有自診斷能力和故障顯示等。9.購買與維修要求 考慮價格、交貨方式與日期、保修期限、售后服務和零配件供應等。二、傳感器的選用認知任務三 傳感器的特性及選用認知（二）傳感器的選用原則 在現(xiàn)代社會，傳感器得到了廣泛應用。各類傳感器性能技術指標很多，如果要求一個傳感器具有全面良好的性能指標，不僅可能給設計、制造帶來困難，而且在實際應用中也沒有必要。因此應根據(jù)實際需要與可能，在確保主要指標實現(xiàn)的基礎上，放寬對次要指標的要求，以達到高的性能價格比。傳感器選用總的原則是：在滿足檢測系統(tǒng)對傳感器所有要求的情況下，價格低廉、工作可靠、容易維修。二、傳感器的選用認知任務三 傳感器的特性及選用認知（二）傳感器的選用原則在具體選用傳感器時，可按下列步驟進行：借助傳感器分類表，按被測量的性質(zhì)，從典型應用中初步確定幾種可供選用的傳感器的類別。借助常用傳感器比較表，按被測量的范圍、精度要求、環(huán)境要求等確定傳感器類別。借助傳感器的產(chǎn)品目錄、選型樣本，最后查出傳感器的規(guī)格、型號、性能和尺寸。二、傳感器的選用認知PPT模板下載： 速度檢測目錄1 1任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2 2任務二 汽車行車速度檢測3 3任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測4 4任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 項目二 速度檢測學習目標能認識、了解檢測速度的傳感器器件，了解它們的特點和性能。能理解電渦流傳感器的工作原理、測量電路及應用電路。能掌握霍爾傳感器的工作原理和應用。了解磁電式傳感器的工作原理和它的特點。能理解變磁通式和恒磁通式磁電傳感器的工作原理和應用。掌握光電效應的三種類型和常用光電傳感器的工作原理。掌握光電傳感器的組成及理解光電傳感器的應用電路。項目二 速度檢測 在各種車輛的運轉(zhuǎn)、機械設備的運行中，都需要對旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速進行測量，轉(zhuǎn)速一般以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來表達，單位為r/min。測量速度的方法很多，通常有霍爾傳感器測速、電渦流測速、磁電感應測速、光電測速、光電編碼器數(shù)字測速和測速發(fā)電機模擬測速等。這里介紹幾種主要的轉(zhuǎn)速測量方法。任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 機械設備的運行中，有大量涉及轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速測量。當被測對象是導電良好的金屬物體時，一般可選用電渦流傳感器進行測速。任務提出任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 基于法拉第電磁感應原理，將塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內(nèi)會產(chǎn)生呈渦旋狀的感應電流，該電流稱為電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，使產(chǎn)生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化的物理現(xiàn)象稱為電渦流效應。電渦流式傳感器就是利用電渦流效應，將非電量轉(zhuǎn)換成阻抗的變化而進行測量的一種傳感器。相關知識任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測一、電渦流傳感器外形結(jié)構(gòu)和性能指標（一）電渦流傳感器的外形任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測（二）電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)一、電渦流傳感器外形結(jié)構(gòu)和性能指標任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測（三）V系列電渦流傳感器性能指標線性距離：210mm。精度：10%。響應時間：5ms。工作電壓：1530V DC。輸出電壓：01V DC。輸出電流：5mA。靜態(tài)功耗：08W。環(huán)境溫度、濕度：2575、95%RH（25時）。使用壽命：10000h。一、電渦流傳感器外形結(jié)構(gòu)和性能指標任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、電渦流傳感器的工作原理 如圖2-4所示，在金屬導體上方放置一個線圈L，當線圈中通以電流I1時，線圈的周圍空間就產(chǎn)生了交變磁場H1，在金屬導體內(nèi)就會產(chǎn)生電渦流I2，由I2任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測三、高頻反射式電渦流傳感器 高頻反射式電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，在線圈前面放一塊金屬導體，電渦流傳感器的線圈與被測金屬導體間是非接觸磁性耦合。當高頻電流施加在電感線圈上時，線圈產(chǎn)生的高頻磁場作用于被測金屬導體表面，形成電渦流，電渦流產(chǎn)生的磁場又反作用于線圈，從而改變了線圈的阻抗。線圈阻抗由線圈與金屬導體的距離決定。通過測量線圈阻抗的變化就可確定電渦流傳感器探頭與金屬板之間的距離。被測物的電導率越高，傳感器的靈敏度越高。任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測四、低頻透射式電渦流傳感器 低頻透射式電渦流傳感器采用低頻激勵，貫穿深度 較大，適合測量金屬材料的厚度。其工作原理如圖2-5所示。圖中發(fā)射線圈L1和接收線圈L2分別位于被測金屬板的兩側(cè)。當振蕩器產(chǎn)生的低頻電壓u1加到線圈L1上時，在其周圍產(chǎn)生一個交變磁場。若兩線圈間無金屬導體，則L1產(chǎn)生的磁力線能較多地穿過L2，在L2上產(chǎn)生的感應電壓u2最大。任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測四、低頻透射式電渦流傳感器任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測五、電渦流傳感器的測量電路（一）電橋測量電路 電橋測量電路如圖2-6所示，它是將傳感器線圈的阻抗作為電橋的一個橋臂，或用兩個相同的電渦流線圈組成差動形式。初始狀態(tài)電橋平衡，無輸出。當測量時，線圈阻抗A、B發(fā)生差動變化，電橋失去平衡，輸出電壓的大小反映了被測量的變化。任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測（一）電橋測量電路五、電渦流傳感器的測量電路任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測（二）定頻調(diào)幅測量電路 定頻調(diào)幅測量電路原理如圖2-7所示。