(機艙自動化)()

1、課 件第三章 傳感器與監(jiān)視報警第一節(jié) 船舶常用傳感器第二節(jié) 火災報警系統(tǒng)第三節(jié) 機艙監(jiān)視與報警系統(tǒng) 課 件q3.1 船舶常用傳感器船舶常用傳感器3.1.1 傳感器的分類及靜態(tài)參數(shù)傳感器的分類及靜態(tài)參數(shù)3.1.2 變送器概念及標準信號類型變送器概念及標準信號類型3.1.3 溫度傳感器溫度傳感器3.1.3.1 熱電阻溫度傳感器（PT100和Cu50）3.1.3.2 熱電偶溫度傳感器3.1.3.3 半導體溫度傳感器（NTC、PTC與CTR）3.1.4 壓力傳感器壓力傳感器3.1.4.1 硅壓力傳感器基本原理3.1.4.2 壓電效應基本知識3.1.4.3 電阻應變效應及應用3.1.4.4 霍爾式傳感器

2、的基本原理3.1.4.5 電感式傳感器基本原理3.1.4.6 電容式壓力傳感器的基本原理3.1.4.7 渦流式壓力傳感器的基本原理3.1考試大綱考試大綱課 件q3.1.1 傳感器的分類及靜態(tài)參數(shù)傳感器的分類及靜態(tài)參數(shù) 傳感器傳感器（Transducer/sensor）（換能器或變換器）（換能器或變換器） “能感受（或響應）規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成能感受（或響應）規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由的器件或裝置，通常由敏感元件和和轉(zhuǎn)換元件組成組成”。 -傳感器通用術語傳感器通用術語(GB7665-87) 3-1 船舶常用傳感器船舶常用傳感器課 件（Sens

3、itive element）：能直接感受（或響應）被測量的部分，并輸出與被測量成確定關系的可用非電量的元件。如：應變式壓力傳感器的彈性膜片，其作用將壓力轉(zhuǎn)換為彈性膜片的變形。（ Transduction element ）：又稱傳感元件，指傳感器中能將直接感受或響應的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號部分。如：應變式壓力傳感器中的應變片，其作用將彈性膜片的變形轉(zhuǎn)換為電阻的變化。有些傳感器將敏感元件和轉(zhuǎn)換元件合二為一，例如：壓電、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等。課 件u按工作原理分類 容易判斷采用的原理，電阻式、電感式、電容式、壓電式、容易判斷采用的原理，電阻式、電感式、電容式、壓電式、光電式、光

4、纖、磁敏式、激光、超聲波等傳感器。光電式、光纖、磁敏式、激光、超聲波等傳感器。u按被測物理量分類 將原理不同但作用相同的歸為一類，如溫度傳感器、壓將原理不同但作用相同的歸為一類，如溫度傳感器、壓力傳感器，液位傳感器力傳感器，液位傳感器u按能量的傳遞方式分類n能量變換型（有源傳感器）：能量變換型（有源傳感器）：傳感器直接由被測對象傳感器直接由被測對象輸入能量使其工作。一般附有力學系統(tǒng)。輸入能量使其工作。一般附有力學系統(tǒng)。n能量控制型（無源傳感器）能量控制型（無源傳感器）：傳感器從外部獲得能量：傳感器從外部獲得能量使其工作，由被測量的變化控制外部供給能量的變化。使其工作，由被測量的變化控制外部供給

5、能量的變化。一般不可逆，無力學系統(tǒng)。一般不可逆，無力學系統(tǒng)。3.1.1.1 傳感器的分類傳感器的分類課 件課 件p傳感器的基本特性：傳感器的輸入輸出關系特性。 是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關系的外部表現(xiàn)p輸入信號分為：穩(wěn)態(tài)、動態(tài)p對應傳感器特性：靜態(tài)特性、動態(tài)特性p一般表示方法：數(shù)學表達式、特性曲線、表格；響應時間 傳感器的一般特性： 靜態(tài)特性 動態(tài)特性3.1.1.2 傳感器的靜態(tài)參數(shù)傳感器的靜態(tài)參數(shù)課 件靜態(tài)特性：當被測信息處于穩(wěn)定狀態(tài)時，若輸入量維持不變或發(fā)生較為緩慢的變化，則輸入量與輸出量之間的關系。衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度、分線性度、靈敏度、分辨力（率）、重復性、遲滯（辨力（

6、率）、重復性、遲滯（回差滯環(huán)回差滯環(huán)）、準確度）、準確度/ /精度、正確度、精密度精度、正確度、精密度等。它們是衡量傳感器優(yōu)劣的指標。課 件n線性度（Linearity）（非線性誤差） 傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關系能否像理想系統(tǒng)那樣保持的線性關系的一種度量。傳感器非線性大小評定方法傳感器非線性大小評定方法 靜態(tài)特性曲線可通過實際測試獲得。首先在標準工作狀態(tài)下，用標準儀器設備對傳感器進行標定（測試），得到其輸入輸出實測曲線，即校準(標定)曲線，然后作一條理想直線，即擬合直線，校準曲線與擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比，稱為傳感器的非線性誤差（或線性度）課 件 在采

