自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù).ppt

1 機(jī)械工業(yè)出版社中等職業(yè)教育電氣類(lèi)規(guī)劃教材 自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) 第二章電阻傳感器 在這一章里 卡卡給大家介紹電阻傳感器 例如 電位器 電阻應(yīng)變片 測(cè)溫?zé)犭娮?氣敏電阻 濕敏電阻及磁敏電阻等 它們的基本原理都是將各種被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化量 然后通過(guò)對(duì)電阻變化量的測(cè)量 達(dá)到非電量電測(cè)的目的 利用電阻傳感器可以測(cè)量角位移 直線(xiàn)位移 應(yīng)變 力 加速度 重量 轉(zhuǎn)矩 溫度 濕度 氣體成分及濃度 磁場(chǎng)強(qiáng)度等 3 第一節(jié)電位器式傳感器 電位器是大家十分熟悉的三端電子器件 改變其滑動(dòng)臂的位置 也就改變了電路的分壓比 電位器有直線(xiàn)式和圓盤(pán)式之分 在非電量電測(cè)中 可分別用于測(cè)量直線(xiàn)位移x和角位移 電子電路中使用的電位器性能較差 檢測(cè)技術(shù)中使用的電位器傳感器耐磨程度是普通電位器的數(shù)百倍甚至數(shù)千倍 溫漂也小于萬(wàn)分之一 4 1 圖2 1電位器傳感器a 圓盤(pán)式b 直線(xiàn)式 5 360度圓盤(pán)形電位器傳感器 測(cè)量角位移 右圖所示的360度圓盤(pán)形電位器的中間焊片為滑動(dòng)片 右邊焊片接地 左邊焊片接電源 接地 6 直線(xiàn)式電位器傳感器 運(yùn)動(dòng)方向 7 直線(xiàn)電位器傳感器用于測(cè)量直線(xiàn)位移 外殼接地 電位器的滑動(dòng)片隨不銹鋼滑竿而左右移動(dòng) 8 在左圖中 當(dāng)電位器的兩端加上電源后 電位器就組成分壓比電路 它的輸出量是與位移成一定關(guān)系的電壓Uo 9 分壓比電路的計(jì)算公式如下 直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位移量x成正比 對(duì)圓盤(pán)式電位器來(lái)說(shuō) Uo與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比 10 360度圓盤(pán)形電位器傳感器也可以用于測(cè)量直線(xiàn)位移位移 鋼絲繞在圓盤(pán)形電位器傳感器的轉(zhuǎn)軸上 測(cè)量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù) 角度 再乘以轉(zhuǎn)軸的直徑和 就等于鋼絲拉出的長(zhǎng)度 接地 第二節(jié)電阻應(yīng)變傳感器 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下 會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形 其電阻值也將隨著發(fā)生變化 這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變效應(yīng) 電阻應(yīng)變傳感器主要由電阻應(yīng)變片及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路等組成 我們先來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn) 當(dāng)我們用力拉電阻絲時(shí) 電阻絲的長(zhǎng)度略有增加 直徑略有減小 從而導(dǎo)致電阻值R變大 在我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)中 電阻絲的阻值從初始狀態(tài)的10 00 增大到10 05 如圖2 4所示 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下 會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形 其電阻值也將隨著發(fā)生變化 這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變效應(yīng) 在工業(yè)中 將試材受力后所產(chǎn)生的長(zhǎng)度相對(duì)變化量 x l l 稱(chēng)為縱向應(yīng)變 一 應(yīng)變?cè)硌菔?