传感器基本知识

1、、温度测量的基本概念 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间 接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点） 和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力 学温标和国际实用温标。摄氏温标（C）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中 间划分100等份，每等分为摄氏1度，符号为C。华氏温标（F）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中 间划分180等份每等份为华氏1度符号为F。热力学温标（符号T）又称开尔文温标（符号K），或绝对温标，它规定分子运动停 止时的温度为绝对零度。国际温标：国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复 现精度高，使用方便。目前国际通用的温标是1975年第 15届国际权度大会通过的1968年国际实用温标-1975年修订版，记为：IPTS-68（REV-75）。但由于IPTS-68 温度存在一定的不捉，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989 年会议通过1990年国际ITS-90, ITS-90温标替

2、代IPS-68。我国自1994年1月1日 起全面实施ITS-90国际温标。a、温度单位：热力学温度是基本功手物理量，它的单位开尔文，定义为水三相点 的热力学温度的1/273.16，使用了与273.15K （冰点）的差值来表示温度，因此现在 仍保留这个方法。根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可用摄氏度或开尔 文来表示。国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度（符号T90）和国际摄氏温度（符号 t90）。b、国际温标ITS-90的通则：ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射 实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的即在全量程，任何于温度采纳时T的 最佳估计值，与直接测量热力学温度相比T90的测量要方便的多，而且更为精密， 并且有很高的复现性。c、ITS-90 的定义：第一温区为0.65K到5.00K之间，T90由3He和4He的蒸汽压与温度的关系式来定 义。第二温区为3.0K到氖三相点（24.5661K）之间T90是氦气体温度计来定义。第三温区为平蘅氢三相点（13.8033K）到银的凝固点（961.78C ）之间，T90是由铂 电阻温度计来定义，它使用一组规

3、定的定义内插法来分度。银凝固点（ 961.78C） 以上的温区，T90是按普朗克辐射定律来定义的，复现仪器为光学高温计。、度测量仪表的分类 温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪 表比较简单、可靠、测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交 金刚，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温 材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来 测量温度的，测量元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制， 也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测 量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。三、传感器的选用国家标准 GB7665-87 对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规 律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种 检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成 为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记 录和控制等要求。它是实现自动检测和自

4、动控制的首要环节。（一）、现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象 以及测量环境合理选用传感器，是在进行某个量时首先要解决的问题。当传感器确 定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型：要进行一个具体的测量工作，首先 要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即 使测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，那一种原理的传感器更为合 适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下具体问题：量程的大小； 被测位置对传感器的体积要求；测量方式为接触式或非接触式；信号的引出方法， 有线或是非接触测量；传感器的来源，是进口还是国产的，价格能否接受，还是自 行研制。2、灵敏度的选择：通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好， 因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号才比较大有利于信号处理。但 要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放 大系统放大，影响测量精度，因此要求传感器本身

5、具有很高的信躁比，尽量减少从 外界引入的厂忧信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对 其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器，如果被测量是多维向量， 则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。3、频率响应特性：传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频 率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有一定的延迟，希望延迟 越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性 的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点（稳态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。（二）测温器：1、热电阻：热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度 高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它不广泛应用于工业测温，而 且被制成标准的基准仪。 热电阻测温原理及材料：热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增 加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由金属材料制成，目前应用最多的是铂 和铜，此外，现在已开始采用铑、镍、锰等材料制造热电阻。 热电阻测温系统的组成：热电阻测

6、温系统一般由热电阻、连接导线和数码温度控 制显示表等组成。必须注意两点： “热电阻和数码温度控制显示表的分度号必须一致； 为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采取三线制接法。”2、热敏电阻： NTC 热敏电阻器，具有体积小，测试精度高，反应速度快，稳定可 靠，抗老化，互换性，一致性好等特点。广泛应用于空调、暖气设备、电子体温计 液位传感器、汽车电子、电子台历等领域。3、热电偶：热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质影响。 测量范围广。常用的热电偶从-50+1600C均可连续测量，某些特殊热电偶最低 -269C（如金铁镍铬），最高可达+2800C（如钨-铼）。 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和 开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。（1）热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A 和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形 成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。（2）热电

7、偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标 准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分 度表，主要用于某些特殊场合的测量。我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T 七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。（3）热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离 都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自 由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补 偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本 身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修 正方法来补偿冷端温度to丸。C时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意 型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100C。四、我国在温控领域的八大

8、进展我国仪器仪表在实现微型化、数字化、智能化、集成化和网络化等方面紧跟国际发 展的步伐，加大具有自主知识产权部分的开发研制及产业化的力度，取得了显著的 进展。其中，值得提出的重大科技进展主要包括以下八个方面：1. 先进工业自动化仪器仪表及系统实现了模块化与全数字集成，达到产业化要 求，广泛用于钢、电、煤、化、油、交通、建筑、国防、食品、医药、农业、环保 等领域，向具有自主知识产权方向迈出了坚实的一步。2. 智能式系列测试仪器与自动测试系统的研究及产业化水平大幅度提高，组建 了航空航天测试、机电产品测试、家用电器测试、地震监测、气象探测、环境监测 等各行业的自动测试系统。总体水平达到国外先进产品水平，而售价明显低于国外 产品。3. 微波毫米波矢量网络分析仪研制成功及批量生产，标志着我国成为继美国之 后世界第二个能生产此类高精尖仪器的国家。4. 研究开发出有自己特色的纳米测控及微型仪器，碳纳米管的定向制备及结构 与物理性质的探测居世界领先地位。5完成完整的电学量子标准和1.5x105级国家电能标准装置，使我国电计量标 准处于国际先进水平。6. 开展了具有自主知识产权的科学仪器攻关，提升了我

9、国科学仪器的整体水平。7. 建立了产学研相结合、国内外相结合的发展机制，拓宽了科学仪器的应用领 域，如开发成功海关防伪票证的光谱仪器，在全国海关推广后，累计查获假票证价 值 540 亿元，为国家挽回巨大经济损失。国产科学仪器的市场占有率由“八五”期间 的 13%提高到“九五”末期的 25%。8. 高强度聚焦超声肿瘤治疗系统研制成功并批量生产，超声医疗仪器在肿瘤无 创治疗方面具有国际领先优势。五、液晶屏三怕 （一）、怕水千万不要让任何带有水分的东西进入LCD。当然，一旦发生这种情况也不要惊慌失 措。如在开机前发现只是屏幕表面有雾气，用软布轻轻擦掉就可以了。然后再开机。如果水分已进入LCD，那就把LCD放在温暖的地方。比如说台灯下，将里面的水 分蒸发掉。如果发生屏幕“泛潮”的情况比较严重时，普通用户还是打电话请服务商 帮助解决，因为，较严重的潮气会损害LCD的元器件，会导致液晶电极腐蚀，造成 永久性损坏。（二）、怕撞击尊重LCD脆弱性。在使用清洁剂的时候也要注意，不要把清洁剂直接喷到屏幕上， 它有可能流到LCD内部造成短路。正确的做法是用软布粘上清洁剂轻轻擦试屏幕。 记住，LCD的抗撞击力的能力很小。许多晶体和灵敏的电器元件在遭受撞击时会损 坏。

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