7、用直線擬合線性化時，傳感器的輸出輸入校正曲線與其擬合曲線間最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差，通常用相對誤差表示。max. .100%F SY 非線性誤差傳感器滿量程輸出的平均值校準曲線與擬合直線間最大偏差 非線性誤差/線性度. .F SYmax課 件xySn靈敏度靈敏度(sensitivity) 靈敏度指輸出的增量與輸入的增量之比，即：n重復性（重復性（repeatability） 重復性指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)多次測試所得輸出特性曲線的不一致性程度。maxx. .100%F SEYn分辨力分辨力 分辨力是用來表示檢測系統(tǒng)或儀表裝置能夠檢測被測量最

8、小變化量的能力。通常是以最小量程的單位值來表示。課 件 yYFShmax0 xFSn遲滯（回程誤差、滯后、變差）（遲滯（回程誤差、滯后、變差）（hysteresis）是指傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合的現(xiàn)象。其數(shù)值用最大偏差與滿量程輸出值的百分比表示 max. .100%F ShY回程誤差遲滯現(xiàn)象反應了傳感器機械結(jié)構(gòu)和制造工藝上的缺陷，（如軸承摩擦，間隙，螺釘松動，元件腐蝕及灰塵等 ）hmax輸出值在正反行程間的最大差值。課 件n準確度準確度/精度精度(accuracy) 反映測量結(jié)果與被測量真實值之間的一致程度，工程領域俗稱精（確）度。系差和隨差的綜合。（非

9、線性誤差、遲滯誤差、重復誤差）n正確度正確度(correctness) 反映測量結(jié)果與被測量真實值之間的偏離程度，反映了系統(tǒng)誤差的大小。n精密度精密度(precision) 反映測量中所測數(shù)值重復一致的程度，說明了在等精度測量中，所得結(jié)果彼此之間符合到什么程度。反映了隨機誤差的大小。課 件絕對誤差相對誤差實際相對誤差示值相對誤差引用相對誤差最大引用誤差（Absolute Error）xxu（Relative Error）100%uxE實100%xEx標100%FSxExmaxmax100%FSxEx儀表的準確度習慣稱儀表的準確度習慣稱精度精度，準確度等級稱，準確度等級稱精度等級精度等級 。根據(jù)

10、儀表的等級可以確定測量的最大引用誤差。根據(jù)儀表的等級可以確定測量的最大引用誤差和最大絕對誤差。和最大絕對誤差。我國生產(chǎn)儀表精確度度等級有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等，并標志在儀表刻度標尺或銘牌上。3.1.1.3 傳感器的誤差表示傳感器的誤差表示課 件變送器（變送器（transmitter） 包含傳感器和調(diào)節(jié)電路能輸出包含傳感器和調(diào)節(jié)電路能輸出標準信號的裝置稱為變送器。的裝置稱為變送器。420mA (010mA逐漸淘汰逐漸淘汰) 抗干擾強，適合遠傳抗干擾強，適合遠傳：15V(05V,010V,-10V+10V) 多個對

11、象，近距傳輸多個對象，近距傳輸3.1.2 變送器概念及標準信號類型變送器概念及標準信號類型課 件常用的溫度傳感器有常用的溫度傳感器有:u 熱電阻溫度傳感器 (Resistance Temperature Detector,RTD)u 熱電偶溫度傳感器 (Thermocouple)u 熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor) 3.1.3 溫度傳感器溫度傳感器課 件原理：原理： 熱電阻材料的電阻隨溫度的增加而增加，監(jiān)測范圍內(nèi)線性度良好。熱電阻材料的電阻隨溫度的增加而增加，監(jiān)測范圍內(nèi)線性度良好。構(gòu)造構(gòu)造： 金屬絲雙線并繞在絕緣骨架上，然后插入護套內(nèi)而制成。金屬絲雙線并繞在絕緣骨架上，然后插入護套內(nèi)

12、而制成。測溫范圍測溫范圍 ：200850 范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)及固體表面溫度。范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)及固體表面溫度。材料：材料： 鉑、銅、鎳、錳、銠鉑、銅、鎳、錳、銠 一熱電阻溫度傳感器 (Resistance Temperature Detector,RTD)課 件n鉑電阻（Platinum Resistance）特點：特點：(1)在高溫和氧化介質(zhì)中性能極為穩(wěn)定，在還原性氣體中，容易被污染，在高溫和氧化介質(zhì)中性能極為穩(wěn)定，在還原性氣體中，容易被污染，導致鉑絲變脆，并改變電阻與溫度間的關系。導致鉑絲變脆，并改變電阻與溫度間的關系。(2)-29.34630.74，標準溫度計，測溫裝

