《傳感器與測試技術(shù)(高職)》課件-第三章

傳感器與測試技術(shù)傳感器與測試技術(shù)第3章常用傳感器原理及應(yīng)用3.1電阻式傳感器3.2電容式傳感器3.3電感式傳感器3.4壓電式傳感器3.5熱電式傳感器3.6光電式傳感器3.7其他傳感器第3章常用傳感器原理及應(yīng)用3.1電阻式傳感器3.2電容式3.1電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成材料的電阻變化，通過測量此電阻量到達(dá)測量被測量的目的。因而根據(jù)不同的物理原理就制成了各種各樣的電阻式傳感器，用于測量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度、溫度等被測量。電阻式傳感器應(yīng)變式傳感器壓阻式傳感器電位器式傳感器3.1電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測量應(yīng)變式傳感器一般由電阻應(yīng)變片和測量電路兩局部組成。電阻應(yīng)變片是將被測試件上的應(yīng)力、應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感轉(zhuǎn)換元件，而測量電路那么進(jìn)一步將該電阻再轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便顯示或記錄被測量的大小。3.1.1應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器一般由電阻應(yīng)變片和測量電路兩局部1．工作原理—電阻應(yīng)變效應(yīng)以下圖所示為金屬電阻絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)原理圖。

在應(yīng)變極限范圍內(nèi)，金屬材料電阻的相對變化量與應(yīng)變成正比，即1．工作原理—電阻應(yīng)變效應(yīng)以下圖所示為金屬電2．應(yīng)變片的種類和結(jié)構(gòu)絲繞式應(yīng)變片制造方便，價格低廉端部圓弧段會產(chǎn)生橫向效應(yīng)短接式應(yīng)變片可減小橫向效應(yīng)敏感柵上焊點較多，耐疲勞性能較差，不適于長期的動應(yīng)力測量箔式應(yīng)變片尺寸準(zhǔn)確、線條均勻、可制成各種形狀黏結(jié)牢靠，傳遞試件應(yīng)變性能好散熱條件好橫向效應(yīng)小薄膜式應(yīng)變片應(yīng)變靈敏系數(shù)大允許電流密度大可以在-197~317℃溫度下工作2．應(yīng)變片的種類和結(jié)構(gòu)絲繞式應(yīng)變片制造方便，價格低廉端部圓弧1－基底；2－敏感柵；3－覆蓋層；4－引線金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)1－基底；2－敏感柵；3－引線金屬電阻應(yīng)變片的種類〔a〕短接式〔b〕箔式〔c〕用于扭矩測量〔d〕用于流體壓力測量1－基底；2－敏感柵；3－覆蓋層；4－引線金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)3．應(yīng)變片的溫度誤差及其補償〔1〕溫度誤差在采用應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)變測量時，由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變〔偏離應(yīng)變片標(biāo)定溫度〕，而給測量帶來的附加誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又叫應(yīng)變片的熱輸出。應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的主要原因如下：①敏感柵材料電阻溫度系數(shù)的影響②試件材料和敏感柵材料線膨脹系數(shù)的影響由溫度變化引起的總電阻相對變化為相應(yīng)的熱輸出為3．應(yīng)變片的溫度誤差及其補償〔1〕溫度誤差在〔2〕溫度補償①自補償法

利用應(yīng)變片的敏感柵材料及制造工藝等措施，使應(yīng)變片在一定的溫度范圍內(nèi)滿足這種應(yīng)變片稱為溫度自補償應(yīng)變片。〔a〕〔b〕〔c〕

雙金屬敏感柵是實現(xiàn)溫度自補償?shù)某Ｓ梅椒?，即利用兩段電阻溫度系?shù)相反的敏感柵和

串聯(lián)制成的復(fù)合型應(yīng)變片，如圖a所示。

若雙金屬敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)相同，則如圖b所示。在兩種材料和

的連接處再焊接引線2，構(gòu)成電橋的相鄰臂如圖c所示。〔2〕溫度補償①自補償法利用應(yīng)變片的敏感柵②電橋補償法利用測量電橋的特點來進(jìn)行溫度補償，是最常用且效果較好的補償方法，如下圖。〔a〕〔b〕〔c〕圖a中為工作應(yīng)變片，粘貼在試件上；為溫度補償應(yīng)變片，粘貼在材料、溫度與試件相同的補償塊上，補償應(yīng)變片和工作應(yīng)變片完全相同，為同一批號生產(chǎn)。將和接入電橋的兩個相鄰橋臂，如圖b所示。當(dāng)溫度變化時兩個應(yīng)變片的電阻變化與符號相同、數(shù)值相等，電橋仍然滿足平衡條件，即，電橋沒有輸出。工作時只有工作應(yīng)變片感受應(yīng)變，電橋輸出僅與被測試件的應(yīng)變有關(guān)，而與環(huán)境溫度無關(guān)。通常，在被測試件結(jié)構(gòu)允許的情況下，不用另設(shè)補償塊，而將補償片直接粘貼在被測試件上，如圖c所示。將和接在電橋的兩個相鄰橋臂上，既能起到溫度補償作用，又能提高電橋靈敏度。②電橋補償法利用測量電橋的特點來進(jìn)行溫度補4．測量電橋根據(jù)讀數(shù)方法不同，電橋可分為平衡電橋〔零讀法〕與不平衡電橋〔偏差法〕。平衡電橋僅適用于靜態(tài)參數(shù)的測量，而不平衡電橋?qū)o、動態(tài)參數(shù)都可以測量。〔1〕直流不平衡電橋的工作原理直流不平衡電橋采用直流電源供電，將應(yīng)變式的電阻變化轉(zhuǎn)換成電橋的電壓或電流輸出，如下圖。4．測量電橋根據(jù)讀數(shù)方法不同，電橋可分為平衡〔2〕電橋的連接方式①單臂電橋②差動半橋③差動全橋單臂電橋差動半橋差動全橋〔2〕電橋的連接方式①單臂電橋②差動半橋③差動全橋單臂〔3〕交流電橋原理及平衡條件

交流電橋采用交流電源供電，如a圖所示。圖中Z1、Z2、Z3、Z4為復(fù)阻抗，u為交流電壓源，uo為開路輸出電壓。對于應(yīng)變片構(gòu)成的交流電橋，即使橋臂為電阻應(yīng)變片，但由于引線間存在分布電容，相當(dāng)于在橋臂上并聯(lián)了一個電容，差動半橋如b圖所示?！瞐〕〔b〕交流電橋的平衡條件為〔3〕交流電橋原理及平衡條件交流電橋采用交流

應(yīng)變式傳感器廣泛應(yīng)用于國防、冶金、煤炭、化工和交通運輸?shù)炔块T。按其用途不同，可分為應(yīng)變式力傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器和應(yīng)變式加速度傳感器等。5．應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用〔1〕應(yīng)變式力傳感器①柱〔筒〕式力傳感器

圖a和圖b分別為柱式和筒式力傳感器的彈性元件，圖c和圖d分別為應(yīng)變片的粘貼圖和電橋連接圖?！瞐〕〔b〕〔c〕〔d〕應(yīng)變式傳感器廣泛應(yīng)用于國防、冶金、煤炭、化工②環(huán)式力傳感器

環(huán)式力傳感器的彈性元件如圖a所示。與柱式相比，環(huán)式彈性元件應(yīng)力分布變化大，且有正有負(fù)，可以選擇有利部位粘貼應(yīng)變片，便于接成差動電橋。

圖b為環(huán)式彈性元件的應(yīng)力分布曲線，從圖中可以看出，應(yīng)變片R2所在位置應(yīng)變?yōu)榱?，故R2只起溫度補償作用。〔a〕〔b〕②環(huán)式力傳感器環(huán)式力傳感器的彈性元件如圖a③懸臂梁式力傳感器懸臂梁式力傳感器的彈性元件有多種形式，如下圖。圖a為等截面梁，圖b為等強度梁，圖c和圖d分別為雙孔梁及“S〞形彈性元件。〔a〕〔b〕〔c〕〔d〕③懸臂梁式力傳感器懸臂梁式力傳感器的彈性元④輪輻式力傳感器

