第2章传感器与调理技术2
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传感器：第2章应变式传感器
(Ra)t Ra(aK(ea) )t
于是有
(Rb)t Rb(bK(eb) )t
Ra(aK(ea))1 Rb(bK(eb))
2020/5/5
即
Ra bK(eb) Rb aK(ea)
通过选择两种敏感栅的电阻，使之符合上式。即可实 现温度补偿。
2020/5/5
（3）电路补偿 采用电桥电路和双应变片可以补偿温度误差。如图
2020/5/5
2.1 金属应变式传感器
特点：精度高、量程大；频响好；结构简单；环境适 应性强；易于小型化和固态化；价格低廉、品种多。
一、应变概念 应变：构件内任一点处的变形程度。应变又可分为线
应变 和切应变 ，均为无量纲量。
线应变 表示变形前构件内任一点处的一条微线段, 变形后的长度改变量与其原始长度之比。
应变式传感器包括两部份，一是弹性敏感元件，将被 测量转换为应变；二是应变片，将应变转化为电阻 的变化。
被测量
应变量
弹性元件
电阻
应变片
变化
2020/5/5
（一）柱式压力传感器 圆柱式压力传感器分为实心和空心两种。
2020/5/5
2020/5/5Leabharlann 柱式力传感器应变片的粘贴方式
对于柱式压力传感器其轴向应变和圆周方向应变与轴 向受力成正比例关系。
应变波波长为 ，应变栅长为 l 时，时刻 t 应变
因沿而构应件变的片分中布点为的应(x变)为0sin2x
t
0
sin2
xt
2020/5/5
2020/5/5
应变片测得的应变为栅长 l 范围内的平均应变 m ，
其数值为
m1lxxtt 2 2ll 0sin2xdxt0sin2xt sin ll
于是有
(Rb)t Rb(bK(eb) )t
Ra(aK(ea))1 Rb(bK(eb))
2020/5/5
即
Ra bK(eb) Rb aK(ea)
通过选择两种敏感栅的电阻，使之符合上式。即可实 现温度补偿。
2020/5/5
（3）电路补偿 采用电桥电路和双应变片可以补偿温度误差。如图
2020/5/5
2.1 金属应变式传感器
特点：精度高、量程大；频响好；结构简单；环境适 应性强；易于小型化和固态化；价格低廉、品种多。
一、应变概念 应变：构件内任一点处的变形程度。应变又可分为线
应变 和切应变 ，均为无量纲量。
线应变 表示变形前构件内任一点处的一条微线段, 变形后的长度改变量与其原始长度之比。
应变式传感器包括两部份，一是弹性敏感元件，将被 测量转换为应变；二是应变片，将应变转化为电阻 的变化。
被测量
应变量
弹性元件
电阻
应变片
变化
2020/5/5
（一）柱式压力传感器 圆柱式压力传感器分为实心和空心两种。
2020/5/5
2020/5/5Leabharlann 柱式力传感器应变片的粘贴方式
对于柱式压力传感器其轴向应变和圆周方向应变与轴 向受力成正比例关系。
应变波波长为 ，应变栅长为 l 时，时刻 t 应变
因沿而构应件变的片分中布点为的应(x变)为0sin2x
t
0
sin2
xt
2020/5/5
2020/5/5
应变片测得的应变为栅长 l 范围内的平均应变 m ，
其数值为
m1lxxtt 2 2ll 0sin2xdxt0sin2xt sin ll
传感器原理及应用第2章
第2章 传 感 器 概 述 2.2.2 传感器的动态特性 传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应 特性。 由于传感器的惯性和滞后，当被测量随时间变化时，传 感器的输出往往来不及达到平衡状态，处于动态过渡过程之中， 所以传感器的输出量也是时间的函数，其间的关系要用动态特 性来表示。一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的 变化规律，即具有相同的时间函数。实际的传感器，输出信号
2） 一阶系统
若在方程式（2-8）中的系数除了a0、a1与b0之外，其它的 系数均为零，则微分方程为
dy(t ) a1 a0 y (t ) b0 x(t ) dt
上式通常改写成为
dy(t ) y (t ) kx(t ) dt
(2-10)
第2章 传 感 器 概 述 式中：τ——传感器的时间常数，τ=a1/a0； k——传感器的静态灵敏度或放大系数，k=b0/a0。 时间常数τ具有时间的量纲，它反映传感器的惯性的大小， 静态灵敏度则说明其静态特性。用方程式（2-10）描述其动态特 性的传感器就称为一阶系统，一阶系统又称为惯性系统。 如前面提到的不带套管热电偶测温系统、电路中常用的阻