13、置基準器，標準溫度計，測溫裝置基準器 )1 (20BtAtRRt)100(1 320ttCBtAtRRt分度公式：分度公式：課 件分度表（分度表（reference table/graduated table）：）：用表格的形式來描述Rtt之間的關系稱為分度表。并用相應的分度號表示。必須首先確定R0的大小，不同的R0，其Rtt曲線不同。百度電阻比：百度電阻比：鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關 0100RR)100(W W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國際實用溫標規(guī)定，作為基準器的鉑電）越高，表示鉑絲純度越高，國際實用溫標規(guī)定，作為基準器的鉑電阻，阻，W（100）

14、1.3925目前技術水平已達到目前技術水平已達到W（100）1.3930，工業(yè)用鉑電阻的純度工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）不低于）不低于1.385，通常為，通常為1.3871.390。 課 件船上用的最多的鉑電阻是船上用的最多的鉑電阻是Pt100Pt100，Pt100Pt100即分度號的一種，表示即分度號的一種，表示R R0 0為為100.00100.00時的阻值，其分度表范圍時的阻值，其分度表范圍200200659 659 Pt100Pt100常用于檢測船舶機艙內(nèi)各種水、油的溫度等，如主機滑油進常用于檢測船舶機艙內(nèi)各種水、油的溫度等，如主機滑油進出口溫度，冷卻水溫度、燃油溫度等。出口溫度，冷

15、卻水溫度、燃油溫度等。量程范圍量程范圍0150?？捎每捎?00基礎上，每增加基礎上，每增加1對應對應2.5來估計溫度或阻值。來估計溫度或阻值。課 件n銅電阻（Cu Resistance）測溫范圍測溫范圍：50150 0C優(yōu)優(yōu)點：點：缺缺點點：上述溫度范圍內(nèi)線性關系好，電阻溫度系數(shù)大，故靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價格便宜，復制性能好。易于氧化，一般只用于150以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。應應用：用： 測量精度要求不高且溫度較低的場合)1 (0tRRt工業(yè)上使用的標準化銅熱電阻的工業(yè)上使用的標準化銅熱電阻的R R0 0按國

16、內(nèi)統(tǒng)一設計取按國內(nèi)統(tǒng)一設計取5050和和100100兩種，分度號兩種，分度號分別為分別為Cu50Cu50和和Cu100Cu100，相應的分度表可查閱相關資料。，相應的分度表可查閱相關資料。 課 件熱電阻的測溫電路：熱電阻的測溫電路：q兩線制接法中， 熱電阻和連接導線電阻在一個橋臂中， 所以連線電阻對測量影響大， 用于測溫精度不高的場合； q三線制接法中， 熱電阻和連接導線電阻分布在相鄰的兩個橋臂中， 可以減小連接導線電阻變化對測量結(jié)果的影響， 測溫誤差小，工業(yè)熱電阻通常采用三線制接法； q四線制接法主要用于高精度溫度檢測，它在熱電阻的兩端各引兩根連接導線， 其中兩根連線為熱電阻提供恒定電流I，

17、 另兩根連線引至電位差計， 利用電位差計測量熱電阻的阻值， 四線制接法可以完全消除連接導線電阻變化對測量的影響。國產(chǎn)熱電阻有二線制，四線制。用熱電阻傳感器進行測溫時，測量電路經(jīng)常采用電橋電路電橋電路。課 件RiaRib課 件q自熱誤差的影響自熱誤差的影響，流過熱電阻的電流不能過大，否則熱電阻自身會產(chǎn)生較大，流過熱電阻的電流不能過大，否則熱電阻自身會產(chǎn)生較大的熱量，從而影響測量精度，原則上流過熱電阻的電流一般的熱量，從而影響測量精度，原則上流過熱電阻的電流一般不宜超過不宜超過6mAq導線電阻的影響，導線電阻的影響，三線制或四限制解決。三線制或四限制解決。q標準化檢測儀配套使用互換時注意標準化檢測

18、儀配套使用互換時注意補償端補償端B的接法。的接法。q屏蔽電磁干擾屏蔽電磁干擾，需使用帶屏蔽層的電纜連接，電纜屏蔽線，需使用帶屏蔽層的電纜連接，電纜屏蔽線1端接地。端接地。q測溫電阻與測溫電阻與被測介質(zhì)充分接觸被測介質(zhì)充分接觸，（，（57倍倍T）足夠插入深度足夠插入深度（氣體（氣體25倍管徑，倍管徑，液體液體15倍管徑）倍管徑）q防塵保護防塵保護熱電阻使用注意事項：熱電阻使用注意事項：熱電阻結(jié)構(gòu)：熱電阻結(jié)構(gòu)：q鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻q端面熱電阻端面熱電阻q隔爆型熱電阻隔爆型熱電阻課 件二熱電偶溫度傳感器 (Thermocouple)將溫度轉(zhuǎn)換為電動勢大小的熱電式傳感器叫做熱電偶。將溫度轉(zhuǎn)換為電動勢