輪輻式力傳感器的彈性元件如圖a所示。力F作用在輪轂頂部和輪圈底部，每根輪輻的力學(xué)模型可等效為一端固定、另一端承受F/4力和Fl/8力矩作用的等截面梁，如圖b所示。按圖a所示粘貼應(yīng)變片，按圖c所示接成差動全橋，可以消除載荷偏心和側(cè)向力對輸出的影響。④輪輻式力傳感器輪輻式力傳感器的彈性元件如①筒式壓力傳感器當(dāng)被測壓力較小時，多采用筒式彈性元件，圓柱體內(nèi)有一盲孔，如下圖。〔2〕應(yīng)變式壓力傳感器①筒式壓力傳感器當(dāng)被測壓力較小時，多采用筒②膜片式壓力傳感器膜片式壓力傳感器的彈性元件為周邊固定的圓形平膜片，如下圖。②膜片式壓力傳感器膜片式壓力傳感器的彈性元件為周邊固定的圓③組合式壓力傳感器組合式壓力傳感器的應(yīng)變片不是直接粘貼在壓力感受元件上，而是由某種感壓元件〔如膜片、膜盒、波紋管〕通過傳遞機構(gòu)將感壓元件的位移傳遞到貼有應(yīng)變片的彈性元件上，如下圖。圖a和圖b中感壓元件為膜片，壓力產(chǎn)生的位移傳遞給懸臂梁或薄壁圓筒。圖c中感壓元件為波紋管，位移傳遞給雙端固定梁?！瞐〕〔b〕〔c〕③組合式壓力傳感器組合式壓力傳感器的應(yīng)變片以下圖所示為應(yīng)變式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由應(yīng)變片、懸臂梁、質(zhì)量塊和殼體等組成。應(yīng)變式加速度傳感器的頻率范圍有限，一般不適于高頻以及沖擊、寬帶隨機振動等測量，常用于低頻振動測量。1－殼體；2－質(zhì)量塊；3－懸臂梁；4－應(yīng)變片；5－阻尼油〔3〕應(yīng)變式加速度傳感器以下圖所示為應(yīng)變式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，半導(dǎo)體材料在某一方向上承受應(yīng)力時，其電阻率發(fā)生顯著變化，這種現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)。利用半導(dǎo)體材料制成的壓阻式傳感器主要有體型、薄膜型和擴散型等。體型是利用半導(dǎo)體材料的體電阻制成粘貼式應(yīng)變片〔半導(dǎo)體應(yīng)變片〕，薄膜型是利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的基底上而制成，擴散型是在半導(dǎo)體材料的基片上利用集成電路工藝制成擴散電阻。3.1.2壓阻式傳感器半導(dǎo)體材料在某一方向上承受應(yīng)力時，其電阻率發(fā)

1．壓阻效應(yīng)

金屬電阻絲受到外力作用時，電阻的變化主要是由幾何尺寸變化而引起的。而半導(dǎo)體材料受到外力作用時，電阻的變化主要是由電阻率發(fā)生變化而引起的，半導(dǎo)體幾何尺寸變化引起的電阻變化可以忽略不計。半導(dǎo)體材料的靈敏系數(shù)為1．壓阻效應(yīng)金屬電阻絲受

2．壓阻式傳感器的應(yīng)用〔1〕半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器常用鍺、硅材料做成單根狀的敏感柵，粘貼在基底上制成，如下圖。優(yōu)點是靈敏系數(shù)很大，可以測微小應(yīng)變，尺寸小，橫向效應(yīng)和機械滯后小。其缺點是溫度穩(wěn)定性差，測量較大應(yīng)變時，非線性嚴(yán)重，必須采取補償措施。1－基底；2－P-Si片；3－引線；4－焊接板2．壓阻式傳感器的應(yīng)用〔1〕半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器〔2〕壓阻式壓力傳感器以下圖所示為壓阻式壓力傳感器，其核心局部是一周邊固定的圓形N型硅膜片，其上擴散四個阻值相等的P型電阻，構(gòu)成差動全橋。硅膜片兩側(cè)有兩個壓力腔，一個是與被測壓力相通的高壓腔，另一個是與大氣相通的低壓腔。當(dāng)被測壓力p作用時，膜片上各點產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，使四個電阻的阻值發(fā)生變化，由電橋輸出獲得壓力的大小。1－硅環(huán)；2－硅膜片；3－擴散電阻；4－引線〔2〕壓阻式壓力傳感器以下圖所示為壓阻式壓力以下圖所示為一種可以插入心內(nèi)導(dǎo)管的壓阻式壓力傳感器，為了導(dǎo)入方便，在傳感器端部加一塑料殼6。當(dāng)被測壓力p作用于金屬波紋膜片7上時，將壓力轉(zhuǎn)換為集中力，使硅片梁5產(chǎn)生變形，從而使硅片梁上擴散的電阻4發(fā)生變化。這種傳感器可用于心血管、顱內(nèi)、眼球內(nèi)等壓力的測量。1－引線；2－硅橡膠導(dǎo)管；3－金屬外殼；4－擴散電阻；

5－硅片梁；6－塑料殼；7－金屬波紋膜片；8－推桿以下圖所示為一種可以插入心內(nèi)導(dǎo)管的壓阻式壓力〔3〕壓阻式加速度傳感器以下圖所示為壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中懸臂梁用單晶硅制成，在懸臂梁的根部擴散四個阻值相同的電阻，構(gòu)成差動全橋。在懸臂梁的自由端裝一質(zhì)量塊，當(dāng)傳感器受到加速度作用時，質(zhì)量塊的慣性力使懸臂梁發(fā)生變形而產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力使擴散電阻的阻值發(fā)生變化，由電橋輸出獲得加速度的大小。1－基座；2－擴散電阻；3－硅梁；4－質(zhì)量塊〔3〕壓阻式加速度傳感器以下圖所示為壓阻式加3.1.3電位器式傳感器1．電位器的結(jié)構(gòu)類型電位器是一種將機械位移〔線位移或角位移〕轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓的機電傳感元件，主要由電阻元件和電刷〔活動觸點〕兩個局部組成，如下圖?！瞐〕直線位移型〔b〕角位移型〔c〕非線性型1－絕緣骨架；2－絕緣導(dǎo)線；3－電刷3.1.3電位器式傳感器1．電位器的結(jié)構(gòu)類型2．電位器的負(fù)載效應(yīng)電位器的后接電路一般采用電阻分壓電路，如下圖?！?〕線性電位器的空載特性當(dāng)負(fù)載電阻時，即空載狀態(tài)下，輸出電壓與電刷位移成正比，即2．電位器的負(fù)載效應(yīng)電位器的后接電路一般采用電阻〔2〕線性電位器的負(fù)載特性

一般情況下，電位器接有負(fù)載電阻

，其輸出電壓

與電刷位移x為非線性關(guān)系。負(fù)載電阻產(chǎn)生的非線性誤差為負(fù)載電阻越大（即m越?。蔷€性誤差就越小。若要求電位器在整個行程內(nèi)保持非線性誤差為1%~2%，則必須使≥（10~20）R。〔2〕線性電位器的負(fù)載特性一般情況下，電位器〔3〕非線性電位器非線性電位器是指其輸出電壓〔或電阻〕與電刷行程x之間具有非線性關(guān)系，理論上講，這種電位器可以實現(xiàn)任何函數(shù)關(guān)系，故又稱為函數(shù)電位器。其結(jié)構(gòu)如下圖，常用變骨架式與變節(jié)距式兩種。圖a為變骨架式，它通過改變骨架高度或?qū)挾葋韺崿F(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系，要求該電位器既要實現(xiàn)函數(shù)關(guān)系，又不能使導(dǎo)線在骨架上打滑。圖b為變節(jié)距式，它通過改變導(dǎo)線節(jié)距來實現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系，只適用于特性曲線斜率不大的情況。1－絕緣導(dǎo)線；2－絕緣骨架〔3〕非線性電位器非線性電位器是指其輸出電壓3．電位器式傳感器的應(yīng)用以下圖所示為替換桿式位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，可用于量程為10~320mm的多種測量范圍，采用替換桿實現(xiàn)不同量程測量?！?〕電位器式位移傳感器1－外殼；2－電位器；3－電刷；4－滑動件；5－替換桿；6－導(dǎo)向銷3．電位器式傳感器的應(yīng)用以下圖所示為替換桿式〔2〕電位器式壓力傳感器以下圖所示為電位器式壓力傳感器的原理圖。當(dāng)被測壓力p變化時使彈簧管移動，從而帶動電位器的電刷位移，電位器的電阻變化反映被測壓力p的變化。1－彈簧管；2－電位器〔2〕電位器式壓力傳感器以下圖所示為電位器式〔3〕電位器式加速度傳感器以下圖所示為電位器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。慣性質(zhì)量塊在被測加速度作用下，使片狀彈簧產(chǎn)生正比于被測加速度的位移，從而引起電刷在電位器的電阻元件上滑動，電位器的電阻變化與被測加速度成比例。1－殼體；2－質(zhì)量塊；3－片狀彈簧；4－活塞阻尼器；5－電刷；6－電阻元件〔3〕電位器式加速度傳感器以下圖所示為電位器3.2電容式傳感器

