(精选)智能仪器设计基础课件第二讲 智能仪器的输入课件.pptVIP

第二讲 智能仪器的输入 2.2 传感器的构成方法（3） 硅光电池 例 当入射光照射P型区时，若光子能量hv大于半导体材料的禁带宽度，则每个光子会激发出一个电子空穴对，越接近P型区表面，电子空穴对浓度越高，则在P型区由表及里产生电子空穴浓度差。入射光所产生的空穴浓度比原有热生空穴要低得多，而入射光所产生的电子则向内部扩散。若在其复合之前到达P-N结过浓区，则在结电场的作用下正好将电子推向N型区。这样光照所产生的电子空穴对就被结电场分离开来，从而使P型区带阳电，N型区带阴电，形成光生电动势。 图2 光伏特电池的构造示意图 第二讲 智能仪器的输入 2.2 传感器的构成方法（4） (b) 辅助能源基本型 图3 辅助能源基本型 特点 为了增强传感器的抗干扰能力，提高稳定性，以及取得电信号而采用了电源，或因工作原理需要而使用固定磁场，但输出的能量仍是从被测对象上获得的。 光电管； 光敏二极管； 磁电感应式传感器和霍尔传感器等。 典型例子 第二讲 智能仪器的输入 2.2 传感器的构成方法（5） 霍尔传感器 例 ◆ 霍尔传感器的工作原理 金属或半岛体薄片放在磁场中，磁场垂直于薄片，当薄片通以电流Ic时，在薄片的两侧面出现电势差，称其为霍尔电压（势），这样的效应就称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件或霍尔传感器。 RH—霍尔系数，由薄片材料决定的常数；B—磁感应强度，d—元件厚度；Ic—通过薄片的电流，称为激励电流。 图 4 霍尔效应原理图 霍尔电压用下式表示： 第二讲 智能仪器的输入 图5 霍尔元件基本结构示意图 在用某种半导体制成的基片侧 面上各装一对电极A,B,C和D，A和 B电极接激励电压，以便在霍尔半 导体元件中产生激励电流，此电极 称为激励电极；C和D用于测量霍 尔电压，称为霍尔电极。 2.2 传感器的构成方法（6） 如果令 ，且考虑到当磁感应强度B和元件平面法线方面成一角度θ时， 作用在元件上的有效磁场是法线的分量，即Bcosθ则（b-1）式可写为： (2-1) 从（2-1）可知，当KH已知，IC恒定时，B的测量转换为U的测量；当磁场方 向和大小固定时又能将电流I的测量转换为U的测量。 ◆ 霍尔传感器的基本结构 第二讲 智能仪器的输入 2.2 传感器的构成方法（7） (c) 能源控制基本型 图6 能源控制基本型 特点 也只由敏感元件构成，但需用外加电源才能将被测非电量转化成电压等电量输出。从而其输出能量可大于被测对象所输入的能量。 变压器式位移传感器；③ 感应同步器； 声表面波传感器； ④ 电化学电解电池传感器等 典型例子 第二讲 智能仪器的输入 2.2 传感器的构成方法（8） 变压器式传感器 例 图7 变压器式传感器工作原理图 在次级线圈中产生的互感电势E 表达式： (2-2) 设 ， 则 ，故 (2-3) 因为 ，其中 为激励 电压，r1为一次侧线圈的有效电阻，L1为初级 电感，则二次侧线圈开路输出电压 为： (2-4) 有效值为： (2-5) 可见，输出电压信号将随互感变化而变化。 2.2 传感器的构成方法（9） 电路 参数型 电路参数型是由敏感元件，以及包含敏感元件在内的转换电路和电源组成的传感器。利用热平衡或传输现象中的二次效应的传感器均属此类。 图8 电路参数型 特点 1. 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换； 电感位移式；③电涡流位移式； 电阻应变式；④电容位移式以及气（湿、 光、热）敏电阻等传感器； 典型 例子 2. 电源向包含有敏感元件的转换电路提供能 量，属于能量控制型。 第二讲 智能仪器的输入 2.2 传感器的构成方法（10） 电感位移式传感器 例 电感式传感器是用自感（又称电感）的原理，首先把被测量的变化转换为自 感L的变化，自感L接入一定的转换电路，便可以转换成电信号输出。 (a) 气隙型 (b)截面型 图9 电感式传感器原理图 第二讲 智能仪器的输入 2.2 传感器的构成方法（11） 图d所示是电感式传感器的原理图。尽管在铁芯和衔铁之间有一空气隙，但值不大，所以磁路（图中点划线）是封闭的。则线圈自感为： (2-6) 式中，N——线圈匝数；R——磁路总磁阻。 对图d-1，因气隙厚度δ较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁 损，则总磁阻为： (2-7) 将RM代入式（2-5）可得： (2-8) 当铁芯的结构和材料确定之后，式（2-7）分母的第一项为