常温远红外陶瓷燃油活化器的研究
魏美玲 何子臣 任 卫
(山东工业陶瓷研究设计院 淄博 255031)
摘 要 通过对红外光谱吸收与发射机理的探讨,燃料油和红外材料红外发射特性的研究,确定了燃油活化器的材料组成及激活温度范围,成功地研究出具有红外发射率高、节油效果显著的燃油活化器,其红外发射率>0.90,节油率达5%~ 10%。
关键词 远红外陶瓷 燃油 活化器 节油
远红外材料燃油活化器是常温远红外材料在节油
领域的应用,通过常温远红外陶瓷材料对燃油分子红
外活化作用,促进燃油充分燃烧,从而达到提高燃油燃烧效率,节约燃油目的。日本专利介绍利用常温远红外陶瓷材料开发的燃油活化器,用于车辆上其燃烧效率提高为:汽油车单位体积油行驶距离从未活化处理的13 /L提高到15 /L;柴油车由9.5 /L提高到10.96 /L,约提高了13%,节油效果明显,同时尾气中CO、C x H y、N m O n的排出量大为降低,对于节约能源、净化环境具有重要意义。我们在常温远红外陶瓷材料研究的基础上,通过对燃油及红外陶瓷材料匹配性能的研究,研制出的燃油活化器节油效果明显,接近日本报道的水平。
1 研究过程
1.1 燃油红外吸收特性
通过红外辐射达到节油的目的,首先须了解燃油的红外吸收特性,通过测试各种常用燃油的红外吸收特性可知,燃油在2.5~15 m范围内具有明显的吸收峰,图1是-10#柴油的红外吸收曲线。
1.2 陶瓷材料的红外发射特性
为了寻找适合燃油红外吸收特性的陶瓷材料,我
们对常用陶瓷材料及过渡金属氧化物的红外发射特性进行了测量,测量结果见图2、图3。可以看出,不同材料具有不同的发射特性曲线。
图1 -10#柴油的红外吸收曲线
图2 常用陶瓷材料红外发射特性
18
全国性建材科技期刊 陶瓷 2000年 第5期 总第147期
1-CoO 2-Fe2O3 3-MnO2 4-Cr2O3 5-CuO 6-Ni O 7-TiO2图3 过渡金属氧化物的红外发射特性
1.3 燃油活化器的研制
某种高发射率材料定是高吸收率材料,根据吸收与发射相匹配的原则,对照燃油的吸收峰与陶瓷材料的发射峰,选择在对应波段具有高发射率的多种原料,经高温合成远红外陶瓷材料,在3~14 m范围都具有0.90以上的发射率。为满足燃油活化器复杂形状及强度要求,以石英、长石、粘土为基料,红外陶瓷材料为添加剂,采用注浆成形工艺进行燃油活化器的成形,经实验红外材料的含量在20%~30%时既能保证红外发射率又能满足成形工艺要求,注浆成形的活化器坯体经适当烧制,铜、镍、钴等高发射率元素析出在制品表面,保持了红外材料原有的性能。活化器的制备工艺过程如下:
原料处理 配料 混合 煅烧 粉碎 红外粉体粘土、石英、长石等 球磨 成形 烧成 制品1.4 常温红外材料及其制品的红外性能
1.4.1 常温红外材料及其制品的红外性能
将通过上述工艺研制的红外陶瓷材料及制品,按测试要求制成直径为20 1 的标准试样,经中科院上海技术物理研究所在IRE I型红外发射测量仪上测试,红外材料及其制品均具有较高的发射率,能够满足常用燃油的红外吸收特性。远红外材料及制品发射率见表1。
表1 远红外材料及制品的发射率
样品名称测试温度
法向发射率(%)
F1F2F3F4F5F6F7F8
红外粉62 8995929292949492制品60 9195919291949288
注:F
1 全波段积分发射率 F
2
8 m前截止 F
3
8.55 m(中心波长
带宽1 m,以下同) F
4 9.50 m F
5
11.5 m F
6
12.00 m F
7
13.50 m F8 14 m前截止
1.4.2 常温红外材料燃油活化器节油性能
研制的燃油活化器,在中国船舶工业总公司上海
711所进行不同机型的台架试验,虽然试验条件不同,
试验机型及燃油活化器不同,试验节油效果亦有差异,
但试验都有明显的节油效果。表2是台架试验结果之
一。试验是在七五国家攻关项目陶瓷发动机(绝热机)
上进行的,陶瓷发动机是目前节能效果较好的柴油机,
试验条件:室温34 ,大气压力100.4kPa,机型
6105QC,燃油为-10#柴油。
表2 试验油耗对比表
加活化器
油耗单位g/kW h
不加活化器
油耗单位g/k W h
节油率
(%)
40%负荷
1800r/min
181.00200.2010.6
60%负荷
1800r/min
160.80177.8010.6
80%负荷
1800r/min
158.40171.509.8
90%负荷
1800r/min
163.60172.20 5.3
2 结果分析与机理的探讨
红外辐射也是一种电磁辐射,任何物体在绝对零
度(-273 )以上都会产生红外辐射,由于物体的结
构不同其辐射能亦不同。普朗克在量子理论的基础上
确立了黑体的单色辐射能力E b 与波长 和温度T间
的函数关系,其数学表达式为:
E b =
C1 -5
e C2/ T-1
式中: 波长,m;
T 绝对温度,K;
C1 常数,C1=3.743 10-16W ;
C2 常数,C2=1.439 10-2m K。
而黑体的辐射能量E b可以通过普朗克公式积分求得:
E b = 0C1 -5
e C2/ T-1
d =C0(
T
100)
4
式中:C0 黑体的辐射常数为5.6W/ K4。
衡量一个物体的辐射性能,是用物体发射的全部
19
全国性建材科技期刊 陶瓷 2000年 第5期 总第147期
辐射能与同一温度下绝对黑体发射的全部辐射能量之比即全辐射率( ),或某一波段的辐射能量与同温度下该波段绝对黑体的辐射能量之比即单色辐射率( )来表示。每一种物质都有其特征吸收峰,当辐射源的辐射峰值波长与物体的吸收峰值波长相对应时,物体产生最大的吸收。根据维恩位移定率T =2897.8 m K可知,辐射体的辐射通量密度出现最大值的波长位置随温度的提高向短波方向移动。
经研究发现,常用燃油有一个共同特点,即在2.5 ~15 m范围具有明显的吸收红外作用,其中在3 m 和7 m波长左右有两处强烈的吸收峰,根据维恩位移定率可以推出,常温远红外辐射陶瓷材料(燃油活化器)辐射峰值波长在燃油吸收峰值波长时对应的工作温度:
当 =3 m时,T=966K(即693 );
当 =7 m时,T=414K(即141 );
当 =9.5 m时,T=305K(即32 )。
