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1、1第四节第四节 光电传感器光电传感器第三节第三节 湿度传感器湿度传感器第二节第二节 温度传感器温度传感器第一节第一节 非电量电测技术概述非电量电测技术概述第六节第六节 非电量电测系统非电量电测系统第五节第五节 其他传感器及检测技术其他传感器及检测技术2一、传感器的作用一、传感器的作用二、传感器的基本性能二、传感器的基本性能三、传感器的选择原则三、传感器的选择原则四、关于测量误差四、关于测量误差3第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述非电物理量非电物理量机械量、热工量、化工量、状机械量、热工量、化工量、状 态量。态量。非电量电测技术非电量电测技术将各种非电量变换为电量将各种非电量变换
2、为电量 ，而后，而后用电测技术的方法用电测技术的方法进行测量的方法。进行测量的方法。非电量电测系统测量电路放大器显示或记 录装置传感器获取的 信息转换后 的信息物理量、化学 量和生化量大多数转换 为电信号4第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述传感器：传感器：借助于检测元件（敏感元件）借助于检测元件（敏感元件）接收接收 一种形式的信息，并按一定的规律将它转换成一种形式的信息，并按一定的规律将它转换成 另一种形式的信息的装置。另一种形式的信息的装置。测量电路：测量电路：把传感器的把传感器的输出转换为电压或输出转换为电压或 电流信号，进行放大或其它处理。电流信号，进行放大或其它处理。
3、将被测非电量变换为与其成一定比例关系的将被测非电量变换为与其成一定比例关系的 电量。电量。将传感器输出的电信号进行处理，使之适合将传感器输出的电信号进行处理，使之适合 于显示、记录及和微型计算机的联接。于显示、记录及和微型计算机的联接。如阻抗变换、隔离屏蔽、放大、调制与调如阻抗变换、隔离屏蔽、放大、调制与调 解、滤波、解、滤波、A/DA/D和和D/AD/A转换等。转换等。测录装置：测录装置：各种电工测量仪表、示波器、自各种电工测量仪表、示波器、自 动记录仪、数据处理器及控制电机等。动记录仪、数据处理器及控制电机等。5一、传感器的作用第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述应用十分广泛
4、：应用十分广泛：工业、农业、军事、宇航工业、农业、军事、宇航 、环保、生物医学、基础科学研究等。 、环保、生物医学、基础科学研究等。 如办公设备和家用电器中的传感器越来越如办公设备和家用电器中的传感器越来越 多。复印机中就有位移、照度、温度测量等多。复印机中就有位移、照度、温度测量等 传感器上百个。传感器上百个。已发展成为一种专门的科学技术。已发展成为一种专门的科学技术。有力地促进技术水平的提高。 有力地促进技术水平的提高。6二、传感器的基本性能第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述1.1.定义定义 被测量的各个值处于稳态或随被测量的各个值处于稳态或随 时间非常缓慢地变化的状态下，
5、传感器时间非常缓慢地变化的状态下，传感器输出输出 与输入信号之间的关系与输入信号之间的关系。（一）静态特性（一）静态特性2.2.表示方式：表示方式：曲线、数学表达式、表格。曲线、数学表达式、表格。基本性能：基本性能：输入特性输入特性输出特性输出特性静态特性静态特性 动态特性动态特性静态特性静态特性动态特性动态特性7第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述3.衡量静态特性的主要参数(1)(1)测量范围：测量范围：各种传感器都有一定测量范围各种传感器都有一定测量范围 ，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的 误差或造成传感器的损坏。误差或造成传感器
