《财务管理实务（第2版）》电工与电子技术电子商务电子课件第三章 常用传感器ppt

1、PPT模板下载：/moban/行业PPT模板：/hangye/节日PPT模板：/jieri/PPT素材下载：/sucai/PPT背景图片：/beijing/PPT图表下载：/tubiao/优秀PPT下载：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/资料下载：/ziliao/PPT课件下载：/kejian/范文下载：/fanwen/试卷下载：/shiti/教案下载：/jiaoan/字体下载：/ziti/电子课件第三章常用传感器第三章 常用传感器及其调理电路罗利文 常用传感器及其调理电路1传感器概述2金属温度传感器3热电偶4热敏电阻5霍尔传感器6磁阻传感器*7电场测量探头*8电涡流传感器*9压电传感器10光电传感器11电容式传感器12电感式传感器13差动传感器与测量电桥常用传感器及其调理电路1传感器概述2金属温度传感器3热电偶4热敏电阻5霍尔传感器6磁阻传感器7电场测量探头8电涡流传感器9压电传感器10光电传感器11电容式传感器12电感式传感器13差动传感器与测量电桥5Page.传感器什么是传感器？什么是传感器？能感受规定的被

2、测量并按一定的规律转换成可用输出信能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置号的器件或装置传感器的特点传感器的特点对被测量具有较好的灵敏度和最佳的选择性输出信号适合远距离传送，如电信号、光信号和气动信号输入输出关系有规律，可复现Page.6传感器的地位传感器处于测量系统的最前端，起着获取信息与转换信息的重要作用。具有联网能力的传感器是物联网的终端节点传感器信号调理模数转化计算机显示结果7Page.传感器分类按被测量的按被测量的性质分类性质分类机械量：位移、力、(角)速度、加速度、重量等；电气量：电压、电流、功率、频率等；热工量：温度、压力、流量、液位、物位、流速等；化学量：浓度、粘度、湿度、气体的组分、液体的组分等；光学量：光强、光通量、辐射能量等；生物量：血糖、血压、酶等；按输出量的按输出量的性质分类性质分类电参数型：电阻式，电感式电容式电量型热电式、压电式、光电式、磁电式等按能量关系按能量关系分类分类能量转换型如热电偶、光电池等。能量控制型如R、L、C电参数型传感器。按信号转化按信号转化方式分类方式分类结构型转换元件结构参数变化实现信号转换，常包括敏感元件和变换

3、器如MEMS加速度传感器物性型以转换元件物理特性变化实现信号转换如热电阻，热电偶Page.8传感器的组成结构（结构型传感器）敏感元件转换元件转换电路被测量输出量举例：MEMS加速度传感器ADXL203的结构原理9Page.变送器什么是什么是变送器变送器？将被测量按一定规律转化为标准输出信号标准输出信号的装置标准输出信号标准输出信号标准电流信号：420mA电流环(长距离传输的抗干扰能力强)标准电压信号：15V(DC)(适于传输给多个其它测量环节)标准气动信号：20100kPa变送器的特点变送器的特点变送器一般在输入端连接传感器输出信号标准化，而传感器输出一般是非标小信号变送器常常具有数字通信口，例如RS-232C、RS-485、HART，可以在线设置变送器的测量范围等参数上：温度变送器实物下：接线图输入：RTD三线制，热电偶两线制输出：4-20mA电流环Page.10某品牌电压变送器：某品牌电流变送器：电力变送器举例常用传感器及其调理电路1传感器概述2金属温度传感器3热电偶4热敏电阻5霍尔传感器6磁阻传感器7电场测量探头8电涡流传感器9压电传感器10光电传感器11电容式传感器12电感式传