从以上可以看出,燃油除在3 m附近的吸收峰外,其余大部分吸收带在常温远红外陶瓷材料的辐射峰值附近,这说明常温远红外燃油活化器在该波段具有较高的发射能量,燃油对常温远红外辐射具有良好的吸收能力。燃油是烷烃类有机高分子化和物,其分子具有长链结构( C C 相连),各分子之间处于一种相互 缠绕 状态,因而通常表现为具有一定的粘度,由于红外辐射比对流、传导对能量传递快的多,当燃油受到红外线辐射后燃油分子吸收红外能,分子的活化能降低,运动加剧,分子链相对 伸展 开,分子结构发生变化,使碳链断裂,由大分子物质变成小分子物质,分子间凝聚力减小,宏观表现为燃油吸收红外能后粘度和表面张力降低。燃油粘度降低后容易蒸发,提高了燃油的雾化和蒸发质量,因此,燃油分子处于活跃状态进入燃烧室,与空气充分混合,从而使燃烧更充分,达到了节油的目的。
3 结论
1)研制的常温远红外陶瓷粉体及燃油活化器在
2.5~14 m波段范围内具有0.90以上的发射率。
2)由于燃油活化器在宽波段内有较高的发射率,因此与燃油的吸收特性相匹配,从而使燃油充分吸收红外能,得到充分活化。
3)常温远红外燃油活化器是通过对燃油发射红外能,以极快的速度传递到燃油内部,使分子活化,从而使燃油运动速度加快,粘度降低,燃油与空气充分接触,使燃油燃烧更加充分,以达到节油的效果。
4)台架试验结果表明,常温远红外燃油活化器节油效果明显,节油率为5%~10%。
参考文献
1 克利克苏偌夫.红外技术原理手册.俞福堂,孙星南.北京:国防工业出版社,1986
2 王崇明,等.实用红外光谱学.北京:石油工业出版社, 1978
3 沈慧贤,胡道和.硅酸盐热工工程.武汉:武汉工业大学出版社,1996
(上接第14页)能。随着人民生活水平的提高以及对生活质量和环境保护的重视,它的应用领域和市场前景也将日益广阔。
据权威部门的预测,到2000年全国共需建筑陶瓷6.0~6.5亿 ,卫生陶瓷5000万件。但在今后2~3年内,国内高档产品的生产能力与市场实际需求相差甚远。因此,如果国内企业能捷足先登,即使占领全国陶瓷市场的较小份额,经济效益也十分可观。专家们断言,21世纪所有的材料都要考虑保健和对环境的影响,应发展兼有抗菌和净化功能的生态环境材料。这些新一代材料是以原来的材料为载体,外加光催化剂和保健抗菌剂制造成功的,而此种外加剂又是利用新的催化剂来提高各种材料的二次催化新功能。
传统建材与环境功能材料的一体化,是21世纪建材的主要研究方向与目标。
参考文献
1 方明豹,等.杀菌功能陶瓷.上海建材,2000(1):14~15
2 肖汉宁.抗菌陶瓷材料.中国陶瓷,1997(5):40~41
3 王静,等.保健抗菌材料.绿色建材 全国首届发展应用研讨会论文集,1999:233~244
4 金宗哲,等.抗菌建筑涂料的研究.绿色建材 全国首届发展应用研讨会论文集,1999:211~215
5 金磊,等.建筑科学与文化.北京:科技文献出版社,1999
20
全国性建材科技期刊 陶瓷 2000年 第5期 总第147期
湿敏电阻器的应用 湿敏电阻器广泛应用于洗衣机、空调器、录像机、微波炉等家用电器及工业、农业等方面作湿度检测、湿度控制用。 湿敏传感器已经广泛地用于工业制造、医疗卫生、林业和畜牧业等各个领域。在家用电器中用于生活区的环境条件监控、食品烹调器具和干燥机的控制等等。表8.1中列出了陶瓷湿敏传感器的主要应用领域，以及它们的工作温度和可测控的湿度范围。 陶瓷湿敏传感器的有潜力的应用对象是家用空调器、微波炉、防止视频录像机的受潮以及一些其他家用电器。在种植业的暖房中，最佳的蔬菜生长条件不仅使植物的生长和成熟周期缩短了，而且通过湿度的调节可以防止有害病变的发生。在许多工业领域中需要进行干燥处理，通过控制相对湿度的方法，可以保持最佳的干燥条件，因而可以在节约能耗的条件下，确保被干燥产品的质量一致性。 食品味道的改变在很大程度上与其中水份含量有关，控制水份含量就能保持所生产食品的质量。在食品制造工业中，对生产线的在线过程全都需要对水份含量进行监测。 湿敏传感器同样也用于电子工业。在生产工艺过程中必须对静电事故给予特别的关注。静电电荷的数量与湿度有直接关系，出于这个原因，在电子工业中必须将湿度调控在一个特定的范围内。 表8.1陶瓷湿敏传感器的应用
在广泛使用湿度传感器时，也必须考虑到，传感器需要和测量电路连接使用，所以，对电路也要求能在足够宽的湿度和环境温度范围内保持高精度和高稳定性。 8.1.1 连接陶瓷湿敏传感器的测量电路 利用陶瓷传感器来测量湿度的方法有以下特点。传感器在低湿度时电阻很大，并与湿度是一种指数关系。此外，在相对湿度从0%～100%的区间内，电阻可能变化3～6个数量级。由于大多数陶瓷湿敏传感器具有极化现象，所以还需要对电源频率有一定的要求。直流电桥电路虽然可以保证高精度，并且可以补偿一些干扰因素，但在这里是不适用的。为消除极化效应，必须要用交流电源测量，所以陶瓷湿敏传感器的测量只能选用适当的交流电桥，并且必须同时一起考虑传感器的二个参数——阻抗和容抗的变化，因为正如在第三章中已阐明的那样，传感器的等效电路是由并联的电阻和电容构成的。这使对随后的被测信号的分析处理工作复杂化。在有些应用领域中，湿度变化可以只用电阻或电容变化来表征，因而允许在经相应的电桥平衡后只测量其中一个参数的变化。基于这里所讨论的陶瓷湿敏传感器的特性，现实中应用最广的电路是下列二种： 模拟输出的AC测量电路； 具有频率/时间(PWM——脉冲宽度调制)输出的转换电路。 8.1.2 陶瓷湿敏传感器的实际应用 陶瓷湿敏传感器已广泛应用于各类机具中，例如湿度计、空调器、增湿机、去湿机、微波炉等。 8.1.2.1 湿度计 湿度计是测量各种介质中含湿量的仪器。基于陶瓷湿敏传感器，已制成一系列不同的湿度计。介绍一种名为“Chichidu湿度计CH-1”的数字式湿度计，生产者是Chichidu Cement公司。它有下列工作特性： 湿度测量范围15%～１００％RH 测量精度±4%RH 湿度计的工作温度范围0～４０℃