電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)特性好、可實現(xiàn)非接觸測量等一系列優(yōu)點，不僅能測量荷重、位移、振動、角度、加速度等機械量，還能測量壓力、液位、溫度、濕度、成分含量等其他參量。3.2電容式傳感器電容式傳感器是將被測量3.2.1工作原理及結(jié)構(gòu)類型1．工作原理

電容式傳感器實質(zhì)上是一個可變參數(shù)的電容器。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時，電容量可表示為當(dāng)A、或任意參數(shù)發(fā)生變化時，都會引起電容量的變化。實際制作電容式傳感器時，A、或三個參數(shù)中的兩個保持不變，僅改變其中一個參數(shù)使電容量發(fā)生變化。根據(jù)這一原理，電容式傳感器可分為三種類型：變極距式、變面積式和變介電常數(shù)式。3.2.1工作原理及結(jié)構(gòu)類型1．工作原理2．結(jié)構(gòu)類型以下圖所示為常用電容式傳感器的結(jié)構(gòu)形式。圖a和b為變極距式，圖c~h為變面積式，而圖i~l那么為變介電常數(shù)式。2．結(jié)構(gòu)類型以下圖所示為常用電容式傳感器的結(jié)〔1〕變極距式以下圖為變極距式電容式傳感器的原理圖。圖中下極板固定不動，當(dāng)上極板隨被測量的變化上下移動時，兩極板之間的距離相應(yīng)變化，從而引起電容量發(fā)生變化。傳感器的輸出特性不是線性關(guān)系，而是如下圖的雙曲線關(guān)系。工程上常采用以下兩種近似處理方法：①近似線性處理②近似非線性處理〔1〕變極距式以下圖為變極距式電容式傳感器的原分析說明，提高傳感器的靈敏度和減小非線性誤差是相互矛盾的。在實際應(yīng)用中，為了解決這一矛盾，常采用如下圖的差動結(jié)構(gòu)。為防止過小，引起電容器擊穿或短路，極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作為介質(zhì)。1－固體介質(zhì)；2－空氣分析說明，提高傳感器的靈敏度和減小非線性誤差〔2〕變面積式以下圖所示為變面積式位移電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖?！瞐〕直線位移型〔b〕角位移型〔c〕直線位移圓筒型〔2〕變面積式以下圖所示為變面積式位移電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖〔3〕變介電常數(shù)式變介電常數(shù)式電容傳感器常用來測量介質(zhì)的厚度、位置和液位等，如下圖?！瞐〕測量介質(zhì)厚度〔b〕測量介質(zhì)位置〔c〕測量介質(zhì)液位〔3〕變介電常數(shù)式變介電常數(shù)式電容傳感器常用3.2.2電容式傳感器的應(yīng)用1．電容式壓差傳感器以下圖所示為電容式壓差傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，由一個金屬膜片動極板和兩個在凹形玻璃圓盤上電鍍成的定極板組成。電容式壓差傳感器的分辨率很高，不僅用來測量壓差，也可用來測量真空或微小絕對壓力〔0~0.75Pa〕，響應(yīng)速度為100ms。1－電鍍層〔定極板〕；2－膜片〔動極板〕；3－焊接密封圈；4－隔離膜；5－硅油3.2.2電容式傳感器的應(yīng)用1．電容式壓差傳感器2．電容式加速度傳感器加速度傳感器均采用彈簧－質(zhì)量－阻尼系統(tǒng)將被測加速度變換成力或位移量，然后再通過傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電參量。以下圖所示為電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。電容式加速度傳感器的頻率響應(yīng)快、量程范圍大，阻尼物質(zhì)采用空氣或其他氣體。1－定極板；2－質(zhì)量塊〔動極板〕；3－絕緣體；4－彈簧片；5－殼體2．電容式加速度傳感器加速度傳感器均采用彈簧3．電容式應(yīng)變傳感器以下圖所示為電容式應(yīng)變傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖。在被測量的兩個固定點上，裝兩個薄而低的拱弧，方形電極固定在弧的中央，兩個拱弧的曲率略有差異。安裝時兩個極板應(yīng)保持平行并平行于安裝傳感器的平面，拱弧具有一定的放大作用，當(dāng)兩個固定點受壓縮時電容量將減小〔間距增大〕。電容極板間距離的變化與應(yīng)變之間并非線性關(guān)系，從而抵消了變極距式電容傳感器本身的一局部非線性誤差。3．電容式應(yīng)變傳感器以下圖所示為電容式應(yīng)變傳4．電容式荷重傳感器以下圖所示為電容式荷重傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖。在澆鑄特性好、彈性極限高的鎳鉻鉬特種鋼塊上，開一排同高度、等間距且平行的圓孔，每個圓孔的內(nèi)壁用粘結(jié)劑固定兩個截面為T形的絕緣體，保持其相對面平行并留有一定間隙，在此相對面上粘貼銅箔作為電容器的兩個極板。電容式荷重傳感器的測量誤差小、受接觸面影響?。浑娙萜髦糜诳變?nèi)，因而無感應(yīng)現(xiàn)象，工作可靠；溫度漂移可補償?shù)胶苄〉某潭?，提高抗干擾能力。4．電容式荷重傳感器以下圖所示為電容式荷重傳5．電容式厚度傳感器

電容式厚度傳感器主要用來測量各種帶材的厚度。下圖所示為用于金屬帶材在軋鋼過程中厚度的在線檢測，在被測帶材的上下兩側(cè)各放置一塊面積相等且與帶材距離相等的極板，并用導(dǎo)線把兩塊極板連接起來作為電容器的定極板，被測帶材作為動極板，相當(dāng)于兩個電容并聯(lián)，總電容量

。在軋鋼過程中帶材厚度變化時，將引起電容量發(fā)生變化，從而實現(xiàn)帶材厚度的在線檢測。1－被測帶材；2－軋輥；3－電容極板5．電容式厚度傳感器電容式厚度傳感器主要用來3.3電感式傳感器

電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來實現(xiàn)測量的一種裝置，常用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應(yīng)變等多種被測量。電感式傳感器自感式傳感器差動變壓器式傳感器電渦流式傳感器感應(yīng)同步器3.3電感式傳感器電感式傳感器是利用線3.3.1自感式傳感器1．工作原理自感式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成線圈的自感L變化，通過一定的電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出，以下圖所示為自感式傳感器的原理圖。1－線圈；2－鐵芯；3－銜鐵3.3.1自感式傳感器1．工作原理自2．結(jié)構(gòu)類型〔1〕變氣隙式自感傳感器如果保持氣隙磁通截面積A不變，那么自感L為氣隙長度的單值函數(shù)，可構(gòu)成變氣隙式自感傳感器，其特性曲線如左圖所示。

為了減小非線性誤差，在實際測量中多采用差動式結(jié)構(gòu)，如右圖所示。1－銜鐵；2－鐵芯；3－線圈2．結(jié)構(gòu)類型〔1〕變氣隙式自感傳感器如果保持氣隙〔2〕變面積式自感傳感器變面積式自感傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖。氣隙長度保持不變，鐵芯與銜鐵之間的相對覆蓋面積〔即磁通截面〕隨被測量的改變而改變，從而引起線圈的自感量變化。1－鐵芯；2－線圈；3－銜鐵〔2〕變面積式自感傳感器變面積式自感傳感器的以下圖所示為螺管式自感傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。在線圈中放入圓柱形銜鐵，當(dāng)銜鐵左、右移動時，自感量也將發(fā)生相應(yīng)變化?！?〕螺管式自感傳感器

為了提高靈敏度與線性度，多采用差動螺管式自感傳感器，其結(jié)構(gòu)如c圖所示，磁場強度分布曲線如d圖所示。a圖所示為單個線圈螺管式自感傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖；b圖所示為單個螺管線圈內(nèi)磁場強度的分布曲線。以下圖所示為螺管式自感傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。在3．自感式傳感器的應(yīng)用〔1〕自感式壓力傳感器以下圖所示為自感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，主要由形彈簧管、鐵芯、銜鐵和線圈等構(gòu)成。當(dāng)被測壓力進(jìn)入形彈簧管1時，彈簧管發(fā)生變形，其自由端產(chǎn)生位移，帶動與自由端剛性連接的銜鐵2發(fā)生移動，使傳感器線圈中的自感量一個增加、另一個減小，產(chǎn)生大小相等、符號相反的變化量。1－彈簧管；2－銜鐵；3、4－鐵芯；5、6－線圈；7－調(diào)節(jié)螺釘3．自感式傳感器的應(yīng)用〔1〕自感式壓力傳感器〔2〕螺管式位移傳感器以下圖所示為螺管式位移傳感器，測桿7可在滾動導(dǎo)軌6上作軸向移動，測桿上固定著銜鐵3。當(dāng)測桿移動時，帶動銜鐵在電感線圈4中移動，線圈放在圓筒形鐵芯2中，線圈配置成差動式結(jié)構(gòu)，當(dāng)銜鐵由中間位置向左移動時，左線圈的自感量增加，右線圈的自感量減少。兩個線圈分別用導(dǎo)線1引出，接入測量電路。另外，彈簧5施加測量力，密封套8防止塵土進(jìn)入，可換測頭9用螺紋固定在測桿上。1－導(dǎo)線；2－鐵芯；3－銜鐵；4－線圈；5－彈簧；6－導(dǎo)軌；7－測桿；8－密封套；9－可換測頭〔2〕螺管式位移傳感器以下圖所示為螺管式位移3.3.2差動變壓器式傳感器差動變壓器式傳感器也稱為互感式傳感器，它把被測位移轉(zhuǎn)換為傳感器線圈的互感變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的根本原理制成的，并且次級線圈繞組采用差動式結(jié)構(gòu)，故稱之為差動變壓器式傳感器，簡稱差動變壓器。3.3.2差動變壓器式傳感器差動變壓1．工作原理

