《傳感器技術(shù)及應(yīng)用（第2版）》高職全套教學(xué)課件

傳感器技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)傳感器項(xiàng)目2力和壓力測(cè)量項(xiàng)目3溫度測(cè)量項(xiàng)目4位移測(cè)量項(xiàng)目5環(huán)境量測(cè)量項(xiàng)目6位置檢測(cè)項(xiàng)目7速度測(cè)量項(xiàng)目8RFID識(shí)別項(xiàng)目9生物識(shí)別項(xiàng)目10圖像識(shí)別項(xiàng)目11傳感器技術(shù)綜合應(yīng)用全套可編輯PPT課件

項(xiàng)目一認(rèn)識(shí)傳感器全套可編輯PPT課件

項(xiàng)目一認(rèn)識(shí)傳感器知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)項(xiàng)目目標(biāo)掌握學(xué)習(xí)傳感器的指標(biāo)與選型；理解傳感器的概念、主要參數(shù)；了解傳感器的應(yīng)用、分類、發(fā)展及標(biāo)定。能夠根據(jù)傳感器選型的基本原則、參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的傳感器選型；了解傳感器標(biāo)定的知識(shí)。項(xiàng)目目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生謙虛好學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度、認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、良好的職業(yè)習(xí)慣和具有一定的創(chuàng)新思維能力。全套可編輯PPT課件

1.傳感器概念及應(yīng)用2.傳感器分類與發(fā)展3.傳感器基本特性指標(biāo)4.傳感器命名及代號(hào)目錄5.傳感器標(biāo)定6.傳感器選型1.傳感器概念與應(yīng)用電量：一般是指物理學(xué)中的電學(xué)量，例如電壓、電流、電阻、電容及電感等。1）傳感器概念電量非電量非電量：是指除電量之外的一些參數(shù)，例如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度及酸堿度等等。非電量需要轉(zhuǎn)化成與其有一定關(guān)系的電量，再進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件就是傳感器。1.傳感器概念與應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-2005中，傳感器（Ttransducer/Sensor）的定義為：能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、調(diào)理電路和輔助電源四部分組成，傳感器結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。圖1.1傳感器組成框圖敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芎晚憫?yīng)被測(cè)量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分調(diào)理電路是把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于處理、控制、記錄和顯示的有用電信號(hào)所涉及的有關(guān)電路輔助電源為傳感器中的元件和電路提供工作能源。1.傳感器概念與應(yīng)用2）傳感器的應(yīng)用全球傳感器行業(yè)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)圖應(yīng)用廣泛，可以說需感知、測(cè)量的地方都需要傳感器。1.傳感器概念與應(yīng)用（1）工業(yè)控制各種信息檢測(cè)，再把大量測(cè)得的信息傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，用以進(jìn)行生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝管理與安全等方面的控制。圖1.2電子標(biāo)簽在家電生產(chǎn)工序追蹤管理中的應(yīng)用電子標(biāo)簽讀寫器1.傳感器概念與應(yīng)用（2）汽車應(yīng)用對(duì)行駛速度、行駛距離等有關(guān)參數(shù)的測(cè)量；汽車安全氣囊系統(tǒng)，防盜、防抱死裝置，防滑控制系統(tǒng)及汽車“黑匣子”等新設(shè)施上都應(yīng)用了傳感器；語音控制、人工智能技術(shù)、自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用成為熱門。圖1.3無人駕駛汽車1.傳感器概念與應(yīng)用（3）家電應(yīng)用在電子爐灶、自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、熱風(fēng)取暖器、風(fēng)干器、報(bào)警器、電熨斗、電風(fēng)扇、游戲機(jī)、電子驅(qū)蚊器、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、彩色電視機(jī)、錄像機(jī)、錄音機(jī)、收音機(jī)、電唱機(jī)及家庭影院等方面廣泛應(yīng)用。圖1.4燃?xì)獗O(jiān)測(cè)記錄儀1.傳感器概念與應(yīng)用（4）機(jī)器人用機(jī)器人“看”、“聽”、“行”、“取”甚至具有一定的智能分析能力，都離不開各種傳感器的應(yīng)用。

（a）歐姆龍并聯(lián)機(jī)器人（b）海爾掃地機(jī)器人圖1.5機(jī)器人應(yīng)用1.傳感器概念與應(yīng)用（5）醫(yī)療應(yīng)用人體的表面和內(nèi)部溫度、血壓及腔內(nèi)壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈波及心音、心腦電波等進(jìn)行高準(zhǔn)確度的診斷，如圖1.6所示為腦電波檢測(cè)儀。

圖1.6腦電波檢測(cè)儀1.傳感器概念與應(yīng)用（6）環(huán)境保護(hù)為保護(hù)環(huán)境，改善人們的生活狀態(tài)，利用傳感器制成的各種環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器正在發(fā)揮著積極的作用。如圖1.7所示為空氣質(zhì)量變送器。

圖1.7空氣質(zhì)量變送器風(fēng)雨傳感器1.傳感器概念與應(yīng)用（7）航空航天為了解飛機(jī)或火箭的飛行軌跡，并把它們控制在預(yù)定軌道上運(yùn)行，就要使用傳感器進(jìn)行速度、加速度和飛行距離測(cè)量。要控制飛行器飛行的方向，就必須掌握它的飛行姿態(tài)，飛行姿態(tài)可以使用紅外水平線傳感器陀螺儀、陽(yáng)光傳感器、星光傳感器及地磁傳感器等進(jìn)行測(cè)量。

圖1.8神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接成功玉兔號(hào)月球車1.傳感器概念與應(yīng)用（8）物聯(lián)網(wǎng)

應(yīng)用預(yù)計(jì)到2045年，將會(huì)有超過1千億的移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)探測(cè)器、監(jiān)控?cái)z像頭、汽車等設(shè)備連接在互聯(lián)網(wǎng)上，構(gòu)成一個(gè)龐大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。智能家居包含家電、照明、安防控制、家庭影院、自動(dòng)駕駛等子系統(tǒng)，集成了溫度、濕度、光照、聲音、指紋等多種傳感器。

圖1.9傳感器在智能家居的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與傳感器2.傳感器分類與發(fā)展金屬箔式1）傳感器的分類分類法型式說

明按構(gòu)成效應(yīng)分物理型、化學(xué)型、生物型分別以轉(zhuǎn)換中的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等命名按構(gòu)成原理分結(jié)構(gòu)型以其轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換物性型以其轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換

