傳感器的基本概念教學PPT

1、第第1 1章章 傳感器的基本概念傳感器的基本概念1.1 1.1 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成1.1.定義定義 根據(jù)國家標準（根據(jù)國家標準（gb7665-1987gb7665-1987），傳感器是指能感），傳感器是指能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。輸出信號的器件或裝置。2.2.傳感器的組成傳感器的組成 傳感器一般是利用物理物理、化學化學和生物生物等學科的某些效應(yīng)或機理按照一定的工藝和結(jié)構(gòu)研制出來的。因此，傳感器的組成的細節(jié)有較大差異，但總的說來，傳感器應(yīng)由敏感元傳感器應(yīng)由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助部分組成。件

2、、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助部分組成。 傳感器的組成框圖如下：輸出信號輸出信號被測信號被測信號敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)節(jié)電路信號調(diào)節(jié)電路輔助電路輔助電路 敏感元件敏感元件是指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）與檢測是指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）與檢測出被測對象的待測信息（非電量）的部分。出被測對象的待測信息（非電量）的部分。 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件所感受（或響應(yīng)）是指傳感器中能將敏感元件所感受（或響應(yīng)）出的信息轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測量的電信號的部分。出的信息轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測量的電信號的部分。 （注：并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果敏感元件直接輸

3、出的是電量，它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件，因此，敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩者合一的傳感器是很多的。） 信號調(diào)節(jié)電路信號調(diào)節(jié)電路是能把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便是能把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。 輔助電路輔助電路通常包括電源，即交、直流供電系統(tǒng)。通常包括電源，即交、直流供電系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型物性型物性型復合型復合型按工作機理分類按工作機理分類物理量傳感器物理量傳感器化學量傳感器化學量傳感器生物量傳感器生物量傳感器按被測量量分類按被測量量分類按敏感材料分類有源傳感器無源傳感器按能量的關(guān)系分類其他分類法1 12 2 傳感器的

4、分類傳感器的分類1 1按工作機理分類（）按工作機理分類（）這種分類方法是以其工作原理劃分，將物理、化學和生物等學科的原理、規(guī)律、效應(yīng)作為分類的依據(jù)。（1）結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學的定律等構(gòu)成的，其性能與構(gòu)成材料關(guān)系不大。 這是一類其結(jié)構(gòu)的幾何尺寸（如厚度、角度、位置這是一類其結(jié)構(gòu)的幾何尺寸（如厚度、角度、位置等）在被測量作用下會發(fā)生變化，并可獲得比例于被測非等）在被測量作用下會發(fā)生變化，并可獲得比例于被測非電量的電信號的敏感元器件或裝置。電量的電信號的敏感元器件或裝置。 如，電容式傳感器、電感式傳感器等。 （平行板電容器的電容量為 ， 為介質(zhì)的介電常數(shù)）dac（2）物性型傳感器物性

5、型傳感器是利用物質(zhì)的某種和某些客觀屬性構(gòu)成的，其性能與構(gòu)成材料的不同而有明顯區(qū)別。 這是一類由其構(gòu)成材料的物理特性、化學特性或其構(gòu)成材料的物理特性、化學特性或生物特性直接敏感于被測非電量生物特性直接敏感于被測非電量，并可將被測非電量轉(zhuǎn)換成電信號的敏感元器件或裝置。 由于他的“敏感體”本來就是材料本身，故不存在顯著的結(jié)構(gòu)特征，也無所謂“結(jié)構(gòu)變化”，所以這類傳感器通常具有響應(yīng)快響應(yīng)快的特點；（3）復合型傳感器復合型傳感器是指將中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是指將中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)與物性型敏感元件復合而成的傳感器。與物性型敏感元件復合而成的傳感器。 可見，復合型傳感器實際上是既具有將待復合型傳感器實際上是既具有將待測非電量

6、先轉(zhuǎn)換成中間信號的功能，又具測非電量先轉(zhuǎn)換成中間信號的功能，又具有將該中間信號隨即轉(zhuǎn)換成電信號之功能有將該中間信號隨即轉(zhuǎn)換成電信號之功能的一類敏感元器件或裝置。的一類敏感元器件或裝置。4 4按能量的關(guān)系分類按能量的關(guān)系分類根據(jù)能量關(guān)系分類，可將傳感器分為有源傳感有源傳感器和無源傳感器器和無源傳感器兩大類。 有源傳感器有源傳感器是將非電能量非電能量轉(zhuǎn)換成電能量電能量，稱之為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱為換能器。 無源傳感器無源傳感器又稱為能量控制型能量控制型傳感器。它本身不是一個換能裝置，被測非電量僅對傳感器中的能量起控制或調(diào)節(jié)作用。如，電阻式傳感器。14 傳感器的數(shù)學模型概述1靜態(tài)模型靜態(tài)模型是指在

7、靜態(tài)信號情況下，描述靜態(tài)模型是指在靜態(tài)信號情況下，描述傳感器輸出與輸入量之間的函數(shù)關(guān)系。傳感器輸出與輸入量之間的函數(shù)關(guān)系。2動態(tài)模型動態(tài)模型是指傳感器在準動態(tài)信號或動態(tài)信號（輸入信號隨時間而變化的量）作用下，描述其輸出和輸入信號的一種數(shù)學關(guān)系。1 16 6 傳感器的基本特性傳感器的基本特性傳感器所測量的非電量一般有兩種形式： 一種是穩(wěn)定的，即不隨時間變化或變化及其緩慢，稱為靜態(tài)信號靜態(tài)信號； 另一種是隨時間變化而變化，稱為動態(tài)信號動態(tài)信號。 由于輸入量的狀態(tài)不同，傳感器所呈現(xiàn)出來的輸入-輸出特性也不同，因此存在所謂的靜態(tài)特性和靜態(tài)特性和動態(tài)特性動態(tài)特性。 為了降低或消除傳感器在測量控制系統(tǒng)中的