當(dāng)鐵芯向左和向右移動時，兩種情況的輸出電壓大小相等、方向相反，其特性曲線如圖c所示，為V形特性曲線?！瞐〕結(jié)構(gòu)圖〔b〕接線圖〔c〕特性曲線

差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖a所示，主要由線圈、銜鐵和絕緣框架組成，絕緣框架上繞一組初級線圈和兩組次級線圈，并在中間圓柱孔中放入銜鐵。當(dāng)初級線圈加入適當(dāng)頻率的激勵電壓時，兩個次級線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與線圈之間的互感成正比。若兩個次級線圈的感應(yīng)電勢分別為和，輸出接成反極性串聯(lián)，如圖b所示，則傳感器總輸出電壓。1．工作原理當(dāng)鐵芯向左和向右移動時，兩種情況2．零點剩余電壓差動變壓器的兩個次級線圈是反向串聯(lián)的，當(dāng)銜鐵處于中間位置時，輸出電壓應(yīng)該為零，這只是理想特性。但實際情況中，在所謂“零點〞時，輸出電壓并不是零，而且有一個很小的電壓值，這個電壓值稱為零點剩余電壓。〔1〕零點剩余電壓產(chǎn)生的原因零點剩余電壓由基波分量和高次諧波構(gòu)成，其產(chǎn)生原因主要有：①基波分量主要是傳感器兩次級線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，以及構(gòu)成電橋另外兩臂的電器參數(shù)不一致，從而使兩個次級線圈感應(yīng)電勢的幅值和相位不相等，即使調(diào)整銜鐵位置，也不能同時使幅值和相位都相等。②高次諧波主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性引起。③鼓勵電壓中包含的高次諧涉及外界電磁干擾，也會產(chǎn)生高次諧波。2．零點剩余電壓差動變壓器的兩個次級線圈是反〔2〕零點剩余電壓的消除①從設(shè)計工藝上保證結(jié)構(gòu)對稱性。②選用適宜的信號調(diào)理電路。③在線路補償方面主要有：加串聯(lián)電阻消除零點剩余電壓的基波分量；加并聯(lián)電阻、電容消除零點剩余電壓的高次諧波分量；加反響支路消除基波正交分量或高次諧波分量?！?〕零點剩余電壓的消除①從設(shè)計工藝上保證結(jié)構(gòu)對稱性。②3．差動變壓器式傳感器的應(yīng)用〔1〕差動變壓器式壓力傳感器以下圖所示為差動變壓器式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，主要由膜盒、隨膜盒的膨脹與收縮而移動的銜鐵、感應(yīng)線圈等組成。初級線圈與振蕩電路相連，產(chǎn)生交流鼓勵電壓，并在線圈周圍產(chǎn)生磁場，兩個次級線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。1－接頭；2－膜盒；3－底座；4－線路板；5－線圈；6－銜鐵；7－罩殼；8－插頭；9－通孔3．差動變壓器式傳感器的應(yīng)用〔1〕差動變壓器式壓力傳感器〔2〕差動變壓器式加速度傳感器以下圖所示為差動變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，主要由懸臂梁和差動變壓器構(gòu)成。測量時，將懸臂梁底座及差動變壓器的線圈、骨架固定，銜鐵的A端與被測振動體相連，通過測量輸出電壓的大小間接地反映出被測加速度的變化。1－差動變壓器；2－懸臂梁〔2〕差動變壓器式加速度傳感器以下圖所示為差〔3〕差動變壓器式位移傳感器以下圖所示為差動變壓器式位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，可用于很多場合下的微小位移測量。1－測頭；2－軸套；3－測桿；4－銜鐵；5－線圈架；6－彈簧；7－導(dǎo)線；8－屏蔽筒；9－圓片彈簧；10－防塵罩〔3〕差動變壓器式位移傳感器以下圖所示為差動3.3.3電渦流式傳感器電渦流式傳感器是基于電渦流效應(yīng)原理制成的，即利用金屬導(dǎo)體中的渦流與鼓勵磁場之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的原理工作的。被測對象以某種方式調(diào)制磁場，從而改變鼓勵線圈的電感。在測量過程中，電渦流式傳感器主動發(fā)射能量，被測對象對能量吸收或反射，不需要被測對象做功，屬于主動測量，可進(jìn)行動態(tài)非接觸測量，特別適用于測量運動物體。3.3.3電渦流式傳感器電渦流式傳感1．電渦流效應(yīng)1－金屬導(dǎo)體；2－線圈如圖所示，在一個金屬導(dǎo)體上方放置一個扁平線圈，當(dāng)線圈中通入交變電流時，線圈的周圍空間就產(chǎn)生了交變磁場，若將金屬導(dǎo)體置于此磁場范圍內(nèi)，則金屬導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流在金屬導(dǎo)體中是閉合的，呈旋渦狀，稱為電渦流或渦流。電渦流也將產(chǎn)生交變磁場，其方向與激勵磁場方向相反，由于磁場的反作用使導(dǎo)電線圈的有效阻抗發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。1．電渦流效應(yīng)1－金屬導(dǎo)體；2－線圈如圖所示〔1〕高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由一個安裝在框架上的線圈構(gòu)成，稱為電渦流探頭。以下圖所示為CZF1型渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)簡圖，它就是將導(dǎo)線繞在聚四氟乙烯框架槽溝內(nèi)，形成線圈的結(jié)構(gòu)方式。1－線圈；2－框架；3－框架襯套；4－支架；5－電纜；6－插頭〔1〕高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流〔2〕低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器采用低頻鼓勵，貫穿深度較大，適用于測量金屬材料的厚度，其工作原理如下圖。圖中的發(fā)射線圈和接收線圈是兩個繞在膠木棒上的線圈，分別位于被測物體的上、下方。振蕩器產(chǎn)生的低頻電壓u加到的兩端，線圈中流過一個同頻率的交流電流，并在其周圍產(chǎn)生一個交變磁場?！?〕低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流2．電渦流式傳感器的應(yīng)用〔1〕電渦流式位移傳感器電渦流式傳感器可用來測量各種形式的位移量，測量范圍大約為0~5mm，分辨率可達(dá)測量范圍的0.1%，以下圖所示為電渦流式位移傳感器的測量原理圖。其中，圖a為汽輪機主軸的軸向位移測量，圖b為先導(dǎo)閥的位移測量，圖c為金屬試件的熱膨脹系數(shù)測量。1－被測件；2－傳感器探頭〔a〕〔b〕〔c〕2．電渦流式傳感器的應(yīng)用〔1〕電渦流式位移傳感器〔2〕電渦流式振幅傳感器電渦流式傳感器可以無接觸地測量各種振動的幅值，以下圖所示為電渦流式振幅傳感器的測量原理圖。其中，圖a為汽輪機和空氣壓縮機的主軸徑向振動測量，圖b為發(fā)動機渦輪葉片的振幅測量，圖c為軸的振動形狀測量。1－被測件；2－傳感器探頭〔a〕〔b〕〔c〕〔2〕電渦流式振幅傳感器電渦流式傳感器可以無〔3〕電渦流式厚度傳感器電渦流式傳感器可以無接觸地測量金屬板厚度和非金屬板的鍍層厚度，圖a所示為電渦流式厚度傳感器的測量原理圖。由于在工作過程中金屬板上下波動，影響測量精度，所以常采用比較法測量，如圖b所示。在被測金屬板上、下方各裝一個傳感器探頭，其間距為，它們與金屬板上、下外表的間距為和，金屬板厚。兩個傳感器探頭測得和，通過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成電壓后相加，相加所得的電壓值與傳感器探頭之間距離對應(yīng)的設(shè)定電壓值相減，就得到與金屬板厚對應(yīng)的電壓值。1－被測件；2－傳感器探頭〔a〕用一個傳感器探頭測量〔b〕用兩個傳感器探頭測量〔3〕電渦流式厚度傳感器電渦流式傳感器可以無〔4〕電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器以下圖所示為電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器的測量原理圖。其中圖a是在一個旋轉(zhuǎn)體上開一條或數(shù)條槽，圖b是做成齒狀。在旋轉(zhuǎn)體旁邊安裝一個傳感器探頭，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動時，傳感器探頭將輸出周期性變化的電壓，此電壓經(jīng)放大整形后用頻率計指示出頻率值。1－被測旋件；2－傳感器探頭〔a〕旋轉(zhuǎn)體上開槽〔b〕旋轉(zhuǎn)體做成齒狀〔4〕電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器以下圖所示為電渦流式〔5〕渦流探傷電渦流式傳感器可以用于焊接部位的探傷，還可以檢查金屬材料的外表裂紋、砂眼、氣泡、熱處理裂痕等。測量時，被測物體與傳感器線圈之間作平行相對運動，距離保持不變，在測量線圈上就會產(chǎn)生調(diào)制頻率信號，此頻率取決于相對運動的速度和導(dǎo)體中物理性質(zhì)的變化速度。如有裂紋、缺陷出現(xiàn)時，傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，于是傳感器的信號產(chǎn)生突變，由此可以確定裂紋、缺陷的部位，到達(dá)探傷的目的。