按能量關(guān)系分能量轉(zhuǎn)換型傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而得能量控制型傳感器輸出量能量由外源供給，但受被測(cè)輸入量控制按作用原理分應(yīng)變式、電容式、壓電式、熱電式等以傳感器對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用原理命名按輸入量分位移、壓力、溫度、流量、氣體等以被測(cè)量命名（即按用途分類法）按輸出量分模擬式輸出量為模擬信號(hào)數(shù)字式輸出量為數(shù)字信號(hào)表1-1傳感器的分類2.傳感器分類與發(fā)展金屬箔式1）傳感器的分類■自源型不需外能源，其轉(zhuǎn)換元件具有從被測(cè)對(duì)象直接吸取能量，并轉(zhuǎn)換成電量的電效應(yīng)，但輸出能量較弱，如熱電偶、壓電器件、光電池等。■帶激勵(lì)源型它是轉(zhuǎn)換元件外加輔助能源的構(gòu)成方式。這里的輔助能源起激勵(lì)作用，它可以是電源，也可以是磁源。如某些磁電式、霍爾傳感器等電磁感應(yīng)式傳感器即屬此類型。特點(diǎn)是：不需要變換（測(cè)量）電路即可有較大的電量輸出。■請(qǐng)輸入您標(biāo)題由利用被測(cè)量實(shí)現(xiàn)阻抗變化的轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成，它必須由外電源經(jīng)過測(cè)量電路在轉(zhuǎn)換元件上加入電壓或電流，才能獲得電量輸出。這些電路又稱“信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路”。常用的如電橋、放大器、振蕩器、阻抗變換器和脈沖寬度調(diào)制電路等。敏感元件輸出能量的來源分類0102032.傳感器分類與發(fā)展2）傳感器的發(fā)展（1）采用MEMS等高新技術(shù)開發(fā)傳感器微電子機(jī)械系統(tǒng)（MicroElectroMechanicalSystems，MEMS）技術(shù)、納米技術(shù)將高速發(fā)展，成為新一代微傳感器、微系統(tǒng)的核心技術(shù)，是21世紀(jì)傳感器技術(shù)領(lǐng)域中帶有革命性變化的高新技術(shù)。發(fā)現(xiàn)與利用新效應(yīng)，比如物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)，發(fā)展新一代傳感器。加速開發(fā)新型敏感材料，微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，研制出一批性能先進(jìn)傳感器。例如，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的壓力測(cè)量精度希望優(yōu)于0.1%，美國(guó)做到了優(yōu)于0.02%，英國(guó)做到了優(yōu)于0.04%，中國(guó)做到了優(yōu)于0.05%，均實(shí)現(xiàn)了非常高的測(cè)量精度。新應(yīng)用（空間、海洋等領(lǐng)域）的需求旺盛。

2.傳感器分類與發(fā)展2）傳感器的發(fā)展（2）傳感器的微型化微傳感器的特征之一就是體積小，其敏感元件的尺寸一般為微米級(jí)，是由微機(jī)械加工技術(shù)制作而成的，包括光刻、腐蝕、淀積、鍵合和封裝等工藝，實(shí)現(xiàn)了諸如壓力、力、加速度、角速率、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流量、成像、磁場(chǎng)、溫度、pH值、氣體成分、離子和分子濃度以及生物傳感器等。例如，美國(guó)Entran公司生產(chǎn)的量程為2~500psi（1psi=6.89kPa）的微型壓力傳感器，直徑僅為1.27mm，可以放在人體血管中而不會(huì)對(duì)血液流通產(chǎn)生大的影響。

2.傳感器分類與發(fā)展2）傳感器的發(fā)展（3）傳感器的集成化傳感器的集成化包含三方面含義。一是將傳感器與其后級(jí)的放大電路、運(yùn)算電路、溫度補(bǔ)償電路等制成一個(gè)組件，實(shí)現(xiàn)一體化。與一般傳感器相比，它具有體積小、反應(yīng)快、抗干擾、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。二是將同一類傳感器集成于同一芯片上構(gòu)成二維陣列式傳感器，或稱面型固態(tài)圖像傳感器，可用于測(cè)量物體的表面狀況。三是指?jìng)鞲衅髂芨兄c轉(zhuǎn)換兩種以上的不同物理量。

2.傳感器分類與發(fā)展2）傳感器的發(fā)展（4）傳感器的智能化傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是單一的模擬信號(hào)，而是經(jīng)過微電腦處理好的數(shù)字信號(hào)，有的甚至帶有控制功能，這就是所說的數(shù)字傳感器。數(shù)字傳感器的特點(diǎn)是：數(shù)字傳感器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，提高了傳感器輸出信號(hào)抗干擾能力，特別適用于電磁干擾強(qiáng)、信號(hào)距離遠(yuǎn)的工作現(xiàn)場(chǎng)；軟件對(duì)傳感器線性修正及性能補(bǔ)償，減少系統(tǒng)誤差；一致性與互換性好。

圖1.11數(shù)字化傳感器的結(jié)構(gòu)框圖2.傳感器分類與發(fā)展2）傳感器的發(fā)展（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化傳感器是傳感器領(lǐng)域發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，目標(biāo)是采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時(shí)采用模塊化結(jié)構(gòu)將傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來。傳感器網(wǎng)絡(luò)化利用TCP/IP等通信協(xié)議，使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)就近接入網(wǎng)絡(luò)，并與網(wǎng)絡(luò)上有通信能力的節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)布和共享。

圖1.12網(wǎng)絡(luò)化傳感器的基本結(jié)構(gòu)3.傳感器的基本特性及指標(biāo)1）傳感器的靜態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化傳感器的基本特性可以分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指被測(cè)量不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間緩慢變化時(shí)傳感器輸入與輸出間的關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性是指被測(cè)量隨時(shí)間快速變化時(shí)傳感器輸入與輸出間的關(guān)系。