19、大小的熱電式傳感器叫做熱電偶。課 件 n工作原理：熱電效應工作原理：熱電效應其電勢由接觸電勢接觸電勢(珀爾帖電勢)和溫差電勢溫差電勢(湯姆遜電勢)兩部分組成。定義：兩種不同材料的導體所組成的回路成為熱電偶熱電偶；組成熱電偶的導體稱為熱電極熱電極；處于T溫度場中的結(jié)點稱為測量端，又稱工作端或熱端工作端或熱端；處于T0溫度場中的結(jié)點稱為參考端，又稱為自由端或冷端自由端或冷端。1.兩種不同導體（兩種不同導體（A、B） 2.接成閉合回路接成閉合回路 3.兩個接點處溫度不同兩個接點處溫度不同(T T0)回路中會產(chǎn)生回路中會產(chǎn)生熱電動勢。熱電動勢。課 件影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關兩熱

20、電極相同時，總電動勢為0兩接點溫度相同時，總電動勢為0對于已選定的熱電偶，當參考端溫度T0恒定時，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關系，即 可見：只要測出可見：只要測出EAB（T,T0）的大小，就能得到被測溫度）的大小，就能得到被測溫度T，這，這就是利用熱電偶測溫的原理。就是利用熱電偶測溫的原理。 00( , )( )( )( )( )ABEt tf tf tf tCtn幾點結(jié)論：幾點結(jié)論：課 件n熱電偶種類及分度（熱電偶種類及分度（ graduation ）：）：（1 1）標準熱電偶）標準熱電偶 目前，國際電工委員會（目前，國際電工委員會（IECIEC）認證的性

21、能較好的標準化熱電偶共有）認證的性能較好的標準化熱電偶共有8 8種種，國際上稱之為，國際上稱之為“字母標志熱電偶字母標志熱電偶”，即其名稱用專用字母表示，這，即其名稱用專用字母表示，這個字母即熱電偶型號標志，稱為個字母即熱電偶型號標志，稱為分度號分度號，是各種類型熱電偶的一種很方便，是各種類型熱電偶的一種很方便的縮寫形式，的縮寫形式，熱電偶名稱由熱電極材料命名熱電偶名稱由熱電極材料命名，正極寫在前面，負極寫在后，正極寫在前面，負極寫在后面。面。 所謂標準熱電偶是國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系，允許誤差，并有統(tǒng)一的標準分度表的定型批量生產(chǎn)的熱電偶，有配套顯示儀表可供選用。熱電偶分為熱電偶分為

22、標準熱電偶標準熱電偶和和非標準熱電偶非標準熱電偶（2 2）非標準熱電偶）非標準熱電偶 非標準化熱電偶有鉑銠系，銥銠系，鎢錸系及金鐵熱電偶（用于低溫），非標準化熱電偶有鉑銠系，銥銠系，鎢錸系及金鐵熱電偶（用于低溫），雙鉑鉬（用于核輻射）等熱電偶。雙鉑鉬（用于核輻射）等熱電偶。課 件名 稱分度號測溫范圍/100時的熱電動勢/mV1000時的熱電動勢/mV特 點鉑銠30鉑銠6B5018200.0334.834測溫上限高，性能穩(wěn)定，準確度高，100以下熱電動勢極小，可不必考慮冷端溫度補償；價位高，熱電動勢小，線性差；只適用于高溫域的測量。鉑銠13鉑R-5017680.64710.506測溫上限較高，準

23、確度高，性能穩(wěn)定，復現(xiàn)性好；但熱電動勢較小，不能在金屬蒸氣和還原性氣體中使用，在高溫下連續(xù)使用時特性會逐漸變壞，價位高；多用于精密測量。鉑銠10鉑S-5017680.6469.587優(yōu)點同鉑銠13鉑；但性能不如R型熱電偶；曾經(jīng)作為國際溫標的法定標準熱電偶。鎳鉻鎳硅K-27013704.09641.276熱電動勢較大，線性好，穩(wěn)定性好，價廉；但材質(zhì)較硬，在1000以上長期使用會引起熱電動勢漂移；多用于工業(yè)測量。鎳鉻硅鎳硅N-27013002.74436.256是一種新型熱電偶，各項性能均比K型熱電偶好，適宜于工業(yè)測量。鎳鉻銅鎳（錳白銅）E-2708006.319熱電動勢比K型熱電偶大50%左右，

24、線性好，耐高濕度，價廉；但不能用于還原性氣體中；多用于工業(yè)測量。鐵銅鎳（錳白銅）J-2107605.269價廉，在還原性氣體中較穩(wěn)定；但純鐵易被腐蝕和氧化；多用于工業(yè)測量。銅銅鎳（錳白銅）T-2704004.279價廉，加工性能好，離散性小，性能穩(wěn)定，線性好，準確度高；銅在高溫時易被氧化，測溫上限低；多用于低溫域測量?？勺?000溫域的計量標準。8種國際通用的熱電偶特性表種國際通用的熱電偶特性表課 件n熱電偶補償導線（熱電偶補償導線（ compensation lead/extension wire ）：）：所謂所謂補償導線補償導線，實際上是一對材料化學成分不同的導線，在，實際上是一對材料化學