6、的损坏。(2)(2)线性度：线性度：传感器实际测出的输出、输入曲传感器实际测出的输出、输入曲 线与某一拟合直线不吻合的程度，也称线与某一拟合直线不吻合的程度，也称非线性非线性 误差。误差。(3)(3)灵敏度：灵敏度：传感器在稳态下，输出变化量与传感器在稳态下，输出变化量与 输入变化量之比，称为输入变化量之比，称为静态灵敏度静态灵敏度。即为实际。即为实际 工作曲线的斜率。工作曲线的斜率。8第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述(4)(4)迟滞：迟滞：传感器的输入信息由小到大的输入传感器的输入信息由小到大的输入 输出特性，与输入信息由小到大的输入输出特性，与输入信息由小到大的输入- -
7、输出输出 特性不一致的程度。特性不一致的程度。(5)(5)重复性：重复性：重复性表示传感器在输入信息按重复性表示传感器在输入信息按 同一方向（单调增大或减小）连续作全量程多同一方向（单调增大或减小）连续作全量程多 次测量时，所得的输入次测量时，所得的输入- -输出特性不一致的程度输出特性不一致的程度 。(6)(6)稳定性：稳定性：传感器在较长时间工作下输出量传感器在较长时间工作下输出量 的变化，称为传感器时间工作稳定性，简称稳的变化，称为传感器时间工作稳定性，简称稳 定性一。这是由于敏感元件和传感器部件的特定性一。这是由于敏感元件和传感器部件的特 性随时间增长而产生时效等原因造成的。性随时间增
8、长而产生时效等原因造成的。9第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述（二）动态特性 1.1.定义定义输出随时间变化的响应特性。输出随时间变化的响应特性。2.2.时间常数：时间常数：厂家给出时间常数厂家给出时间常数，越越 小，小，动态动态动态动态性能越好。性能越好。10三、传感器的选择原则第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述应正确选择传感器及测量电路：应正确选择传感器及测量电路：因为一个待因为一个待 测量往往有测量往往有多种不同的检测方法多种不同的检测方法；而同一种检；而同一种检 测方法又测方法又可用于测量不同的待测量。可用于测量不同的待测量。 应根据使用要求和传感器的特
9、性来选择：应根据使用要求和传感器的特性来选择：主主 要要求和特性要要求和特性 测量精度及稳定性、静态或测量精度及稳定性、静态或 动态测量、灵敏度和量程范围、工作条件和使动态测量、灵敏度和量程范围、工作条件和使 用环境、输出方式（模拟输出或数字输出）、用环境、输出方式（模拟输出或数字输出）、 经济指标。经济指标。11四、关于测量误差第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述传感器误差大小对测量精度高低影响很大。1.1.按表示方法分类：按表示方法分类：按不同分类共有按不同分类共有3 3类类8 8种种：绝对误差：某物理量测得值绝对误差：某物理量测得值X X与其真值与其真值A A0 0的差。的
10、差。相对误差：绝对误差相对误差：绝对误差X X与真与真值值值值A A0 0之比。之比。满度相对误差：绝对误差 满度相对误差：绝对误差X X与与仪仪仪仪表表满标满标满标满标 值值值值X Xmm之比。之比。12第一节第一节 非电量电侧技术概述非电量电侧技术概述2.2.按误差的性质分类：按误差的性质分类：系统误差、随机误系统误差、随机误 差、粗大误差。差、粗大误差。3.3.按被测量与时间的关系分类：按被测量与时间的关系分类：静态误差静态误差 、动态误差。、动态误差。引用误差：若引用误差：若X Xmm为为为为仪表量程内的最仪表量程内的最 大绝对误差。大绝对误差。13一、半导体热敏电阻及其应用一、半导体
11、热敏电阻及其应用二、热电偶及其应用二、热电偶及其应用三、集成温度传感器及其应用三、集成温度传感器及其应用14温度温度是表征物体冷热程度的物理量。是表征物体冷热程度的物理量。2.2.类型：类型：常见的有常见的有热敏电阻、热电偶、热敏电阻、热电偶、PNPN结结 型温度传感器、石英温度传感器、热辐射传感型温度传感器、石英温度传感器、热辐射传感 器等。其数量居各种传感器中之首。器等。其数量居各种传感器中之首。1.1.特点：特点：对非温度物理量不敏感、性能可靠、对非温度物理量不敏感、性能可靠、 重复性好、精度较高。重复性好、精度较高。第二节第二节 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器是利用敏感元件随