（1）傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型（1-1）（1-2）理想情況：3.傳感器的基本特性及指標(biāo)1）傳感器的靜態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)（1-3）①測(cè)量范圍與量程YFS=Ymax-Ymin圖1.13傳感器的測(cè)量范圍與量程量程=Xmax-Xmin滿量程輸出值3.傳感器的基本特性及指標(biāo)1）傳感器的靜態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)（1-4）②線性度圖1.14傳感器的線性度線性度又稱非線性度，是表征傳感器的輸入與輸出之間數(shù)值關(guān)系滿足線性的程度。它表示傳感器特性曲線與規(guī)定的擬合直線之間的最大偏差絕對(duì)值（記為ΔLmax）與傳感器滿量程輸出值YFS之比，如圖1.14所示，線性度用EL表示3.傳感器的基本特性及指標(biāo)1）傳感器的靜態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)（1-5）③靈敏度（a）線性傳感器靈敏度 （b）非線性傳感器靈敏度圖1.15傳感器靈敏度靈敏度是傳感器在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出量增量與被測(cè)輸入量增量之比，記為Sn。線性傳感器的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率（如圖1.15（a）所示），表示為（1-5）；非線性傳感器的靈敏度在特性曲線上表示為傳感器在該測(cè)量點(diǎn)的斜率（如圖1.15（b）所示），表示為（1-6）（1-6）3.傳感器的基本特性及指標(biāo)1）傳感器的靜態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)（1-7）④分辨率圖1.16滯后特性分辨率是傳感器在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的最小變化量。有時(shí)用該值相對(duì)滿量程輸入值之百分?jǐn)?shù)表示，則稱為分辨力。⑤滯后滯后（也稱回差，記為EH）是反映傳感器在正（輸人量增大）反（輸入量減小）行程過程中輸出——輸入曲線的不重合程度的指標(biāo)。通常用正反行程輸出的最大差值ΔHmax計(jì)算，并以相對(duì)值表示（見圖1.16）。3.傳感器的基本特性及指標(biāo)1）傳感器的靜態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)（1-8）⑥重復(fù)性圖1.17傳感器測(cè)量重復(fù)性重復(fù)性是衡量傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)，所得特性曲線間一致程度的指標(biāo)。各條特性曲線越靠近，重復(fù)性越好。如圖1.17所示為同一工作條件下測(cè)量得出某傳感器的3條特性曲線，反映出傳感器在相同輸入的情況下輸出結(jié)果的不一致性。實(shí)際應(yīng)用中，重復(fù)性常選上升曲線的最大離散程度和下降曲線的最大離散程度兩者中的最大值與滿量程輸出值之比的百分?jǐn)?shù)來表示（記為ER），其表達(dá)式為⑦穩(wěn)定性⑧漂移3.傳感器的基本特性及指標(biāo)1）傳感器的靜態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)⑨精度（a）準(zhǔn)確度低而精密度高（b）準(zhǔn)確度高而精密度低（c）精確度高圖1.18傳感器的精確度精度是指測(cè)量值與真值的接近程度，也稱精確度。與精確度（精度）有關(guān)的指標(biāo)是精密度和準(zhǔn)確度。精確度是精密度和準(zhǔn)確度兩者的總和，精確度表高示精密度和準(zhǔn)確度都高。表示為式1-9。精密度：說明測(cè)量傳感器輸出值的發(fā)散性。準(zhǔn)確度：說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。（1-9）3.傳感器的基本特性及指標(biāo)2）傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（1）傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型（1-10）常系數(shù)線性微分方程描述單輸入x、單輸出y傳感器動(dòng)態(tài)特性，以下為其動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型：傳遞函數(shù)：（1-11）3.傳感器的基本特性及指標(biāo)2）傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)在動(dòng)態(tài)（快速變化）的輸入信號(hào)作用下，要求傳感器不僅能夠精確測(cè)量信號(hào)的幅值大小，而且能測(cè)量出信號(hào)的變化過程。這就要求傳感器能迅速準(zhǔn)確的響應(yīng)和再現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的變化，即具有良好的動(dòng)態(tài)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用頻域的頻率響應(yīng)法和時(shí)域的階躍響應(yīng)法來分析。①傳感器的頻率響應(yīng)特性（1-12）傳感器的動(dòng)態(tài)靈敏度（或稱增益）或幅頻特性：（1-13）（1-14）傳感器的相頻特性：3.傳感器的基本特性及指標(biāo)2）傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)

傳感器的階躍響應(yīng)特性當(dāng)給的傳感器輸入一個(gè)單位階躍信號(hào)時(shí)，其輸出信號(hào)稱為階躍響應(yīng)，如圖1.19所示。（a）一階傳感器階躍響應(yīng)特性（b）二階傳感器階躍響應(yīng)特性圖1.19階躍響應(yīng)曲線3.傳感器的基本特性及指標(biāo)2）傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（5）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

（2）傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)

傳感器的階躍響應(yīng)特性衡量階躍響應(yīng)的主要技術(shù)指標(biāo)有：

延遲時(shí)間td

階躍響應(yīng)曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的50%所用的時(shí)間，參見圖1.19。上升時(shí)間tr傳感器輸出值由穩(wěn)態(tài)值的10％上升到90％所需的時(shí)間，但有時(shí)也規(guī)定其他百分?jǐn)?shù)，參見圖1.19。時(shí)間常數(shù)τ

傳感器輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2％所需的時(shí)間，參見圖1.19（a）。峰值時(shí)間tp階躍響應(yīng)曲線上升到第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間，參見圖1.19（b）。

響應(yīng)時(shí)間ts

輸出值達(dá)到允許誤差不超過（2％~5%）所經(jīng)歷的時(shí)間，參見圖1.19（b）。最大超調(diào)量σp

響應(yīng)曲線第一次超過穩(wěn)態(tài)值之峰高，即σp=ymax+yc，或用相對(duì)值﹝（ymax-yc）/yc﹞×100％表示，參見圖1.19（b）。4.傳感器的命名及代號(hào)②③④⑤①主題詞第一級(jí)修飾語第二級(jí)修飾語第三級(jí)修飾語傳感器被測(cè)量，包括修飾被測(cè)量的定語。轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式”字。特征描述，指必須強(qiáng)調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其他必須的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字。第四級(jí)修飾語第四級(jí)修飾語——主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、靈敏度等）。傳感器產(chǎn)品的名稱，應(yīng)由主題詞及四級(jí)修飾語構(gòu)成，構(gòu)成順序①~⑤。1）傳感器命名法說明：傳感器統(tǒng)計(jì)表格、圖書索引、檢索以及計(jì)算機(jī)漢字處理。例1：傳感器，絕對(duì)壓力，應(yīng)變式，放大型，1～3500kPa。例2：傳感器，加速度，壓電式，±20g。（1）在圖書索引等場(chǎng)合的命名4.傳感器的命名及代號(hào)傳感器產(chǎn)品的名稱，應(yīng)由主題詞及四級(jí)修飾語構(gòu)成，構(gòu)成順序與（1）相反。1）傳感器命名法說明：技術(shù)文件、產(chǎn)品樣書、學(xué)術(shù)論文、教材及書刊等場(chǎng)合。例1：1～3500kPa放大型應(yīng)變式絕對(duì)壓力傳感器。例2：±20g壓電式加速度傳感器。（2）在技術(shù)文件等場(chǎng)合的命名②③④⑤①第四級(jí)修飾語第三級(jí)修飾語第二級(jí)修飾語第一級(jí)修飾語主題詞4.傳感器的命名及代號(hào)2）傳感器代號(hào)的標(biāo)記方法一般規(guī)定用大寫漢字拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成傳感器完整代號(hào)。傳感器完整代號(hào)應(yīng)包括以下四個(gè)部分：（1）主稱（傳感器）；（2）被測(cè)量；（3）轉(zhuǎn)換原理；（4）序號(hào)。四部分代號(hào)格式如圖所示。圖