25、成分不同的導線，在0100溫度范溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。實質(zhì)是相當于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的實質(zhì)是相當于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的。二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過溫度不能超過100。 注：補償導線型號頭一個字母與熱電偶分度號相對應；第二個字母字注：補償導線型號頭一個字母與熱電偶分度號相對應；第二個字母字X

26、表示延伸型補償導線，字母表示延伸型補償導線，字母C表示補償型表示補償型補償導線。補償導線。 配用熱電偶配用熱電偶分度號分度號補償導線型補償導線型號號補償導線正極補償導線正極補償導線負極補償導線負極補償導線在補償導線在100的熱電勢允許誤差，的熱電勢允許誤差，mV材料材料顏色顏色材料材料顏色顏色A(精密級精密級)B(精密級精密級)SSC銅銅紅紅銅鎳銅鎳綠綠0.6450.0230.6450.037KKC銅銅紅紅銅鎳銅鎳藍藍4.0950.0634.0950.105KKX鎳鉻鎳鉻紅紅鎳硅鎳硅黑黑4.0950.0634.0950.105EEX鎳鉻鎳鉻紅紅銅鎳銅鎳棕棕6.3170.1026.3170.17

27、0課 件 從熱電效應知，熱電偶測的實際是兩端溫度差，因此必須冷端溫度固定，熱端溫度與熱電動勢成單值函數(shù)關系，而熱電偶的分度表都是冷端為0測得，只有冷端溫度為0，才可查分度表。冷端不為0時，其補償方法如下：n熱電偶冷端溫度補償（熱電偶冷端溫度補償（ cold junction compensation ）：）：冷端恒溫法：0恒溫器：冰水混合物，這是一種理想的補償方法，常用于實驗室或科研中。其他恒溫器：各種恒溫器，需利用中間溫度定律計算修正。計算修正法：當采用熱電偶檢測溫度且檢測裝置具有微處理器時，經(jīng)常用此法。機艙主機排煙溫度的檢測，在冷端設置一溫度傳感器（Pt100），測出冷端的實際溫度，測的熱

28、電偶電勢后，利用中間溫度定律計算查表修正。( ,0)( ,)(,0)ABABnABnETET TET課 件補償電橋法補償電橋法計算修正法雖然很精確，但不適合連續(xù)測量，為此，有些儀表的測溫線路中帶有補償電橋，利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢補償熱電偶因冷端溫度波動引起的熱電勢的變化。 000( , )( , )UABABABCABEt ttEt tURU恒定值132213112323()()(1)()UUUUCCABCCR RRR RR RRUEERRRRRRRR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。設計時，在0下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此

29、時Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。 注意：橋臂注意：橋臂R RCuCu必須和熱電偶的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。 R1 R2 RCu R3 R5 E T + - 補償導線 課 件如何判斷熱電偶電極的極性？（兩種方法）如何判斷熱電偶電極的極性？（兩種方法）哪些因素可以引起熱電偶的測溫誤差？哪些因素可以引起熱電偶的測溫誤差？課 件三熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor) 熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特性實現(xiàn)測溫的。性實現(xiàn)測溫的。 半導體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其

30、靈敏度比熱電阻高半導體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其靈敏度比熱電阻高得多，得多，故動態(tài)特性好故動態(tài)特性好。而且。而且體積可以做得很小體積可以做得很小，特別適于在，特別適于在- -100100300300之間測溫。之間測溫。各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，不必采用三線制或四線制接各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，不必采用三線制或四線制接法，給使用帶來方便。法，給使用帶來方便。 熱敏電阻的缺點是其熱電特性是非線性的。熱敏電阻的缺點是其熱電特性是非線性的。課 件按照溫度特性分類正溫度系數(shù)（PCT）：電阻阻值隨著溫度的升高而增大（型號MF）負溫度系數(shù) (NCT)：電阻阻值隨著溫度的升高而減小（型號MZ

31、）按照溫度變化靈敏度分類高靈敏度型（突變型）CTR低靈敏度型（緩變型）n熱敏電阻的種類：熱敏電阻的種類：課 件|正溫度系數(shù)PTC(Positive Temperature Coefficient)特性：電阻值隨溫度升高而增大。工藝：鈦酸鋇摻合稀土元素燒結(jié)而成用途：小功率的加熱元件，具有自動恒溫、限流、只發(fā)熱不發(fā)火。|負溫度系數(shù)（負溫度系數(shù)（NTC） （Negative Temperature Coefficient）特性：電阻值隨溫度升高而降低（絕大多數(shù)）工藝：主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過渡金屬氧化物混合燒結(jié)而成用途：可作溫度測量，亦可作電子控制系統(tǒng)中溫控器件。|臨界溫度系數(shù)臨界溫度