入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代
表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的 直线称为拟合直线。
第2章 传 感 器 概 述 传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合 直线之间的最大偏差值ΔLmax 与满量程输出值YFS 之比。线性度
也称为非线性误差，用γL表示，即
第2章 传 感 器 概 述
第2章 传 感 器 概 述
2.1 传感器的组成和分类 2.2 传感器的基本特性
第2章 传 感 器 概 述
2.1 传感器的组成和分类
传感器与测试技术第二章习题答案
2-3 求周期信号x (t )=0.5cos10t +0.2cos(100t −45°)通过传递函数为H (s )=1/(0.005s +1)的装置后得到的稳态响应。
置后得到的稳态响应。
解：1()10.005H j w w=+，21()1(0.005)A w w =+，()arctan(0.005)j w w =-该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y (t )，根据线性定常系统的频率保持性、比例性和叠加性得到性和叠加性得到y (t )=y 01cos(10t +j 1)+y 02cos(100t −45°+j 2) 其中010121(10)0.50.4991(0.00510)y A x ==´»+´，1(10)arctan(0.00510) 2.86j j ==-´»-°020221(100)0.20.1791(0.005100)y A x ==´»+´，2(100)arctan(0.005100)26.57j j ==-´»-°所以稳态响应为()0.499cos(10 2.86)0.179cos(10071.57)y t t t =-°+-°2-5 想用一个一阶系统做100Hz 正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz 正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？少？解：设该一阶系统的频响函数为解：设该一阶系统的频响函数为1()1H j w tw=+，t 是时间常数是时间常数则 21()1()A w tw =+稳态响应相对幅值误差21()1100%1100%1(2)A f d w pt æöç÷=-´=-´ç÷+èø令d ≤5%，f =100Hz ，解得t ≤523m s 。
第2章 温度传感器
1-热电极 绝缘材料 金属套管 接线 热电极;2-绝缘材料 金属套管;4-接线 热电极 绝缘材料;3-金属套管 盒;5-固定装置 固定装置 图2-10 铠装热电偶
3.薄膜热电偶 用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶 材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热 电偶。 如图2-11所示：
图2-11 薄膜热电偶
2.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿 1.热电偶测温基本电路 如图2-12所示， 图（a）表示了测量某点温度连接示意图。 图（b）表示两个热电偶并联测量两点平均温度。 图（c）为两热电偶正向串联测两点温度之和。 图（d）为两热电偶反向串联测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点温差。 热电偶串、并联测温时，应注意两点： 第一，必须应用同一分度号的热电偶； 第二，两热电偶的参考端温度应相等。
图2-5 接触电势示意图
在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可 忽略不计，则热电偶的热电势可表示为： EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO) 对于已选定的热电偶，当参考端温度TO恒定时， EAB(TO)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成 单值函数关系，即： EAB(T,TO)=eAB(T)- c =f(T) 实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过 热电偶分度表来确定。 分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立 起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。