傳感器代號(hào)（2）（3）（4）（1）主稱（傳感器）被測(cè)量轉(zhuǎn)換原理序號(hào)4.傳感器的命名及代號(hào)2）傳感器代號(hào)的標(biāo)記方法在被測(cè)量、轉(zhuǎn)換原理、序號(hào)三部分代號(hào)之間有連字符“-”連接。例1：應(yīng)變式位移傳感器，代號(hào)為：CWY-YB-10。例2：光纖壓力傳感器，代號(hào)為：CY-GQ-1。例3：溫度傳感器，代號(hào)為：CW-01A。例4：電容式加速度傳感器，代號(hào)為：CA-DR-2。注意：有少數(shù)代號(hào)用其英文的第一個(gè)字母表示，如加速度用“A”表示。5.傳感器的標(biāo)定1）傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)方法標(biāo)定：利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)新研制或生產(chǎn)的傳感器進(jìn)行全面的技術(shù)檢定和標(biāo)度，稱為標(biāo)定；校準(zhǔn)：對(duì)傳感器在使用中或儲(chǔ)存后進(jìn)行的性能復(fù)測(cè)，稱為校準(zhǔn)。基本方法：利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知的非電量，輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量作比較，獲得一系列校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。5.傳感器的標(biāo)定2）標(biāo)定方法（1）靜態(tài)標(biāo)定

指輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，對(duì)傳感器的靜態(tài)特性如靈敏度、非線性、滯后、重復(fù)性等指標(biāo)的檢定。（2）動(dòng)態(tài)標(biāo)定對(duì)被標(biāo)定傳感器輸入標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)，測(cè)得輸出數(shù)據(jù)，做出輸出值與時(shí)間的關(guān)系曲線。由輸出曲線與輸入標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)比較可以標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間常數(shù)、幅頻特性、相頻特性等。6.傳感器的選型1）普通傳感器選型（5）線性范圍的選擇（6）穩(wěn)定性的選擇（7）精度的選擇（1）類型選擇（2）靈敏度選擇（3）測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境（4）頻率響應(yīng)特性的選擇思考：查閱相關(guān)的資料，看汽車水箱溫度控制選擇什么溫度傳感器（），水箱溫度控制范圍在75℃~95℃，具有較高的性價(jià)比。6.傳感器的選型2）工業(yè)傳感器的選擇測(cè)量穩(wěn)定變量，最大測(cè)量值不應(yīng)超過量程的2/3測(cè)量脈動(dòng)變量，最大測(cè)量值不應(yīng)超過量程的1/2一般被測(cè)變量最小值不應(yīng)低于傳感器量程的1/3（1）測(cè)量范圍的選擇測(cè)量范圍的選擇要根據(jù)被測(cè)變量的大小和變化范圍，留有充分的余地。6.傳感器的選型2）工業(yè)傳感器的選擇（2）精度等級(jí)的選擇在工業(yè)測(cè)量中，為了便于表示儀表的質(zhì)量，通常用準(zhǔn)確度等級(jí)來表示儀表的準(zhǔn)確程度。準(zhǔn)確度等級(jí)就是最大引用誤差去掉正，負(fù)號(hào)及百分號(hào)。準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。如0.1級(jí)的表示相對(duì)誤差為0.1%。我國(guó)工業(yè)儀表等級(jí)分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個(gè)等級(jí)。6.傳感器的選型2）工業(yè)傳感器的選擇（2）精度等級(jí)的選擇關(guān)于測(cè)量誤差，按照其特點(diǎn)與性質(zhì)可以分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差（應(yīng)該剔除）。三種誤差的相關(guān)知識(shí)如表1-2所示。

產(chǎn)生原因誤差特征誤差處理系統(tǒng)誤差系統(tǒng)缺陷或環(huán)境因素誤差值恒定或有一定規(guī)律系統(tǒng)改進(jìn)或引入修正值隨機(jī)誤差大量偶然因素誤差值不定且不可預(yù)測(cè)多次測(cè)量取算術(shù)平均粗大誤差操作失誤測(cè)量值明顯偏離實(shí)際值剔除數(shù)據(jù)6.傳感器的選型2）工業(yè)傳感器的選擇（2）精度等級(jí)的選擇如果真值為Y0，指示值：Yx，儀表滿量程：YFS=Ymax-Ymin，則：絕對(duì)誤差：Δ=Yx-Y0

（1-16）相對(duì)誤差：rY=△/Y0*100%

（1-17）例1：Y0＝10kg，Yx=10.1kg△=0.1kg；rY=1%

Y0＝100kg，Yx=100.5kg△=0.5kg；rY=0.5%例2：待測(cè)電流60A，電流表（1）0.5級(jí)（相對(duì)誤差0.5%）、測(cè)量范圍0~300A，電流表（2）1.0級(jí)（相對(duì)誤差1%）、測(cè)量范圍0~100A，通過計(jì)算說明選用哪個(gè)表測(cè)量誤差較小？