光敏传感器光电特性测量实验 光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，为光电传感器进一步的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。光敏传感器的基本特性包括：伏安特性、光照特性、时间响应、频率特性等。掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。 【实验目的】 了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 仪器简介 仪器由全封闭光通路、实验电路、待测光敏传感器（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池）、实验连接线等组成。 仪器安装在360×220×80（mm)实验箱内，仪器面板如下图
1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？ 如何用公式表征这些性能指标？ 2、什么是传感器的动态特性？ 其分析方法有哪几种？ 3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？ 4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。(要求每种特性至少列出2种常用指标) 1、 答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。 传感器的静态特性的性能指标主要有： ① 线性度：非线性误差 max L FS L 100%Y γ?=± ? ② 灵敏度：y n x d S = d ③ 迟滞：max H FS H 100%Y γ?=? ④ 重复性：max R FS R 100%Y γ ?=±? ⑤ 漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。 知识点：传感器的动态特性 3、答：传感器的静态特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 知识点：传感器的静态特性 4、答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。 传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标 有：线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。 1、什么叫应变效应？ 利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因，并说明有哪几种补偿方法。 1、 答：材料的电阻变化由尺寸变化引起的，称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、答： 温度误差产生原因包括两方面： 温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。 温度补偿方法，基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 3、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？ 4、为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？该电桥为什么又都采用半桥和全桥两种方式？ 5、应用应变片进行测量为什么要进行温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？ 6、应变式传感器的基本工作原理是什么？ 3、答：桥臂的供电电源是直流电的称为直流电桥。 按桥臂工作方式不同，可分为单臂直流电桥、半桥差动直流电桥、全桥差动直流电桥。 单臂直流电桥输出电压为： 半桥差动直流电桥输出电压为： 全桥差动直流电桥输出电压为： 4、答：由于应变电桥的输出电压很小，一般要加放大器，但直流放大器易产生零漂， 所以应变电桥多采用交流电桥。又由于交流电桥的供电电源是交流，为了消除应变片引线寄生电容的影响，同时也为了满足交流电桥的平衡条件，常采用不平衡电桥测量电路。 交流不平衡电桥采用半桥和全桥的方式是为了消除非线性误差和提高系统灵敏度。 5、答：由于电阻温度系数的影响以及试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响，会给电阻应变片的测量带来误差，因此需要进行温度补偿。 常采用的温度补偿法有电桥补偿法和应变片自补偿法。 6、答：应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、变隙式电感传感器的输出特性与哪些因素有关？ 3、怎样改善变隙式电感传感器非线性？怎样提高其灵敏度？ 4、差动变压器式传感器有几种结构形式？ 各有什么特点？ 5、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？ 2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙有关。 3、答：为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。 如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性； 另外，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。 知识点：变隙式电感传感器 4、答：差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。 差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。 螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的大小和方向。 5、答：零点残余电压的产生原因：传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）。 为了减小和消除零点残余电压，可采用差动整流电路。 6、保证相敏检波电路可靠工作的条件是什么？ 6、答：保证相敏检波电路可靠工作的条件是检波器的参考信号u o 的幅 值远大于变压器的输出信号u 的幅值，以便控制四个二极管的导通状态，且u o 和差动变压器式传感器的激励电压共用同一电源。 