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1、传感器 概述 2013-8-30 什么是传感器 传感器的组成 传感器的分类 传感器的一般要求 传感器的应用与发展 传感器之概述 传感器的功用是一 感 二 传 ， 即感受被测信息，并传送出去 什么是传感器 以一定 精确度 把 被测量 转换 为与之有确定对应关系的， 便于应用的 某种物理量 的测量装置。 传感器：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 国家标准（ GB7665-87） 传感器： 四层含义： （ 1）传感器是一种 测量器件或装置 （ 2）感受“ 规定的 被测量信息”： 物理量 化学量 生物量 什么是传感器 （ 3）转换成“ 可用输出信号 ” （ 4）“ 按
2、照 一定 规律转换 ”： 传感器的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量 电量 非电量 传感器转换机理不同，输出与输入有对应关系，且应有一定的准确程度。 什么是传感器 sensor transducer detector 发送器、传送器、变送器、检测器、 探头 狭义： 把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。 广义： 借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种 信息的装置。 物理量 电量 外 界 对 象 大脑 肢体 PC 执行器 感官 （刺激） 传感器 （信号） 人体系统 机器系统 耳、鼻、眼、舌、皮肤 物理的、化学的、生物的、电量的 什么是传感器
3、什么是传感器 传感器的组成 传感器的分类 传感器的一般要求 传感器的应用与发展 传感器之概述 敏感元件： 直接感受被测量，并输出与被测量成确定关 系的某一物理量的元件。 转换元件： 敏感元件的输出是它的输入，把输入的被测量 转换成电路参量。 基本转换电路： 上述电路参量输入基本转换电路（简称转 换电路），便可转换成电量输出。 辅助电源 传感器的组成 敏感元件 转换元件 基本转换电路 被测量 输出量 传感器的组成 是传感器吗？ 是传感器吗？ 是传感器吗？ 怎么用？ 怎么用？ 怎么用？ 非电量传感系统 电量传感系统 传感器 是传感器吗？ 怎么用？ 传感系统 控制器 传 感 器 被 测 对 象 被测
4、量 可用信号 信 号 处 理 显 示 记 录 传感器的组成 传感系统 什么是传感器 传感器的组成 传感器的分类 传感器的一般要求 传感器的应用与发展 传感器之概述 传感器的分类 被测量类别 被 测 量 热工量 温度、热量、比热； 压力、压差、真空度； 流量、流速、风速 机械量 位移（线位移、角位移）、尺寸、形状； 力、力矩、应力； 重量、质量； 转速、线速度； 振动幅度、频率、加速度、噪声 几何量 长度、厚度、角度、直径、间距、形状； 粗糙度、硬度、材料缺陷等 工业检测中涉及的物理量分类 传感器的分类 被测量类别 被 测 量 电工量 电压、电流、频率、电阻、电容、电感 物性和成分量 气体化学成
5、分、液体化学成分； 酸碱度（ PH值）、盐度、浓度、粘度； 密度、比重 状态量 颜色、透明度、磨损量、材料内部裂缝或缺陷、气体泄漏、表面质量 工业检测中涉及的物理量分类 传感器的分类 分类方法 传感器的种类 说明 按输入量分类 位移传感器、温度传感器 、压力传感器等 传感器以被测物理量命名 按工作原理分类 应变式、电容式、电感式 、压电式、热电式 传感器以工作原理命名 按物理现象分类 结构型传感器 传感器依赖其结构参数变化实现信息转换。 如：电容式或电压式传感器 物性型传感器 传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现 信息转换。如：水银温度计 按能量关系分类 能量转换型传感器 传感器直接将被测量
6、的能量转换为输出量的 能量。如：热电偶温度计 能量控制型传感器 由外部供给传感器能量，而由被测量来控制 输出的能量。如：电阻应变片 按输出信号分类 模拟式传感器 输出为模拟量 数字式传感器 输出为数字量 传感器的分类 一、温度传感器 表示温度大小的尺度，是温度的标尺。 温标 几种温标 热力学温标 国际实用温标 摄氏温标 华氏温标 开尔文温标，用符号 K表示。 1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用 t表示，其单位是开尔文，符号为 K。 1K定义为水三相点热力学温度的 1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度， 热力学温标规定三相点温度为 273.16
7、K，这是建立温标的惟一基准点。 T=t+273.15 K t=T-273.15 用得较少，规定在标准大气压下冰的融点为 32华氏度，水的沸点为 212华氏度，中间等分为 180份，每一等份称为华氏一度，符号用 。 n= 5/9 (m-32) 传感器的分类 一、温度传感器 温度传感器 接触式 非接触式 辐射式温度计： (红外测温） 热释电温度传感器： 铜热电阻 -50200oC 铂热电阻 -180600oC 镍热电阻 -50100oC K型： 01000oC R型： 2001400oC J型： 0600oC E型： - 200700oC 热电阻 : 热敏电阻 : 热电偶 : 集成温度传感器： N