解：|△m1|=0.5%×300=1.5A

|△m2|=1.0%×100=1A|△m2|<|△m1|可見，應(yīng)選擇表（2）?？梢姡枰鶕?jù)測(cè)量范圍和測(cè)量精度綜合選擇測(cè)量工具，不是精度越高越好。項(xiàng)目小結(jié)■傳感器定義傳感器是把需要測(cè)量的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置?！鰝鞲衅鞣诸悅鞲衅鞣诸惙椒ㄝ^多，本書按照被測(cè)量進(jìn)行分類學(xué)習(xí)。■發(fā)展趨勢(shì)隨著科技進(jìn)步，傳感器技術(shù)也日新月異，呈微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)。■應(yīng)用廣泛傳感器改變、改善著我們的生活，傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛”的關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目1總結(jié)0102030405■傳感器選型普通傳感器按照需求和技術(shù)指標(biāo)選型；工業(yè)傳感器指標(biāo)留有余量。非常感謝你的觀看項(xiàng)目二力和壓力測(cè)量1.電阻應(yīng)變式傳感器2.壓電式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器目錄電阻應(yīng)變式傳感器PART1電阻應(yīng)變式傳感器知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)項(xiàng)目目標(biāo)了解電阻應(yīng)變式、壓電式、電感式、電容式傳感器的基本結(jié)構(gòu)；學(xué)習(xí)直流電橋的平衡條件、分類及電壓靈敏度；了解電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法；學(xué)習(xí)電感式、電容式傳感器的分類；了解差動(dòng)結(jié)構(gòu)的作用；掌握電阻應(yīng)變式、壓電式、電感式、電容式傳感器在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)會(huì)識(shí)別傳感器；通過實(shí)踐掌握電阻應(yīng)變式、壓電式、電感式、電容式傳感器的使用方法。項(xiàng)目目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生謙虛好學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度、認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、良好的職業(yè)習(xí)慣和具有一定的創(chuàng)新思維能力。電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量精度高，范圍廣，頻率響應(yīng)特性較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，易實(shí)現(xiàn)小型化，并能在高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下使用，并且工藝性好，價(jià)格低廉。1.電阻應(yīng)變式傳感器優(yōu)點(diǎn)工作原理它能將力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧蠎?yīng)變，而材料應(yīng)變能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚档淖兓?，通過測(cè)量電阻值的變化就可以實(shí)現(xiàn)力的測(cè)量。電阻應(yīng)變式傳感器1）認(rèn)識(shí)電阻應(yīng)變式傳感器（1）應(yīng)變效應(yīng)（2-4）電阻的相對(duì)變化ΔR/R與應(yīng)變?chǔ)诺年P(guān)系在很大范圍內(nèi)仍然有很好的線性關(guān)系，即式中，k為電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。電阻應(yīng)變式傳感器（2）電阻應(yīng)變片的分類按敏感柵材料分按照使用溫度分按用途分金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片低溫常溫中溫高溫應(yīng)變片單向力測(cè)量應(yīng)變片平面應(yīng)力分析應(yīng)變片（應(yīng)變花）各種特殊用途應(yīng)變片金屬絲式金屬箔式電阻應(yīng)變式傳感器金屬絲式金屬絲式電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，由敏感柵、基底和覆蓋層、引線和黏結(jié)劑幾個(gè)基本部分組成。圖2.1金屬絲式電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變式傳感器金屬箔式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)用光刻技術(shù)能制成各種復(fù)雜形狀的敏感柵；橫向效應(yīng)??；散熱性好，允許通過較大電流，可提高相匹配的電橋電壓，從而提高輸出靈敏度；疲勞壽命長(zhǎng)，蠕變??；生產(chǎn)效率高。占主要地位制造箔式應(yīng)變片的電阻值的分散性要比絲式應(yīng)變片的大，有的能相差幾十歐姆，需要調(diào)整阻值。電阻應(yīng)變式傳感器金屬箔式（a）箔式單向應(yīng)變片

（b）箔式轉(zhuǎn)矩應(yīng)變片

（c）箔式壓力應(yīng)變片

（d）箔式花狀應(yīng)變片

圖2.2各種箔式應(yīng)變片電阻應(yīng)變式傳感器2）電阻應(yīng)變片的應(yīng)用（1）電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路應(yīng)變片的工作測(cè)量電路電阻變化大小據(jù)電源不同分類將電阻應(yīng)變片粘貼于待測(cè)構(gòu)件上，應(yīng)變片電阻將隨構(gòu)件受力變形而改變，將應(yīng)變片電阻接入相應(yīng)的電路中，使其阻值變化轉(zhuǎn)化為電流或電壓輸出，即可測(cè)出力值。電阻應(yīng)變片輸出電阻的變化較小，一般為5×10-4~10-1Ω橋式測(cè)量電路直流電橋和交流電橋電阻應(yīng)變式傳感器這里主要介紹直流電橋，圖2.3所示為一直流電橋，計(jì)算可知圖2.3直流電橋（2-5）若使此電橋平衡，即ΔU=0，只要R1R3-R2R4=0。一般我們?nèi)1=R2=R3=R4即可實(shí)現(xiàn)。電阻應(yīng)變式傳感器

現(xiàn)將一個(gè)電阻換成電阻應(yīng)變片，即組成單臂電橋電路，如圖2.4（a）所示，隨構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)變?cè)斐蓚鞲衅麟娮枳兓時(shí)，式（2-5）變成圖2.4（a）

單臂電橋（2-6）由于一般情況下由于，可以忽略，可得（2-7）電阻應(yīng)變式傳感器圖2.4（a）

單臂電橋（2-8）

可見，輸出電壓與電阻變化率成線性關(guān)系，也即和應(yīng)變成線性關(guān)系，由此即可測(cè)出力值，由式（2-6）可得單臂電橋（半橋）電路工作輸出的電壓靈敏度為電阻應(yīng)變式傳感器

為了提高輸出電壓靈敏度，可以采用雙臂電橋（半橋）或全橋電路，圖2.4（b）為雙臂電橋（半橋）電路，圖2.4（c）為全橋電路。（b）雙臂電橋

（c）全橋

圖2.4三種橋式測(cè)量電路

圖中R+ΔR和R-ΔR為電阻應(yīng)變片在構(gòu)件上的對(duì)稱布置，“+”表示應(yīng)變片受拉應(yīng)變，“-”表示應(yīng)變片受壓應(yīng)變。（2-10）半橋全橋（2-9）由以上分析可知，半橋可使電壓靈敏度比單臂提高一倍，而全橋電路電壓靈敏度又比半橋電壓靈敏度提高一倍?？梢?，利用全橋，并提高供電電壓E，可提高靈敏度系數(shù)。并且采用雙臂電橋和全橋測(cè)量，可以補(bǔ)償由于溫度變化引起的測(cè)量誤差。電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器（2）溫度誤差及其補(bǔ)償①溫度誤差

由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，從而產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。01敏感柵具有一定溫度系數(shù)02電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同溫度改變引起電阻改變的兩個(gè)原因04根據(jù)你所需的內(nèi)容輸入你想要的文本■橋路補(bǔ)償法■應(yīng)變片補(bǔ)償法■熱敏電阻補(bǔ)償法■零點(diǎn)補(bǔ)償法四種補(bǔ)償方法01020304電阻應(yīng)變式傳感器②溫度補(bǔ)償電阻應(yīng)變式傳感器①筒式壓力傳感器圖2.8電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用（a）筒式壓力傳感器

當(dāng)被測(cè)壓力與應(yīng)變管的內(nèi)腔相通時(shí)，應(yīng)變管部分產(chǎn)生應(yīng)變，在薄壁筒上貼兩片應(yīng)變片做工作片，實(shí)心部分貼兩片應(yīng)變片做溫度補(bǔ)償應(yīng)變片，如圖2.8（a）所示。