8、誤差，傳感器必須具有良好的靜態(tài)和動態(tài)特性，才能使信號（或能量）按規(guī)律準確的轉(zhuǎn)換。1靜態(tài)特性靜態(tài)特性表示傳感器在被測各量值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出與輸入的關(guān)系。它主要包括線性度、靈敏度、重復性、它主要包括線性度、靈敏度、重復性、遲滯現(xiàn)象、分辨率、穩(wěn)定性及漂移。遲滯現(xiàn)象、分辨率、穩(wěn)定性及漂移。 線性度線性度 所謂線性度就是其輸出量與輸入量之間的實際曲線所謂線性度就是其輸出量與輸入量之間的實際曲線（校準曲線）偏離（理論擬合）直線的程度。（校準曲線）偏離（理論擬合）直線的程度。又稱為非線性誤差。非線性誤差可用下式表示：00max100fsye式中， max 輸出量和輸入量實際曲線（校準曲線）與（理論）擬合

9、直線之間的最大偏差。 yfs 輸出滿量程量。 理想的傳感器輸出與輸入呈線性關(guān)系。然而，實際的傳感理想的傳感器輸出與輸入呈線性關(guān)系。然而，實際的傳感器即使在量程范圍內(nèi)，輸出與輸入的線性關(guān)系嚴格來說也器即使在量程范圍內(nèi)，輸出與輸入的線性關(guān)系嚴格來說也是不成立的，總存在一定的非線性。是不成立的，總存在一定的非線性。校準曲線擬合直線xymax 靈敏度靈敏度 靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量y y和輸入量和輸入量x x之比之比（線性），或輸出量（線性），或輸出量y y的增量的增量yy和相應(yīng)輸入量和相應(yīng)輸入量x x的增量的增量xx之比（非線性），常用之比（非線性），常用snsn來表

10、示。來表示。即線性傳感器的靈敏度k為一常數(shù)；非線性傳感器的靈敏度k是隨輸入量變化的量。xysn 分辨率（或分辨力）分辨率（或分辨力） 傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)所能檢測輸入量的最小傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)所能檢測輸入量的最小變化量稱為分辨率。變化量稱為分辨率。有時也該值相對滿量程輸入值的百 分數(shù)（ ）表示。存在分辨率的原因有兩個：存在分辨率的原因有兩個：一是輸入的變化量通過傳感器內(nèi)部被吸收，因而反映不到輸出一是輸入的變化量通過傳感器內(nèi)部被吸收，因而反映不到輸出端上去。端上去。二是傳感器輸出存在噪聲。如果傳感器的輸出值比噪聲電平小，二是傳感器輸出存在噪聲。如果傳感器的輸出值比噪聲電平小，就無法把有

11、用信號和噪聲分開。就無法把有用信號和噪聲分開。00min100fsxx2.動態(tài)特性動態(tài)特性是描述傳感器在被測量隨時間變化時的輸出和輸入的關(guān)系。對于加速度等動態(tài)測量的傳感器必須進行動態(tài)特性的研究，通常是用輸入階躍信號和正弦信號時傳感器的響應(yīng)來描述的，因此，對應(yīng)的方法為階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。第第2 2章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 定義：定義：電阻式傳感器是將非電量非電量（如力，位移，形變，速度和加速度等）的變化量的變化量，變換成與之有一定關(guān)系的電阻值的電阻值的變化變化，通過對電阻值的測量達到對上述非電量測量的目的。 電阻式傳感器主要分為兩大類：電位器式電阻傳感器電位器式

12、電阻傳感器以及應(yīng)變片式電阻傳感器應(yīng)變片式電阻傳感器。 主要應(yīng)用：力學參數(shù)的測量主要應(yīng)用：力學參數(shù)的測量( (位移位移、壓力、荷重、加速度壓力、荷重、加速度等等) )。測量非電量變化較大的場合測量非電量變化較小的場合一、線繞式電位器傳感器一、線繞式電位器傳感器 1.1.線繞式電位器的結(jié)構(gòu)和工作原理線繞式電位器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 2.1 電位器式電阻傳感器電位器式電阻傳感器圖圖 2 21 1 工作原理圖工作原理圖等截面線繞式電位等截面線繞式電位器器lr,0uxrx,lhbilr,0uxrx,lrabciuiu圖圖2-2 2-2 電位器負載特性曲線電位器負載特性曲線00.10.20.30.40.

13、50.60.70.80.910.10.20.30.40.50.60.70.80.91ry ykl = 結(jié)論：結(jié)論：k k l l不能太??！不能太??！ 2.2.線繞式電位器的階梯特性及其分辨率線繞式電位器的階梯特性及其分辨率xu u0 0 階梯特性及產(chǎn)生原因階梯特性及產(chǎn)生原因圖圖 2 23 3 階梯特性階梯特性 階梯特性是由滑動觸點階梯特性是由滑動觸點( (電刷電刷) )在移動過程中在移動過程中, , 從一匝滑到從一匝滑到另一匝時電阻值產(chǎn)生突變所引起的。其階躍值另一匝時電阻值產(chǎn)生突變所引起的。其階躍值u為為：iunu1n n 繞線總匝數(shù)繞線總匝數(shù) 電壓分辨率及階梯誤差電壓分辨率及階梯誤差電壓分辨