傳感器線圈L和電容C并聯(lián)組成諧振電路，由石英晶體振蕩電路提供一個穩(wěn)定的高頻激勵電流i。五、電渦流傳感器的測量電路任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測（三）調(diào)頻式測量電路 調(diào)頻式測量電路原理如圖2-8所示。傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導體距離x改變時，由于電渦流的影響，L改變，將導致振蕩器頻率f=12L（x）C跟隨改變。該頻率可由數(shù)字頻率計直接測量或通過頻率電壓變換后，再由電壓表測得。五、電渦流傳感器的測量電路任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測一、合理選擇電渦流傳感器 旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速測量，實際是檢測電渦流傳感器線圈與被測齒盤凹凸之間的間距的變化，根據(jù)電渦流式傳感器的相關知識，可選用高頻反射式電渦流傳感器。任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用電渦流傳感器 電渦流傳感器測量旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的工作原理如圖2-9所示，它由輸入盤、電渦流傳感器和測量電路等組成。由軟磁性材料做成的輸入盤上開有鍵槽，在距離輸入盤表面d處放置電渦流傳感器，輸入盤與被測旋轉(zhuǎn)軸相連。（一）電渦流傳感器測速原理任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用電渦流傳感器 電渦流傳感器測量旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的工作原理如圖2-9所示，它由輸入盤、電渦流傳感器和測量電路等組成。由軟磁性材料做成的輸入盤上開有鍵槽，在距離輸入盤表面d處放置電渦流傳感器，輸入盤與被測旋轉(zhuǎn)軸相連。（一）電渦流傳感器測速原理任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用電渦流傳感器 使用電渦流式傳感器測距，傳感器線圈僅為實際測試系統(tǒng)的一部分，另一部分是被測體，因此在使用時必須注意線圈與被測導體的關系。1.被測導體厚度的選擇 高頻反射式電渦流傳感器測距時，應使導體厚度遠大于電渦流的軸向貫穿深度；低頻透射式電渦流傳感器測厚時，應使導體厚度小于電渦流的軸向貫穿深度。（二）電渦流傳感器測速注意點任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用電渦流傳感器 2.勵磁電源頻率的選擇低頻透射式電渦流傳感器測厚時，由于電渦流的貫穿深度t符合下式：（二）電渦流傳感器測速注意點任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用電渦流傳感器3.被測導體材料與大小的確定 線圈阻抗變化與導體的電導率、磁導率等有關。對于非磁性材料，被測體的電導率越高，靈敏度越高；而對于磁性材料，磁導率將影響線圈的阻抗。（二）電渦流傳感器測速注意點任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用電渦流傳感器4.電渦流傳感器的確定 電渦流傳感器的線圈外徑越大，線性范圍越大，但靈敏度越低，分辨率越差。（二）電渦流傳感器測速注意點任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用電渦流傳感器安裝探頭時，應調(diào)節(jié)夾住位置，使位移變化不超出測量范圍。被測軸表面應光滑、清潔，不能有缺陷。探頭線圈要通入合適的高頻電流。系統(tǒng)接線牢固，接觸良好。（三）電渦流傳感器使用注意事項任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其它案例 軸的振動和偏心會影響零件的加工精度，因此要對振動和偏心進行檢測，轉(zhuǎn)軸的振動和偏心測量如圖2-10所示。（一）測量轉(zhuǎn)軸的振動和偏心任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其它案例（二）測量振幅、波動和彎曲等任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其它案例 低頻透射式電渦流傳感器可以用于測量厚度，高頻反射式電渦流傳感器也可以用來測量厚度。如圖2-12所示為高頻反射式電渦流測厚儀的原理框圖。（三）高頻反射式電渦流測厚儀任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其它案例 如圖2-13所示為電渦流傳感器構(gòu)成的液位監(jiān)控系統(tǒng)。由浮筒與杠桿帶動渦流板上下移動，渦流板與電渦流傳感器的間距發(fā)生變化，從而使傳感器發(fā)出信號控制電動泵的開啟來保持一定高度的液位。（四）液位監(jiān)控系統(tǒng)任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其它案例 安檢門是一種檢測通過人員是否攜帶金屬物品的探測裝置，又稱金屬探測門，它的示意簡圖如圖2-14所示，主要應用于機場、車站、海關和大型會議等重要場所，用來檢查通過人員隱藏的金屬物品，如槍支、管制刀具等。（五）安檢門任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其它案例由于在較小的溫度范圍內(nèi)，導體的電阻率與溫度之間有如下的關系：（六）測量溫度任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測訓練一下 在實訓室借助電渦流傳感器及測量模塊、安裝有測速齒盤的電機、調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的變頻器、計數(shù)器（或示波器）、電源等器件和設備，試著連接電路并進行測速。任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。（一）實驗目的任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移CSY2000傳感器與檢測技術實驗臺。（15V電源，數(shù)顯電壓表）電渦流傳感器實驗板。電渦流傳感器。測微頭。鐵圓片。（二）需用器件與單元任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移 探頭線圈通入高頻電流，產(chǎn)生磁場，當有被測導體接近時，導體內(nèi)的渦流效應產(chǎn)生渦流損耗，而渦流效應的強弱與該導體與線圈的距離有關，因此通過檢測渦流效應的強弱即可以進行位移測量。（三）實驗原理任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移根據(jù)圖2-17所示安裝電渦流傳感器。（四）實驗步驟任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移根據(jù)圖2-18所示進行實驗連線：（四）實驗步驟任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移（a）將15V電源接入模板。