1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？ 2、如何改善单极式变极距电容传感器的非线性？ 3、电容式传感器有哪几种类型？ 4、差动结构的电容传感器有什么优点？ 5、电容式传感器主要有哪几种类型的信号调节电路？各有些什么特点？ 6、简述电容式传感器的工作原理与分类。 1、 答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过介质的改变来实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。 2、答：单极式变极距电容传感器的灵敏度和非线性对极板初始间隙的要求是相反的，要改善其非线性，要求应增大初始间隙，但这样会造成灵敏度的下降，因此通常采用差动结构来改善非线性。 3、答：电容式传感器其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 4、答：差动结构的电容传感器的优点是灵敏度得到提高，非线性误差大大降低。 5、答：电容式传感器的电容值及电容变化值都十分微小，因此必须借助于信号调节电路才能将其微小的电容值转换成与其成正比的电压、电流或频率，从而实现显示、记录和传输。相应的转换电路有调频电路、运算放大器、二极管双T 型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。 调频电路的特点：灵敏度高，可测量0.01μm 级位移变化量；抗干扰能力强；特性稳定；能取得高电平的直流信号（伏特级），易于用数字仪器测量和与计算机通讯。 运算放大器的特点：能够克服变极距型电容式传感器的非线性，使其输出电压与输入位移间存在线性关系。 二极管双T 型交流电桥的特点：线路简单，不须附加相敏整流电路，便可直接得到较高的直流输出电压（因为电源频率f 很高）。 脉冲宽度调制电路的特点：适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性。 6、答：电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。 当被测参数变化引起A 、εr 或d 变化时，将导致电容量C 随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过策略电路转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为3种：变极板间距离的变极距型、变极板覆盖面积大变面积型和变介质介电常数的变介质型。 8、提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？ 8.答：要提高灵敏度，应减小初始间隙d 0，但这使得非线性误差增大，即灵敏度和非线性误差对d 0的要求是矛盾的。在实际应用中，为了既提高灵敏度，又减小非线性误差，通常采用岔洞结构。 1、什么叫正压电效应？ 2、什么是逆压电效应？ 3、什么叫纵向压电效应？ E R R n n U o 11 2)1(?+= 1 12R R E U o ?=11R R E U o ?=
陶瓷压力传感器 陶瓷具有高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和震动的功能。陶瓷的热稳定性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达－40℃～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电器绝缘程度大于2KV，输出信号强，长期稳定性好。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其他类型传感器的趋势，在中国越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面、室膜片的表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性，与激励电压成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0、3.0、3.3MV等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0℃～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。 陶瓷厚膜结构与力敏Z－元件的优势互补。厚膜压力传感器是继扩散硅压力传感器之后压力传感器的又一次重大的技术创新，而力敏Z－元件是目前国内外唯一具有数字信号输出的敏感元件，因此陶瓷厚膜工艺与力敏Z－元件的最简单电路的巧妙结合，可以出现一种性能优异、成本低廉的新型压力传感器。具体来说，陶瓷厚膜工艺有下述优点。陶瓷弹性体性能优良，平整、均匀、质密的材料在程度范围内都严格遵循虎克定律，无塑性变形。厚膜电阻（包括高温导线）能与陶瓷弹性膜片牢固地烧结在一起，不需用胶进行粘贴。这种刚性结构蠕变小，漂移小，静态性能稳定，动态性能好。厚膜弹性体结构简单，易于制备。它与扩散硅压力传感器相比，不需半导体平面工艺来形成扩散电阻弹性膜片，大幅度减小了生产线的前期投入和工艺加工成本。陶瓷厚膜结构耐液体或气体介质的腐蚀，不需通过不锈钢膜片和硅油的转换与隔离，封装结构简化，进一步降低成本。工作量程宽。量程决定于膜片的有效半径与厚度之比，只要微压力不小于1KPA，原则上较高的量程也易于实现。工作温度范围宽，可达－40℃～120℃。 陶瓷厚膜力数字压力传感器的结构设计。陶瓷厚膜力数字压力传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷膜片作为感力弹性体，采用95％的AL2O3瓷精加工而成，要求平整、均匀、质密，其厚度与有效半径视设计量程而定。瓷环采用热压铸工艺高温烧制成型。陶瓷膜片与瓷环之间采用高温玻璃浆料，通过厚膜印刷、热烧成技术烧制在一起，形成周边固支的感力杯状弹性体，即在陶瓷的周边固支部分应形成无蠕变的刚性结构。在陶瓷膜片上表面，即瓷杯底部，用厚膜工艺技术做成传感器的电路。陶瓷盖板下部的圆形凹槽使盖板与膜片之间形成一定间隙，通过限位可防止膜片过载时因过度弯曲而破裂，形成对传感器的抗过载保护。 性能特点 坚固的陶瓷敏感膜片 零点、满量程激光标定 卓越的抗腐蚀、抗磨损性能 抗冲击、抗震动 高精度、高稳定性 宽的工作温度范围 体积小巧，易封装 最具竞争力的价格