14、率：電壓分辨率：階梯誤差：階梯誤差：在理想情況下，理論特性曲線均勻穿過實際曲線的階梯，在理想情況下，理論特性曲線均勻穿過實際曲線的階梯，此時的階梯誤差為：此時的階梯誤差為：00001001100nunuriie00001002110021nunueiii分類分類 ( (構(gòu)成材料和按敏感柵的結(jié)構(gòu)特點進行分類構(gòu)成材料和按敏感柵的結(jié)構(gòu)特點進行分類) ) 、金屬電阻應(yīng)變片：絲式及箔式、金屬電阻應(yīng)變片：絲式及箔式 、半導體式電阻應(yīng)變片、半導體式電阻應(yīng)變片 為靈敏度系數(shù)，指單位應(yīng)變所引起的電阻的相對變化。xxsdrdrk21sk應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)2.2 2.2 應(yīng)變式電阻傳感器應(yīng)變式電阻傳感器 上式說明，靈

15、敏系數(shù)由兩個因素決定：一個是受力后材料幾何尺寸的變化（幾何效應(yīng)幾何效應(yīng)）；另一個是受力后材料的電阻率發(fā)生的變化（壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)）。 壓阻效應(yīng)：壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)幾何效應(yīng)幾何效應(yīng)xxsdrdrk21)/()(ldlde壓阻效應(yīng)：指半導體材料，當某一軸向受外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。三、電阻應(yīng)變片應(yīng)變電阻的測量三、電阻應(yīng)變片應(yīng)變電阻的測量)(didurdrx或或 實際使用中均用電測法，即實際使用中均用電測法，即1 1直流電橋法直流電橋法當負載電阻當負載電阻r r l l時，輸出電壓時，輸出電壓u uo o 4332110rrrrrreu2-62-6 4332110rrrrrreu電橋的平衡

16、條件電橋的平衡條件電壓靈敏度電壓靈敏度 34rrn 根據(jù)電橋的平衡條件，在平衡條件下有：根據(jù)電橋的平衡條件，在平衡條件下有：12rrn 實際應(yīng)用中，可用電阻應(yīng)變片來代替實際應(yīng)用中，可用電阻應(yīng)變片來代替r1，設(shè)橋臂比，設(shè)橋臂比n : :3412rrrruo=0 r1r4-r2r3=0 nrrnnrrennrrnnrrerrrrrrrrrrrrerrrrrrrrrreu 1111111111111111341211121134432113241100112011)1 (,1urrnneurr時應(yīng)變片受應(yīng)變作用，電橋從平衡狀態(tài)開始，應(yīng)變片受應(yīng)變作用，電橋從平衡狀態(tài)開始， r 1 r 1+r 1， u

17、o 為：為：xxurrrdrk0112111nnerrusov11rrsuvo令：令：又：又：電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度討論討論eux、0, ,但但e e 的增大受電阻最大允許功耗的限制。的增大受電阻最大允許功耗的限制。 s v是是n 的函數(shù)的函數(shù)取最大值的條件?？梢缘玫接蓈vsns0。即。esrrrrnnnnsvv411011021433max;,)(,平衡時平衡時xsvknnerrsu2110)1 (非線性誤差非線性誤差r ： 定義定義r為為111111112111111111rrnrrrrnnnerrnnnrrnneruuurooo則 金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片r 較小，在要求不高時非線性誤

18、差可以忽略，較小，在要求不高時非線性誤差可以忽略，半導體則必須補償。半導體則必須補償。非線性誤差非線性誤差的補償方法的補償方法差動電橋法差動電橋法a a半橋差動電路半橋差動電路2112rrrr時應(yīng)變?yōu)榱闫胶?(,由于由于n = 1 = 1 所以所以。esrreuv2121110輸出輸出u o為線性，且靈敏度提高了一倍。為線性，且靈敏度提高了一倍。11rr22rr3r4r0u2-7433221111rrrrrrrrreuoenrrnnrre111111111b b全橋差動電路全橋差動電路114433332211110rrerrrrrrrrrrrreu43214312rrrrrrrr時應(yīng)變?yōu)榱闫胶?/p>

19、)(,。esv 輸出輸出u 0為也線性，且靈敏度又提為也線性，且靈敏度又提高了一倍。高了一倍。11rr44rr33rr22rr0u 有些使用條件下，無法構(gòu)成差有些使用條件下，無法構(gòu)成差動電橋時，可以采用下面介紹的恒動電橋時，可以采用下面介紹的恒流源供電的方法進行補償。流源供電的方法進行補償。2-82-83 3電橋輸出電壓的放大電路電橋輸出電壓的放大電路 測量放大器（儀器放大器）測量放大器（儀器放大器） 應(yīng)變測量電橋的開路輸出電壓一般較小，內(nèi)阻很高所以需要高輸入應(yīng)變測量電橋的開路輸出電壓一般較小，內(nèi)阻很高所以需要高輸入阻抗的放大電路與之配接才能獲得較好的線性度。阻抗的放大電路與之配接才能獲得較好

20、的線性度。 特點：輸入阻抗等于運放的差動輸入阻抗特點：輸入阻抗等于運放的差動輸入阻抗( (目前運放的差動目前運放的差動輸入阻抗可以做到輸入阻抗可以做到10109 910101212)，增益調(diào)節(jié)方便。是典型儀器放，增益調(diào)節(jié)方便。是典型儀器放大器電路。大器電路。gfirruu210rrrrfrfrgr0uiu共模抑制比高共模抑制比高圖圖 2-102-102.3 2.3 應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用一、力（荷重）傳感器一、力（荷重）傳感器 1. 1. 柱式力傳感器（柱的截面積為柱式力傳感器（柱的截面積為a a）l lf ff f電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片llx軸向應(yīng)變。軸向應(yīng)變。1111r