12、温度变化是利用敏感元件随温度变化 的某种物理特性而将的某种物理特性而将温度变化转换为电量变化温度变化转换为电量变化 的装置。的装置。15第二节第二节 温度传感器温度传感器 一、半导体热敏电阻及其应用一、半导体热敏电阻及其应用半导体热敏电阻半导体热敏电阻利用半导体材料的电阻率利用半导体材料的电阻率 随温度变化的性质制成的温度敏感元件。随温度变化的性质制成的温度敏感元件。 分类：分类：1.1.正温度系数（正温度系数（PTCPTC）热敏电阻：）热敏电阻：当当温度超温度超 过某一数值时，电阻值快速增大。用于彩电消过某一数值时，电阻值快速增大。用于彩电消 磁、各种电器设备的过热保护、发热源的定温磁、各种
13、电器设备的过热保护、发热源的定温 控制等的定温控制。控制等的定温控制。2.2.负温度系数（负温度系数（NTCNTC）热敏电阻：）热敏电阻：有很高的负有很高的负 电阻温度系数，特别适合于电阻温度系数，特别适合于-100-100 300300之间测之间测 温。温。用于用于点温、表面温度、温差、温场等测量，点温、表面温度、温差、温场等测量， 和自动控制及电子线路的热补偿线路中。和自动控制及电子线路的热补偿线路中。3.3.临界温度系数（临界温度系数（CTRCTR）热敏电阻：）热敏电阻：在某个在某个 临界温度值上电阻急剧变化。用于温度开关。临界温度值上电阻急剧变化。用于温度开关。16（一）热敏电阻的主要
14、特性电阻与温度之间的关系电阻与温度之间的关系 ，是一条指数曲线。，是一条指数曲线。R RT T温度为温度为T T的电阻值，的电阻值，R R1 1温度为温度为20200 0C C时的电阻时的电阻 值（称为额定电阻值（称为额定电阻R R2020），），为热敏电阻常数，通为热敏电阻常数，通 常取常取3000K3000K5000K5000K（KK为绝对为绝对温度单位温度单位）。）。1.1.温度特性温度特性第二节第二节 温度传感器温度传感器（1 1）表达式）表达式17第二节第二节 温度传感器温度传感器（2 2）热敏）热敏电阻的温度系数：电阻的温度系数：热敏电阻在某热敏电阻在某 一温度下，其本身温度变化一
15、温度下，其本身温度变化1 10 0时，电阻值的时，电阻值的 变化率与它本身的电阻值之比。变化率与它本身的电阻值之比。（3 3）特点：）特点：灵敏度高，电阻值大，测量线路灵敏度高，电阻值大，测量线路 简单，不需要考虑引线长度带来误差。简单，不需要考虑引线长度带来误差。NTCNTC型热敏电阻的电阻温度系数：型热敏电阻的电阻温度系数：182.伏安特性U （）在稳定状态下，通过热敏电阻的电流在稳定状态下，通过热敏电阻的电流I I与其与其 两端之间的电压两端之间的电压U U的关系。的关系。第二节第二节 温度传感器温度传感器19优点： 优点：电阻温度系数大、体积小、热惯性小、电阻温度系数大、体积小、热惯性
16、小、 结构简单、可做成各种形状。结构简单、可做成各种形状。第二节第二节 温度传感器温度传感器注意：注意：当热敏电阻的电流很小时其伏安特性当热敏电阻的电流很小时其伏安特性 符合欧姆定律，是曲线的线性上升段；当电流符合欧姆定律，是曲线的线性上升段；当电流 增大到一定值时，引起热敏电阻自身温度升高增大到一定值时，引起热敏电阻自身温度升高 ，出现了负阻特性，即虽电流增大电阻却减小，出现了负阻特性，即虽电流增大电阻却减小 ，端电压反而下降。因此，在具体使用中，端电压反而下降。因此，在具体使用中，应应 尽量减小通过热敏电阻的电流，以减小自热效尽量减小通过热敏电阻的电流，以减小自热效 应的影响应的影响。20缺点： 缺点：同一型号产品的特性和参数差别大，同一型号产品的特性和参数差别大， 因而互换性差。热电特性的非线性给使用带来因而互换性差。热电特性的非线性给使用带来 不便，需要进行线性转换时，应考虑非线性的不便，需要进行线性转换时，应考虑非线性的 修正问题。修