光电传感器特性分析 摘要：随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过 程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 关键词：光电效应、光电传感器、光敏材料 一、 理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率 限称为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应 当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg 。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体 w hv -=2mv 2 1 w hc K = λ
一、传感器地特性 ()传感器地动态性.动特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性输入信号变化时，输出信号随时间变化而相应地变化，这个过程称为响应.传感器地动态特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性好地传感器，当输入信号是随时间变化地动态信号时，传感器能及时精确地跟踪输入信号，按照输入信号地变化规律输出信号.当传感器输入信号地变化缓慢时，是容易跟踪地，但随着输入信号地变化加快，传感器地及时跟踪性能会逐渐下降.通常要求传感器不仅能精确地显示被测量地大小，而且还能复现被测量随时间变化地规律，这也是传感器地重要特性之一.文档来自于网络搜索()传感器地线性度.通常情况下，传感器地实际静态特性输出是条曲线而非直线.在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度地读数，常用一条拟合直线近似地代表实际地特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度地一个性能指标.拟合直线地选取有多种方法.如将零输入和满量程输出点相连地理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差地平方和为最小地理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线.文档来自于网络搜索()传感器地灵敏度.灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△对输入量变化△地比值.它是输出一输入特性曲线地斜率.如果传感器地输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数.否则，它将随输入量地变化而变化.灵敏度地量纲是输出、输入量地量纲之比.例如，某位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为,则其灵敏度应表示为.当传感器地输出、输入量地量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数.文档来自于网络搜索()传感器地稳定性.稳定性表示传感器在一个较长地时间内保持其性能参数地能力.理想地情况是不论什么时候，传感器地特性参数都不随时间变化.但实际上，随着时间地推移，大多数传感器地特性会发生改变.这是因为敏感器件或构成传感器地部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器地稳定性.文档来自于网络搜索 ()传感器地分辨力.分辨力是指传感器可能感受到地被测量地最小变化地能力.也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化.当输入变化值未超过某一数值时，传感器地输出不会发生变化，即传感器对此输入量地变化是分辨不出来地.只有当输入量地变化超过分辨力时，其输出才会发生变化.通常传感器在满量程范围内各点地分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化地输入量中地最大变化值作为衡量分辨力地指标.上述指标若用满量程地百分比表示，则称为分辨率.文档来自于网络搜索 ()传感器地迟滞性.迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出输入特性曲线不一致地程度，通常用这两条曲线之间地最大差值△与满量程输出·地百分比表示.迟滞可由传感器内部元件存在能量地吸收造成.文档来自于网络搜索()传感器地重复性.重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致地程度.各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小.如图所示为输出特性曲线地重复特性，正行程地最大重复性偏差为.反行程地最大重复性偏差为.取这两个最大偏差中地较大者为,再以其占满量程输出地百分数表示，就是重复误差，即一士×()重复性是反映传感器精密程度地重要指标.同时，重复性地好坏也与许多随机因素有关，它属于随机误差，要用统计规律来确定.文档来自于网络搜索 二、常见地传感器种类 .电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样地一种器件.主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件.文档来自于网络搜索 .变频功率传感器 变频功率传感器通过对输入地电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光
