傳感器基本知識(shí)點(diǎn)整理(一)

注:以下內(nèi)容不全,僅供學(xué)習(xí)參考趴久,若想深入了解悯周,請(qǐng)查閱《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》等書(shū)籍。

光電效應(yīng)

光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類(lèi)杆烁,而內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)牙丽。

所謂的外光電效應(yīng)是指:在光的照射下,物體內(nèi)的電子逸出物體表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象兔魂。根據(jù)外光電效應(yīng)制成的器件有光電管烤芦,光電倍增管等。

而(半導(dǎo)體的)內(nèi)光電效應(yīng)是指:光照射在光敏材料上析校,材料中處于價(jià)帶的電子吸收光子的能量后构罗,通過(guò)禁帶躍遷至導(dǎo)帶铜涉,使導(dǎo)帶內(nèi)電子濃度和價(jià)帶內(nèi)空穴增多,即激發(fā)出電子空穴對(duì)遂唧,從而使半導(dǎo)體材料的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象芙代。

1.光電導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)入射光子射入到半導(dǎo)體表面時(shí)盖彭,半導(dǎo)體吸收入射的光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)链蕊,使其自身電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象(光敏電阻、光電二極管谬泌、光電三極管)。

2.光生伏特效應(yīng)逻谦。光照射引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(光電池)掌实。

紅限頻率:產(chǎn)生光電效應(yīng)所需照射光的最低頻率叫做紅限頻率(又稱(chēng)截止頻率)。

逸出功:電子克服原子核的束縛邦马,從材料表面逸出所需的最小能量贱鼻,稱(chēng)為逸出功。

愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程:光子能量=移出一個(gè)電子所需的能量(逸出功)+被發(fā)射的電子的動(dòng)能滋将。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:Ek=hν-Wo(其中邻悬,Ek 表示逸出的光電子所具有的動(dòng)能,普朗克常量h=6.626×10ˉ34 J·s随闽,ν 表示入射光的頻率父丰,Wo表示逸出功 )。

熱電效應(yīng)

所謂熱電效應(yīng)掘宪,就是兩種不同材料的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成一個(gè)閉合回路蛾扇,當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí),則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象魏滚。

熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)包括接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)镀首。

接觸電動(dòng)勢(shì)是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。其數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度鼠次。

溫差電動(dòng)勢(shì)是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)更哄。其產(chǎn)生的機(jī)理為:高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大,從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多腥寇,結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電成翩,低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電,在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)花颗。

中間導(dǎo)體定律:在熱電偶回路中接如第三種材料的導(dǎo)體(傳感器引出)時(shí)捕传,只要其兩端溫度相等,總回路電勢(shì)不變扩劝。

參考電極定律(標(biāo)準(zhǔn)電極定律):設(shè)結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)庸论、T0职辅,則用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于導(dǎo)體A聂示、C組成的熱電偶和導(dǎo)體C域携、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和。

中間溫度定律:結(jié)點(diǎn)溫度為(T鱼喉、T0)時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電耦在結(jié)點(diǎn)溫度為(T秀鞭、Tn)和(Tn、T0)時(shí)相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和扛禽。

常用冷段處理及補(bǔ)償方法:冰點(diǎn)槽法锋边、計(jì)算修正法、補(bǔ)正系數(shù)法编曼、零點(diǎn)遷移法豆巨、冷端補(bǔ)償器法、軟件處理法掐场。

電感式傳感器

利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移往扔,壓力,流量熊户,振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈的自感系數(shù)L和互感系數(shù)M的變化萍膛,再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出,實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換嚷堡。

電感式傳感器分為自感式和互感式兩大類(lèi)蝗罗。自感式傳感器有變氣隙型、螺管型和差動(dòng)型三種蝌戒。差動(dòng)式變壓器測(cè)量電路有差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路绿饵。

傳感器靜態(tài)特性

傳感器靜態(tài)特性的主要有:線(xiàn)性度、靈敏度瓶颠、遲滯性拟赊、重復(fù)性、漂移(溫漂和零點(diǎn)飄移)等粹淋。

1吸祟、線(xiàn)性度:指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線(xiàn)偏離擬合直線(xiàn)的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線(xiàn)與擬合直線(xiàn)之間的最大偏差值與滿(mǎn)量程輸出值之比桃移。

2屋匕、靈敏度:是指?jìng)鞲衅鬏敵龅淖兓颗c引起該輸出變化量的輸入變化量的比值。

3借杰、重復(fù)性:重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)过吻,所得特性曲線(xiàn)不一致的程度,且越大越好。

4纤虽、分辨力:當(dāng)傳感器的輸入從非零值緩慢增加時(shí)乳绕,在超過(guò)某一增量后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化,這個(gè)輸入增量稱(chēng)傳感器的分辨力逼纸,即最小輸入增量洋措。

5、遲滯性:傳感器在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大到薪芄簟(反行程)變化期間其輸入輸出特性曲線(xiàn)不重合的現(xiàn)象成為遲滯菠发。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào),傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等贺嫂,這個(gè)差值稱(chēng)為遲滯差值滓鸠。

6、漂移:傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下第喳,傳感器輸出量隨著時(shí)間變化哥力,此現(xiàn)象稱(chēng)為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面:一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)墩弯;二是周?chē)h(huán)境(如溫度、濕度等)寞射。

7渔工、閾值:當(dāng)傳感器的輸入從零值開(kāi)始緩慢增加時(shí),在達(dá)到某一值后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化桥温,這個(gè)輸入值稱(chēng)傳感器的閾值電壓引矩。

壓電效應(yīng)

某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí),其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象侵浸,同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)符號(hào)相反的電荷旺韭。當(dāng)外力去掉后,它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)掏觉,這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)区端。

當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng),這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形澳腹,電場(chǎng)去掉后织盼,電介質(zhì)的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)酱塔。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類(lèi)傳感器稱(chēng)為壓電傳感器沥邻。

縱向壓電效應(yīng):是指對(duì)于壓電效應(yīng)材料來(lái)講,沿電軸(x軸)方向施加壓力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)羊娃。

橫向壓電效應(yīng):沿機(jī)械軸(y軸)方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)唐全。

電阻應(yīng)變片是用于測(cè)量應(yīng)變的元件。它能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化蕊玷。其電阻的相對(duì)變化率為?R/R=Ks*ε邮利。其中弥雹,Ks為材料的應(yīng)變靈敏系數(shù),其物理意義是單位應(yīng)變的電阻變化率近弟,標(biāo)志著該類(lèi)絲材電阻應(yīng)變片效應(yīng)顯著與否缅糟。ε為應(yīng)變,為無(wú)量綱祷愉。橫向應(yīng)變量εr=-με(縱向應(yīng)變量)窗宦。

(未完)

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