沒有壓力作用時(shí)，這四片應(yīng)變片構(gòu)成的全橋處于平衡；當(dāng)外部壓力作用于應(yīng)變管內(nèi)腔時(shí)，圓管發(fā)生形變，使全橋失去平衡，產(chǎn)生輸出電壓。

這種壓力傳感器測(cè)量范圍在106Pa～107Pa或更高的壓力。

其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，使用面寬，在測(cè)量火炮、炮彈、火箭的動(dòng)態(tài)壓力方面得到了廣泛應(yīng)用。電阻應(yīng)變式傳感器②膜片壓力式傳感器圖2.8電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用（b）膜片壓力式傳感器

測(cè)量氣體或液體壓力的膜片式壓力傳感器如圖2.8（b）所示。膜片壓力傳感器的工作原理是，當(dāng)氣體或液體壓力作用在彈性元件膜片的承壓面上時(shí)，膜片變形，使粘貼在膜片另一面的電阻應(yīng)變片隨之形變，并改變阻值。這時(shí)測(cè)量電路中的電橋失去平衡，產(chǎn)生輸出電壓。電阻應(yīng)變式傳感器③斜拉繩應(yīng)變的測(cè)量（a）斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變的測(cè)量

（b）應(yīng)變片焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定圖2.9電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器④應(yīng)變式加速度傳感器圖2.10應(yīng)變式加速度傳感器慣性質(zhì)量塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)彈性懸梁彎曲變形應(yīng)變片電阻發(fā)生變化輸出信號(hào)與加速度成正比電阻應(yīng)變式傳感器⑤振動(dòng)式地音入侵探測(cè)器圖2.11振動(dòng)式地音入侵探測(cè)器

應(yīng)變片貼在彈性懸梁臂上感受震動(dòng)構(gòu)成振動(dòng)入侵探測(cè)器，是一種用來檢測(cè)入侵者用工具破壞物體所產(chǎn)生的機(jī)械沖擊而引起報(bào)警的探測(cè)裝置，適用于不同結(jié)構(gòu)的ATM機(jī)、保險(xiǎn)柜、墻體、門、窗及鐵護(hù)欄等物體的防范。電阻應(yīng)變式傳感器⑥電子秤圖2.12電子秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)

電子秤將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出，電子秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.12所示。壓電式傳感器PART2壓電式式傳感器在完全黑暗的環(huán)境中，用錘子敲擊一塊干燥的冰糖，可以看到在冰糖破碎的一瞬間，會(huì)發(fā)出藍(lán)色閃光。1.壓電式傳感器在敦煌的鳴沙丘，當(dāng)許多游客在沙丘上蹦跳或從鳴沙丘上往下滑時(shí)，可以聽到雷鳴般的隆隆聲。這都是由壓電效應(yīng)產(chǎn)生的自然現(xiàn)象。壓電式傳感器1）認(rèn)識(shí)壓電式傳感器（1）壓電效應(yīng)壓電傳感器的工作原理是基于某些電介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)，是典型的無源傳感器。當(dāng)介質(zhì)材料受力作用而變形時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生電荷，由此而實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。1880年居里兄弟研究石英時(shí)發(fā)現(xiàn)了壓電現(xiàn)象。某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘恿Χ蛊渥冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上會(huì)產(chǎn)生異號(hào)電荷，當(dāng)外力消失后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電式傳感器（2）壓電材料圖2.14壓電材料（a）壓電晶體（b）壓電陶瓷（c）高分子壓電材料壓電式傳感器天然石英（SiO2）晶體如圖2.15（a）所示，它是一個(gè)正六面體，在它上面有三個(gè)坐標(biāo)軸。石英晶體中間棱柱斷面的下半部分，其斷面為正六面形。z軸是晶體的對(duì)稱軸，稱它為光軸。在該軸方向沒有壓電效應(yīng)，x軸稱為電軸，垂直于x軸晶面上的壓電效應(yīng)最顯著；y軸稱為機(jī)械軸，在電場(chǎng)的作用下，沿此軸方向的機(jī)械變形最顯著。圖2.15石英晶體①石英晶體（a）

天然晶體（b）晶體切片壓電式傳感器用如果從石英晶體上切割出一個(gè)平行六面體，如圖所示，稱為壓電晶片，如圖2.15（b）所示，在垂直于光軸的力（Fx或Fy）作用下，晶體會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，并且其極化矢量是沿著電軸。即電荷出現(xiàn)在垂直于電軸的平面上。①石英晶體壓電式傳感器在沿著電軸x方向力的作用下，產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為縱向壓電效應(yīng)；而把沿機(jī)械軸y方向力的作用下，產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為橫向壓電效應(yīng)。當(dāng)沿光軸z方向受力時(shí)，晶體不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。值得注意的是縱向壓電效應(yīng)與元件尺寸無關(guān)，而橫向壓電效應(yīng)與元件尺寸有關(guān)。圖2.16晶片電荷極性與受力方向的關(guān)系①石英晶體（a）x軸方向施加壓力（b）x軸方向施加拉力（c）y軸方向施加壓力（d）y軸方向施加拉力壓電式傳感器圖2.17鈦酸鋇壓電陶瓷的電疇結(jié)構(gòu)②壓電陶瓷壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，屬于鐵電體一類的物質(zhì)。壓電陶瓷內(nèi)部的晶體有一定的極化方向，從而存在一定電場(chǎng)，如圖2.17所示。在陶瓷上施加外電場(chǎng)時(shí)，材料得到極化。外電場(chǎng)越強(qiáng)，就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向。當(dāng)外電場(chǎng)去掉時(shí)，剩余極化強(qiáng)度很大，這時(shí)的材料才具有壓電特性。壓電式傳感器②壓電陶瓷這種因受力而產(chǎn)生的由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)。電荷量的大小與外力成正比關(guān)系。圖2.18壓電陶瓷壓電原理壓電式傳感器③高分子壓電材料這種因受力而產(chǎn)生的由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)。電荷量的大小與外力成正比關(guān)系。圖2.18壓電陶瓷壓電原理壓電式傳感器（3）壓電元件接法圖2.20壓電元件的兩種接法（a）壓電元件串聯(lián)（b）壓電元件并聯(lián)壓電式傳感器（4）壓電傳感器的測(cè)量電路①壓電傳感器的等效電路由壓電元件的工作原理可知，壓電式傳感器可以看作一個(gè)電荷發(fā)生器，同時(shí)，它也是一個(gè)電容器。式2-11中：A為壓電片的面積；d為壓電片的厚度；為壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)；為空氣的相對(duì)介電常數(shù)。（式2-11）壓電式傳感器（4）壓電傳感器的測(cè)量電路①壓電傳感器的等效電路