32、系數(shù)CTR （Critical Temperature Resistor）特性：熱敏電阻在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而突然降低（或升高）34個數(shù)量級工藝：三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成用途：CTR主要用作溫控開關，抑制浪涌電流，起保護作用。課 件溫度檢測傳感器的測試與校驗：溫度檢測傳感器的測試與校驗：（1）實效測試法 0800，模擬、開關量，時間較長（2）直接測試法 直流電位差計，熱電偶（3）可變電阻或電位器的取代法 熱電阻（4）暫時改變警報設定值的相對測試法 （5）開關量溫度傳感器的模擬測試法課 件3.1.4 壓力傳感器壓力傳感器（物理學中的壓強，工業(yè)技

33、術中稱為壓力）（物理學中的壓強，工業(yè)技術中稱為壓力）定義：由靜止的流體垂直作用在給定單位面積上的力稱為該給定處的壓強單位: “帕斯卡”，或簡稱“帕”，用“Pa”表示1Pa=1N/m2標準大氣壓：定義為在溫度為0，緯度為45的海平面上，重力加速度為9.80665m/s2 時的壓力1atm=760mmHg=101.325kPa1bar=100kPa課 件q大氣壓力：大氣層對地球表面單位面積上所產(chǎn)生的壓力，即大氣的自重對地球表面產(chǎn)生的壓力。q表壓力（正壓）：超過大氣壓以上的壓力數(shù)值，即測壓儀表顯示的壓力值q絕對壓力：相對絕對真空所測得的壓力（表壓力與大氣壓力之和），又稱總壓力或全壓力q負壓力（疏空）

34、：絕對壓力小于大氣壓力時，大氣壓力與絕對壓力之差q真空度：小于大氣壓力的絕對壓力課 件q 船舶上壓力傳感器應用廣泛，機艙中各種設備的油、水、氣的壓力檢測都是通船舶上壓力傳感器應用廣泛，機艙中各種設備的油、水、氣的壓力檢測都是通過壓力傳感器實現(xiàn)的。過壓力傳感器實現(xiàn)的。q其測量原理分為兩類：一是其測量原理分為兩類：一是基于壓力位移轉(zhuǎn)換原理基于壓力位移轉(zhuǎn)換原理，壓力經(jīng)彈性元件轉(zhuǎn)換為位移，壓力經(jīng)彈性元件轉(zhuǎn)換為位移，再轉(zhuǎn)換為電量，如電位器式，電感式，霍爾式；再轉(zhuǎn)換為電量，如電位器式，電感式，霍爾式； 一是一是力敏元件力敏元件制成的，如壓電式，應變式等。制成的，如壓電式，應變式等。q常用的壓力傳感器有常用

35、的壓力傳感器有u壓電式u電阻應變式u硅壓力傳感器u霍爾式u電感式u電容式u 渦流式課 件n壓電效應及壓電式壓力傳感器壓電效應及壓電式壓力傳感器壓電式傳感器以電介質(zhì)的壓電式傳感器以電介質(zhì)的壓電效應（正壓電、電致伸縮）壓電效應（正壓電、電致伸縮）為基礎，即在為基礎，即在外力作用下在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量測量外力作用下在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量測量, ,是一種典型的是一種典型的有源有源傳感器。傳感器。壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、溫度達壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、溫度達250250頻響高（頻響高（ 30kHz 30kHz ），靈敏度高，線性好（），靈敏度高，線性好（ 0.

36、50.5級，級，1.01.0級）；級）；測量范圍寬（測量范圍寬（100MPa100MPa以下的壓力）；以下的壓力）；內(nèi)阻高，二次儀表要求輸入阻抗高；內(nèi)阻高，二次儀表要求輸入阻抗高；電荷小，消失快，只能測動態(tài)和脈沖壓力，不宜測緩慢變化的壓力。電荷小，消失快，只能測動態(tài)和脈沖壓力，不宜測緩慢變化的壓力。石英晶體（標準壓力傳感器）；壓電陶瓷（常用）石英晶體（標準壓力傳感器）；壓電陶瓷（常用）船上應用：柴油機示功器中的壓力測量，進排氣管的動態(tài)壓力等。船上應用：柴油機示功器中的壓力測量，進排氣管的動態(tài)壓力等。課 件結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：、，、。有絲式、箔式、薄膜式三種。有絲式、箔式、薄膜式三種。 2341電阻應變

37、片結(jié)構(gòu)示意圖電阻應變片結(jié)構(gòu)示意圖bln應變效應及應變式壓力傳感器應變效應及應變式壓力傳感器原理：原理：導體或半導體材料在外（拉力或壓力）力的作用時，產(chǎn)生機械變形，導致其導體或半導體材料在外（拉力或壓力）力的作用時，產(chǎn)生機械變形，導致其電阻值相應發(fā)生變化，電阻值相應發(fā)生變化， 稱為稱為“應變效應應變效應”。應變片電阻值通常有應變片電阻值通常有6060、120120、200200、350350、500500、10001000 等幾種，其中以等幾種，其中以120 120 最常見。材料有康銅、銅鎳合金、銅鉻合金等。最常見。材料有康銅、銅鎳合金、銅鉻合金等。課 件金屬應變片式壓力傳感器測量電路測量電路：