红外辐射材料 精细产业技术2007-06-16 14:01:03 阅读516 评论1 字号：大中小订阅 1 一种建筑玻璃用隔离红外辐射薄膜材料 一种建筑玻璃用隔离红外辐射薄膜材料，由基层和功能层构成，基层为透明的介质薄膜衬底材料，用于改 善膜的力学性质。所述功能层的厚度在3纳米到2000纳米之间，由一种、两种或两种以上的介质膜构成， 介质膜包含至少一层金属介质膜或者至少一层介电介质膜，也可以由多层的金属膜和介电介质膜构成。选 择二氧化钛或者氧化锆等对紫外强烈吸收的介质用于所述功能层中的介电介质膜或者基层中介质材料，在 隔离红外的同时具备紫外防护能力。通过调节该材料的纳米颗粒尺寸可以覆盖部分或者整个紫外区域，在 保证可见光区域透明的同时可完全隔离红外辐射并且有较强的防紫外的功能，从而达到节能、保健的功能。 2 一种碳材料的高温远红外辐射电热体及其制备方法 本发明提供一种碳材料的高温远红外辐射电热体及其制备方法，该高温远红外辐射电热体的发热元件为碳 毡、碳布、石墨毡、石墨布、碳/碳复合材料板片、碳/石墨复合材料板片之一组成。其发热元件的碳含量大 于95％，氧含量低于0.005％，电阻率在(0.001～100)Ω.cm之间。电热体的绝缘体的外部涂覆具有远红外 辐射特性的陶瓷薄膜层。本发明还提供了一种高温远红外辐射电热体的制备方法。本发明的高温远红外辐 射电热体可应用于民用、保健和工业等领域，具有使用寿命长，高热高效等特点。 3 黑色陶瓷红外辐射材料 通常红外辐射陶瓷价格昂贵,以提钒尾渣为原料之一制造的黑色陶瓷具有0.83-0.9的红外辐射率而价格低 廉.本发明所述的黑色陶瓷红外辐射材料是在原料中除提钒尾渣外再加入钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、 锌、锆、铌元素及其化合物一种或一种以上,使所述的陶瓷具有0.9-0.95的红外辐射率. 4 具有特殊医疗效果的红外辐射材料及芯片 本发明的红外辐射复合材料，以单质和化合物形式的过渡元素和稀土元素为主要成分。用此复合材料制成的芯片作为辐射元件，在工作温度下加热，可以发射出能产生特殊医疗效果的红外辐射，发射谱线的波长在２～２５微米范围内，比辐射率为０．８５～０．９５。 5多晶矿化黑陶瓷红外辐射材料及应用 一种多晶矿化黑陶瓷远红外辐射材料，属于红外辐射材料领域。本发明提供新的远红外辐射材料，是由 铬铁矿、钛铁矿、锆英砂等矿物原料中一种或一种以上组成，或由９０％（重量）这三种矿物原料中二种 或二种以上辅以１０％（重量）化工原料组成。$本发明提供的远红外辐射材料，可用作远红外加热基础材 料外，还可加入适量陶土后烧成灯型、板型、管状等各种远红外加热器件。 6高效红外辐射材料的制备方法 本发明属于高效红外辐射材料的制备方法。$材料组成为Ｆｅ２Ｏ３５０－７０％，ＺｎＯ２５－１５％， ＳｎＯ２１－３％Ｎｉ２Ｏ３２０－２５％Ｃｏ２O３４－７％于硝酸盐水溶液中加热，ｐＨ＝５－６，搅拌成 粥状经１１０℃烘干，５００－６００℃焙烧１．５－２小时，１１５０－１２００℃焙烧１０－１５小 时，研成２００目即可。$该辐射材料结构稳定，寿命长，在３０－８００℃内，从２．５－２５μｍ范围 内，辐射率均达９５％以上，能量分布半宽度为５μｍ。 7 一种红外辐射材料的烧结方法 一种红外辐射材料的烧结方法，以原料成分为特征。粉状原料中至少含有锆英砂２６—７０％、三氧化二 铁３—７％、氧化铬４—７％、苏州陶土２３—３３％、刚玉粉２７—４１％、氧化钴１—５％，再和入
光电传感器特性分析 摘要：随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 关键词：光电效应、光电传感器、光敏材料 一、理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正
离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大， 都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应 当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg 。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体材料的导电性远不 如导体。但如果通过某种方式给价带中的电子提供能量,就可以将其 激发到导带中,形成载流子,增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量hν≥Eg（ Eg 为带隙间隔)时,价带中的电子就会吸收 光子的能量,跃迁到导带,而在价带中留下一个空穴,形成一对可以导电的电子——空穴对。这里的电子并未逸出形成光电子,但显然存在着由于光照而产生的电效应。因此,这种光电效应就是一种内光电效应。从理论和实验结果分析,要使价带中的电子跃迁到导带,也存在一 w hv -=2mv 21 w hc K = λ
陶瓷材料的热辐射机理 简介 我们知道，热交换的基本途径为：传导、对流和辐射。为了有效散热，人们常通过减少热流途径的热阻和加强对流系数来实现，往往忽略了热辐射。LED灯具一般采用自然对流散热，散热器将LED产生的热量快速传递到散热器表面，由于对流系数较低，热量不能及时地散发到周围的空气中，导致表面温度升高，LED的工作环境恶化。提高辐射率可以有效地将散热器表面的热量通过热辐射的形式带走，一般铝制散热器通过阳极氧化来提高表面辐射率，陶瓷材料本身可以具有高辐射率特性，不必进行复杂的后续处理。 辐射机理 陶瓷材料的辐射机理是由随机性振动的非谐振效应的二声子和多声子产生。高辐射陶瓷材料如碳化硅、金属氧化物、硼化物等均存在极强的红外激活极性振动，这些极性振动由于具有极强的非谐效应，其双频和频区的吸收系数，一般具有100~100cm-1数量级，相当于中等强度吸收区在这个区域剩余反射带的较低反射率，因此，有利于形成一个较平坦的强辐射带。 一般来说，具有高热辐射效率的辐射带，大致是从强共振波长延伸到短波整个二声子组合和频区域，包括部分多声子组合区域，这是多数高辐射陶瓷材料辐射带的共同特点，可以说，强辐射带主要源于该波段的二声子组合辐射。除少数例外，一般辐射陶瓷的辐射带集中在大于5m的二声子、三声子区。因此，对于红外辐射陶瓷而言，1~5m波段的辐射主要来自于自由载流子的带内跃迁或电子从杂质能级到导带的直接跃迁，大于5m波段的辐射主要归于二声子组合辐射。 刘维良、骆素铭对常温陶瓷红外辐射做了研究，测试的陶瓷样品红外辐射率约0.82~0.94，对不同表面质量的远红外陶瓷釉面也进行了测试，辐射率约 0.6~0.88，并从陶瓷断口SEM照片中得出远红外陶瓷粉在釉中添加量为10wt%时的辐射性能、釉面质量、颜色和成本较佳，其辐射率达到了 0.83，其他性能均达到国家日用瓷标准要求。崔万秋、吴春芸对低温远红外陶瓷块状样品进行了测试，红外辐射率为0.78~0.94。李红涛、刘建学研究发现，常温远红外陶瓷辐射率一般可达0.85，国外Enecoat釉涂料最高辐射率可达0.93~0.94。众多研究均表明，陶瓷材料或釉面本身具有很高的红外辐射率，是其替代传统铝制散热器的一大重要参数。