金屬絲受拉時(shí) l變長(zhǎng) r變小 導(dǎo)致R變大 二 應(yīng)變片的工作原理 設(shè)有一長(zhǎng)度為 截面積為A 半徑為r 電阻率為 的金屬單絲 它的電阻值R可表示為 K 電阻應(yīng)變片的靈敏度 當(dāng)沿金屬絲的長(zhǎng)度方向作用均勻拉力 或壓力 時(shí) 上式中 r l都將發(fā)生變化 從而導(dǎo)致電阻值R發(fā)生變化 當(dāng)金屬絲受拉時(shí) l將變長(zhǎng) r變小 均導(dǎo)致R變大 某些半導(dǎo)體受拉時(shí) 將變大 導(dǎo)致R變大 電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量 R R與材料力學(xué)中的軸向應(yīng)變 x的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線(xiàn)性的 即 微應(yīng)變 對(duì)于不同的金屬材料 K略微不同 一般為2左右 而對(duì)半導(dǎo)體材料而言 由于其感受到應(yīng)變時(shí) 電阻率 會(huì)產(chǎn)生很大的變化 所以靈敏度比金屬材料大幾十倍 在材料力學(xué)中 x l l稱(chēng)為電阻絲的軸向應(yīng)變 也稱(chēng)縱向應(yīng)變 x通常很小 例如 當(dāng) x為0 000001 10 6 時(shí) 在工程中常表示為1 m m或1微應(yīng)變 1 對(duì)金屬材料而言 當(dāng)它受力之后所產(chǎn)生的軸向應(yīng)變最好不要大于1 10 3 即1000 m m 否則有可能超過(guò)材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致非線(xiàn)性或斷裂 應(yīng)變片用于測(cè)量力F的計(jì)算公式 由材料力學(xué)可知 x F AE 所以 R R又可表示為 如果應(yīng)變片的靈敏度K和試件的橫截面積A以及彈性模量 均為已知 則只要設(shè)法測(cè)出 R R的數(shù)值 即可獲知試件受力 的大小 可用于電子秤的稱(chēng)重和測(cè)量拉力等 應(yīng)變片的應(yīng)用 將應(yīng)變片粘貼在斜拉繩表面 可測(cè)量斜拉繩所受的拉力 應(yīng)變片可用于電子秤 二 應(yīng)變片的種類(lèi)與結(jié)構(gòu) 應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類(lèi) 金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大 金屬絲易脫膠 逐漸被箔式所取代 但金屬絲式應(yīng)變片價(jià)格便宜 多用于大批量 一次性試驗(yàn) 箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過(guò)光刻 腐蝕等工藝制成的 箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多 散熱條件較好 在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)的蠕變較小 一致性較好 目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器中 金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高 缺點(diǎn)是 靈敏度的一致性差 溫漂大 電阻與應(yīng)變間非線(xiàn)性嚴(yán)重 在使用時(shí) 需采用半橋 全橋溫度補(bǔ)償及非線(xiàn)性補(bǔ)償措施 箔式應(yīng)變片的外形 應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例 上表中 哪幾個(gè)型號(hào)是半導(dǎo)體應(yīng)變片 依據(jù)是什么 應(yīng)變片的粘貼 1 去污 采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污 漆 銹斑等 并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力 用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗 2 貼片 在應(yīng)變片的表面和處理過(guò)的粘貼表面上 各涂一層均勻的粘貼膠 用鑷子將應(yīng)變片放上去 并調(diào)好位置 然后蓋上塑料薄膜 用手指揉和滾壓 排出下面的氣泡 3 測(cè)量 從分開(kāi)的端子處 預(yù)先用萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻 發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片 4 焊接 將引線(xiàn)和端子用烙鐵焊接起來(lái) 注意不要把端子扯斷 5 固定 焊接后用膠布將引線(xiàn)和被測(cè)對(duì)象固定在一起 防止損壞引線(xiàn)和應(yīng)變片 三 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 不平衡電橋 金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小 