21、rkeafeafkkrrsssx eafeafxx ,協(xié)強協(xié)強楊氏模量楊氏模量面積面積：極板間的距離：極板的面積真空中的介電常數(shù)極板間介質(zhì)的相對介數(shù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)da/dadacrr)nmc1085. 8(:212001 - 33.1 3.1 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理電容式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理一、基本工作原理一、基本工作原理1.1.平行板電容器平行板電容器+ +- -d da a平行板電容器平行板電容器電力線忽略了邊緣效應(yīng)忽略了邊緣效應(yīng)第第3章章 電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變變極距型、變面積型和變介質(zhì)型介質(zhì)型三種類型。 一、一、 變極距型電容傳感

22、器變極距型電容傳感器當傳感器的r和a為常數(shù), 初始極距為d0時, 由式（3 - 1）可知其初始電容量c0為0100dac 若電容器極板間距離由初始值d0縮小d, 電容量增大c, 則有 由上式可知, 傳感器的輸出特性c1 =f(d)不是線性關(guān)系, 而是如圖 3- 2 所示雙曲線關(guān)系。 此時c1與d近似呈線性關(guān)系, 所以變極距型電容式傳感器只有在d/d0很小時, 才有近似的線性輸出。 2020000001)(1)1 (1ddddcdddacccr（3 - 4） 另外, 由式（3 - 4）可以看出, 在d0較小時, 對于同樣的d變化所引起的c可以增大, 從而使傳感器靈敏度提高。但d0過小, 容易引起

23、電容器擊穿或短路。 為此, 極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)(如圖 3- 3所示), 此時電容c變?yōu)椋? - 5） 000ddacgg 式中: g云母的相對介電常數(shù), g= 7; 0空氣的介電常數(shù), 0= 1; d0空氣隙厚度; dg云母片的厚度。 云母片的相對介電常數(shù)是空氣的7倍, 其擊穿電壓不小于1000 kv/mm，而空氣的僅為3kv/mm。 因此有了云母片, 極板間起始距離可大大減小。同時, 式（3-5）中的(dg/0g)項是恒定值，它能使傳感器的輸出特性的線性度得到改善。 一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在 20100pf之間, 極板間距離在25200m的范

24、圍內(nèi), 最大位移應(yīng)小于間距的1/10, 故在微位移測量中應(yīng)用最廣。 3.2 電容式傳感器的靈敏度及非線性電容式傳感器的靈敏度及非線性 由以上分析可知, 除變極距型電容傳感器外, 其它幾種形式傳感器的輸入量與輸出電容量之間的關(guān)系均為線性的, 故只討論變極距型平板電容傳感器的靈敏度及非線性。 由式（3 - 3）可知, 電容的相對變化量為00011ddddcc當1/0dd時，則上式可按級數(shù)展開，故得.1 3020000ddddddddcc（3 - 14） 它說明了單位輸入位移所引起輸出電容相對變化的大小與d0呈反比關(guān)系。 由式（3 - 14）可見, 輸出電容的相對變化量c/c與輸入位移d之間呈非線性

25、關(guān)系。當 時，可略去高次項, 得到近似的線性： 1/0dd電容傳感器的靈敏度為001ddcck（3 - 16）00ddcc（3 - 15） 由式（3 - 16）與式（3 - 18）可以看出: 要提高靈敏度, 應(yīng)減小起始間隙d0, 但非線性誤差卻隨著d0的減小而增大。 如果考慮式（3 - 14）中的線性項與二次項, 則)1 (000ddddcc（3 - 17）由此可得出傳感器的相對非線性誤差為%100%100)(020dddddd（3 - 18） 在實際應(yīng)用中, 為了提高靈敏度, 減小非線性誤差, 大都采用差動式結(jié)構(gòu)。圖3 - 8 是變極距型差動平板式電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3-8 差動平板式

26、電容傳感器結(jié)構(gòu) 在差動式平板電容器中, 當動極板位移d時, 電容器c1的間隙d1變?yōu)閐0-d, 電容器c2的間隙d2變?yōu)閐0+d, 則 00211ddcc00111ddcc在d/d01 時, 則按級數(shù)展開: 電容值總的變化量為.)()(1 2402000ddddddcc.)(2)(2250300021ddddddcccc電容值相對變化量為（3 - 24）.)()(1 3020001ddddddcc.)()(1 3020002ddddddcc（3 - 22）（3 - 21） 如果只考慮式（3 - 24）中的線性項和三次項, 則電容式傳感器的相對非線性誤差近似為%100)(%100)(2)(220

27、03dddddd 比較式（3 - 15）與式（3 - 25）及式（3 - 18）與式（3 - 25）可見, 電容傳感器做成差動式之后, 靈敏度提高一倍, 而且非線性誤差大大降低了。 （3 - 25） 課本上靈敏度的定義： 輸出靈敏度的定義：電容量的變化輸出靈敏度的定義：電容量的變化c與引起與引起該變化的機械位移該變化的機械位移l (d )的比值的比值:dclc 單電容20001dadcdc差動電容2000212dadcdcdblc 1. 1. 平板型變極距型電容式傳感器的輸出靈敏度平板型變極距型電容式傳感器的輸出靈敏度 2. 2. 平板型變面積的線位移傳感器的輸出靈敏度平板型變面積的線位移傳感

28、器的輸出靈敏度3.3 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路 電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小, 這樣微小的電容量還不能直接為目前的顯示儀表所顯示, 也很難為記錄儀所接受, 不便于傳輸。這就必須借助于測量電路檢出這一微小電容增量, 并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。 電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路調(diào)頻電路、運算放大器式電路運算放大器式電路、二極管二極管雙雙t型交流電橋型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路等。 一、一、 調(diào)頻測量電路調(diào)頻測量電路 調(diào)頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當輸入量導致電容量發(fā)生變化時, 振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。