（b）將模板輸出電壓V0接到數(shù)顯電壓表上。（c）將模板上高頻電流接入電渦流線圈中。打開主控臺電源。（四）實驗步驟任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移使測微頭與傳感器線圈頂部接觸，記錄數(shù)顯表的示數(shù)，然后每隔05mm讀一個數(shù)，記入表2-1，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。（四）實驗步驟任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移根據(jù)表21數(shù)據(jù)，畫出Ux曲線。計算量程為1mm、3mm和5mm時的靈敏度和線性度。由實驗結(jié)果分析電渦流傳感器是如何測量軸的振動和偏心的。（五）實驗數(shù)據(jù)分析任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移將上述被測體鐵圓片分別換成銅圓片和鋁圓片，重復實驗過程，實驗數(shù)據(jù)分別記入表2-2和表2-3。（六）被測體材質(zhì)對電渦流傳感器特性的影響任務一 電渦流傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測用電渦流傳感器檢測位移由表2-2和表2-3分別計算量程為1mm、3mm和5mm時的靈敏度和線性度。比較三種被測體的實驗結(jié)果。（六）被測體材質(zhì)對電渦流傳感器特性的影響任務二 汽車行車速度檢測任務提出 在汽車中，行車速度是一個很重要的參數(shù)。一般汽車發(fā)動機中都安裝有速度傳感器，輸出的速度信號輸入速度表、里程表指示，并用它來進行汽車的牽引控制、導航系統(tǒng)、發(fā)動機和變速箱的管理等。一般可使用霍爾傳感器。任務二 汽車行車速度檢測相關知識 霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器，是目前應用最為廣泛的一種磁電式傳感器。它可以用來檢測磁場、微位移、轉(zhuǎn)速、流量、角度，也可以用于制作高斯計、電流表、接近開關等。任務二 汽車行車速度檢測一、霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能（一）霍爾傳感器的外形任務二 汽車行車速度檢測一、霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能（二）霍爾元件的結(jié)構(gòu)和符號任務二 汽車行車速度檢測1.特點 霍爾接近開關具有響應頻率高，重復定位精度高，抗干擾能力強，多種保護功能，有工作狀態(tài)指示燈，可以和控制器（PC）直接接口，可靠性高和使用壽命長等特點。（三）霍爾接近開關介紹一、霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能任務二 汽車行車速度檢測2.技術參數(shù)（三）霍爾接近開關介紹一、霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能任務二 汽車行車速度檢測3.使用要點配套磁鋼：采用84釹鐵硼磁鋼S面（表面磁感應強度為03T）。接線方式：紅線：電源（Vcc）；黃線：輸出（VOUT）；黑線：地線（GND）。（三）霍爾接近開關介紹一、霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能任務二 汽車行車速度檢測3.使用要點接線圖：如圖2-21所示。（三）霍爾接近開關介紹一、霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能任務二 汽車行車速度檢測3.使用要點觸發(fā)方式：如圖2-22所示。（三）霍爾接近開關介紹一、霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能任務二 汽車行車速度檢測 霍爾傳感器的工作原理是基于霍爾效應。1879年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應。所謂霍爾效應是置于磁場中的導體或半導體中流過電流時，若是沒有磁場的影響，則正電荷載流子能平穩(wěn)地流過，此時輸出端（從載流導體上平行于電流和磁場方向的兩個面引出）的電壓為零。（一）霍爾效應二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測 當加入一個與電流方向垂直的磁場時（圖2-23），電荷載流子會由于洛倫茲力的作用而偏向一邊，在輸出端產(chǎn)生電壓，即霍爾電壓。這一現(xiàn)象稱為霍爾效應。（一）霍爾效應二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測 當電流I通過N型半導體時，導電載流子為電子。在磁場B的作用下，電子受到洛侖茲力的作用而偏向一側(cè)（左手定則）。這樣在兩個側(cè)面間產(chǎn)生了一個霍爾電場EH，該電場阻止電子的偏移，與洛侖茲力的作用力方向相反。最后電場力fE和洛侖茲力fL達到動態(tài)平衡。（一）霍爾效應二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測（一）霍爾效應洛侖茲力：式中，EH為霍爾電場強度；UH為霍爾電壓；b為霍爾片寬度。二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測由于UH=KHIB，所以霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓主要由三個方面的因素決定：與電源提供的電流的大小有關。與霍爾元件所處磁場的強度有關。與霍爾元件的物理尺寸有關?；魻栯妷菏呛驮穸萪成反比的，因此霍爾元件一般制作得較薄。（二）霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓大小的決定因素二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測 由于霍爾元件的靈敏度與材料的電阻率和電子遷移率（在單位電場強度作用下，載流子的平均速度值）成正比。若要霍爾效應強，制造霍爾元件材料的電阻率和電子遷移率要大。（三）霍爾元件二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測 對于金屬導體，電子遷移率大，但電阻率很小；而絕緣材料電阻率極高，但電子遷移率極小。兩者都不適宜制作霍爾元件。只有半導體材料的電阻率和電子遷移率適中，且N型半導體的電子遷移率大于P型半導體的電子遷移率，因此一般用N型半導體制作霍爾元件。（三）霍爾元件二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測 制作霍爾元件常用的材料有N型鍺、銻化銦、砷化銦、砷化鎵及磷砷化銦等。銻化銦產(chǎn)生的霍爾電勢較大，但溫度影響大；鍺及砷化銦受溫度影響小，線性好，但霍爾電勢小；砷化鎵溫度特性好，但價格貴；磷砷化銦的溫度特性最好。