4、感器13差动传感器与测量电桥Page.12工作原理工作原理正温度系数：金属导体的电阻率随温度变化而增大典型金属热电阻典型金属热电阻铂电阻铜电阻金属温度传感器Pt100的静态特性13Page.一般要求温度系数、电阻率较高提高灵敏度，体积小，反应快理化性能稳定提高稳定性和准确性，复现性好良好的输入-输出特性线性/接近线性，测量准确度高良好的工艺性批量生产，降低成本较大的测温范围特别是在低温范围适合的材料纯金属-铂、铜、镍、铁金属热电阻材料Page.14铂电阻(Pt)Pt100元件元件三线制铠装三线制铠装Pt100温度电极温度电极1.结构结构金属铂丝绕在绝缘骨架上制成绕线电阻2.2.输入输出特性输入输出特性：近似：近似线性线性 0+850：0-200：3.特点特点Pros：在高温和氧化介质中性能稳定，工艺性好Cons：成本较高，温度系数偏小，非线性4.接线制接线制两线制：电极引线短，引线电阻可忽略三线制：电极引线长，需考虑引线电阻四线制：消除接触电阻（Kelvin夹原理）用Kelvin夹进行四线制接线Page.151.结构结构金属铜丝绕在绝缘骨架上制成绕线电阻2.2.输入输出特性输入输出特性

5、：近似：近似线性线性 -50+150：Cu50、Cu100对应的R0=50、100欧姆3.特点特点Pros：成本较低，工艺性好Cons：高温易被氧化，易被腐蚀，电阻率低，非线性比Pt大4.接线制接线制两线制：电极引线短，引线电阻可忽略三线制：电极引线长，需考虑引线电阻四线制：消除接触电阻（Kelvin夹原理）铜电阻(Cu)绕线式铜电阻三线制铠装热电阻电极Page.16热电阻技术参数n分度号铂电阻：Pt100，Pt50铜电阻：Cu100，Cu50n函数式：热电阻类别热电阻类别分度号分度号铂电阻Pt1001.3850.011000.1Pt1001.3850.01500.5铜电阻Cu1001.4280.011000.05Ct501.4280.01500.05A/B/2C/3灵敏度灵敏度 铂电阻3.90810-3-5.80110-7-4.27310-123.910-3铜电阻4.28910-3-2.13310-71.23310-94.310-3Page.17PT100的分度表-200+850PT100 的的测测温温范范围围18Page.n测量范围及测量精度n允通电流：通过热电阻中的工作电流应小于

6、5mA，以避免自热效应产生影响n时间常数:与测温热电阻达到被测温度所需的时间有关。测温电极的质量和热容比越小，时间常数越小铠装的Pt100电极比的Pt100本身的时间常数大很多热电阻类别测量范围（）分度号允许偏差铂电阻-200+420Pt100A级Pt50B级铜电阻-50+100Ct50热电阻技术参数Page.19温度信号放大温度信号放大电路电路举例：双举例：双恒流源+热电阻1.双恒流源调理电路输出电压为：2.三运放构成典型的仪表放大器：三运放构成仪表放大电路双恒流源电路输出差分电压Page.20举例：RTD热电阻采用三线制和四线制测温RL1，RL2，RL3，RL4代表接线电阻代表接线电阻常用传感器及其调理电路1传感器概述2金属温度传感器3热电偶4热敏电阻5霍尔传感器6磁阻传感器7电场测量探头8电涡流传感器9压电传感器10光电传感器11电容式传感器12电感式传感器13差动传感器与测量电桥Page.22n1821年，Seeback将两种不同的金属导体A和B串接成闭合回路，当两个结点处于不同温度，即TT0时，他发现附近的小磁针发生了偏转，于是，他认为是温差产生了磁场。n后来，奥斯特证明在回

7、路中产生与两结点温差有关的热电势，这一现象仍被称为Seeback效应。Seeback效应热电效应示意图T热端温度T0冷端温度TT0Page.23n帕尔帖效应：帕尔帖效应：不同金属导体接触，自由电子由于浓度不同而在接触面附近出现扩散现象，从而形成一个稳定的电位差，叫做帕尔帖电帕尔帖电势或势或接触电动势。大小可表示为大小可表示为 ：式中：k波尔兹曼常数，为1.3810-16；T 接触处的绝对温度；e 电子电荷数；NA、NB 金属A、B的自由电子密度。帕尔帖效应和接触热电势自由电子密度不同自由电子密度不同扩散扩散电势电势（帕尔帖效应）（帕尔帖效应）Page.24n汤姆逊效应：在一根匀质的金属导体中，如果两端温度不同，高温端自由电子的扩散速率比低温端自由电子的扩散速率大，温度较高的一边因失去电子而带正电，温度较低的一边因得到电子而带负电，从而形成了温差电势n当导体两端的温度分别为T、T0时，温差电势可由下式表示：n式中AA导体的汤姆逊系数汤姆逊效应和温差热电势Page.25n对于匀质导体A、B组成的热电偶，其总电势为接触电势与温差电势之和n用式子可表示为热电势Page.26结论必须由两种不同的