2.4.1 集成温度传感器基本工作原理 图2-16为集成温度传感器原理示意图。 其中V1、V2为差分对管，由恒流源提供的I1、I2 分别为V1、V2的集电极电流，则△Ube为：
I1 KT ∆U be = ln( γ ) q I2
只要I1/I2为一恒定值，则△Ube与温度T为单 值线性函数关系。 这就是集成温度传感器的基本工作原理。
第2章---电阻式传感器
eebbay
Uxmax / Uxm a x
n
100 %
1 n
100
%
图2-5 理想阶梯特性曲线
电阻式传感器
理论直线：
过中点并穿过阶梯线的直线。 阶梯曲线围绕其上下跳动，从 而带来一定的误差，这就是阶 梯误差。
j
(1 Umax) 2n Umax
1 2n
100%
图2-5 理想阶梯特性曲线
二、非线性电位器
电阻式传感器
2.2 电阻应变式传感器--应变片
电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金 属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所 受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化。
电阻式传感器 一、 电阻应变片的工作原理
提出问题
金属丝受拉或受压时，l、r 和 R 将如
何变化？
电阻式传感器
一.线性电位器的空载特性
当被测量发生变化时，通过电刷触点在 电阻元件上产生移动，该触点与电阻元 件间的电阻值就会发生变化，即可实现 位移(被测量)与电阻之间的线性转换。
电阻式传感器
Ux
Байду номын сангаас
Rx Rmax
U max
x xmax
U max
Rx
Rmax xmax
x kRx
Ux
U max xmax
x
ku x
电阻式传感器 二、 电阻应变片的主要特性
例 如果将100 的电阻应变片贴在弹性
试件上，试件受力横截面积S＝0.5×10－4 m2， 弹性模量E＝2×1011 N/m2，若有F＝5×104 N的
拉力引起应变片电阻变化为1 。试求该应变 片的灵敏系数。
电阻式传感器
二、 电阻应变片的主要特性
传感器原理及应用-第2章
电桥电路
力、加速度、荷重等
应变
电阻变化
电压、电流
图2-1 电阻应变式传感器典型结构与测量原理
电阻应变片：利用金属丝的电阻应变效应或半导 体的压阻效应制成的一种传感元件。
电阻应变片的分类： 金属应变片和半导体应变片。
一、电阻应变片
（一）工作原理——应变效应
导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时， 其电阻值相应发生变化的现象称为应变效应。
第二章 应变式传感器
主要内容：
一、电阻应变式传感器 二、压阻式传感器
本章重点：
电阻应变式传感器的构成原理及特性 电桥测量电路的结构形式及特点 压阻式传感器的工作原理
基本要求：
掌握电阻应变式传感器的构成原理及特性， 掌握电桥测量电路的结构形式及和差特性，掌握 压阻式传感器的工作原理及设计特点。
in2x
图2-10 应变片对应变波的动态响应
应变片对正弦应变波的响应是在其栅长 l 范围内所
感受应变量的平均值 m，低于真实应变波 t ，从而
产生误差。
t 瞬时应变片中点的应变(真实应变波) 值为：
t
0
s
in2
xt
t 瞬时应变片的平均应变(实际响应波) 值为：
m
也可写成增量形式
RRKs
l l
Ks
式中，Ks——金属丝的应变灵敏系数。物理意义是单位应变 所引起的电阻相对变化量。
金属丝的灵敏系数取决于两部分：
①金属丝几何尺寸的变化， 0 .3 (1 2 ) 1 .6
②电阻率随应变而引起的变化
Hale Waihona Puke 金属丝几何尺寸 金属本身的特性C
如康铜，C≈1， Ks ≈2.0。其他金属， Ks一般在1.8~4.8范围内。
汽车用传感器：车身传感技术 第2章《温度传感器》PPT教学课件
水银 有机液体 液体压力温度计 气体压力温度计 低温 低温用 一般用
CC
常用温度 短时间可使用的 温度及特殊场合
中温用
高温用
CA CRC
PR 1mm的数值
物质的颜色 热，光辐射
指示温度的涂料 液晶
辐射温度传感器 肉眼，光传感器
辐射温度计
检测温度不连续 光高温计
热噪声
电阻
车身传感技术
4
2.2 温度传感器的分类
常用材料：镍 Ni、铂 Pt
车身传感技术
6
2.3 金属热电阻
表2-3 金属的电阻率
Pt特点