（三）霍爾元件二、霍爾傳感器的工作原理任務二 汽車行車速度檢測（一）霍爾傳感器的測量電路三、霍爾傳感器的測量電路及補償任務二 汽車行車速度檢測由于霍爾元件的基片是半導體材料，因而對溫度的變化很敏感。為了減小霍爾元件的溫度誤差，可采?。哼x用溫度系數(shù)小的元件。采用恒溫措施。采用恒流源供電。（二）溫度誤差及補償三、霍爾傳感器的測量電路及補償任務二 汽車行車速度檢測1.零位特性零位特性是在無外加磁場或無控制電流的情況下，元件產(chǎn)生輸出電壓的特性。2.零位誤差零位誤差是零位特性產(chǎn)生的誤差。3.不等位電壓不等位電壓是霍爾元件的激勵電流為額定電流IN而磁感應強度為零時，所測到的空載霍爾電壓UO。4.不等位電阻不等位電阻R0：R0=UO/IN。（三）零位特性及補償三、霍爾傳感器的測量電路及補償任務二 汽車行車速度檢測 不等位電壓產(chǎn)生的主要原因：霍爾電極安裝時不在同一個電位面上，兩者之間存在不等位電阻，如圖2-25所示。（三）零位特性及補償三、霍爾傳感器的測量電路及補償任務二 汽車行車速度檢測補償方法：利用橋路平衡的原理來補償，如圖2-26所示。（三）零位特性及補償三、霍爾傳感器的測量電路及補償任務二 汽車行車速度檢測 用集成電路技術，將霍爾元件、放大器、溫度補償電路、施密特觸發(fā)器和穩(wěn)壓電源等電路集成在一個芯片上，就構(gòu)成了霍爾集成傳感器。這種傳感器具有可靠性高、體積小、重量輕、功耗低、無溫漂等優(yōu)點。按照輸出信號的形式，可分為開關型和線性型兩種類型。（三）零位特性及補償四、霍爾集成傳感器任務二 汽車行車速度檢測 它的輸出電壓與外加磁場之間的關系如圖2-27所示，具有開關特性，但導通磁感應強度和截止磁感應強度之間存在滯后效應，這一特性大大增強了電路的抗干擾能力，保證開關動作穩(wěn)定，不產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。（三）零位特性及補償四、霍爾集成傳感器任務二 汽車行車速度檢測 汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速測量是利用了霍爾傳感器的開關特性，因此，宜選用霍爾開關集成傳感器。一、合理選擇霍爾傳感器的類型任務實施任務二 汽車行車速度檢測1.磁鐵在霍爾元件上的測速方式 齒盤裝在被測軸上，隨被測軸一起旋轉(zhuǎn)，永久磁鐵裝在靠近齒盤的側(cè)面，磁鐵N極與S極的距離等于齒距，霍爾元件粘貼在N極的端面，如圖228a所示；或者將磁鐵固定在霍爾元件的背面，如圖2-28b所示。（一）霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的方式二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測2.磁鐵裝在轉(zhuǎn)盤上的測速方式 將磁鐵裝在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤隨被測軸轉(zhuǎn)動，霍爾元件固定在轉(zhuǎn)盤附近，如圖2-29所示。當小磁鐵隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)通過霍爾元件時，霍爾元件輸出一個脈沖，只要檢測出單位時間的脈沖數(shù)，就測出了轉(zhuǎn)速。（一）霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的方式二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測（一）霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的方式二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測 霍爾傳感器用于汽車發(fā)動機測速的安裝結(jié)構(gòu)如圖2-30所示。轉(zhuǎn)速盤如圖2-30a所示，由鋼板制成，盤中有六個齒，其中一個為40寬齒，其他五個為20的窄齒。（二）霍爾傳感器用于汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測 如圖2-30b所示，霍爾傳感器和磁鋼安裝在鋁塊上，再固定在支架上；轉(zhuǎn)速盤與發(fā)電機安裝在一起，隨發(fā)電機轉(zhuǎn)動，此時霍爾傳感器輸出矩形脈沖信號，轉(zhuǎn)一周輸出六個脈沖。汽車轉(zhuǎn)速越快，單位時間內(nèi)輸出脈沖越多。（二）霍爾傳感器用于汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測（二）霍爾傳感器用于汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測采用不同的磁鐵，檢測距離有所不同，建議采用的磁鐵直徑和檢測對象的直徑相等。當霍爾開關驅(qū)動感性負載時，要在負載兩端并接續(xù)流二極管，避免感性負載動作時的瞬態(tài)高壓脈沖對輸出級的沖擊，以保護霍爾開關。為了保證不損壞接近開關，請務必在接通電源前檢查接線是否正確，核定電壓是否為額定值。（三）霍爾傳感器使用注意事項二、正確使用霍爾傳感器任務二 汽車行車速度檢測 當控制電流I恒定時，由于UH=KHIB，霍爾輸出電壓UH與磁感應強度B成正比?；魻杺鞲衅魈貏e適用于微小氣隙中的磁感應強度、高梯度磁場參數(shù)等的測量。（一）測量磁場其他案例任務二 汽車行車速度檢測 如圖2-31所示為霍爾傳感器測量壓力的原理示意圖，它是先把壓力轉(zhuǎn)換成位移后，再應用霍爾電壓與位移關系來測量壓力。（二）測量壓力其他案例任務二 汽車行車速度檢測 早期的計算機鍵盤采用機械接觸式按鍵，容易產(chǎn)生抖動噪聲，影響系統(tǒng)的可靠性。目前都使用無觸點鍵盤開關，在每個鍵上都有兩塊永久磁鐵，當鍵按下時，磁鐵的磁場作用在鍵下放的霍爾開關傳感器上，形成開關動作。由于霍爾開關傳感器具有滯后效應，故工作十分穩(wěn)定可靠，且功耗低，使用壽命長。（三）霍爾接近開關用于計算機鍵盤其他案例任務二 汽車行車速度檢測 霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2-32所示。用一環(huán)形導磁材料制成磁芯，套在被測電流流過的導線上（大電流）或通電導線繞在磁芯上（小電流），在磁芯上開一氣隙，內(nèi)置一個霍爾傳感器。當導線中有電流流過時，便在磁芯中感生磁場，霍爾元件受到磁場的作用，輸出霍爾電壓。導線中電流越大，磁場越強，輸出霍爾電壓越大。由霍爾電壓的大小就可知電流的大小了。（四）霍爾電流傳感器其他案例任務二 汽車行車速度檢測（四）霍爾電流傳感器其他案例任務二 汽車行車速度檢測 當磁場恒定時，霍爾電壓與控制電流之間成線性關系，可用它直接測量電流鉗形電流表，如圖2-33所示。（四）霍爾電流傳感器其他案例任務二 汽車行車速度檢測 如圖2-34所示為霍爾開關電子點火器分電盤及電路原理圖，在分電盤上裝幾塊磁鋼，磁鋼數(shù)與汽缸數(shù)相對應，在電盤上方安裝霍爾開關元件。當磁鋼轉(zhuǎn)到霍爾元件處時，輸出一個脈沖，經(jīng)放大升壓送入點火線圈，使火花塞產(chǎn)生火花放電，完成點火過程。（五）霍爾開關電子點火器其他案例任務二 汽車行車速度檢測（五）霍爾開關電子點火器其他案例任務二 汽車行車速度檢測 在實訓室借助霍爾開關型傳感器（UGN3020/3030）、電機及安裝在電機上的測速齒盤、調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的變頻器、數(shù)字頻率計（或示波器）和電源等器件和設備，試著按照圖235所示連接電路并進行測速。