另外，電渦流式傳感器還可以探測地下埋設(shè)的管道或金屬體，包括探測帶金屬零件的地雷等。探雷時，在正常情況下，探雷傳感器的耳機中沒有聲音，當(dāng)探測到金屬物體時，耳機中便會傳出聲音報警?！?〕渦流探傷電渦流式傳感器可以用于焊接部位3.3.4感應(yīng)同步器

感應(yīng)同步器由兩個平面形印刷電路繞組構(gòu)成，兩個繞組類似于變壓器的初、次級線圈，故又稱為平面變壓器，它是利用兩個繞組的互感隨其位置變化的原理制成的。1．結(jié)構(gòu)類型

感應(yīng)同步器按其用途可分為直線感應(yīng)同步器和圓感應(yīng)同步器兩大類，前者用于直線位移的測量，后者用于角位移的測量。3.3.4感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器由兩個平面①直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成，如圖所示。定尺和滑尺上均有印刷電路繞組，定尺為一組均勻分布的單相連續(xù)繞組，滑尺為兩組節(jié)距相等、空間相差交替排列的分段繞組，S為正弦繞組，C為余弦繞組。使用時定尺安裝在不動部件上，滑尺安裝在運動部件上，兩尺平面繞組相對放置，并留有微小間隙（0.25mm左右），滑尺相對定尺移動。1－定尺；2－滑尺①直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器由定尺和滑尺②圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器又稱旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器，它由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，如下圖。在轉(zhuǎn)子上分布著單相連續(xù)繞組，繞組的導(dǎo)電片沿圓周的徑向分布；在定子上分布著兩相扇形的分段繞組。定子和轉(zhuǎn)子的截面構(gòu)造與直線感應(yīng)同步器相同，為防止靜電感應(yīng)，在轉(zhuǎn)子繞組的外表也粘結(jié)絕緣層的鋁箔，定子和轉(zhuǎn)子之間也留有微小間隙。轉(zhuǎn)子作為鼓勵繞組，加上交流鼓勵電壓；定子的正弦、余弦繞組作為輸出繞組。定子和轉(zhuǎn)子可以直接安裝在機械設(shè)備上，也可以將它們組裝在一起，通過聯(lián)軸器與機械運動軸聯(lián)接起來。1－定子；2－轉(zhuǎn)子②圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器又稱旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同2．工作原理以直線型感應(yīng)同步器為例。當(dāng)滑尺的兩個繞組〔鼓勵繞組〕各供給一個交流鼓勵電壓時，那么定尺上的繞組由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生與鼓勵電壓同頻率的感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢與位置的關(guān)系如下圖?；呦鄬τ诙ǔ咭苿右粋€節(jié)距〔點〕，感應(yīng)電勢與初始狀態(tài)完全相同，這樣感應(yīng)電勢隨滑尺相對定尺的移動而周期性變化，變化規(guī)律如曲線1所示。同理，假設(shè)余弦繞組中通入鼓勵電壓，那么感應(yīng)電勢隨滑尺位置的變化規(guī)律如曲線2所示。2．工作原理以直線型感應(yīng)同步器為例。當(dāng)滑尺的3．感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器的應(yīng)用非常廣泛，主要用于測量線位移、角位移以及與此相關(guān)的物理量，如轉(zhuǎn)速、振動等。直線感應(yīng)同步器已經(jīng)廣泛用于大型精密坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)銑床及其他數(shù)控機床的定位、數(shù)控和數(shù)顯；圓感應(yīng)同步器那么常用于軍事上的雷達(dá)天線定位跟蹤等，同時在精密機床或測量儀器設(shè)備的分度裝置上也有較多應(yīng)用。以數(shù)控機床為例，其數(shù)字控制系統(tǒng)按控制刀具相對于工件移動的軌跡不同，可分為點位控制系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)。3．感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器的應(yīng)用非常廣泛〔1〕點位控制系統(tǒng)點位控制系統(tǒng)主要是控制刀具或工作臺從某一加工點到另一加工點之間的準(zhǔn)確定位，而對點與點之間所經(jīng)過的軌跡不加控制。利用感應(yīng)同步器作點位控制的檢測反響元件，可以直接測出機床的移動量以修正定位誤差，提高定位精度。以下圖所示為感應(yīng)同步器在點位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用?！?〕點位控制系統(tǒng)點位控制系統(tǒng)主要是控制刀具〔2〕位置隨動系統(tǒng)位置隨動系統(tǒng)或稱連續(xù)控制系統(tǒng)，它不僅要求在加工過程中實現(xiàn)點到點的準(zhǔn)確定位，而且要保證運動過程中逐點的定位精度，即對運動軌跡上的各點都要求精確地跟蹤指令。以下圖所示是一種采用直流力矩電機為執(zhí)行元件、鑒幅型工作方式的感應(yīng)同步器為檢測反響元件的位置隨動系統(tǒng)?！?〕位置隨動系統(tǒng)位置隨動系統(tǒng)或稱連續(xù)控制系3.4壓電式傳感器3.4.1工作原理壓電式傳感器的工作原理基于某些物質(zhì)具有的壓電效應(yīng)，壓電效應(yīng)是可逆的，因此壓電傳感器是典型的“雙向傳感器〞。某些電介質(zhì)在沿一定方向上施加外力而發(fā)生變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其兩個外表上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，電荷也隨之消失，恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，在電介質(zhì)的極化方向上施加電場時，電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)〔或電致伸縮效應(yīng)〕。3.4壓電式傳感器3.4.1工作原理〔1〕石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體是單晶體，理想幾何形狀為正六面體晶柱，如圖a所示。在晶體學(xué)中可用三條互相垂直的晶軸表示，其中縱軸z稱為光軸，經(jīng)過正六面體棱線且垂直于光軸的x軸稱為電軸，垂直于正六面體棱面且與x軸和z軸同時垂直的y軸稱為機械軸，如圖b所示。沿電軸x方向施加力而產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)〞，沿機械軸y方向施加力而產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)〞，沿z軸方向受力時不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。在晶體上沿y軸線切下一片平行六面體稱為壓電晶體切片，如圖c所示?！瞐〕〔b〕〔c〕〔1〕石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體是單晶體，理〔2〕壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷具有與鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)類似的電疇結(jié)構(gòu)。在沒有外加電場的情況下，極化作用被相互抵消，壓電陶瓷不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，如圖a所示。給壓電陶瓷施加外電場，使電疇規(guī)那么排列，從而具有壓電性能。外加電場的方向即為壓電陶瓷的極化方向，如圖b所示。外加電場去掉后，電疇極化方向根本保持原極化方向，壓電陶瓷的極化強度不恢復(fù)為零，而是存在著很強的剩余極化強度，仍具有壓電性能，如圖c所示。〔a〕〔b〕〔c〕〔2〕壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷具有與鐵磁材3.4.2壓電材料壓電材料的種類很多，從取材方面有天然和人工合成的、有無機的和有機的。從晶體結(jié)構(gòu)方面有單晶和多晶的。在壓電式傳感器中，普遍應(yīng)用的壓電晶體主要有石英〔SiO2〕、鈮酸鋰〔LiNbO3〕等，壓電陶瓷有鈦酸鋇〔BaTiO3〕、鈮鎂酸鉛〔PMN〕和鋯鈦酸鉛〔PZT〕系列。壓電材料壓電晶體壓電陶瓷新型壓電材料3.4.2壓電材料壓電材料的種類很多，從1．壓電晶體壓電晶體石英晶體水溶性壓電晶體鈮酸鋰晶體2．壓電陶瓷壓電陶瓷鈦酸鋇壓電陶瓷鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）鈮酸鹽系列壓電陶瓷鈮鎂酸鉛壓電陶瓷（PMN）1．壓電晶體壓電晶體石英晶體水溶性壓電晶體鈮酸鋰晶體2．壓電3．新型壓電材料新型壓電材料壓電半導(dǎo)體高分子壓電薄膜3．新型壓電材料新型壓電材料壓電半導(dǎo)體高分子壓電薄膜3.4.3等效電路與信號調(diào)理電路壓電式傳感器既可以等效成一個電荷源與電容并聯(lián)電路，也可以等效成一個電壓源與電容串聯(lián)電路，如下圖。1．等效電路〔a〕電荷源與電容并聯(lián)〔b〕電壓源與電容串聯(lián)3.4.3等效電路與信號調(diào)理電路壓電