熔点较高 化学性质稳定 材料纯度高 温度范围广 电阻大且线性变
化 用作标准的温度
传感器
体电阻率 金属种类 ×10-8Ω, 20℃
Al铝
2.75
Au金
2.4
Ag银
1.62
W钨
5.5
Fe铁
9.8
Cu铜
RT R0 (1T T 2 ) 式中：RT、R0为温度分别为T和0℃时铂的电阻值；
α=3.9752×10-3/℃；β=5.880×10-7/℃
利用热电阻测量温度的依据
被测温度阻值与0℃时阻值的变化量
对测量温度有直接影响的因素
R0其影响因素有原材料的纯度和制造工艺 电阻温度系数
比较方法：铂纯度 W(100) R100/ R0
车身传感技术
18
2.5 热电式温度传感器（热电偶）
塞贝克效应
两种材质金属导线两端点连在一起
有温度差ΔTAB时，就会出现电位差ΔVAB
应用：温差电动势温度传感器
融点高，无结晶变态，由可固溶的尖晶石组成。例：600℃时的阻值：10~105Ω 常数B：2000~17000K
传感器原理及应用(第三版)第2章
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金属丝的应变灵敏系数
K0由两部 分组成
①受力后材料几何尺寸变化（1+2μ）
②受力后材料电阻率的变化（Δρ/ρ）/ε（与几何尺寸及 金属丝本身特性有关）
对于金属电阻丝（1+2μ ）>>（Δ ρ /ρ ）/ε ，金属丝应变片灵敏 系数k0主要由材料的几何尺寸变化决定，即对于用金属制成的应变片 来说，起主要作用的是应变效应（电阻的相对变化与伸长或缩短间 存在比例关系叫应变）。金属丝的μ =0.25～0.5(钢的μ =0.285)故 k0≈1+2μ ，k0≈1.5～2。 对于半导体则不同：当半导体材料受到应力作用后，其电阻率发生 明显的变化，称为压阻效应。因此（Δρ/ρ）/ε=πE >> （1+2μ ） 故可忽略（1+2μ ）的影响，即对于用半导体制成的压阻传感器来说， 起主要作用的是压阻效应。半导体的k0≈ πE ≈ 50～100，灵敏度是 金属材料的几十到上百倍。 弹性模 压阻系
AR RK
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返
回
不引入补偿块（如下图所示） – 起到温度补偿作用 – 可提高灵敏度
A：如图，R1、RB正交粘结 则： U AR' RK (1 )
0
R正反面（R1受拉，应变为正；RB受压，应变为负） 则： '
U0 2 AR RK
应变计
应变片的粘贴
1. 检查通断 13.固定 5 .用透明胶带将应变片与构件在引脚处 临时固定，移动胶带位置使应变片达到 3 .再用细砂纸精磨（ 45度交叉纹）。 粘贴、焊接后，用胶布将引线和 正确定位。 2 .在选定贴应 被测对象固定在一起，防止拉动 4 .用棉纱或 引线和应变片。 变片的位置划
金属丝的应变灵敏系数
K0由两部 分组成
①受力后材料几何尺寸变化（1+2μ）
②受力后材料电阻率的变化（Δρ/ρ）/ε（与几何尺寸及 金属丝本身特性有关）
对于金属电阻丝（1+2μ ）>>（Δ ρ /ρ ）/ε ，金属丝应变片灵敏 系数k0主要由材料的几何尺寸变化决定，即对于用金属制成的应变片 来说，起主要作用的是应变效应（电阻的相对变化与伸长或缩短间 存在比例关系叫应变）。金属丝的μ =0.25～0.5(钢的μ =0.285)故 k0≈1+2μ ，k0≈1.5～2。 对于半导体则不同：当半导体材料受到应力作用后，其电阻率发生 明显的变化，称为压阻效应。因此（Δρ/ρ）/ε=πE >> （1+2μ ） 故可忽略（1+2μ ）的影响，即对于用半导体制成的压阻传感器来说， 起主要作用的是压阻效应。半导体的k0≈ πE ≈ 50～100，灵敏度是 金属材料的几十到上百倍。 弹性模 压阻系
AR RK
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不引入补偿块（如下图所示） – 起到温度补偿作用 – 可提高灵敏度
A：如图，R1、RB正交粘结 则： U AR' RK (1 )
0
R正反面（R1受拉，应变为正；RB受压，应变为负） 则： '
U0 2 AR RK
应变计
应变片的粘贴
1. 检查通断 13.固定 5 .用透明胶带将应变片与构件在引脚处 临时固定，移动胶带位置使应变片达到 3 .再用细砂纸精磨（ 45度交叉纹）。 粘贴、焊接后，用胶布将引线和 正确定位。 2 .在选定贴应 被测对象固定在一起，防止拉动 4 .用棉纱或 引线和应变片。 变片的位置划
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半导体光敏电阻可以通 过较大的电流，所以在 一般情况下，无需配备 放大器。在要求较大的 输出功率时，可用图所 示的电路。