訓練一下任務二 汽車行車速度檢測訓練一下任務二 汽車行車速度檢測（一）實驗目的了解霍爾式位移傳感器的原理與應用。（二）基本原理根據(jù)霍爾效應，霍爾電勢UH=KHIB，保持KH、I不變，若霍爾元件在梯度磁場B中運動，且B是線性均勻變化的，則霍爾電勢UH也將線性均勻變化，這樣就可以進行位移測量。實驗二直流激勵時用霍爾傳感器檢測位移任務二 汽車行車速度檢測（三）需用器件與單元霍爾傳感器實驗模板，線性霍爾位移傳感器，4V、15V直流電源，測微頭，數(shù)顯單元。（四）實驗步驟按圖236所示安裝霍爾傳感器，霍爾傳感器與實驗模板之間按圖2-37所示進行連接。1、3為電源4V輸入，2、4為霍爾電壓輸出，R1與4之間的連線可暫時不接。實驗二直流激勵時用霍爾傳感器檢測位移任務二 汽車行車速度檢測實驗二直流激勵時用霍爾傳感器檢測位移任務二 汽車行車速度檢測實驗二直流激勵時用霍爾傳感器檢測位移任務二 汽車行車速度檢測開啟電源，接入15V電源，將測微頭旋至10mm處，左右移動測微頭使霍爾片處在磁鋼中間位置，此時數(shù)顯表電壓絕對值為最小，擰緊測量架頂部的固定鏍釘，接入R1與4之間的連線，調(diào)節(jié)RW2使數(shù)顯電壓表指示為零（數(shù)顯表置于2V擋）。旋轉(zhuǎn)測微頭，每轉(zhuǎn)動1mm或2mm記下數(shù)字電壓表的示數(shù)，并將讀數(shù)填入表2-4。將測微頭回到10mm處，反向旋轉(zhuǎn)測微頭，重復實驗過程，填入表2-4。實驗二直流激勵時用霍爾傳感器檢測位移任務二 汽車行車速度檢測實驗二直流激勵時用霍爾傳感器檢測位移任務二 汽車行車速度檢測（五）實驗分析作出Ux曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度S和非線性誤差。實驗二直流激勵時用霍爾傳感器檢測位移任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 測量機床等設備轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速是一個很重要的任務，可以用多種速度傳感器進行測速，本節(jié)介紹用磁電式傳感器來測速。相關知識任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 磁電式傳感器也稱電磁感應傳感器，是利用導體與磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端輸出感應電勢來進行測速的。它具有不需要供電電源、電路簡單、性能穩(wěn)定、輸出阻抗小、輸出電壓靈敏度高、一定的工作帶寬（10100Hz）等特點。根據(jù)電磁感應原理，該類傳感器僅適用于動態(tài)測量，被廣泛用來測量轉(zhuǎn)速、振動、扭矩等。相關知識任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 磁電式傳感器的工作原理是基于法拉第電磁感應原理。當匝數(shù)為N的線圈在磁場中運動而切割磁力線，或通過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時，線圈中將產(chǎn)生感應電勢e，即：一、磁電式傳感器的工作原理任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 當線圈在恒定均勻磁場中做直線運動并且切割磁力線時，會產(chǎn)生感應電勢。若線圈運動方向與磁場方向如圖238所示，B與v的夾角為，則線圈的磁通：一、磁電式傳感器的工作原理（一）線圈直線運動切割磁力線任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 當線圈在恒定均勻磁場中做直線運動并且切割磁力線時，會產(chǎn)生感應電勢。若線圈運動方向與磁場方向如圖238所示，B與v的夾角為，則線圈的磁通：一、磁電式傳感器的工作原理（一）線圈直線運動切割磁力線任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測式中，為線圈運動方向與磁場方向的夾角；B為磁感應強度；x為位移；l為線圈的長度。一、磁電式傳感器的工作原理（一）線圈直線運動切割磁力線任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測（一）霍爾效應線圈兩端的感應電勢：式中，N為線圈的匝數(shù)；v為線圈與磁場相對運動的速度。當=90時：一、磁電式傳感器的工作原理任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測（二）線圈旋轉(zhuǎn)切割磁力線當線圈旋轉(zhuǎn)切割磁力線時，線圈兩端的感應電勢：式中，為線圈平面的法線方向與磁場方向的夾角；A為線圈截面積；為旋轉(zhuǎn)運動角速度。當=90時：一、磁電式傳感器的工作原理任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 變磁通式磁電傳感器中產(chǎn)生磁場的永久磁鐵和線圈都固定不動，通過磁通的變化產(chǎn)生感應電動勢e。它要求被測物體或與被測物體連接部分用導磁材料制成，當被測物體運動時，磁路的磁阻發(fā)生變化，使穿過線圈的磁通量變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應電勢，所以變磁通式磁電傳感器又稱變磁阻式，常用于角速度的測量。二、變磁通式磁電傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 在這類磁電式傳感器中，工作氣隙中的磁通保持不變，線圈相對永久磁鐵運動，并切割磁力線而產(chǎn)生感應電勢。三、恒磁通式磁電傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 由上面的相關知識得知，磁電式傳感器有變磁通式和恒磁通式兩種類型。用于測速的傳感器，一般使用變磁通式磁電傳感器。任務實施一、合理選擇磁電傳感器的類型任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器根據(jù)磁路的不同，分成開磁路式和閉磁路式兩種。如圖2-39所示為兩種磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。開磁路式由固定不動的永久磁鐵、感應線圈、軟磁材料和外殼等組成。齒輪安裝在被測轉(zhuǎn)軸上并隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。閉磁路式由內(nèi)外齒輪、線圈和永久磁鐵等組成。二、正確使用變磁通式磁電傳感器（一）磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用變磁通式磁電傳感器（一）磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測1.工作原理框圖開磁路變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理框圖如圖2-40所示。