（a）電壓源（b）電荷源圖2.21壓電傳感器等效電路壓電傳感器可以等效為一個(gè)與電容器Ca串聯(lián)的電壓源Ua，如圖2.21（a）所示；也可以等效為一個(gè)與電容器并聯(lián)的電荷源q，如圖2.21（b）所示。電壓Ua，電荷量q和電容量Ca這三者的關(guān)系為Ua=q/Ca

壓電式傳感器（4）壓電傳感器的測(cè)量電路②壓電式傳感器的測(cè)量電路

（a）放大電路

（b）輸入端等效電路

圖2.22電壓放大其原理及其等效電路圖壓電傳感器本身內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的測(cè)量電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器。壓電式傳感器（4）壓電傳感器的測(cè)量電路②壓電式傳感器的測(cè)量電路圖2.23電荷放大器等效電路電荷放大器的輸出電壓僅與輸入電荷量和反饋電容有關(guān)，電纜電容等其他因素可忽略不計(jì)。U0≈q/Cf壓電式傳感器2）壓電式傳感器及其應(yīng)用表2.1壓電式傳感器的主要應(yīng)用類型壓電式傳感器（1）壓電式力傳感器圖2.24YDS-78型壓電式單向力傳感器壓電式離傳感器以壓電元件為轉(zhuǎn)換元件，用于壓電地震儀，可以對(duì)人類不能感知的細(xì)微振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。壓電式傳感器（2）壓電式傳感器的常見應(yīng)用四種補(bǔ)償方法■壓電式玻璃破碎報(bào)警器■電子血壓計(jì)■壓電聚合物電聲器件■煤氣灶電子點(diǎn)火器■高分子壓電電纜應(yīng)用■發(fā)射和接受超聲波■細(xì)菌質(zhì)量?jī)x電感式傳感器PART3電感式傳感器電感式傳感器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，即利用電磁感應(yīng)將被測(cè)非電量（如壓力、位移等）轉(zhuǎn)換為電感量的變化輸出，再經(jīng)過測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或者電流的變化，從而實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。3.電感式傳感器圖2.41電感式傳感器原理框圖1）認(rèn)識(shí)電感式傳感器電感式傳感器3.電感式傳感器優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、壽命長(zhǎng)靈敏度高；頻率響應(yīng)低，不適于調(diào)頻動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)量精度高，線性度可達(dá)0.05%～0.1%；存在交流零位誤差；輸出信號(hào)強(qiáng)，適用范圍寬廣，在計(jì)量、工業(yè)生產(chǎn)、科研等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于線圈的存在，體積和重量都比較大，也不適合于集成制造。按磁路幾何參數(shù)變化形式按磁路的結(jié)構(gòu)型式變氣隙式變面積式螺管式Ⅱ型E型電感式傳感器按組成方式單一式差動(dòng)式電感式傳感器

123①變氣隙式自感傳感器變氣隙式自感傳感器的原理是：銜鐵移動(dòng)→磁路磁阻變化→電感L變化。②變面積式自感傳感器氣隙長(zhǎng)度δ保持不變，而令位移量推動(dòng)銜鐵作水平方向移動(dòng)，磁通截面積隨之變化。③螺管式自感傳感器銜鐵插入深度的變化而引起線圈磁路中磁阻變化，從而使線圈的電感發(fā)生變化。（1）自感式傳感器的工作原理與結(jié)構(gòu)電感式傳感器重點(diǎn)工作落實(shí)情況（a）變氣隙式自感傳感器（b）變面積式自感傳感器（c）螺管式自感傳感器圖2.42自感式傳感器結(jié)構(gòu)原理④三種自感式傳感器的比較變間隙式

變面積式

螺管式靈敏度最高，且隨氣隙增大而減小；非線性誤差大，量程有限且較?。恢谱餮b配比較困難。靈敏度比變間隙型小，理論靈敏度為一常數(shù)，因而線性度好，量程較大。量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，應(yīng)用廣泛。電感式傳感器（2）互感式傳感器的原理和結(jié)構(gòu)電感式傳感器互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）是一種線圈互感隨銜鐵位移變化的磁阻式傳感器，其原理是，互感式傳感器為開磁路，變壓器為閉合磁路，互感式傳感器初、次級(jí)間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變，且兩個(gè)次級(jí)繞組按差動(dòng)方式工作，因此亦稱為差動(dòng)變壓器，變壓器初、次級(jí)間的互感為常數(shù)。（a）、（b）、（c）氣隙式；（d）、（e）變面積式；（f）螺管式圖2.43各種差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖電感式傳感器

差動(dòng)變壓器傳感器的靈敏度隨電源電壓U和變壓比W2/W1的增大而提高，隨初始?xì)庀对龃蠖档?。常?.5～8V，并使功率限制在1VA以下。

當(dāng)激勵(lì)頻率過低時(shí)，差動(dòng)變壓器靈敏度隨頻率ω而增加。當(dāng)ω增加使ωL1>>R1時(shí)，靈敏度與頻率無關(guān)，為一常數(shù)。圖2.44激勵(lì)頻率與靈敏度的關(guān)系電感式傳感器壓力測(cè)量位移測(cè)量接近開關(guān)2）電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器（1）壓力測(cè)量差動(dòng)壓力傳感器的敏感元件為波紋膜盒，傳感器的銜鐵與膜盒相連。當(dāng)被測(cè)壓力P1傳入到膜盒中，膜盒的自由端面便產(chǎn)生一個(gè)與壓力P1成正比的位移，此位移帶動(dòng)銜鐵上下移動(dòng)，從而使差動(dòng)變壓器有正比于被測(cè)壓力的電壓輸出。圖2.45差動(dòng)壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖可以用于測(cè)量各種生產(chǎn)流程中液體、水蒸汽及氣體壓力等。電感式傳感器（2）位移測(cè)量電感式傳感器測(cè)量微小位移的特性，也常被用作粗糙度、平整度、光滑程度的檢測(cè)，常常用在圓度計(jì)、輪廓儀中。①測(cè)微儀(a)實(shí)物（b）原理圖圖2.46電感式測(cè)微儀電感式傳感器（2）位移測(cè)量電感式傳感器測(cè)量微小位移的特性，也常被用作粗糙度、平整度、光滑程度的檢測(cè)，常常用在圓度計(jì)、輪廓儀中。②圓度計(jì)（b）顯示（a）工作情況(c)實(shí)物圖2.47圓度計(jì)電感式傳感器③電感式滾柱直徑分選裝置(a)結(jié)構(gòu)（b）實(shí)物圖2.48滾柱直徑自動(dòng)分選裝置電感式傳感器③電感式滾柱直徑分選裝置(a)工作情況（b）實(shí)物圖2.49電感式傳感器在仿形銑床中的應(yīng)用電容式傳感器PART4電容式傳感器1）認(rèn)識(shí)電容式傳感器電容式傳感器是一種能將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率高，能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作?，F(xiàn)在已經(jīng)在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量的測(cè)量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。電容式傳感器發(fā)展成為一種頻響寬、應(yīng)用廣、可非接觸測(cè)量的傳感器。電容式傳感器（1）電容式傳感器工作原理