6）光敏电阻的应用
带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置 的大小及方向,从而为纠偏控制电路提供纠偏信号,主要用于 印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。
光源
被测带材
透镜1
1. 光电器件
光电器件是将光能转换为电能的一种传 感器件，它是构成光电式传感器最主要 的部件。
光电器件响应快、结构简单、使用方便， 而且有较高的可靠性，因此在自动检测、 计算机和控制系统中，应用非常广泛。
光电器件工作的物理基础是光电效应。
（1）光电效应
光电效应：通常是指物体敏感到由紫外线到红外线 的光能量，并将光能转化成电信号的现象。
一般用时间常数来衡量响应时间的快慢，时间常数是指光电器 件输出端电压(光电流) 达到最大值的63%时所对应的时间。
e)温度特性
光敏电阻受温度的影响较大，当温度升高时， 它的暗电阻和灵敏度都下降。
硫化铅光敏电阻的温度特性
几种光敏电阻的特性参数
5）光敏电阻测量电路
测量电路能够把光电效应造成的光电元件电 性能的变化转换成所需要的电压或电流。
优点:灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、 机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命 长等；
不足:需要外部电源，有电流时会发热。
1）光敏电阻的结构
在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体材料，两端装 上金属电极，然后压入塑料封装体内。为了获得高的灵敏度， 电极一般采用硫状图案。 常用的光敏电阻材料有硫化镉、硒化铅、碲化铝等。
第2 章
虚拟仪器常用传感 器与信号调理技术
2.1.5 光电式传感器
光电传感器是先把被测量的变化转换为光量的变 化，再通过光电器件把光量的变化转换成电信号 的一种测量装置。
光电传感器主要由光辐射源，光学通路，光电器 件以及测量电路等组成。
常用光电器件
光纤 光电管
光栅
光敏电阻
光电传感器应用概述
2）光敏电阻的工作原理
无光照时,光敏电阻值很大,电路中电流很小。当 光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值急 剧减少,电路中电流迅速增大。
3）光敏电阻的主要参数
暗电阻：光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此 时流过的电流称为暗电流；
亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻, 此时流过的电流称为亮电流；
光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极 管，光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏 三极管或光可控硅等；
根据其结构和用途不同，可分为:
用于实现电隔离的光电耦合器； 用于检测有无物体的光电开关。
1）光电耦合器
光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外 壳内,一般有金属封装和塑料封装两种。
光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。
光敏电阻暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,也就 是说暗电流越小越好，亮电流越大越好，此时光敏 电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在 兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
4）光敏电阻的基本特性
a）伏安特性
在一定照度下, 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的 电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。
光谱特性: 光照度一定时，光电流（或用相对灵敏度 表示）与入射光波长的关系。
光敏二极管和三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长.