29、lcf21式中: l振蕩回路的電感; c振蕩回路的總電容，c=c1+c2+c0c。 其中, c1為振蕩回路固有電容; c2為傳感器引線分布電容; c0c為傳感器的電容。 圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為: 當被測信號為0時, c =0, 則c =c1+c2+c0, 所以振蕩器有一個固有頻率f0, (3 - 28) 當被測信號不為 0 時, c0, 振蕩器頻率有相應(yīng)變化, 此時頻率為 lcccf)(210210fflccccf0021)(21二、二、 運算放大器式電路運算放大器式電路 運算放大器的放大倍數(shù)k非常大, 而且輸入阻抗zi很高。運算放大器的這一特點可以使其作為電容式傳感器的比較理想的測量電路

30、。 圖 3 - 10 是運算放大器式電路原理圖。iu0ucx ：為電容式傳感器, ：是交流電源電壓, ：是輸出信號電壓;- -kcxc0 0u0 0ui運算放大器測量電路aixxxuccucjzcjz00001,100zzuuxixixxdacuudac00由運算放大器工作原理可得式中 “-” 號表示輸出電壓 的相位與電源電壓 反相。 式（3 - 31）說明運算放大器的輸出電壓與極板間距離 d 呈線性關(guān)系。運算放大器電路解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題。但要求zi及k足夠大。 為保證儀器精度, 還要求電源電壓 的幅值和固定電容c值穩(wěn)定。 0uiuxidacuu00（3 - 31）

31、iu 四、四、 脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路 脈沖寬度調(diào)制電路如下圖所示。 圖中c1、c2為差動式電容傳感器，電阻r1=r2，a1、a2為比較器。a1a2urr1r2c1d1d2c2q qq qacbda3+v-vu0r-s 觸發(fā)器觸發(fā)器脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路cccccc0201,1、工作過程：、工作過程： 設(shè)加電初態(tài)設(shè)加電初態(tài) 則則c1充電。開始時刻，充電。開始時刻，vc、vd ur a2輸出低電平輸出低電平 c1 經(jīng)經(jīng)d1放放電電 vc ur a1輸出低電平輸出低電平 c2 經(jīng)經(jīng)d2放放電電 vd ur， a1恢復高電平。同時恢復高電平。同時c1充電。充電。 c1充電時間充電

32、時間t1 c2充電時間充電時間t201qq；10qq；01qq；圖 各點電壓波形圖第第4章章 電感式傳感器電感式傳感器本章主要介紹：自感式、互感式、電渦流式三種傳感器本章主要介紹：自感式、互感式、電渦流式三種傳感器原理：原理：x(位移、流量、振動）l(自感）或m（互感）u（i）（具有線圈繞組）（具有線圈繞組）電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)4.1 4.1 變磁阻式傳感器（自感傳感器）變磁阻式傳感器（自感傳感器）一、一、結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理 基本結(jié)構(gòu)（如圖）基本結(jié)構(gòu)（如圖）, ,其電感量其電感量 l:l鐵芯鐵芯線圈線圈銜鐵銜鐵空氣隙的磁阻鐵芯、銜鐵的總磁阻磁路中的總磁阻線圈匝數(shù)。:,rrrnrrrrnl

33、fmfmm222:,220200anrnlrraarf由于：氣隙面積?？諝獾膶Т怕剩粴庀秾挾?；2220200anrnlrraarf由于：氣隙面積?？諝獯艑?；氣隙寬度；:, 可見，自感l(wèi)f (a，) 如果s保持不變，則l為的單值函數(shù)，構(gòu)成變隙式自感變隙式自感傳感器傳感器； 若保持不變，使 a 隨位移變化，則構(gòu)成變截面式自感變截面式自感傳感器傳感器。圖圖 變間隙式電感傳感器變間隙式電感傳感器l-特性特性三、輸出特性三、輸出特性 具有非線性的輸出特性。具有非線性的輸出特性。（1）當銜鐵上移）當銜鐵上移時時, 傳感器氣隙減小傳感器氣隙減小, 即即=0, 則此時則此時輸出電感為輸出電感為l = l0+

34、l ： 當/ 1時, 可將上式用泰勒級數(shù)展開.)()()(1 3020000llll.)()(1 20000ll00002012lanlll.)()(1 20000ll （2）當銜鐵下移時, 傳感器氣隙增大, 即=0, 則此時輸出電感為l = l0l。.)()(1 20000ll.)()(1 20000ll00ll00lls1-1-鐵芯；鐵芯；2-2-線圈；線圈；3-3-銜鐵；銜鐵；l1l20uacu0r0r四、差動自感傳感器四、差動自感傳感器( (非線性補償非線性補償) )1 1結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 ouacu2 2 輸出特性輸出特性當銜鐵向上移動時，兩個線圈的電感變化量當銜鐵向上移

35、動時，兩個線圈的電感變化量ll1 1、ll2 2 .)()()(1 302000101llll銜鐵上移42002130200020212.)()()(1 llllllll差動輸出000022llllk002ls 75502505075100l/mh/mm10025ld3211234-結(jié)論：結(jié)論：差動式為簡單式電感傳感器靈敏度的差動式為簡單式電感傳感器靈敏度的2 2倍。倍。非線性減小。非線性減小。簡單式電感傳感器非線性誤差簡單式電感傳感器非線性誤差 ， 差動電感傳感器的非線性誤差為差動電感傳感器的非線性誤差為 ?？朔囟鹊韧饨绻材Ｐ盘柛蓴_。克服溫度等外界共模信號干擾。020 2211;zlzl)