8、材料才能构成热电偶如果热电偶两结点温度相同，则回路中的总电势必等于零。热电势的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸、形状及沿电极温度分布无关。热电效应Page.27C可换为仪表、连接导线或测量电路。在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会影响热电偶的热电动势。C中间导体定律28Page.热电偶输出冷端=T1冷端补偿电势冷端=0热电势冷端=0中间温度定律令T0=0,则有：第1次查表根据T1查分度表得到冷端补偿电第2次查表根据热电势查分度表得到温度T29Page.举例:已知A、B组成的热电偶在（1000C，00C）时热电势为1mV，A、B组成的热电偶在（10000C，00C）时热电势为10mV。则它们在（10000C，1000C）时的热电势为：10-1=9mV该定律为分度表的制定提供了理论依据，只要列出参考温度为0时热电势和温度关系，可计算出参考温度不为0的热电势。中间温度定律Page.30 n 分度号：代表热电偶的类型共8种：S，R，B，K，E，J，T，Nn热电偶的静态特性：国家标准中用分度表给出分度表是用表格的方式列出温度与热电动势的对应关系，

9、并指定参考温度为0C。热电偶的分度号与分度表K型热电偶分度表（参考端温度为参考端温度为0C）未铠装的热点偶铠装的热点偶电极31Page.允许误差允许误差热电偶的热电势温度关系对分度表的最大偏差测量范围测量范围不同分度号的热电偶，有不同的使用温度极限，最高可达1700度热响应时间热响应时间也称时间常数，用来表示热电偶对温度变化响应快慢的热惰性参数。热响应时间用或0.5表示。热电偶的主要技术参数32Page.热电偶输出的电动势是热端温度T与冷端温度T0之差的函数。分度表要求T0保持为0，但在实际中做到这一点很困难，于是产生了热电偶冷端补偿问题。0恒温法冷端温度实时采集+软件计算修正法硬件自动补偿法冷端温度补偿33Page.将热电偶冷端置于将热电偶冷端置于0的恒温器内，使其工作状态的恒温器内，使其工作状态与分度表状态一致，测出电势后查分度表直接得与分度表状态一致，测出电势后查分度表直接得到热端温度值。到热端温度值。0恒温法34Page.无须保持冷端温度T0恒定，而是采用其它测温手段实时测量当前冷端温度T0，进行补偿,具体步骤如下(以T型热电偶为例）：EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EA

10、B(T0,0)（1）测T0，若T0=40。（2）测EAB(T,T0)2.202mV（3）查分度表：EAB(T0,0)EAB(40,0)1.611mV（4）加法运算：EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,0)=EAB(T,40)+EAB(40,0)2.202+1.6113.813mV（5）查分度表：EAB(T,0)=3.813mV热端温度T=90即被测温度。冷端温度实时采集+计算修正法Page.35n 基本思路基本思路在热电偶回路中串入一个补偿的电动势，自动补偿热电偶测量过程中因冷端温度不为0而引起热电势的变化值。n 实例1一种简易的自动补偿电桥电路如右图。硬件冷端温度自动补偿法调整电阻电桥参数和电源E，使得Ubd=EAB(T0,0)EAB(T,T0)+Ubd=EAB(T,0)T36Page.+5V单电源供电时，J型热电偶（AD594）或K型热电偶（AD595）的测温范围为0C+300C。可以提供10mV/C的温度传递特性将正电源从+5V提高到+15V可以将测温范围扩展到750C（对于J型热电偶AD594）或1250C（对于K型热电偶AD595）冷端自动补偿实例2：热电偶专

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