d)频率特性
频率特性：指光敏管输出的光电流（或相对光灵 敏度）随频率变化的关系。
e)温度特性
温度特性:是指其暗电流及光电流与温度的关系。
温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的 影响很大。所以电子线路中应该对暗电流进行温度 补偿，否则将会导致输出误差。
内光电效应: 在光线作用下, 物体的电导性能改变的现象称为
内光电效应, 如光敏电阻等就属于这类光电器件；
外光电效应: 在光线作用下, 能使电子逸出物体表面的现象称
为外光电效应, 如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件；
光生伏特效应: 在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动
势的现象称为光生伏特效应, 即阻挡层光电效应, 如光电池、 光 敏晶体管等就属于这类光电器件。
（2）常用光电元件的工作原理
➢光电传感器是将被测量的变化通过光信号变 化转换成电信号，具有这种功能的材料称为 光敏材料，做成的器件称光敏器件。光敏器 件种类很多，如： 光电管、 光敏二极管、 光电倍增管、 光敏三极管、 光敏电阻、 光电池、 光电耦合器等等。
①光敏电阻
光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原 理是基于内光电效应，其阻值随光照增强而减小。
b)光照特性
光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度 之间的关系。
硫化镉光敏电阻的光照特性
c)光谱特性
光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为 光谱特性，亦称为光谱响应。
对应于不同波长入射光，光敏电阻的灵敏度是不 同的。对不同材料的光敏电阻，光谱特性不同。
d)频率特性
光电器件输出端电压(电流)的振幅，或相对光谱灵 敏度随入射通量的调制频率的变化关系叫光电器件 的频率特性。
几种硅光电二极管的特性参数
3）光敏晶体管应用
光电式数字转速表
如果调制盘上开Z个 缺口，测量电路计数 时间为T（S），被测 转速为N(r/min)，则 得到的计数值为：
c ZTN 60
③光电耦合器件
光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光 电接收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光 电器件；
透镜2
光敏电阻
暗 90 亮
R1
R3
R4
R2
+
R5 -Vee
+Vcc Uo
带材跑偏检测器工作原理
测量电路
② 光敏二极管和光敏晶体管
1）结构和工Байду номын сангаас原理
(a)光电二极管
(b)光电三极管
2）基本特性
a)伏安特性
伏安特性:光电流与外加偏压的关系.
b)光照特性 光照特性:光电流和照度之间的关系。
c)光谱特性
光可以看作以一连串具有能量的粒子（称为光子） 所构成，每个光子能量的大小等于普朗克常数h乘 以光的频率γ，即 E=hγ，光的波长越短，即频率 越高，其光子的能量也越大。
光照射在物体上可以看成一连串具有一定能量的 光子轰击这些物体，而光电效应就是由于这物体吸 收光子能量为hγ的光后产生的效应。
光电效应分类
6）光敏电阻的应用
带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置 的大小及方向,从而为纠偏控制电路提供纠偏信号,主要用于 印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。
光源
被测带材
透镜1
1. 光电器件
光电器件是将光能转换为电能的一种传 感器件，它是构成光电式传感器最主要 的部件。
光电器件响应快、结构简单、使用方便， 而且有较高的可靠性，因此在自动检测、 计算机和控制系统中，应用非常广泛。
光电器件工作的物理基础是光电效应。
（1）光电效应
光电效应：通常是指物体敏感到由紫外线到红外线 的光能量，并将光能转化成电信号的现象。
一般用时间常数来衡量响应时间的快慢，时间常数是指光电器 件输出端电压(光电流) 达到最大值的63%时所对应的时间。
e)温度特性
光敏电阻受温度的影响较大，当温度升高时， 它的暗电阻和灵敏度都下降。
硫化铅光敏电阻的温度特性
几种光敏电阻的特性参数
5）光敏电阻测量电路
测量电路能够把光电效应造成的光电元件电 性能的变化转换成所需要的电压或电流。
优点:灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、 机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命 长等；
不足:需要外部电源，有电流时会发热。
1）光敏电阻的结构
在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体材料，两端装 上金属电极，然后压入塑料封装体内。为了获得高的灵敏度， 电极一般采用硫状图案。 常用的光敏电阻材料有硫化镉、硒化铅、碲化铝等。
第2 章
虚拟仪器常用传感 器与信号调理技术
2.1.5 光电式传感器
光电传感器是先把被测量的变化转换为光量的变 化，再通过光电器件把光量的变化转换成电信号 的一种测量装置。
光电传感器主要由光辐射源，光学通路，光电器 件以及测量电路等组成。
常用光电器件
光纤 光电管
光栅
光敏电阻
光电传感器应用概述
2）光敏电阻的工作原理
无光照时,光敏电阻值很大,电路中电流很小。当 光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值急 剧减少,电路中电流迅速增大。
3）光敏电阻的主要参数
暗电阻：光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此 时流过的电流称为暗电流；
亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻, 此时流过的电流称为亮电流；
光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极 管，光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏 三极管或光可控硅等；
根据其结构和用途不同，可分为:
用于实现电隔离的光电耦合器； 用于检测有无物体的光电开关。
1）光电耦合器
光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外 壳内,一般有金属封装和塑料封装两种。
光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。
光敏电阻暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,也就 是说暗电流越小越好，亮电流越大越好，此时光敏 电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在 兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
4）光敏电阻的基本特性
a）伏安特性
在一定照度下, 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的 电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。
光谱特性: 光照度一定时，光电流（或用相对灵敏度 表示）与入射光波长的关系。
光敏二极管和三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长.