二、正確使用變磁通式磁電傳感器（二）開磁路變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2.工作原理 安裝時把永久磁鐵產(chǎn)生的磁力線通過軟磁材料端部對準齒輪的齒頂。當齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒的凹凸使空氣間隙產(chǎn)生變化，從而使磁路磁阻變化，引起磁通量變化，而產(chǎn)生感應電動勢。二、正確使用變磁通式磁電傳感器（二）開磁路變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 閉磁路變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器的內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相同，它被安裝在被測軸上，內(nèi)齒輪與被測軸一起旋轉(zhuǎn)，外齒輪不動，由于內(nèi)外齒輪的相對運動使磁路間隙發(fā)生變化，從而在線圈中產(chǎn)生交變的感應電勢。二、正確使用變磁通式磁電傳感器（三）閉磁路變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器對環(huán)境條件要求不高，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜。但輸出電勢取決于切割磁力線的速度，轉(zhuǎn)速太低時，輸出感應電勢很小，導致無法測量。閉磁路式的最低下限工作頻率為30Hz；開磁路式的最低下限工作頻率為50Hz，且被測軸振動較大時傳感器輸出波形失真較大。二、正確使用變磁通式磁電傳感器（四）變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器的特點和要求任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 磁電式振動傳感器是一種恒磁通式磁電傳感器。它的氣隙磁通保持不變，感應線圈與磁鋼作相對運動，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應電勢。其他案例（一）磁電式振動傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測1.磁電式振動傳感器的結(jié)構(gòu) 磁電式振動傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2-41所示。其他案例（一）磁電式振動傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2.磁電式振動傳感器的組成磁電式振動傳感器由如下三部分組成：固定部分：永久磁鐵、殼體?？蓜硬糠郑壕€圈、芯桿、阻尼環(huán)。彈簧片。其他案例（一）磁電式振動傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測3.磁電式振動傳感器的工作原理磁電式振動傳感器的工作原理框圖如圖2-42所示。其他案例（一）磁電式振動傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測3.磁電式振動傳感器的工作原理傳感器緊固在振動體上，外殼及磁鐵與振動體一起振動。線圈與磁鐵作相對運動而切割磁力線。線圈兩端產(chǎn)生電動勢e，且ev。e的大小就代表了v的大小。還可經(jīng)過積分或微分電路測量位移或加速度。其他案例（一）磁電式振動傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 如圖2-43所示為磁電式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)子和線圈固定在傳感器軸上，定子（永久磁鐵）固定在傳感器外殼上，轉(zhuǎn)子和定子上有對應的齒和槽。其他案例（二）磁電式扭矩傳感器任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其他案例任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 如圖2-44所示為磁電式流量計示意圖，它是基于磁電感應原理工作的。在絕緣導管的上下方放置永久磁鐵，當被測導電液體流動而切割磁力線時，在水平方向上安置的兩個電極產(chǎn)生感應電勢。感應電勢與流體流速成正比，也與單位時間內(nèi)通過導管橫截面的流體體積（流量）成正比。感應電勢經(jīng)放大后輸出，由此可測出導管內(nèi)流體的流量。其他案例（三）磁電式流量計任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其他案例任務三 磁電式傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 在實訓室借助磁電式傳感器及測量模塊、電機及安裝在電機上的測速齒盤、調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的變頻器、數(shù)字頻率計（或示波器）和電源等器件和設備，試著連接電路并進行測速。訓練一下任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 在機電設備的轉(zhuǎn)速測量中，對于一些檢測距離較大的場合，可用光電傳感器測量轉(zhuǎn)速，它可以在距被測物10mm，有的甚至可達10m外非接觸地測量轉(zhuǎn)速。任務提出任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器，可用于檢測直接引起光強度變化的非電量，也可用來檢測能轉(zhuǎn)換為光量變化的其他非電量。光電傳感器具有高精度、高分辨率、高可靠性、非接觸、響應快和結(jié)構(gòu)簡單等特點。相關知識任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 光照射在物體表面上可看成是物體受到一連串具有一定能量的光子轟擊，于是物體中的電子吸收了光子的能量，導致物體的電學性質(zhì)發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象稱為光電效應。光電傳感器的工作原理就是基于光電效應。通常把光電效應分為三類：一、光電傳感器的工作原理任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測一、光電傳感器的工作原理1.外光電效應物體在光線作用下，內(nèi)部電子吸收能量后，逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應。其中，向外發(fā)射的電子稱為光電子，能產(chǎn)生光電效應的物質(zhì)稱為光電材料。2.內(nèi)光電效應物體在光線作用下，內(nèi)部載流子濃度增大、使電導率增大的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應，又稱光電導效應。3.半導體光生伏特效應半導體光生伏特效應又稱光伏效應。物體在光線作用下，產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為半導體光生伏特效應。