36、(2)(22221022021021212110002110anlanlulllluljljljurrrzzzuuacacacac3 3、測量電路、測量電路 （1） 交流電橋交流電橋l1l20uacu0r0r4.2 4.2 互感式傳感器互感式傳感器( (差動變壓器式傳感器）差動變壓器式傳感器） 在在自感式傳感器中自感式傳感器中不能太大，否則漏磁的影響將使輸出性能嚴重不能太大，否則漏磁的影響將使輸出性能嚴重劣化。所以大位移測量時常采用劣化。所以大位移測量時常采用互感式傳感器。互感式傳感器。一、一、結(jié)構(gòu)、工作原理及結(jié)構(gòu)、工作原理及等效電路等效電路b b初級線圈初級線圈次級線圈次級線圈鐵芯鐵芯1、螺

37、管式差動變壓器的結(jié)構(gòu)、螺管式差動變壓器的結(jié)構(gòu)-活動銜鐵；活動銜鐵；-導磁外殼；導磁外殼；-骨架；骨架；-匝數(shù)為匝數(shù)為w1初級繞組；初級繞組；-匝數(shù)為匝數(shù)為w2a的次級繞組；的次級繞組；-匝數(shù)為匝數(shù)為w2b的次級繞組的次級繞組mmm21同相。與同相，與。處于中心位置時當2002121100212102121210;0;0;0,uuuuummbuuuuummbuuummbuuu2、電原理圖：、電原理圖：二、零點殘余電壓二、零點殘余電壓 當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值(從零點幾mv到數(shù)十mv)存在，稱為零點殘余電壓零

38、點殘余電壓。如圖是擴大了的零點殘余電壓的輸出特性。零點殘余電壓的存在造成零點附近的不靈敏區(qū)；0e2x-xe20消除零點殘余電壓方法：消除零點殘余電壓方法：1從設(shè)計和工藝上保證結(jié)構(gòu)對稱性從設(shè)計和工藝上保證結(jié)構(gòu)對稱性 為保證線圈和磁路的對稱性，首先，要求提高加工精度，線圈選配成對，采用磁路可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。其次，應(yīng)選高磁導率、低矯頑力、低剩磁感應(yīng)的導磁材料。并應(yīng)經(jīng)過熱處理，消除殘余應(yīng)力，以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。 2選用合適的測量線路選用合適的測量線路 差動整流電路相敏檢波電路 圖圖 全波差動整流電壓輸出電路全波差動整流電壓輸出電路 三、三、測量電路測量電路 1.1.差動整流電路差動整流電路整流原理

39、整流原理 把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流, 然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。輸出電壓輸出電壓 不論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何。（不論正負半周）002682426824uuueeuuueecdabcdab銜鐵下移銜鐵上移。2222168222112468242pppplrmuulrmuuuuu鐵芯下移。鐵芯上移。,0,;,0,;0,22122102122221168242ummummummlrmmuuuuppttt24u86u2u000鐵心在零位以上tt000t24u86u2u鐵心在零位tt000t24u86u2u鐵心在零位以下未加相敏整流器和加相敏整流器的電橋輸出、輸入特

40、性曲線未加相敏整流器和加相敏整流器的電橋輸出、輸入特性曲線如圖。如圖。 圖圖 非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較(a) (a) 非相敏整流電路；（非相敏整流電路；（b b） 相敏整流電路相敏整流電路4.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理, 塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時, 導體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。 按照電渦流在導體內(nèi)的貫穿情況, 此傳感器可分為高頻高頻反射式反射式和低頻透射式低頻透射式兩類, 但從基本工作原理上來說仍

41、是相似的。 電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、度、速度、 應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量, 另外另外還具有體積小，靈敏度高，還具有體積小，靈敏度高， 頻率響應(yīng)寬等特點，頻率響應(yīng)寬等特點， 應(yīng)用極其廣應(yīng)用極其廣泛。泛。 二、二、 基本特性基本特性 電渦流傳感器簡化模型如下圖所示。模型中把在被測金屬導體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)，即假設(shè)電渦流僅分布在環(huán)體之內(nèi)，模型中 h 由以下公式求得)(5000cmfhr導體電阻率(cm)；r導體相對磁導率；f交變磁場頻率(hz)。三、三、 電渦

42、流式傳感器的應(yīng)用電渦流式傳感器的應(yīng)用1. 低頻透射式渦流厚度傳感器低頻透射式渦流厚度傳感器 右圖所示為透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。 在被測金屬的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈l1， 在被測金屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈l2。 當在l1上加低頻電壓u1時，則l1上產(chǎn)生交變磁通1，若兩線圈間無金屬板，則交變磁場直接耦合至l2中，l2產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2。 如果將被測金屬板放入兩線圈之間，則l1線圈產(chǎn)生的磁通將導致在金屬板中產(chǎn)生電渦流。 此時磁場能量受到損耗，到達l2的磁通將減弱為, 從而使l2產(chǎn)生的感應(yīng)電壓u2下降。金屬板越厚, 渦流損失就越大, u2電壓就越小。 因此, 可根據(jù)u2電壓的大小得知被測金屬板

43、的厚度, 透射式渦流厚度傳感器檢測范圍可達1100mm, 分辨率為0.1m, 線性度為 1%。第5章 熱電式傳感器熱電式傳感器是將溫度溫度變化轉(zhuǎn)換成電量電量變化的裝置。電阻電阻鉑電阻、熱敏電阻鉑電阻、熱敏電阻電勢電勢熱電偶熱電偶晶體管半導體集成電路溫度傳感器晶體管半導體集成電路溫度傳感器晶體管特性變化晶體管特性變化 兩種不同的導體或半導體a和b組合成如圖所示閉合回路，若導體a和b的連接處溫度不同（設(shè)tt0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。 這種現(xiàn)象早在1821年首先由賽貝克（seebeck）發(fā)現(xiàn),所以又稱賽貝克效應(yīng)。5.1 熱電偶 回路