d)频率特性
频率特性：指光敏管输出的光电流（或相对光灵 敏度）随频率变化的关系。
e)温度特性
温度特性:是指其暗电流及光电流与温度的关系。
温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的 影响很大。所以电子线路中应该对暗电流进行温度 补偿，否则将会导致输出误差。
内光电效应: 在光线作用下, 物体的电导性能改变的现象称为
内光电效应, 如光敏电阻等就属于这类光电器件；
外光电效应: 在光线作用下, 能使电子逸出物体表面的现象称
为外光电效应, 如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件；
光生伏特效应: 在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动
势的现象称为光生伏特效应, 即阻挡层光电效应, 如光电池、 光 敏晶体管等就属于这类光电器件。
（2）常用光电元件的工作原理
➢光电传感器是将被测量的变化通过光信号变 化转换成电信号，具有这种功能的材料称为 光敏材料，做成的器件称光敏器件。光敏器 件种类很多，如： 光电管、 光敏二极管、 光电倍增管、 光敏三极管、 光敏电阻、 光电池、 光电耦合器等等。
①光敏电阻
光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原 理是基于内光电效应，其阻值随光照增强而减小。
b)光照特性
光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度 之间的关系。
硫化镉光敏电阻的光照特性
c)光谱特性
光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为 光谱特性，亦称为光谱响应。
对应于不同波长入射光，光敏电阻的灵敏度是不 同的。对不同材料的光敏电阻，光谱特性不同。
d)频率特性
光电器件输出端电压(电流)的振幅，或相对光谱灵 敏度随入射通量的调制频率的变化关系叫光电器件 的频率特性。
几种硅光电二极管的特性参数
3）光敏晶体管应用
光电式数字转速表
如果调制盘上开Z个 缺口，测量电路计数 时间为T（S），被测 转速为N(r/min)，则 得到的计数值为：
c ZTN 60
③光电耦合器件
光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光 电接收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光 电器件；
透镜2
光敏电阻
暗 90 亮
R1
R3
R4
R2
+
R5 -Vee
+Vcc Uo
带材跑偏检测器工作原理
测量电路
② 光敏二极管和光敏晶体管
1）结构和工Байду номын сангаас原理
(a)光电二极管
(b)光电三极管
2）基本特性
a)伏安特性
伏安特性:光电流与外加偏压的关系.
b)光照特性 光照特性:光电流和照度之间的关系。
c)光谱特性
光可以看作以一连串具有能量的粒子（称为光子） 所构成，每个光子能量的大小等于普朗克常数h乘 以光的频率γ，即 E=hγ，光的波长越短，即频率 越高，其光子的能量也越大。
光照射在物体上可以看成一连串具有一定能量的 光子轰击这些物体，而光电效应就是由于这物体吸 收光子能量为hγ的光后产生的效应。
光电效应分类