8、TC,PTC,CTR: -200300oC -55150oC -801500oC 01000oC 传感器的分类 一、温度传感器 传感器 直接 与被测物体 接触 进行温度测量，由于被测物体的 热量传递 给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体 热容量较小时 ， 测量精度较低 。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提 条件是被测物体的热容量要足够大 。 接触式 利用被测物体 热辐射 而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行 遥测 。其 制造成本较高 ， 测量精度却较低 。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快 等。 非接触式 传感器的分类 一
9、、温度传感器 分 类 特 征 传 感 器 名 称 超高温 1500 以上 光学高温计、辐射传感器 高温 1000 1500 光学高温计、辐射传感器、热电偶 中高温 500 1000 光学高温计、辐射传感器、热电偶 中温 0 500 低温 -250 0 极低温 -270 -250 BaSrTiO3陶瓷 晶体管、热敏电阻、压力式温度计 测 温 范 围 热电偶、热电阻、热敏电阻等 1、热电阻 传感器的分类 一、温度传感器 金属 ？ ？ 金属导体的电阻值随温度变化 敏感元件 原理 要求 ？ 1）电阻温度系数要大且稳定，电阻值与温度间应有 良好的线性关系 2）电阻率高，热容量小，反应速度快 3）材料的复
10、现性和工艺性好，价格低 4）在测温范围内化学物理性能稳定 通常采用 铂 、 铜 和 镍 做热电阻。目前在工业中应有最广的是铂和铜，并已做成标准测温热电阻。 大多数金属导体随温度而变化的关系为： Rt=Ri 1+(t-ti) Rt, Ri 分别为 t ( )和 ti( ) t 被测温度（ ）； 热电阻的 电阻温度系数 （ 1 ）；对于绝大多数 金属， 值不是常数，而是与温度有关的函数。 1、热电阻 传感器的分类 一、温度传感器 热电阻的电阻温度系数（ 1 ） 1、热电阻 传感器的分类 一、温度传感器 001 0 01 00 RRR 一般材料的温度系数 并非常数，在不同的温度下具有不同的数值。 因
11、此常用 代表 0 100 之间的 平均温度系数 ，其中 R100表示 100 时的电阻值，R0 表示 0 时的电阻值。 越大，热电阻的灵敏度越高，测量温度时越易得到准确的结果。 dtdRR1定义：温度变化 1时电阻值的相对变化量，根据定义，常表示为： 1、热电阻 铂电阻 传感器的分类 一、温度传感器 铂电阻与温度的关系： 在 0 630.74 以内为 Rt =R0(1+At+Bt2) -190 0 以内为 Rt =R0 1+At+Bt2+C(t-100)t3 Rt t 时的电阻值； R0 0 t 任意温度值； A,B,C 温度系数，手册查找。 特点： 稳定性好、准确度高、性能可靠。 测温范围：
12、 -200850 0C 应用： 广泛应用于工业和实验室中 按国际温标 IPTS-68规定， 在 -259.34630.73 温域内，以铂电阻温度计作基准器 。 常用的铂电阻有 Pt10、 Pt50、 Pt100、 Pt500、 Pt1000等 ，下标表示铂电阻在 0 时的阻值 （ ） 。 1、热电阻 铂电阻 传感器的分类 一、温度传感器 温度 电阻 快速查找？ 分度表 1、热电阻 铂电阻 传感器的分类 一、温度传感器 Pt100的分度表 温度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电阻值 () -200 18.52 -190 -180 -170 -160 -150 22.83 27.10 3
13、1.34 35.54 39.72 22.40 26.67 30.91 35.12 39.31 21.97 26.24 30.49 34.70 38.89 21.54 25.82 30.07 34.28 38.47 21.11 25.39 29.64 33.86 38.05 20.68 24.97 29.22 33.44 37.64 20.25 24.54 28.80 33.02 37.22 19.82 24.11 28.37 32.60 36.80 19.38 23.68 27.95 32.18 36.38 18.95 23.25 27.52 31.76 35.96 -140 -130 -12
14、0 -110 -100 43.88 48.00 52.11 56.19 60.26 43.46 47.59 51.70 55.79 59.85 43.05 47.18 51.29 55.38 59.44 42.63 46.77 50.88 54.97 59.04 42.22 46.36 50.47 54.56 58.63 41.80 45.94 50.06 54.15 58.23 41.39 45.53 49.65 53.75 57.82 40.97 45.12 49.24 53.34 57.41 40.56 44.70 48.83 52.93 57.01 40.14 44.29 48.42 52.52 56.60 -90 -80 -70 -60 -50 64.30 68.33 72.33 76.33 80.31 63.90 67.92 71.93 75.93 79.91 63.49 67.52 71.53 75.53 79.51 63.09 67.12 71