课程小论文 题目：光电传感器性能参数分析 院 (部) 专业 学生姓名 学生学号 指导教师 课程名称 课程代码 课程学分 起始日期
光电传感器性能参数分析 摘要:在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单，形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 关键字:光电效应、光电元件、光电特性、传感器分类、传感器应用
目录 目录 (3) 1、引言 (4) 2、光电传感器 (4) 3、光电效应 (6) 4、光电传感器的前景 (6) 5、总结 (7) 参考文献 (8)
一、引言 随着工业生产技术的发展，对生产过程中的过程控制要求越来越高，而作为控制系统的核心之一，传感器越来越受工业技术人员的重视。人们对高性能检测技术的发展需求与日俱增。其中非电量测量的受欢迎程度最为广泛，可将距离、位移、振动等信号转换为电信号，并通过这些方法获得被测物体的状态。非电量检测技术分为接触式与非接触式检测。在工业生产环境中，有些场合不适用接触式检测，因为传感器与被测物体的接触，在工业现场环境中会造成被测体损伤、传感器磨损等问题。因此，需要性能良好的非接触式传感器以满足工业需求，相关技术的研究也成为传感器检测技术的发展方向。 光电检测技术作为目前检测技术之一，目前国内对于光电检测的研究已有一些成果，但目前产品还存在着一些问题，例如线性测量范围过短、对现场装配条件要求较高等，距离满足工业现场的要求还存在一定距离。所以，为了解决这些问题，光电效应对传感器性能的影响是很重要的研究方向之一，可以使光电传感器应用在更多的领域，推动光电检测技术的发展。 二、光电传感器 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如下图，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成.光电检测方法具有精度高，反应快,非接触等优点，而且可测参数多,传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 图1光电传感器原理图 光电传感器一般由三部分构成，它们分为:发送器、接收器和检测电路,发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的
1陶瓷压力传感器通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。 陶瓷压力传感器的基本结构 陶瓷压力传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷膜片作为感力弹性体，采用95%的AL2O3瓷精加工而成，要求平整、均匀、质密，其厚度与有效半径视设计量程而定。 瓷环采用热压铸工艺高温烧制成型。陶瓷膜片与瓷环之间采用高温玻璃浆料，通过厚膜印刷、热烧成技术烧制在一起，形成周边固支的感力杯状弹性体，即在陶瓷的周边固支部分应形成无蠕变的刚性结构。 在陶瓷膜片上表面，即瓷杯底部，用厚膜工艺技术做成传感器的电路。陶瓷盖板下部的圆形凹槽使盖板与膜片之间形成一定间隙，通过限位可防止膜片过载时因过度弯曲而破裂，形成对传感器的抗过载保护。 陶瓷压力传感器的产品特性 陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。 电气绝缘程度》2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/f213461593.html,。
功能与应用 远红外陶瓷以能够辐射出比正常物体更多的远红外线（红外辐射率更高）为主要特征功能。利用这一特殊性能，远红外陶瓷的应用主要分为2个方面：高温区的应用和常温区的应用。在高温区主要应用于锅炉的加热，烤漆，木材、食品的加热和干燥等；在常温区主要应用于制造各种远红外保暖材料，如远红外陶瓷粉、远红外陶瓷纤维、远红外陶瓷聚酯，以及远红外功能陶瓷等。如目前一些远红外陶瓷材料已经开始应用于运动训练康复、燃油炉灶节能、室内空气净化以及人体保健方面。利用远红外陶瓷材料对燃油进行红外辐射，可以使燃油的粘度和表面张力降低，利于雾化和充分燃烧。远红外陶瓷涂料（含纳米氧化钛涂料）具有催化氧化功能，在太阳光（尤其是紫外线）照射下，生成OH-，能有效除去室内的苯、甲醛、硫化物、氨和臭味物质，并具有杀菌功能。各类远红外陶瓷涂料在居室、公共建筑物、交通工具上推广应用，将会改善人们的生活环境。 传统制备工艺 远红外陶瓷材料可以分为红外激光材料、红外透射材料和红外辐射材料。其核心技术是原料的选择、配方的比例以及陶瓷的烧结。 传统的远红外陶瓷材料制作工艺是利用具有远红外辐射性能的无机非金属微粉（又称：远红外辐射陶瓷粉）不同的红外光谱特性，经过一定的工艺成型、烧结而成。 传统的远红外陶瓷粉的制备方法有液相沉淀法和固相合成法2种，其基本工艺如下：液相沉淀法制备工艺：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→性能检测→备用。固相合成法工艺：配料称量→球磨混合→高温合成→磨细→过筛→性能检测→备用。烧结主要采用常规烧结或热压烧结。 例如：以石英、长石、硬质高岭土为主要原料，其制备工艺包括：将原料分别粉碎过筛，将灰色千枚岩、黑电气石、石英等与粘合剂混合、造粒、烘干，烧制成陶粒；稀土等如上步骤烧制成陶粒；将石英、长石、滑石分别煅烧制成熟料；将陶粒粉与熟料等经混合等工艺，烧制成远红外陶瓷。 制备工艺新进展