壓電式傳感器在實際使用中，常采用兩片或多片壓電片粘結(jié)在一起以提高靈敏度，圖a為并聯(lián)接法，兩壓電片的負(fù)電荷集中在中間極板，正電荷在兩側(cè)極板，輸出電荷量增大，電容量也增大，從而使時間常數(shù)增大，適用于電荷輸出和緩變信號測量。圖b為串聯(lián)接法，正電荷集中在上極板，負(fù)電荷集中在下極板，輸出電壓增大，電容量減小，時間常數(shù)減小，適用于電壓輸出和瞬變信號測量?！瞐〕并聯(lián)接法〔b〕串聯(lián)接法壓電式傳感器在實際使用中，常采用兩片或多片壓

壓電式傳感器的輸出阻抗相當(dāng)高，輸出信號也非常微弱，為保證一定測量精度，必須接入一個高輸入阻抗的前置放大器。其作用為：一是把傳感器的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號。壓電式傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號，因此前置放大器有電壓放大器和電荷放大器兩種形式。2．信號調(diào)理電路壓電式傳感器的輸出阻抗相當(dāng)高，輸出信號也非?！?〕電壓放大器壓電式傳感器與電壓放大器連接的等效電路如下圖?！瞐〕根本等效電路〔b〕簡化等效電路〔1〕電壓放大器壓電式傳感器與電壓放大器連接的等效電路如下圖〔2〕電荷放大器為改善壓電式傳感器的低頻特性，常采用電荷放大器。電荷放大器實際上是一個具有深度負(fù)反響的高增益運算放大器，壓電式傳感器與電荷放大器連接的等效電路如圖a所示，簡化等效電路如圖b所示?！瞐〕根本等效電路〔b〕簡化等效電路〔2〕電荷放大器為改善壓電式傳感器的低頻特性3.4.4壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式力傳感器可測量動態(tài)或靜態(tài)力，其測量范圍為。以下圖為一種用于機床動態(tài)切削力測量的單向壓電式力傳感器。1．壓電式力傳感器1－基座；2－絕緣套；3－壓電元件；4－蓋板；5－插座3.4.4壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式力壓電式力傳感器安裝在試件與激振器之間，在試件上的適當(dāng)部位裝多只壓電式加速度傳感器。將壓電式力傳感器測得的力信號和壓電式加速度傳感器測得的加速度信號經(jīng)多路電荷放大器后送入數(shù)據(jù)處理設(shè)備，即可求得被測試件的機械阻抗。該試驗方法可進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，如以下圖所示。1－激振器；2－力傳感器；3－加速度傳感器壓電式力傳感器安裝在試件與激振器之間，在試件右圖所示為壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。壓電元件由兩塊壓電片〔石英晶片或壓電陶瓷片〕組成，在壓電片的兩個外表上鍍銀并焊接輸出引線，或在兩塊壓電片之間夾金屬薄片，輸出引線焊接在金屬薄片上，輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。2．壓電式加速度傳感器〔1〕工作原理1－殼體；2－彈簧；3－質(zhì)量塊；4－壓電片；5－基座右圖所示為壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。壓用壓電式加速度傳感器檢測橋墩的振動，再進(jìn)行頻譜分析，那么可準(zhǔn)確地判斷橋墩的內(nèi)部缺陷。圖a為探測示意圖。沒有缺陷的橋墩為一鞏固整體，相當(dāng)于一個大質(zhì)量塊，鼓勵后只有一個諧振頻率點，加速度響應(yīng)曲線為單峰，如圖b所示。假設(shè)橋墩有缺陷，其力學(xué)系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，相當(dāng)于兩個或數(shù)個質(zhì)量—彈簧系統(tǒng)，具有多個諧振頻率點，鼓勵后的加速度響應(yīng)曲線將顯示出雙峰或多峰，如圖c所示?！?〕應(yīng)用舉例用壓電式加速度傳感器檢測橋墩的振動，再進(jìn)行頻壓電式超聲波傳感器是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，將高頻交變電場轉(zhuǎn)換成高頻機械振動而產(chǎn)生超聲波〔發(fā)射探頭〕，再利用正壓電效應(yīng)將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號〔接收探頭〕。探頭的結(jié)構(gòu)如下圖，主要由壓電元件、吸收塊〔阻尼塊〕、保護(hù)膜和引出線等組成。3．壓電式超聲波傳感器1－保護(hù)膜；2－吸收塊；3－金屬殼；4－導(dǎo)線螺桿；5－接線片；6－引出線；7－壓電元件壓電式超聲波傳感器是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)〔1〕壓電式超聲波測厚傳感器以下圖所示為壓電式超聲波測厚傳感器的原理框圖，超聲波探頭與被測試件外表接觸。主控制器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號控制發(fā)射電路，經(jīng)電流放大后鼓勵壓電探頭，產(chǎn)生超聲波脈沖。超聲波脈沖傳到被測試件外表被反射回來，由同一探頭接收，經(jīng)接收放大器放大加到示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上，標(biāo)記發(fā)生器輸出時間的標(biāo)記脈沖信號也加到該垂直偏轉(zhuǎn)板上，而掃描電路輸出掃描電壓那么加到示波器水平偏轉(zhuǎn)板上。1－超聲波探頭；2－被測試件〔1〕壓電式超聲波測厚傳感器以下圖所示為壓電〔2〕壓電式超聲波流量計壓電式超聲波流量計其原理是利用超聲波在靜止和流動流體中傳播速度不同，從而形成傳播時間的變化，由此可求出流體的流速，再根據(jù)管道的截面積即可得到流體的流量。以下圖所示為壓電式超聲波流量計的原理圖。①實現(xiàn)非接觸測量②測量管道直徑范圍大③可用于多種介質(zhì)流量的測量，〔2〕壓電式超聲波流量計壓電式超聲波流量計其3.4.5聲外表波〔SAW〕傳感器SAW傳感器的核心是SAW振蕩器，有延遲線〔DL〕型和諧振〔R〕型兩種。左圖所示為延遲線型SAW振蕩器，右圖所示為諧振型SAW振蕩器。1．SAW傳感器的結(jié)構(gòu)與原理延遲線型SAW振蕩器諧振型SAW振蕩器1－壓電基片；2－反射柵3.4.5聲外表波〔SAW〕傳感器以下圖所示為SAW氣體傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。2．SAW傳感器的應(yīng)用〔1〕SAW氣體傳感器〔a〕延遲線型〔b〕諧振器型以下圖所示為SAW氣體傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。2．SAW傳感器的以下圖所示為SAW壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，在壓電基片上沉積一層薄膜敏感區(qū)〔膜片〕，其上面的叉指換能器與放大器構(gòu)成SAW振蕩器?！?〕SAW壓力傳感器1－壓電基片；2－膜片以下圖所示為SAW壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，在