44、中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。和接觸電勢。熱電偶原理圖tt0ab熱端冷端 一、工作原理由導體材料a、b組成的閉合回路，其接點溫度分別為t、t0,如果tt0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：btatnnektln00ln0btatnnektdtttba0)(t0teab(t)eab(t0)ea(t,t0)eb(t,t0)ab3. 回路總電勢),(),()()(),(0000ttettetetettebaabababnat、nat0導體a在結(jié)點溫度為t和t0時的電子密度； nbt、nbt0導體b在結(jié)點溫度為t和

45、t0時的電子密度；a 、 b導體a和b的湯姆遜系數(shù)。eab(t,t0)=eab(t )-eab(t0 )=f(t )-c=g(t )在工程應(yīng)用中，常用實驗的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。由公式可得：eab(t, t0)= eab(t)-eab(t0) = eab(t)-eab(0)-eab(t0)-eab(0) = eab(t，0)-eab(t0，0) 熱電偶的熱電勢，等于兩端溫度分別為熱電偶的熱電勢，等于兩端溫度分別為t 和零度以及和零度以及t0和零和零度的熱電勢之差。度的熱電勢之差。)()(),(00tetetteababab忽略溫差電勢使為t0常數(shù)導體材料確定后，熱電勢

46、的大小只與熱電偶兩端的溫導體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使度有關(guān)。如果使e eabab( (t t0 0)=)=常數(shù)，則回路熱電勢常數(shù)，則回路熱電勢e eabab( (t t，t t0 0) )就只與溫度就只與溫度t t有關(guān)，而且是有關(guān)，而且是t t的單值函數(shù)，這就是利的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。用熱電偶測溫的原理。熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細無關(guān)。只有用不同性質(zhì)的導體(或半導體)才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因為當a、b兩種導體是同一種材料時，ln(na/nb)=0，也即eab(t，t0)=0。結(jié)論

47、： 在熱電偶ab回路中插入第三種材料c ，只要插入材料兩端的溫度相同，對熱電偶的總熱電勢沒有影響。eab（t1, t2）=eab（t1）-eab（t2）(a)(b)t2t1aabc23eabat023abeabt1t2 ct0t0t0第三種材料接入熱電偶回路圖2. 中間導體定律 二、熱電偶基本定律 eab（t, t0）= eac（t, t0）+ ecb（t, t0）t0teba(t,t0)bat0teac(t,t0)act0tecb(t,t0)cb3、標準電極定律如果任意兩種導體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：4、中間溫度定律 如果不

48、同的兩種導體材料組成熱電偶回路,其接點溫度分別為t1、t2(如圖所示)時,則其熱電勢為eab(t1, t2)；當接點溫度為t2、t3時，其熱電勢為eab(t2, t3)；當接點溫度為t1、t3時，其熱電勢為eab(t1, t3)，則bba t2 t1 t3 aab eab（t1, t3）=eab（t1, t2）+eab（t2, t3）eab（t1,t3）=eab（t1, 0）+ea b（0, t3） =eab（t1, 0）-eab（t3, 0）=eab（t1）-eab（t3） abt1t2t2abt0t0熱電偶補償導線接線圖e對于冷端溫度不是零度時，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。如當t2=

49、0時，則：只要t1、t0不變，接入ab后不管接點溫度t2如何變化，都不影響總熱電勢。這便是引入補償導線原理。eab=eab(t1)eab(t0)說明：當在原來熱電偶回路中分別引入與導體材料a、b同樣熱電特性的材料a、b(如圖)即引入所謂補償導線時，當eaa(t2)=ebb(t2)，則回路總電動勢為方法u 冰點槽法u 計算修正法u 補正系數(shù)法u 零點遷移法u 冷端補償器法u 軟件處理法四、冷端處理及補償原因l熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；l熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。1. 1. 冰點槽法

50、冰點槽法 把熱電偶的冷端置于冰水混合物容器里，使t0=0。這種辦法僅限于科學實驗中使用。為了避免冰水導電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。四、冷端處理及補償mvababtcc儀表銅導線試管補償導線熱電偶冰點槽冰水溶液t05. 冷端補償器法 利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由r1、r2、r3(錳銅絲繞制)、rcu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。 設(shè)計時，在0下使電橋平衡(r1=r2=r3=rcu)，此時uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。 冷端補償器的作用注意：橋臂注意：橋臂rcu必須和熱電偶的

51、冷必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。端靠近，使處于同一溫度之下。 mveab(t,t0)t0t0tab+-abuuabrcur1r2r3rt0 ua uab eab(t,t0)供電4v直流，在040或-2020的范圍起補償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補償器，其中的限流電阻r不一樣，互換時必須重新調(diào)整。5.2 熱電阻 熱電阻是利用導體的電阻隨溫度的變化而變化的特性測量溫度的。做熱電阻的材料必須具備以下特點：1、電阻溫度系數(shù)要盡可能的大和穩(wěn)定2、電阻率高3、電阻與溫度最好成線性，并在較寬的測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì)。一、鉑電阻溫度傳感器 利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化

52、的原理設(shè)計研制成的?？蓽y量和控制200650范圍內(nèi)的溫度，也可作對其他變量(如：流量、導電率、ph值等)測量電路中的溫度補償。有時用它來測量介質(zhì)的溫差和平均溫度。它具有比其他元件良好的穩(wěn)定性和互換性。目前，鉑電阻上限溫度達850。在0630.74范圍內(nèi)，鉑電阻的電阻值與溫度的關(guān)系為 在1900范圍內(nèi)為： 式中 r0、rt溫度為0及t時的鉑電阻的電阻值； a、b、c分度系數(shù)，其中： a= 3.94010-2-1 b= 5.8410-7-2 c=4.2210-12-4rt=r0（1+at+bt2）rt=r01+at+bt2+c(t-100) t3 二、二、 銅熱電阻銅熱電阻trrt101 320c