基于該效應的光電器件有光電池。任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、光電器件（一）光電管1.光電管的外形光電管的外形如圖2-45所示。任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、光電器件（一）光電管2.光電管的結(jié)構(gòu) 光電管由一個涂有光電材料的陰極和一個陽極構(gòu)成，并密封在一支真空玻璃管內(nèi)，如圖2-46所示。光電管的陰極接受光照射，它決定器件的光電特性。陽極由金屬絲做成，用于收集電子。任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、光電器件（一）光電管3.光電管的工作原理 當陰極受到適當波長的光線照射時，電子克服金屬表面對它的束縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。電子被帶正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)就有了電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。電流的大小與入射光的強度成正比。任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 在入射光極為微弱時，光電管能產(chǎn)生的光電流是很小的。而光電倍增管是在光電管的陽極和陰極之間增加若干個（1114個）倍增極（二次發(fā)射體），來放大光電流，如圖2-47所示。二、光電器件（二）光電倍增管任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測1.光敏電阻的外形光敏電阻的外形如圖2-48所示。二、光電器件（三）光敏電阻任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2.光敏電阻的結(jié)構(gòu)光敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖2-49所示。二、光電器件（三）光敏電阻任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測3.光敏電阻的圖形符號光敏電阻的圖形符號如圖2-50a所示。二、光電器件（三）光敏電阻任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測4.光敏電阻的工作原理光敏電阻工作原理如圖2-50b所示。工作時，光敏電阻兩電極間加上電壓，其中便有電流通過。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流很??；當有光照時，由于光電導效應，光敏電阻值（亮電阻）急劇減小，電流迅速增加，電流隨著光強的增加而變大，實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。二、光電器件（三）光敏電阻任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測1.光敏二極管和光敏三極管的外形光敏二極管的外形如圖2-51所示。光敏三極管的外形如圖2-52所示。二、光電器件（四）光敏二極管和光敏三極管任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2.光敏二極管（1）符號、結(jié)構(gòu)和接線光敏二極管的符號和接線如圖2-53所示。二、光電器件（四）光敏二極管和光敏三極管任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測3.光敏三極管（1）結(jié)構(gòu)和符號光敏三極管的符號如圖2-54所示，與一般晶體三極管很相似，具有兩個PN結(jié)。它把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的同時，又將電流加以放大，靈敏度比光敏二極管高。多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負（c、e）兩個引腳，所以其外形與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。在結(jié)構(gòu)上，它的基區(qū)較大，發(fā)射區(qū)很小，并安置在基區(qū)的邊緣。二、光電器件（四）光敏二極管和光敏三極管任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測3.光敏三極管（1）結(jié)構(gòu)和符號二、光電器件（四）光敏二極管和光敏三極管任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測3.光敏三極管（2）工作原理無光照時，集電極反偏，其反向飽和電流Icbo經(jīng)發(fā)射極放大為集射之間的穿透電流Iceo暗電流。有光照時：集電極附近基區(qū)受光照產(chǎn)生激發(fā)，增加了少數(shù)載流子的濃度，使得集電極反向飽和電流（集電極光電流）大大增加。經(jīng)發(fā)射極放大為集射之間的光電流，即光敏三極管的光電流。二、光電器件（四）光敏二極管和光敏三極管任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測1.外形光電池的外形如圖2-55所示。二、光電器件（五）光電池任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2.結(jié)構(gòu)和符號光電池的結(jié)構(gòu)如圖2-56a所示，光電池的圖形符號如圖2-56b所示。二、光電器件（五）光電池任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測3.工作原理 硅光電池是基于光生伏特效應的一種有源器件。它在N型半導體中摻入P型雜質(zhì)（P區(qū)很薄）形成大面積的PN結(jié)。光照P區(qū)，能量傳遞給電子，當電子能量大于逸出功時，越過PN結(jié)的禁帶進入N區(qū)，P區(qū)少了電子，多了空穴，帶正電；N區(qū)多了電子，帶負電。形成光生電動勢。用導線將PN結(jié)兩端連接起來，就有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將電路斷開，可測出光生電動勢。二、光電器件（五）光電池任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 光電傳感器通常由光源、光學通路和光電元件三部分組成，如圖2-57所示。1是光源發(fā)出的信號，2是光電元件接受的光信號，被測量是X1或X2，它們分別使光源本身或光學通路變化，從而使傳感器輸出的電信號變化。三、光電傳感器的組成及測量方法任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 由上面的相關知識得知，光電傳感器的種類很多，要檢測轉(zhuǎn)速，可選用光敏晶體管或光電斷續(xù)器；檢測生產(chǎn)線上輸送物件是否到位，可選用光電開關。