SAW溫度傳感器是利用振蕩器頻率與溫度呈線性關(guān)系的原理而設(shè)計的。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，改變了SAW的傳播速度，從而引起振蕩器頻率發(fā)生變化，由頻率變化量來檢測溫度的變化。SAW諧振型溫度傳感器的測溫范圍為-50~250℃，精度大于℃，可測量出10-4~10-6℃的微小溫度變化量，常用于氣象測溫、糧倉多點測溫、火災(zāi)報警等?！?〕SAW溫度傳感器〔4〕SAW濕度傳感器SAW濕度傳感器是利用敏感膜感濕性與頻率之間存在定量關(guān)系的原理而設(shè)計的。在延遲線型SAW振蕩器的兩個叉指換能器之間涂敷鈉鹽或磺化聚苯乙烯，當(dāng)這種吸濕聚合物涂層受潮濕后，SAW的傳播速度將發(fā)生變化，從而引起振蕩器頻率發(fā)生變化。在20~70%RH濕度范圍內(nèi)，SAW延遲線型濕度傳感器的頻率與濕度呈線性關(guān)系，因此可通過頻率變化量來檢測濕度的大小。這種傳感器廣泛用于氣象預(yù)報、糧食儲存、醫(yī)藥衛(wèi)生和國防建設(shè)等領(lǐng)域。SAW溫度傳感器是利用振蕩器頻率與溫度呈線3.5熱電式傳感器熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻或電勢變化的裝置，因此又稱為溫度傳感器。根據(jù)傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式，熱電式傳感器可分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式傳感器與被測介質(zhì)接觸，使二者進(jìn)行充分的熱交換而到達(dá)測溫的目的，主要有熱電偶、熱電阻、PN結(jié)溫度傳感器等。非接觸式傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是利用被測介質(zhì)的熱輻射實現(xiàn)溫度測量，如紅外測溫傳感器，主要用來測量運動狀態(tài)物體的溫度3.5熱電式傳感器熱電式傳感器是將溫3.5.1熱電偶傳感器1．熱電效應(yīng)

熱電偶是由兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）材料A與B串聯(lián)組成的閉合回路，如圖a所示。若兩個結(jié)點處于不同的溫度T和T0

，T且>T0

，則回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。其中A、B稱為熱電極，溫度為T的結(jié)點稱為熱端或工作端，溫度為T0的結(jié)點稱為冷端或參考端。熱電極與測量儀表相連，如圖b所示，根據(jù)熱電勢及冷端溫度T0就可得到待測介質(zhì)的溫度T?！瞐〕〔b〕3.5.1熱電偶傳感器1．熱電效應(yīng)熱〔1〕接觸電勢

由于不同導(dǎo)體材料A和B內(nèi)的自由電子密度不同，所以當(dāng)它們相互接觸時，在接觸處將發(fā)生電子擴散，由此形成的電位差稱為接觸電勢?！?〕溫差電勢對于單一導(dǎo)體材料，假設(shè)兩端溫度不同，其兩端的電子能量也不同，高溫端電子能量大，自由電子從高溫端擴散的速率比從低溫端擴散的速率快，那么高溫端的自由電子就會向低溫端擴散，由此形成的電位差稱為溫差電勢?！?〕接觸電勢由于不同導(dǎo)體材料A和B內(nèi)的自由2．熱電偶的根本定律（1）勻質(zhì)導(dǎo)體定律兩種勻質(zhì)導(dǎo)體材料組成的熱電偶，其熱電勢與熱電極的長度、截面積以及沿?zé)犭姌O長度方向的溫度分布無關(guān)，僅與熱電極材料的性質(zhì)和熱端、冷端的溫度有關(guān)。（2）中間導(dǎo)體定律在熱電偶的冷端接入與熱電極A、B不同的另一種導(dǎo)體C（稱為中間導(dǎo)體），只要被接入導(dǎo)體兩端的溫度相同，則回路中的熱電勢不受中間接入導(dǎo)體的影響。2．熱電偶的根本定律（1）勻質(zhì)導(dǎo)體定律兩種勻質(zhì)導(dǎo)體材料組成的（3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶的熱電勢可以用它們分別與第三種導(dǎo)體材料（稱為標(biāo)準(zhǔn)電極）組成熱電偶的熱電勢之差來表示，這就是標(biāo)準(zhǔn)電極定律。（4）中間溫度定律熱電偶在結(jié)點溫度為（）時的熱電勢等于熱電偶在結(jié)點溫度為（）和（）時相應(yīng)熱電勢的代數(shù)和，這就是中間溫度定律。（3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶的熱電勢可以用它們分3．熱電偶的冷端補償

熱電偶的分度表以及根據(jù)分度表刻度的測溫儀表都是在冷端溫度為0℃時的條件下標(biāo)定的，所以在使用熱電偶時必須遵守這一條件。而工業(yè)現(xiàn)場中熱電偶的冷端通?？拷粶y對象，受周圍環(huán)境溫度變化的影響，因此要準(zhǔn)確測得熱端的真實溫度，就必須采取一些補償或修正措施?！?〕計算修正法①熱電勢修正法②溫度修正法〔2〕電橋補償法〔3〕補償導(dǎo)線法〔4〕0℃恒溫法3．熱電偶的冷端補償熱電偶的分度表以及根據(jù)分4．常用熱電偶〔1〕標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的工藝比較成熟，性能穩(wěn)定，可批量生產(chǎn)，互換性好，具有統(tǒng)一的分度表。國際電工委員會〔IEC〕推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，如表所示。4．常用熱電偶〔1〕標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶〔2〕非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶復(fù)制性差，沒有統(tǒng)一的分度表，其應(yīng)用受到了很大的限制，但近年來非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的開展很快，主要用于進(jìn)一步擴展高溫和低溫的測量以及某些特殊場合的測量?！?〕非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶復(fù)制性差，5．熱電偶傳感器的應(yīng)用在鍋爐節(jié)能控制系統(tǒng)中，通常需要對爐膛、蒸汽、水等的溫度進(jìn)行測定。以下圖所示為爐溫測量實例，將熱電偶的熱端插入爐內(nèi)感受待測溫度T，冷端通過補償導(dǎo)線與測量儀表的輸入導(dǎo)線〔銅線〕相連，并插入冰瓶以保證T0=0℃，由測量儀表測得的熱電勢來確定爐內(nèi)的實際溫度。假設(shè)測溫現(xiàn)場不便保證冷端T0=0℃，那么必須進(jìn)行修正。1－補償導(dǎo)線；2－輸入導(dǎo)線；3－絕緣油5．熱電偶傳感器的應(yīng)用在鍋爐節(jié)能控制系統(tǒng)中，3.5.2熱電阻傳感器1．金屬熱電阻熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而改變的特性來工作的。由金屬導(dǎo)體，如鉑、銅、鎳等制成的測溫元件稱為金屬熱電阻〔簡稱熱電阻〕，由半導(dǎo)體材料制成的測溫元件稱為熱敏電阻。大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而增大，具有正的電阻溫度系數(shù)。作為測溫?zé)犭娮璧慕饘俨牧?，?yīng)該具備以下特性：電阻溫度系數(shù)大，以提高靈敏度；電阻率大，以減小熱電阻的體積和重量；在測溫范圍內(nèi)物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，以保證測溫的準(zhǔn)確性；良好的輸出特性，即電阻與溫度之間必須有線性或近似線性的關(guān)系；容易加工，復(fù)制性好，價格廉價等。3.5.2熱電阻傳感器1．金屬熱電阻〔1〕鉑電阻

鉑電阻具有精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠等優(yōu)點，主要用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)傳遞、高精度工業(yè)測溫等?！?〕銅電阻銅電阻在此溫度范圍內(nèi)線性度好、溫度系數(shù)比較大、靈敏度高、材料容易提純、價格廉價。其缺乏之處是精度較鉑電阻略低、電阻率較小、體積較大、熱慣性也較大，僅適用于溫度較低和無侵蝕性的介質(zhì)中?！?〕鉑電阻鉑電阻具有精度高、穩(wěn)定性好、性能〔3〕熱電阻測溫電橋電路

金屬熱電阻常使用電橋作為測量電路，為消除連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化而造成的測量誤差，常采用三線式和四線式接法。〔a〕接檢流計〔b〕接電源回路〔3〕熱電阻測溫電橋電路金屬熱電阻常使用電橋2．熱敏電阻熱敏電阻是以金屬氧化物為基體原料，參加一些添加劑，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。根據(jù)其電阻溫度特性可分為三類：正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC〔PositiveTemperatureCoefficient；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC〔NegativeTemperatureCoefficient；臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR〔CriticalTemperatureResistor〕。右圖為三種熱敏電阻的溫度特性曲線。2．熱敏電阻熱敏電阻是以金屬氧化物為基體原料