如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難 且誤差很大 例 金屬箔式應(yīng)變片的標(biāo)稱(chēng)阻值R0為100 靈敏度K 2 粘貼在橫截面積為9 8mm2的鋼質(zhì)圓柱體上 鋼的彈性模量E 2 1011N m2 所受拉力F 0 2t 受拉后應(yīng)變片的阻值R的變化量?jī)H為0 2 所以必須使用不平衡電橋來(lái)測(cè)量這一微小的變化量 將 R R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo 為什么要使用不平衡電橋 把對(duì)某物理量的電阻敏感材料加工成傳感器 作為電橋中的某一臂電阻 或某幾個(gè)臂電阻 通過(guò)電橋的失衡程度 橋路電流或電壓 來(lái)判斷該物理量的大小 如果直接測(cè)應(yīng)變片電阻的改變 可能很困難 因?yàn)闇y(cè)量一個(gè)在很大的基值上附加的一個(gè)很小的信號(hào)是很困難的 利用電橋可以把這個(gè)信號(hào)的基值去掉 變成了一個(gè)在零值附近的信號(hào) 并且可以通放大電路來(lái)增大靈敏度 什么是電橋 不平衡電橋由四個(gè)電阻R1 R2 R3 R4組成一個(gè)四邊形的回路 每一邊稱(chēng)作電橋的 橋臂 有4個(gè)結(jié)點(diǎn) 在a c結(jié)點(diǎn)之間接入電源Ui 而另一對(duì)結(jié)點(diǎn) b d 之間的電壓差作為輸出電壓端Uo b d的對(duì)地電壓相等時(shí)稱(chēng)作 電橋平衡 反之 稱(chēng)作 電橋不平衡 電橋平衡的條件是 上下橋臂的左右位置電阻比例相等 三 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 不平衡電橋 由電工學(xué)可知 若橋路4個(gè)橋臂相鄰電阻的電阻值變化趨勢(shì)相反 橋路的輸出電壓反而相互疊加 電橋平衡的條件 R1 R2 R4 R3 調(diào)節(jié)RP 最終可以使R1 R2 R4 R3 R1 R2 是R1 R2并聯(lián)RP后的等效電阻 電橋趨于平衡 Uo被預(yù)調(diào)到零位 這一過(guò)程稱(chēng)為調(diào)零 圖中的R5的作用是什么 又稱(chēng)為電阻 單臂電橋 單臂半橋的靈敏度最低 計(jì)算公式 雙臂電橋 R1 R2為應(yīng)變片 R3 R4為固定電阻 應(yīng)變片R1 R2感受到的應(yīng)變 1 2以及產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號(hào)相間 可以使輸出電壓Uo成倍地增大 四臂全橋 全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片 如果設(shè)法使試件受力后 應(yīng)變片R1 R4產(chǎn)生的電阻增量 或感受到的應(yīng)變 1 4 正負(fù)號(hào)相間 就可以使輸出電壓Uo成倍地增大 上述三種工作方式中 哪一種靈敏度最高 哪一種靈敏度最低 全橋的溫度補(bǔ)償原理 當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí) 橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高 溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致 可以相互抵消 所以全橋的溫漂最小 請(qǐng)說(shuō)出半橋克服溫漂的原理 采用全橋 或雙臂半橋 能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償 四 應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用 電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類(lèi) 第一類(lèi)是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上 并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專(zhuān)用應(yīng)變式傳感器 應(yīng)變式傳感器中 敏感元件一般為各種彈性體 傳感元件就是應(yīng)變片 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路 第二類(lèi)是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上 然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量 應(yīng)變式力傳感器 S型力傳感器 F F F F 各種懸臂梁 各種懸臂梁 F F 固定點(diǎn) 固定點(diǎn) 電纜 應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及受力變形 