任務實施一、合理選擇光電傳感器的類型任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測光電晶體管測速的工作原理如圖2-58所示。二、正確使用光電傳感器（一）光電晶體管測速任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 光電斷續(xù)器是將光電發(fā)射器、光電接收器放置于一個體積很小的塑料殼體中，兩者能可靠地對準，其外形如圖2-59所示。齒盤每轉(zhuǎn)過一個齒，光電斷續(xù)器就輸出一個脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖計數(shù)，即可獲得齒盤的轉(zhuǎn)速和角位移。二、正確使用光電傳感器（二）光電斷續(xù)器測速任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測二、正確使用光電傳感器（二）光電斷續(xù)器測速任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測光電斷續(xù)器也分為遮斷式和反射式兩種類型，如圖2-60所示。二、正確使用光電傳感器（二）光電斷續(xù)器測速任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測1.幾種光電耦合器電路幾種光電耦合器電路如圖2-61所示。其他案例（一）光敏晶體管組成的光電耦合器及應用任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2.光電耦合器實現(xiàn)主、控回路的隔離 如圖2-62所示，控制回路接220V交流電壓，主回路是直流電路。為了安全和抗干擾的需要，一般要將這兩個回路進行隔離，可采用光電耦合器。其他案例（一）光敏晶體管組成的光電耦合器及應用任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 帶材跑偏檢測器是用來檢測帶型材料，如薄鋼板、紙張、膠片、塑料薄膜等，在加工過程中偏離正確位置的大小和方向，從而為糾偏控制電路提供糾偏信號的檢測裝置。圖2-63a所示為測量原理圖，光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡變成平行光束，再經(jīng)透鏡匯聚到光敏電阻R1上，兩片透鏡分別位于帶材的上下方。在平行光束照射途中部分光線被帶材遮擋，使到達光敏電阻的光通量減小。其他案例（二）光敏電阻用于帶材跑偏檢測任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其他案例（二）光敏電阻用于帶材跑偏檢測任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 圖2-63b所示為測量電路圖，R1、R2、R3和R4組成電橋電路，其中R1、R2為同型號的光敏電阻，R2用遮光罩遮蓋，與R1處于同一溫度場中，起溫度補償?shù)淖饔?。當帶材位于中間正確位置時，調(diào)節(jié)電位器R4使電橋平衡，放大器輸出電壓UO為零；若帶材在輸送運動中，向右跑偏，帶材遮光更多，R1的光照減小，阻值增大，電橋失去平衡，經(jīng)運算放大器放大后，輸出電壓UO為正值，它反映了帶材跑偏的方向和程度；反之，若帶材左偏，UO為負值。其他案例（二）光敏電阻用于帶材跑偏檢測任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測1.光電池組成的光電控制電路 如圖2-64所示為光電池組成的光電控制電路。當有光照時，E增大，三極管T的基極電平減小，使T導通，晶閘管SCR觸發(fā)端產(chǎn)生高電平而導通，使負載工作；當無光照時，T截止，SCR不通，負載不工作。其他案例（三）光電控制電路任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測2.光敏電阻路燈控制電路 如圖2-65所示為光敏電阻路燈控制電路原理圖。無光照時，光敏電阻RP阻值很大，三極管T截止，使晶閘管SCR被觸發(fā)導通，進而使雙向晶閘管TRIAC導通，從而使路燈被點亮；當有光照時，由于光電導效應，光敏電阻RP阻值變得很小，三極管T導通，使晶閘管SCR截止，進而使雙向晶閘管TRIAC也截止，從而使路燈熄滅。其他案例（三）光電控制電路任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其他案例（三）光電控制電路任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 光電池的應用分為兩大類：一類是作為太陽能電池電源，要求光電轉(zhuǎn)換效率高、成本低；另一類作為測量元件，要求線性范圍寬、靈敏度高、響應時間短，但不必有太陽能電池那樣高的光電轉(zhuǎn)換效率。其他案例（四）太陽能電池電源任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 如圖2-66所示為光電池作為太陽能電池電源時的原理框圖，有若干個型號相同的光電池，經(jīng)串、并聯(lián)后組成太陽能電池方陣。有光照時，電池發(fā)電，向負載供電，并對蓄電池充電，儲存能量，供無太陽光照射時使用；無光照時，蓄電池向負載供電。其他案例（四）太陽能電池電源任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 如圖2-67所示為反射式煙霧報警器示意圖。無煙霧時，無光線照射到光敏電阻上，其阻值很大，UA很小，晶閘管截止，電鈴不響；當有煙霧時，白熾燈光線通過煙霧反射到光敏電阻上，其阻值變小，UA增大，晶閘管導通，電鈴發(fā)出報警聲。其他案例（五）煙霧報警檢測器任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其他案例（五）煙霧報警檢測器任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 如圖2-68所示為光電式濁度計原理圖。由光源發(fā)出的光線經(jīng)半反半透鏡分成兩束強度相等的光線，一路光線直接照射光電池E1，產(chǎn)生的光電流經(jīng)運放U1轉(zhuǎn)換為UB電壓，作為參考電壓；另一路光線通過反射鏡后穿過被測樣品水照射在光電池E1上，由于部分光線被樣品介質(zhì)吸收，而且樣品介質(zhì)越混濁，光線的衰減越大，到達光電池E2的光通量越小，產(chǎn)生的光電流就越小，經(jīng)運放U2轉(zhuǎn)換為電壓UA越小，UA和UB由運算器計算出的比值大小就代表了樣品水的混濁度送顯示器顯示。其他案例（六）光電式濁度計任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測其他案例（六）光電式濁度計任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 進入實訓室，認識各種光敏傳感器。讀懂如圖2-69所示光敏二極管控制電燈電路，并按照原理圖連接線路，完成光控燈的功能。訓練一下任務四 光電傳感器用于轉(zhuǎn)速檢測 該電路的工作原理是這樣的：在無光照時，流過光敏二極管電流很小，UA很小，三極管V1、V2截止，繼電器斷電，常閉觸點閉合，電燈點亮；有光照時，流過光敏二極管的電流增大，UA升高，三極管V1、V2導通，繼電器得電，常閉觸點斷開，電燈熄滅。訓練一下