53、tbtatrrt圖 熱電阻測溫電橋的三線連接法（圖中（圖中g(shù)為指示電表、為指示電表、r1，r2、r3為固定為固定電阻、電阻、ra為零位調(diào)節(jié)為零位調(diào)節(jié)電阻）電阻）5.2.2 測量電路測量電路 熱電阻溫度計最常用的測量電路是電橋電路熱電阻溫度計最常用的測量電路是電橋電路rt為熱電阻為熱電阻, r1 、r2、r3為引線電阻為引線電阻, r1 、r2為兩橋臂電阻為兩橋臂電阻,r1=r2 ,r3為調(diào)整電為調(diào)整電橋的精密電阻。橋的精密電阻。m表內(nèi)阻很大，故電流近似為零。當表內(nèi)阻很大，故電流近似為零。當ua=ub時電橋平衡。若使時電橋平衡。若使r1=r2 ,則則r3=rt,就可消除引線電就可消除引線電阻的影

54、響。阻的影響。rt5.3 5.3 熱敏電阻熱敏電阻 熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為： 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ptc） 電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡稱ptc熱敏阻器。它的主要材料是摻雜的batio3半導體陶瓷。 2負溫度系數(shù)熱敏電阻器（ntc） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡稱ntc熱敏電阻器。它的材料主要是一些過渡金屬氧化物半導體陶瓷。 3突變型負溫度系數(shù)熱敏電阻器（ctr） 該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低34個數(shù)量級，即具有很大負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)。其主要材料是vo2并添加一些金屬氧化物。（一）熱敏電阻器

55、的電阻溫度特性（rtt） 1234鉑絲4060120 1600100101102103104105106rt/溫度t/c熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線1-ntc；2-ctr； 3-4 ptc四、熱敏電阻器主要特性tt與rtt特性曲線一致。rt、rt0溫度為t、t0時熱敏電阻器的電阻值； bn ntc熱敏電阻的材料常數(shù)。由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的ntc熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于450），都能利用該式，它僅是一個經(jīng)驗公式。 1 負電阻溫度系數(shù)(ntc)熱敏電阻器的溫度特性011exp0ttbrrnttntc的電阻溫度關(guān)系的一般數(shù)學表達式為：0ln11ln0t

56、ntrttbr 對熱敏電阻進行線性化處理的最簡單方法是對熱敏電阻進行線性化處理的最簡單方法是用用溫度系數(shù)很小的精密電阻溫度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串或并聯(lián)與熱敏電阻串或并聯(lián)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)(常稱為線性化網(wǎng)絡(luò)常稱為線性化網(wǎng)絡(luò))代替單個熱敏電代替單個熱敏電阻，其等效電阻與溫度呈一定的線性關(guān)系。阻，其等效電阻與溫度呈一定的線性關(guān)系。五、五、 熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理(1) 溫敏二極管溫敏二極管 特點：當電流特點：當電流i恒定，在一定溫度范圍內(nèi)，恒定，在一定溫度范圍內(nèi)，u t（線性）（線性） 不同的工作電流，不同的工作電流，ut關(guān)系不同。但總是線性關(guān)系。關(guān)系

57、不同。但總是線性關(guān)系。1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:9-jun-2010 sheet of file:e:畢業(yè)設(shè)計2010文正崔靖mydesign4.ddb drawn by:r11.5kr210kr34.7kr410kr58.2kr65.6kr750w12kw21k741dt9.1vt1t2+15v加熱器5.4 ic溫度傳感器 電壓型ic溫度傳感器； 電流型ic溫度傳感器; 數(shù)字輸出型ic溫度傳感器。 電壓型ic溫度傳感器是將溫度傳感器基準電壓、緩沖放大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為10

58、mv；另外,由于其具有輸出阻抗低，故不適合長線傳輸。這類ic溫度傳感器特別適合于工業(yè)現(xiàn)場測量。 電流型ic溫度傳感器的輸出電流正比于熱力學溫度，即的輸出電流正比于熱力學溫度，即1a/k1a/k；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗。出阻抗。其值可達10m。這為遠距離傳輸深井測溫提供了一種新型器件。（二）電流型溫度傳感器 ad5901伏安特性工作電壓：4v30v，i 為一恒流值輸出，itk，即kt標定因子，ad590的標定因子為1a/ i = kt tk 4v30v0i/au/vad590伏安特性曲線-55+25+150218298423

59、550 150 273.2ai/ atc / cad590溫度特性曲線2溫度特性其溫度特性曲線函數(shù)是以tk為變量的n階多項式之和，省略非線性項后則有:tc攝氏溫度；i 的單位為a。 可見，當溫度為0時，輸出電流為273.2a。在常溫25時，標定輸出電流為298.2a。i=kttc273.2（三）數(shù)字輸出型ic溫度傳感器 美國dallas公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器ds1820，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理。 由于每片ds1820含有唯一的串行序列號，所以在一條總線上可掛接任意多個ds1820芯片。 從ds1820讀出的信息或?qū)懭雂s1820的信息，僅需要一根口線（單總線接口單

60、總線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的ds1820供電，而無需額外電源。 ds1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。、 ds1820ds1820的特性的特性 單線接口：僅需一根口線與僅需一根口線與mcumcu連接連接； 無需外圍元件； 由總線提供電源； 測溫范圍為-55125，精度為0.5； 九位溫度讀數(shù)； a/d變換時間為200ms； 用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報警值，且能夠識別具體報警傳感器。2、 ds1820引腳及功能引腳及功能 gnd：地； vdd：電源電壓 dq：數(shù)據(jù)輸入輸出腳(單線接口，可作寄生供電) 某些物質(zhì)沿某一方向