應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置 F 應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置 續(xù) F F 應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置 續(xù) F F 荷重傳感器原理演示 貼在荷重傳感器表面的應(yīng)變片在向下力的作用下產(chǎn)生變形 軸向變短 徑向變長(zhǎng) 汽車(chē)衡 測(cè)量裝貨量或判斷超載 汽車(chē)衡稱(chēng)重系統(tǒng) 參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料 荷重傳感器計(jì)算公式 當(dāng)KF為常數(shù)時(shí) 橋路所加的激勵(lì)源電壓Ui越高 滿(mǎn)量程輸出電壓Uom也越高 思考 綜合考慮靈敏度與功耗 發(fā)熱等因數(shù) Ui的取值范圍多少為好 荷重傳感器應(yīng)用估算 例現(xiàn)用某荷重傳感器稱(chēng)重 當(dāng)橋路電壓Ui為6V時(shí) 測(cè)得橋路的輸出電壓Uo為8mV 求被測(cè)荷重為多少?lài)?解從該荷重傳感器銘牌上得到Fm 100 103N KF 2mV V 可計(jì)算得到Uom 12mV 根據(jù)上述公式計(jì)算得被測(cè)荷重 荷重傳感器用于構(gòu)件的稱(chēng)重 荷重傳感器 共3個(gè) 120度分布 以達(dá)到均衡目的 另兩個(gè)未拍出 底座 墊塊 電纜 電子秤 磅秤 超市打印秤 遠(yuǎn)距離顯示 電子天平 電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一 人體秤 怎樣改造 才能適合盲人使用 吊鉤秤 便攜式 如何將信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)中 電子秤中的各類(lèi)彈性元件 材料應(yīng)變的測(cè)量 斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測(cè)試 材料應(yīng)變的測(cè)量 續(xù) 預(yù)應(yīng)力管樁的質(zhì)量檢驗(yàn) 工作人員正在貼應(yīng)變片 應(yīng)變片粘貼在管樁上 引出線(xiàn)應(yīng)良好固定 應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手 數(shù)顯扳手可用于汽車(chē) 摩托車(chē) 飛機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域 準(zhǔn)確控制緊固螺栓的裝配扭矩 量程2 500N m 耗電量 10mA 有公制 英制單位轉(zhuǎn)換 峰值保持 自動(dòng)斷電等功能 應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手 續(xù) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器利用擴(kuò)散工藝制作的四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上 工藝一致性好 靈敏度相等 漂移抵消 遲滯 蠕變非常小 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離 承壓膜片 隔離 承壓膜片可以將腐蝕性的氣體 液體與硅膜片隔離開(kāi)來(lái) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 信號(hào)處理電路 p 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器 高壓進(jìn)氣口 低壓進(jìn)氣口 小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器 續(xù) 可用于呼吸 透析和注射泵等設(shè)備 p1進(jìn)氣管 p2進(jìn)氣管 電纜引出 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器 續(xù) 表壓壓力傳感器 p1進(jìn)氣管 汽車(chē)子午線(xiàn)輪胎胎壓的測(cè)量 子午線(xiàn)輪胎 汽車(chē)胎壓傳感器的安裝 投入式液位計(jì) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器的p1進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離 并用硅油傳導(dǎo)壓力 硅杯不與液體相通 耐腐蝕 投入式液位計(jì)外形 續(xù) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器 與水位成正比的光柱 橡膠背壓管 進(jìn)水孔 投入式液位傳感器 投入式液位傳感器必須使用安裝支架 適應(yīng)于深度為幾米至幾十米 且混有大量污物 雜質(zhì)的水或其他液體的液位測(cè)量 投入式液位計(jì)液位的計(jì)算 安裝高度h0處水的表壓p1 gh1 所以 h h0 h1 h0 p1 g 例 液位計(jì)安裝高度為1m 測(cè)得壓力為98kPa 求水的深度h 與計(jì)算機(jī)接口的多路電阻應(yīng)變測(cè)量模塊 第三節(jié)測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅?一 金屬熱電阻 溫度升高 金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇 從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大 宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大 電阻值增加 我們稱(chēng)其為正溫度系數(shù) 即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同 測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體兩大類(lèi) 金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示 我們先來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn) 當(dāng)我們用力拉電阻絲時(shí) 電阻絲的長(zhǎng)度略有增加 直徑略有減小 從而導(dǎo)致電阻值R變大 在我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)中 電阻絲的阻值從初始狀態(tài)的10 00 增大到10 05 如圖2 4所示 超導(dǎo)現(xiàn)象 1911年 荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯 KamerlinghOnnes 在用液氦將汞的溫度降到4 2K時(shí) 發(fā)現(xiàn)汞的電阻降為零 昂內(nèi)斯將這種現(xiàn)象稱(chēng)為物質(zhì)的超導(dǎo)性 后來(lái)昂內(nèi)斯和其他科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他一些金屬也是超導(dǎo)體 昂內(nèi)斯因?yàn)檫@項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)而獲得1913年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 易提純 復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻 請(qǐng)?zhí)暨x適合于制作熱電阻的金屬材料 金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能 薄膜式及裝配式鉑熱電阻 小型鉑熱電阻 防爆型鉑熱電阻 堅(jiān)實(shí)的外殼起 隔爆 作用 汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表 銅熱電阻 學(xué)習(xí)查 鉑熱電阻分度表 請(qǐng)判斷鉑熱電阻是否線(xiàn)性 鉑電阻溫度顯示 變送器 上下限設(shè)定鍵 上限 下限 上上限 下下限 測(cè)量值 可設(shè)定溫度的溫度控制箱 旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開(kāi)關(guān) 撥碼式設(shè)定開(kāi)關(guān) 哪一種更適合車(chē)間使用 二 熱敏電阻 熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù) NTC 和正溫度系數(shù) PTC 之分 NTC又可分為兩大類(lèi) 第一類(lèi)的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系 因此可用于測(cè)量溫度 第二類(lèi)為突變型 CTR 當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí) 其電阻值突然下降 可用于控制溫度 熱敏電阻的外形 結(jié)構(gòu)及符號(hào) a 圓片型熱敏電阻b 柱型熱敏電阻c 珠型熱敏電阻d 鎧裝型e 厚膜型f 圖形符號(hào)1 熱敏電阻2 玻璃外殼3 引出線(xiàn)4 紫銅外殼5 傳熱安裝孔 PTC熱敏電阻 PTC熱敏電阻屬于臨界溫度型 CTR 當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí) 其電阻值突然下降 可用于各種電子電路中抑制浪涌電流 