38、電橋電路（差動輸出）測量電路：電橋電路（差動輸出）課 件應變效應通常是受力后應變效應通常是受力后材料的幾何尺寸材料的幾何尺寸和和電阻率電阻率發(fā)生發(fā)生改變，改變， 電阻改變主要由電阻改變主要由材料的幾何尺寸變化材料的幾何尺寸變化引起的，稱為金屬電引起的，稱為金屬電阻應變片；（阻應變片；（應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器）電阻改變主要由電阻改變主要由材料電阻率變化材料電阻率變化所引起的，稱為壓阻效應，所引起的，稱為壓阻效應，稱為半導體應變片。稱為半導體應變片。（壓阻式壓力傳感器）（壓阻式壓力傳感器）課 件n硅壓力傳感器硅壓力傳感器半導體應變片有體型、擴散型、薄膜型三種。（半導體應變片有體型、擴散型

39、、薄膜型三種。（硅的壓阻硅的壓阻效應大，常用，故稱硅壓力傳感器效應大，常用，故稱硅壓力傳感器）擴散型半導體應變片是將P型雜質(zhì)擴散到N型硅晶片基底上，將力敏元件、彈性元件、補償電路、調(diào)理電路制成一體，目前應用最廣泛。特點特點優(yōu)點：優(yōu)點：靈敏系數(shù)比金屬絲式高靈敏系數(shù)比金屬絲式高50508080倍，倍，靈敏度高，頻率響應范圍很寬，輸出幅值大，不需要放大器，可直接與記錄儀連接使用，使測量系統(tǒng)簡單；缺點：缺點：材料的溫度系數(shù)大，應變時非線性比較嚴重，材料的溫度系數(shù)大，應變時非線性比較嚴重， 應用范圍受到限制。應用范圍受到限制。課 件n霍爾效應及霍爾式壓力傳感器霍爾效應及霍爾式壓力傳感器金屬或半導體金屬或

40、半導體薄片薄片，若在它的兩端通過，若在它的兩端通過控制電流控制電流I，并在薄片的，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場的磁場，那么，在垂直于電流和，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢電動勢UH。這種現(xiàn)象稱為。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應霍爾效應。IBKIBdRUHHH霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)RH為霍爾常數(shù)，其大小由載流材料的物理性質(zhì)決定。為霍爾常數(shù)，其大小由載流材料的物理性質(zhì)決定。單位體積內(nèi)導電粒子數(shù)單位體積內(nèi)導電粒子數(shù)越少，霍爾效應越強，半導體比金屬導體霍爾效應強，所以常采用半導體材料做霍爾元件；越少，霍爾效應越強，半導體比金屬導

41、體霍爾效應強，所以常采用半導體材料做霍爾元件； KH為靈敏度系數(shù)，不僅與元件材料的霍爾系數(shù)有關，還與霍爾元件的為靈敏度系數(shù)，不僅與元件材料的霍爾系數(shù)有關，還與霍爾元件的幾何尺寸有關，幾何尺寸有關，。I I ：控制電流（控制電流（A A）B B ：磁感應強度（：磁感應強度（T T）d d ：霍爾元件的厚度（：霍爾元件的厚度（m m）課 件霍爾元件的結(jié)構(gòu)由霍爾元件的結(jié)構(gòu)由霍爾片霍爾片、引線引線和和殼體殼體組成。組成。1-3:控制電流端引線（面接觸，長度方向，紅色） 控制電流極（或激勵電極）2-4:霍爾輸出引線（點接觸，綠色） 霍爾電極H電路符號：c.殼體：非導磁金屬、陶瓷和環(huán)氧樹脂封裝。b.四根引

42、線（3或5）:a.霍爾片：矩形半導體單晶薄片（4mm*4mm*0.1mm）課 件霍爾元件的材料霍爾元件的材料一般由一般由N型半導體材料制作型半導體材料制作（1）鍺）鍺(Ge)，輸出小，溫度性能和線性度較好。，輸出小，溫度性能和線性度較好。 （2）銻化銦）銻化銦(InSb)，輸出較大，受溫度影響大。，輸出較大，受溫度影響大。（3）砷化銦）砷化銦(InAs)，輸出次之，溫度性能和線性度優(yōu)之。，輸出次之，溫度性能和線性度優(yōu)之。（4）砷化鎵）砷化鎵(GaAs)，溫度特性和線性度均好，但價格貴。，溫度特性和線性度均好，但價格貴。v 金屬材料載流子遷移率大，但電阻率很低金屬材料載流子遷移率大，但電阻率很低