熱敏電阻的溫度特性具有較大的非線性，而用于溫度測量和控制時總希望輸出信號與溫度呈線性關(guān)系，因此需要對熱敏電阻的特性進(jìn)行線性化處理，常用以下幾種方法?！?〕串聯(lián)電阻補償法〔a〕補償電路〔b〕電阻與溫度的關(guān)系〔c〕電流與溫度的關(guān)系串聯(lián)電阻補償法是將補償電阻與熱敏電阻串聯(lián)，如圖所示。熱敏電阻的溫度特性具有較大的非線性，而用于溫〔2〕并聯(lián)電阻補償法并聯(lián)電阻補償法是將補償電阻與熱敏電阻并聯(lián)，如圖a所示。并聯(lián)后的等效電阻，等效電阻與溫度的關(guān)系曲線變得比較平坦，可在某一范圍內(nèi)得到線性輸出特性，如圖b所示?！瞐〕補償電路〔b〕電阻與溫度的關(guān)系〔2〕并聯(lián)電阻補償法并聯(lián)電阻補償法是將補償電〔3〕計算修正法在單片微機測溫系統(tǒng)中，利用軟件進(jìn)行非線性補償十分方便，而且精度也很高。當(dāng)熱敏電阻的實際特性曲線時，可將其特性曲線分段，并把分段點的值存儲在存儲器中，處理器再根據(jù)熱敏電阻的實際輸出值和分段值進(jìn)行插值計算，給出真實的輸出?！?〕計算修正法在單片微機測溫系統(tǒng)中，利用軟3．熱電阻傳感器的應(yīng)用〔1〕氣體成分分析右圖所示為氣體成分分析的示意圖，由四個外殼用相同材料制成的分析室組成。其中兩個分析室內(nèi)充入被分析混合氣體，室內(nèi)的熱電阻分別為和；另外兩個分析室內(nèi)充入潔凈空氣，作為參考室，室內(nèi)的熱電阻分別為和，四個分析室內(nèi)的熱電阻組成測量電橋。工作時先將惰性氣體通入分析室使電橋到達(dá)平衡，然后將被測混合氣體通入分析室，電橋?qū)⑹テ胶?，其不平衡輸出是混合氣體成分的函數(shù)。

熱電阻的阻值與氣體的導(dǎo)熱系數(shù)在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。通過測量熱電阻的阻值即可求得氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，也就間接求得氣體的百分?jǐn)?shù)含量。3．熱電阻傳感器的應(yīng)用〔1〕氣體成分分析右圖〔2〕熱敏電阻點溫計右圖所示為熱敏電阻點溫計測溫原理圖，適宜測量微小物體或物體的局部溫度。圖中G為指示儀表，與的阻值相等，且均為錳銅電阻，對熱敏電阻的非線性起補償作用；為錳鋼電阻，其阻值等于點溫計起始刻度時熱敏電阻的阻值；是錳銅電阻，其阻值等于點溫計滿刻度時熱敏電阻的阻值；為NTC熱敏電阻，起測溫作用；和用于調(diào)節(jié)橋路工作電壓；S為雙聯(lián)開關(guān)，置于位置“0”時關(guān)機，置于位置“1”時為調(diào)整狀態(tài)，調(diào)節(jié)電位器，使指示儀表G滿刻度，然后將S置于位置“2”即可測量?！?〕熱敏電阻點溫計右圖所示為熱敏電阻點溫計〔3〕用熱敏電阻實現(xiàn)溫度控制下圖所示為簡易溫度控制器原理圖，電位器調(diào)節(jié)設(shè)定溫度，為PTC熱敏電阻。當(dāng)實際溫度比設(shè)定溫度低時，阻值較小，的be間電壓大于三極管的導(dǎo)通電壓，導(dǎo)通，也導(dǎo)通，繼電器K吸合，電熱絲通電加熱；當(dāng)實際溫度比設(shè)定溫度高時，阻值較大，的be間電壓降低，不足以使導(dǎo)通，導(dǎo)致截止，繼電器K斷開，電熱絲斷電停止加熱。為繼電器K提供放電回路，保護(hù)三極管?！?〕用熱敏電阻實現(xiàn)溫度控制下圖所示為簡易溫〔4〕用熱敏電阻實現(xiàn)溫度補償儀表中的一些零件，如線圈、繞線電阻等均由金屬絲制成，而金屬一般具有正溫度系數(shù)，隨著溫度的升高，其電阻值增大，為此常采用NTC熱敏電阻進(jìn)行補償，如圖所示。圖中為NTC熱敏電阻，與溫度系數(shù)很小的錳銅電阻并聯(lián)，再與被補償元件串聯(lián)，可以抵消由于溫度變化所造成的誤差?！?〕用熱敏電阻實現(xiàn)溫度補償儀表中的一些零件，如3.5.3PN結(jié)溫度傳感器1．二極管溫度傳感器PN結(jié)溫度傳感器是利用二極管或晶體管〔三極管〕PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的原理工作的。這種傳感器具有尺寸小、靈敏度高、線性度好、時間常數(shù)小等特點，在很多方面獲得廣泛應(yīng)用。但其測溫范圍較小〔-50~150℃〕，且互換性較差。

當(dāng)正向電流I保持不變時，PN結(jié)的正向壓降U隨溫度的上升而下降，近似呈線性關(guān)系。圖為硅材料PN結(jié)的正向壓降和溫度的特性曲線。3.5.3PN結(jié)溫度傳感器1．二極管溫度傳感器2．晶體管溫度傳感器晶體管發(fā)射結(jié)的正向壓降隨溫度上升而近似線性下降，其特性與二極管十分相似。但實際二極管的正向電流除了擴散電流外，還包括空間電荷區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流和外表復(fù)合電流，這兩種電流使實際二極管的電壓溫度特性偏離理想的線性關(guān)系。而晶體管在發(fā)射結(jié)正向偏置的情況下，這兩種電流作為基極電流漏掉，并不到達(dá)集電極，只有擴散電流能夠到達(dá)集電極形成集電極電流。由此可見，晶體管比二極管具有更好的線性和互換性。2．晶體管溫度傳感器晶體管發(fā)射結(jié)的正向壓降隨3．PN結(jié)溫度傳感器的應(yīng)用〔1〕二極管溫度傳感器的應(yīng)用二極管溫度傳感器的供電方式有恒流源和恒壓源兩種。以下圖所示是由二極管溫度傳感器構(gòu)成的數(shù)字式溫度計原理圖，采用恒壓源供電。3．PN結(jié)溫度傳感器的應(yīng)用〔1〕二極管溫度傳感器的應(yīng)用〔2〕晶體管溫度傳感器的應(yīng)用以下圖所示為晶體管溫度傳感器的測溫電路原理圖。圖中電容C的作用是防止寄生振蕩，晶體管溫度傳感器V作為反響元件接在運算放大器的反相輸入端和輸出端，基極接地?！?〕晶體管溫度傳感器的應(yīng)用以下圖所示為晶體3.5.4集成溫度傳感器集成溫度傳感器是在PN結(jié)溫度傳感器的根底上開展起來的，它將PN結(jié)溫度傳感器、放大電路、溫度補償電路、驅(qū)動電路、信號處理電路等集成在一塊芯片上，具有線性度好、靈敏度高、體積小、穩(wěn)定性好、輸出信號大、后續(xù)電路簡單等優(yōu)點。

集成溫度傳感器在溫度檢測系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多，根據(jù)其輸出信號形式可分為電壓型、電流型和數(shù)字型三類。3.5.4集成溫度傳感器集成溫度傳感1．電壓輸出型AN6701S是日本松下公司研制的電壓輸出型集成溫度傳感器，其接線方式有三種：正電源供電、負(fù)電源供電、輸出極性倒置，如下圖?！瞐〕正電源供電〔b〕負(fù)電源供電〔c〕輸出極性倒置1．電壓輸出型AN6701S是日本松下公司研2．電流輸出型AD590是電流輸出型集成溫度傳感器的典型產(chǎn)品，是由美國模擬器件公司生產(chǎn)的采用激光修正的溫度傳感器，該器件的一致性、均勻性非常好，具有較好的互換性。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在整個測溫范圍內(nèi)，非線性誤差為℃。AD590除適用于多點溫度測量外，還特別適用于遠(yuǎn)距離溫度測量和控制。2．電流輸出型AD590是電流輸出型集成溫度3．?dāng)?shù)字輸出型DS18B20是美國Dallas公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字輸出型集成溫度傳感器，能夠直接讀出被測溫度值，并且可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字量輸出?！?〕DS18B20的結(jié)構(gòu)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，由64位光刻ROM、溫度傳感器、溫度報警觸發(fā)器和、配置寄存器等組成。3．?dāng)?shù)字輸出型DS18B20是美國Dalla〔2〕DS18B20的軟件操作

對DS18B20進(jìn)行軟件操作的命令主要包括ROM操作命令和存儲器操作命令。①ROM操作命令〔a〕讀命令〔33H〕〔b〕選擇定位命令〔55H〕〔c〕跳過ROM序列號檢測命令〔CCH〕〔d〕查詢命令〔F0H〕〔e〕報警查詢命令〔ECH〕〔2〕DS18B20的軟件