大功率PTC還可用作暖風(fēng)機(jī)中的加熱元件 恒溫加熱PTC熱敏電阻 下圖所示的恒溫加熱PTC熱敏電阻的溫度將恒定在多少度范圍 為什么 加熱電流約為多少A 將暖風(fēng)機(jī)的 風(fēng)量 加大后 PTC的溫度為什么不會(huì)下降 加熱功率如何變化 下圖所示的四根曲線(xiàn)分別為哪一種熱敏電阻 熱敏電阻的特性曲線(xiàn)如下圖2 計(jì)算公式如下 R0 1M T0 25 B 4000 求100 時(shí)的電阻值 解 T 273 100 373K 開(kāi)氏 結(jié)論 100 時(shí)的阻值只有25 時(shí)的1 15 熱敏電阻外形 MF12型NTC熱敏電阻 聚脂塑料封裝熱敏電阻 其他形式的熱敏電阻 玻璃封裝NTC熱敏電阻 MF58型熱敏電阻 其他形式的熱敏電阻 帶安裝孔的熱敏電阻 大功率PTC熱敏電阻 其他形式的熱敏電阻 續(xù) 貼片式NTC熱敏電阻 其他形式的熱敏電阻 續(xù) MF58型 珠形 高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 MF5A 3型熱敏電阻 參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料 非標(biāo)熱敏電阻 非標(biāo)熱敏電阻 續(xù) 非標(biāo)熱敏電阻 續(xù) 熱敏電阻溫度面板表 熱敏電阻 LCD 熱敏電阻體溫表 熱敏電阻體溫表的調(diào)試 標(biāo)定方法 調(diào)試時(shí) 應(yīng)該先調(diào)哪一只電位器 再調(diào)哪一只電位器 如何檢驗(yàn)表面刻度中其他各點(diǎn)是否準(zhǔn)確 具體步驟如何進(jìn)行 熱敏電阻與電容器組成的RC多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱(chēng)為矩形波發(fā)生器 f 1 2RC 去計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)器 f f 熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量 參考小熊在線(xiàn)公司資料 熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制 104 第四節(jié)氣敏電阻傳感器 工業(yè) 科研 生活 醫(yī)療 農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域都需要測(cè)量環(huán)境中某些氣體的成分 濃度 例如 煤礦中瓦斯氣體濃度超過(guò)極限值時(shí) 有可能發(fā)生爆炸 家庭發(fā)生煤氣泄漏時(shí) 可能發(fā)生悲劇性事件 農(nóng)業(yè)塑料大棚中CO2濃度不足時(shí) 農(nóng)作物將減產(chǎn) 鍋爐和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸燃燒過(guò)程中O2含量不達(dá)標(biāo)時(shí) 效率將下降 并造成環(huán)境污染 在這一節(jié)里 卡卡給大家介紹氣敏電阻傳感器的特性及其典型應(yīng)用 105 氣敏電阻可以把某種氣體的成分 濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量 再轉(zhuǎn)換為電流 電壓信號(hào) 氣敏電阻品種繁多 主要有可測(cè)量還原性氣體和測(cè)量氧氣濃度的兩大類(lèi) 106 一 還原性氣體傳感器 在化學(xué)反應(yīng)中 還原性氣體是給出電子還是得到電子 還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體 例如石油蒸氣 酒精蒸氣 甲烷 乙烷 煤氣 天然氣 氫氣等 測(cè)量還原性氣體的氣敏電阻一般是用SnO2 ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件 107 MQN型氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路 a 氣敏燒結(jié)體b 氣敏電阻外形c 基本測(cè)量電路1 引腳2 塑料底座3 燒結(jié)體4 不銹鋼網(wǎng)罩5 加熱電極6 工作電極7 加熱電源8 測(cè)量電源 108 在學(xué)習(xí)過(guò)的化學(xué)知識(shí)中 所謂還原性氣體 就是在化學(xué)反應(yīng)中能逸出電子 化學(xué)價(jià)升高的氣體 還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體 例如石油蒸氣 酒精蒸氣 甲烷 煤氣 天然氣 氫氣等 回顧一下 109 表2 4幾種國(guó)產(chǎn)氣敏電阻的主要特性 110 MQN型氣敏半導(dǎo)體器件的燒結(jié)體中 有兩組鉑絲 一組鉑絲為測(cè)量電極 另一組 上圖中的左邊鉑絲 為加熱電極兼測(cè)量電極 