43、 ；v 絕緣體的電阻率高，但載流子遷移率極??；絕緣體的電阻率高，但載流子遷移率極?。籿 半導體材料兩者兼優(yōu)半導體材料兩者兼優(yōu)理想材料。理想材料。課 件霍爾元件的主要技術參數(shù)霍爾元件的主要技術參數(shù)（2）輸入電阻和輸出電阻 (幾歐姆幾歐姆幾百歐姆幾百歐姆)輸入電阻指輸入電阻指控制電流控制電流極間的電阻值。極間的電阻值。 輸出電阻指輸出電阻指霍爾電極霍爾電極間的電阻值。間的電阻值。（1）額定激勵電流和最大允許激勵電流 使霍爾元件溫升使霍爾元件溫升10所施加的控制電流值稱為額定激勵電流。以霍爾片允許最所施加的控制電流值稱為額定激勵電流。以霍爾片允許最大溫升為限制所對應的電流稱為最大允許激勵電流大溫升為

44、限制所對應的電流稱為最大允許激勵電流（3）霍爾電壓溫度系數(shù) 霍爾元件與一般半導體器件一樣，霍爾元件與一般半導體器件一樣，。霍爾電動勢的溫度系數(shù)。霍爾電動勢的溫度系數(shù)是是指在一定磁感應強度和控制電流下，溫度每變化指在一定磁感應強度和控制電流下，溫度每變化1 ，霍爾電動勢的變化率。，霍爾電動勢的變化率。課 件產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因主要有：主要有：（1）霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上；霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上；（2）材質(zhì)不均勻、幾何尺寸不均勻）材質(zhì)不均勻、幾何尺寸不均勻（5）寄生電動勢 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因主要有：主要有：（1）霍爾元件的電極不完全歐姆接觸，可能出現(xiàn)整流效應霍爾元

45、件的電極不完全歐姆接觸，可能出現(xiàn)整流效應（2）霍爾電極大小不對稱形成極間溫差電勢）霍爾電極大小不對稱形成極間溫差電勢（4）不等位電勢 當霍爾元件通以額定激勵電流當霍爾元件通以額定激勵電流IH而而不加外磁場時不加外磁場時它的霍爾輸出端之間仍有空它的霍爾輸出端之間仍有空載電勢存在，該電勢就稱為不等位電勢。載電勢存在，該電勢就稱為不等位電勢。 IAB0UCD課 件n電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠；結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠；靈敏度高靈敏度高，能分辨，能分辨0.01m0.01m的位移變化；的位移變化；測量精度高測量精度高、零點穩(wěn)定、輸出功率較大；、零點穩(wěn)定、輸出功率較大

46、；可實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，在工業(yè)自動可實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中被廣泛采用；控制系統(tǒng)中被廣泛采用；主要缺點主要缺點：靈敏度、線性度和測量范圍相互制約；靈敏度、線性度和測量范圍相互制約；傳感器自身傳感器自身頻率響應低頻率響應低，不適用于快速動態(tài)測量。，不適用于快速動態(tài)測量。電感式壓力傳感器是將因壓力產(chǎn)生的位移變換電感量的電感式壓力傳感器是將因壓力產(chǎn)生的位移變換電感量的變化，從而測量壓力。變化，從而測量壓力。種類：根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為種類：根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為自感式自感式、互感式互感式、電渦流電渦流式；式；課 件把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈把被測的非電量

47、變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理變壓器的基本原理制成的，把被測位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線制成的，把被測位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量變化的裝置。當一次線圈接入激勵電源后，二次線圈就將產(chǎn)生感應電動圈間的互感量變化的裝置。當一次線圈接入激勵電源后，二次線圈就將產(chǎn)生感應電動勢，當兩者間的互感量變化時，感應電動勢也相應變化。勢，當兩者間的互感量變化時，感應電動勢也相應變化。由于兩個二次線圈采用由于兩個二次線圈采用差動接法差動接法，故稱為差動變壓器式傳感器，簡稱差動變壓器，故稱為差動變壓器式

48、傳感器，簡稱差動變壓器（LVDT,Linear varibale transformer）。）。差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管線螺線管線等。等。u2u2= u21-u22課 件q輸出電壓特性q靈敏度q頻率特性q線性度q零點殘余電壓消除方法差動變壓器的輸出特性：差動變壓器的輸出特性：課 件定義：差動變壓器的靈敏度是指差動變壓器在單位電壓激勵下，動鐵芯移動單位距離定義：差動變壓器的靈敏度是指差動變壓器在單位電壓激勵下，動鐵芯移動單位距離時的輸出電壓。時的輸出電壓。單位為單位為mV/mm/V(雙輸入單輸出) 50 mV/mm/V，高精度，高精度1000 mV/mm/V以上以上靈敏度靈敏度 提高靈敏度的方法：提高靈敏度的方法：（1 1）提高線圈品質(zhì)因數(shù)提高線圈品質(zhì)因數(shù)Q Q值值(Q=(Q=L/R)L/R)（Q Q越高，電路損耗越小，效率越高）越高，電路損耗越小