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德國(guó)ifm傳感器及其工作原理

更新時(shí)間:2023-03-22 點(diǎn)擊量:601

IFM傳感器
(1)定義:傳感器是指這樣一類(lèi)元件:它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等物理量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的另一個(gè)物理量(通常是電壓、電流等電學(xué)量),或轉(zhuǎn)換為電路的通斷.

2.IFM傳感器基本特性:把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制等.
傳感器的工作原理:傳感器通過(guò)敏感元件感受的通常是非電學(xué)量,而它利用轉(zhuǎn)換元件輸出的通常是電學(xué)量,如電壓、電流、電荷量等.

IFM傳感器敏感元件直接感受被測(cè)量,并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào);轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制;轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路一般還需要輔助電源供電.
?敏感原件干簧管的結(jié)構(gòu)及原理

3.IFM傳感器的特點(diǎn)
微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié).傳感器的存在和發(fā)展,讓物體有了“觸覺(jué)"“味覺(jué)"和“嗅覺(jué)"等,讓物體慢慢“活"了起來(lái).
4.傳感器的分類(lèi)
(1)按照其用途可分為:壓力傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器、雷達(dá)傳感器等.
(2)按照其原理可分為:振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等.
(3)按其輸出信號(hào)可分為:模擬傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào);
數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換);
膺數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換);
開(kāi)關(guān)傳感器—當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí),傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào).
(4)按照其測(cè)量目的可分為:物理型傳感器、化學(xué)型傳感器、生物型傳感器.
?幾種傳感器中的敏感元件

對(duì)敏感元件的認(rèn)識(shí)
1、光敏電阻:是一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器.
(1)特性:當(dāng)用不同的光照射光敏電阻時(shí)會(huì)得到不同的電阻,由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知一般光照強(qiáng)度越強(qiáng),電阻越小.
(2)本質(zhì):一般構(gòu)成光敏電阻的物質(zhì)為半導(dǎo)體材料,當(dāng)無(wú)光照時(shí)載流子極少,導(dǎo)電性能不好;隨著光照的增強(qiáng),載流子增多,導(dǎo)電性能變強(qiáng),電阻就會(huì)減小.
(3)作用:把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量,就如同人的眼睛一樣,可以感知光線的強(qiáng)弱,應(yīng)用光敏電阻可制成光電計(jì)數(shù)器.
?街旁路燈和江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮、白天熄,利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制,這是利用半導(dǎo)體的光敏性.
2.熱敏電阻和金屬熱電阻
(1)熱敏電阻
①由半導(dǎo)體材料制成,利用溫度變化使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化的電子元件一般熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小.

霍爾元件
1、霍爾元件:如圖所示,在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上、制作四個(gè)電極E、F、M、N,它就成了一個(gè)霍爾元件.
2、霍爾電壓
(1)表達(dá)式:如圖所示,E、F間通入恒定電流I,同時(shí)外加與薄片垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng),則MN間出現(xiàn)霍爾電壓UH,UH=kIB/d.

(2)原理:以載流子是自由電子為例,霍爾電壓的推導(dǎo)如下:根據(jù)左手定則,讓磁感線垂直穿過(guò)手心,四指指向電子運(yùn)動(dòng)的反方向(即電流方向),
拇指指向即電子受洛倫茲力的方向,電子在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn),并在左右兩側(cè)表面積累,則左側(cè)表面積累負(fù)電荷,右側(cè)表面就積累等量的正電荷,即右側(cè)表面的電勢(shì)高,這樣就會(huì)形成電場(chǎng),當(dāng)電子所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí),左、右兩側(cè)的電壓達(dá)到穩(wěn)定.
?霍爾元件的分類(lèi)
霍爾元件可分為兩類(lèi):一類(lèi)是金屬霍爾元件,其載流子是自由電子;另一類(lèi)是半導(dǎo)體霍爾元件,其載流子是空穴(可以認(rèn)為是帶正電的粒子).
設(shè)M、N左右兩板距離為h,E、F上下兩板距離為d,則eE場(chǎng)=eU/h=evB,又知導(dǎo)體中電流I=nevS=nev·hd,聯(lián)立方程得U=IB/ned.由于ne是由霍爾元件本身材料決定的,我們把kIB/d稱(chēng)為霍爾系數(shù),用k表示,這樣就有UH=kIB/d,其中d是薄片的厚度.
3、霍爾電勢(shì)高低的判斷
由左手定則判斷帶電粒子的受力方向,從而得出帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向,正電荷聚集的面為高電勢(shì)面,負(fù)電荷聚集的面為低電勢(shì)面.
?霍爾電勢(shì)判斷要點(diǎn)
在判斷霍爾電勢(shì)的高低時(shí),一定要注意載流子是正電荷還是負(fù)電荷.無(wú)論載流子是正電荷還是負(fù)電荷,四指指的都是電流方向,即正電荷定向移動(dòng)的方向,負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向(電流方向一定時(shí),無(wú)論載流子是正電荷還是負(fù)電荷,載流子受力方向均相同).
4.霍爾元件的作用
一個(gè)霍爾元件的厚度d、霍爾系數(shù)k為定值,若保持電流I恒定,則霍爾電壓U就與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比,因此,霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量,故霍爾元件又稱(chēng)磁敏元件.

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