光电式传感器 1.概述 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 2.物理特性 2.1外光电效应 2.1.1光子假设 1887年，赫兹发现光电效应，爱因斯坦第一个成功解释光电效应。爱因斯坦根据普朗克量子假说而进一步提出的光量子，即光子概念，对光电效应研究做出了决定性的贡献。爱因斯坦光子假说的核心思想是：表面上看起来连续的光波是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为n，那么每个 光子的能量为E＝hv, 动量为。 由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是：
(1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子的能量为E = hv，动量 为。由N个光子组成的光子流，能量为N hv。 (2) 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。 根据能量守恒定律，约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动 能，所以对于电子应有： 2.2 内光电效应 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 光电效应：当具有一定能量E的光子投射到某些物质的表面时，具有辐射能量的微粒将透过受光的表面层，赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的电阻大小，或者使其产生电动势，导致与其相连接的闭合回路中电流的变化，从而实现了光—电转换过程。在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应。属于内光电效应的光电转换元件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管等。 2.2.1光电导效应 光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应（又称为光电效应、光敏效应），即光电导效应是光照射到某些物体上后，引起其电性能变化的一类光致电改变现象的总称。当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。
陶瓷传感器概述 由于材料科学的发展，一系列无机非金属材料被用来制造传感器，因为它们的一些性质，例如耐高温性、抗腐蚀能力、耐磨损等，对传感器具有实用价值。 传感器选用陶瓷材料是因为陶瓷材料具有下述性质： 相对而言，通过控制它的成分和烧结条件等手段，陶瓷的微观结构比较容易调节。微观结构对陶瓷的所有特性都有重大影响，包括它们的电学、磁性、光学、热学和机械性能。 由于陶瓷材料的耐高温和抗恶劣环境影响能力很强，所以常常将它们用于高温环境下的处理过程。 陶瓷主要是由价格便宜的材料制备而成的，这就是说用它生产的传感器价格也将比较低廉。 陶瓷的结构特性是和下列因素密切相关的：晶粒(块体)，分隔相邻晶粒的表面(晶粒间界)，分隔晶粒表面和空间的界面，以及结构中的孔隙。由于这些各不相同的特性，既可利用陶瓷块体，也可利用陶瓷表面的性质来制造传感器。 目前已用于传感器制备的陶瓷材料有以下几类： 基于利用其晶粒物理特性的材料。 基于利用其晶粒间界性质的材料。 基于利用其表面特性的陶瓷材料。 有时，无法严格地将某些陶瓷材料归入任何上述类型，因为传感器的工作是基于不止一种的、而是多种特性的综合效应。表1.4示出了按照所利用的材料属性进行的陶瓷传感器分类。一类是在其工作过程中利用陶瓷块体性质的陶瓷传感器，这类传感器具有材料物理性质的特征——介质，压电体，磁性或半导体。在这些传感器中已经达到的材料特性水准已接近单晶材料所具有的特性水准。 表1.4 按所利用的材料属性的陶瓷传感器分类 所利用的属性一般应用功能特性 块体性质热敏传感器 氧气传感器 氧气传感器 负温度系数（NTC）热敏电阻 固体电介质 半导体
实验报告2 ――光电传感器测距功能测试 1．实验目的： 了解光电传感器测距的特性曲线； 掌握LEGO基本模型的搭建； 熟练掌握ROBOLAB软件； 2．实验要求： 能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集，绘制出时间－光强曲线，然后推导出位移－光强曲线及方程。 3．程序设计： 编写程序流程图并写出程序，如下所示：
ROBOLAB程序设计： 4．实验步骤： 1)搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。 2)用ROBOLAB编写上述程序。 3)将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。点击ROBOLAB 的RUN按钮，传送程序。 4)取一红颜色的纸板（或其他红板）竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直 方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。 5)将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT的红色按钮启动小 车，进行光强信号的采样。从直尺上读取小车的位移。 6)待小车发出音乐后，点击ROBOLAB的数据采集按钮，进行数据采集， 将数据放入红色容器。共进行四次数据采集。 7)点击ROBOLAB的计算按钮，分别对四次采集的数据进行同时显示、平 均线及拟和线处理。 8)利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。再利用小车位 移同时间的关系（近似为匀速直线运动），推导出小车位移同光强的关 系表达式。 5．调试与分析 a)采样次数设为24，采样间隔为0.05s，共运行1.2s。采得数据如下所示。
b)在ROBOLAB的数据计算工具中得到平均后的光电传感器特性曲线，如图所示： c)对上述平均值曲线进行线性拟合，得到的光强与时间的线性拟合函数：