氣敏電阻工作時(shí)必須加熱到200 300 其目的是加速被測(cè)氣體的化學(xué)吸附和電離的過(guò)程并燒去氣敏電阻表面的污物 起清潔作用 111 部分氣敏電阻外形 酒精傳感器 112 酒精傳感器技術(shù)指標(biāo) 工作電壓DC3V 2 A5電池 工作電流 120mA 使用環(huán)境溫度 0 45 相對(duì)濕度 95 RH 預(yù)熱時(shí)間 10秒 初次預(yù)熱18秒 測(cè)試時(shí)間 8秒 測(cè)量范圍0 00 1 00mg L 報(bào)警濃度0 24mg L 準(zhǔn)確度 10 F S 113 酒精測(cè)試儀 呼氣管 114 氣敏電阻的選擇性 115 在圖2 24中 氣敏電阻在被測(cè)氣體濃度較低時(shí)有較大的電阻變化 而當(dāng)被測(cè)氣體濃度較大時(shí) 其電阻率的變化逐漸趨緩 有較大的非線(xiàn)性 這種特性較適用于氣體的微量檢漏 濃度檢測(cè)或超限報(bào)警 被廣泛用于煤炭 石油 化工 家居等各種領(lǐng)域 觀察和分析 116 氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線(xiàn) 觀察右圖這些曲線(xiàn) 有何特點(diǎn) 可以得出哪些啟示 請(qǐng)說(shuō)明非線(xiàn)性特性對(duì)濃度超限報(bào)警是否有利 為什么 117 家庭用煤氣報(bào)警器 118 家庭用液化氣報(bào)警器 119 一氧化碳傳感器 120 其他氣體傳感器 NH3傳感器 煤礦瓦斯報(bào)警器 121 各種酒精傳感器 122 12 酒后駕車(chē)測(cè)試儀 酒后駕車(chē)易出事故 但判定駕駛員是否喝酒過(guò)量帶有較大的主觀因素 請(qǐng)你利用學(xué)過(guò)的知識(shí) 設(shè)計(jì)一臺(tái)便攜式 交通警使用的酒后駕車(chē)測(cè)試儀 123 酒后駕車(chē)測(cè)試儀的試制 酒后駕車(chē)測(cè)試儀散件 呼氣管 124 125 汽車(chē)尾氣分析 126 有毒氣體傳感器的使用 127 第五節(jié)濕敏電阻傳感器 許多儲(chǔ)物倉(cāng)庫(kù)在濕度超過(guò)某一程度時(shí) 物品易發(fā)生變質(zhì)或霉變現(xiàn)象 居室的濕度希望適中 而紡織廠要求車(chē)間的相對(duì)濕度保持在60 70 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室育苗 食用菌培養(yǎng) 水果保鮮等都需要對(duì)濕度進(jìn)行檢測(cè)和控制 濕度有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度之分 在這一節(jié)里 卡卡給大家介紹測(cè)量相對(duì)濕度的濕敏電阻傳感器特性及其應(yīng)用 128 絕對(duì)濕度 是指大氣中水汽的密度 即每一立方米大氣中所含水汽的質(zhì)量 克數(shù) 相對(duì)濕度 RH 是大氣中實(shí)有水汽壓與當(dāng)時(shí)溫度下飽和水汽壓的百分比 是日常生活中常用來(lái)表示濕度大小的方法 當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)100 時(shí) 稱(chēng)飽和狀態(tài) 濕敏電阻的原理 水分子極易吸附于固體表面并滲透到固體內(nèi)部 引起半導(dǎo)體的電阻值降低 因此可以利用多孔陶瓷 三氧化二鋁等吸濕材料制作濕敏電阻 129 濕度傳感器的分類(lèi) 130 水蒸氣的凝結(jié)將給儀器設(shè)備帶來(lái)各種危害 131 濕度對(duì)電子元件的影響 當(dāng)環(huán)境的相對(duì)濕度增大時(shí) 物體表面就會(huì)附著一層水膜 并滲入材料內(nèi)部 這不僅降低了絕緣強(qiáng)度 還會(huì)造成漏電 擊穿和短路現(xiàn)象 潮濕還會(huì)加速金屬材料的腐蝕并引起有機(jī)材料的霉?fàn)€ 132 露點(diǎn) 降低溫度會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象 露點(diǎn)與農(nóng)作物的生長(zhǎng)有很大關(guān)系 結(jié)露也嚴(yán)重影響電子儀器的正常工作 必須予以注意 測(cè)量露點(diǎn)的儀器 133 露點(diǎn)傳感器外形 134 電子濕度計(jì)模塊 135 電子濕度計(jì)模塊 封裝后的外形 136 電子式溫濕度計(jì) 137 機(jī)械式 電子式溫濕度計(jì)對(duì)比 138 陶瓷濕度傳感器特性曲線(xiàn) 陶瓷濕度傳感器特性曲線(xiàn)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)有何意義 其電阻率變化約有多少個(gè)數(shù)量級(jí) 溫度升高 靈敏度如何變化 139 電子相對(duì)濕度儀表的標(biāo)定儀器 干濕球濕度計(jì)外形及原理 干球 濕球 休息一下