（式2-13）A是極板的有效面積（m2）；δ是極板間的距離（m）；ε0是真空介電常數(shù)，ε0=8.854×10-12F/m；εr是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)在空氣中，εr=1。圖2.50平板電容傳感器電容容量是極板間有效面積、板間距和中間電介質(zhì)介電常數(shù)的函數(shù)，δ、A、εr三個(gè)參量中任意一個(gè)發(fā)生變化，則電容量C就會(huì)變化，并通過測(cè)量電路的轉(zhuǎn)換輸出電量。電容量式傳感器

12①變極距型電容式傳感器②變面積型電容式傳感器③變介質(zhì)型電容式傳感器（2）分類3電容式傳感器（2）分類

（式2-13）A是極板的有效面積（m2）；δ是極板間的距離（m）；ε0是真空介電常數(shù)，ε0=8.854×10-12F/m；εr是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)在空氣中，εr=1。圖2.50平板電容傳感器電容容量是極板間有效面積、板間距和中間電介質(zhì)介電常數(shù)的函數(shù)，δ、A、εr三個(gè)參量中任意一個(gè)發(fā)生變化，則電容量C就會(huì)變化，并通過測(cè)量電路的轉(zhuǎn)換輸出電量。電容式傳感器①變極距型電容式傳感器若電容器極板間距離由初始值d0縮小Δd，電容量增大ΔC，則有所以變極距型電容式傳感器只有在Δd/d0很小時(shí)，才有近似的線性輸出。即變極距型具有很高的靈敏度，用以測(cè)量微小位移如納米級(jí)的位移，或者把力、加速度、位移及轉(zhuǎn)速等力學(xué)量轉(zhuǎn)換成極距的微小變化的測(cè)量。電容式傳感器②變面積型電容式傳感器式中，l為圓筒長(zhǎng)度；R為外筒內(nèi)半徑；r為內(nèi)筒外半徑。非電量引起l的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，可用以測(cè)量與線性位移有關(guān)的量。

圖2.51圓筒形電熱器電容式傳感器②變面積型電容式傳感器圖中A、B為同一平（柱）面而形狀和尺寸均相同且互相絕緣的定極板。動(dòng)極板C平行于A、B，并在自身平（柱）面內(nèi)繞O點(diǎn)擺動(dòng)。從而改變極板間覆蓋的有效面積，傳感器電容隨之改變。（a）扇形平板結(jié)構(gòu)（b）柱面板結(jié)構(gòu)圖2.52變面積型差動(dòng)式結(jié)構(gòu)

（2–17）（2–18）電容式傳感器③變介質(zhì)型電容式傳感器當(dāng)電容式傳感器中間的電介質(zhì)改變時(shí)，其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起了電容量改變。變介質(zhì)型主要用以測(cè)量液體物位、材料厚度、空氣濕度以及接近覺和觸覺等。圖2.53變面積型差動(dòng)式結(jié)構(gòu)電容式傳感器（3）測(cè)量轉(zhuǎn)換電路圖2.54運(yùn)放構(gòu)成積分電路①積分電路②運(yùn)算放大電路圖2.55運(yùn)算放大器放大電路電容式傳感器把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電容變化后，還要經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路將電容量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，以便記錄、傳輸、顯示、控制等。常見的電容式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有積分電路、橋式電路、運(yùn)算放大器電路等。電容式傳感器（3）測(cè)量轉(zhuǎn)換電路圖2.54運(yùn)放構(gòu)成積分電路①積分電路②運(yùn)算放大電路圖2.55運(yùn)算放大器放大電路電容式傳感器把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電容變化后，還要經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路將電容量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，以便記錄、傳輸、顯示、控制等。常見的電容式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有積分電路、橋式電路、運(yùn)算放大器電路等。電容式傳感器壓力測(cè)量加速度測(cè)量話筒2）電容式傳感器的應(yīng)用非常感謝你的觀看項(xiàng)目二溫度測(cè)量1.溫度測(cè)量方法2.電阻式溫度傳感器3.集成溫度傳感器4.紅外傳感器目錄知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)項(xiàng)目目標(biāo)了解溫標(biāo)知識(shí)，了解電阻式溫度傳感器、熱電偶、集成溫度傳感器和紅外的基本結(jié)構(gòu)及工作本原理；掌握其量程、分辨率等特性參數(shù)。學(xué)會(huì)選擇和使用電阻式溫度傳感器、熱電偶、集成溫度傳感器。項(xiàng)目目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生謙虛好學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度、認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、良好的職業(yè)習(xí)慣和具有一定的創(chuàng)新思維能力。溫度測(cè)量方法PART1溫度測(cè)量方法溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)與控制的重要器件。在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度測(cè)量點(diǎn)占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右，例如，在鋼鐵生產(chǎn)、石油煉化中均大規(guī)模使用溫度傳感器。在家電產(chǎn)品中，溫度傳感器也無處不在，如冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、消毒柜、熱水器等。在國(guó)防軍工、航空航天的科研和生產(chǎn)過程中，溫度的精確測(cè)量和控制更是不可或缺。溫度測(cè)量方法1）溫度與溫標(biāo)

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是物體內(nèi)部分子無規(guī)則劇烈運(yùn)動(dòng)程度的標(biāo)志，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，溫度就越高。華氏溫標(biāo)（℉）：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號(hào)為F。攝氏溫標(biāo)（℃）：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為0度，水的沸點(diǎn)為100度，中間劃分100等分，每等分為攝氏1度℃，符號(hào)為t。

熱力學(xué)溫標(biāo)（K）：規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度（0K），符號(hào)為T。熱力學(xué)溫標(biāo)的零點(diǎn)——絕對(duì)零度，是宇宙低溫的極限，宇宙間一切物體的溫度可以無限地接近絕對(duì)零度但不能達(dá)到絕對(duì)零度（如宇宙空間的溫度為0.2K）。3種溫標(biāo)的換算關(guān)系為：

（3-1）

溫度測(cè)量方法2）溫度傳感器工作原理

（3-1）

溫度傳感器就是通過測(cè)量某些物理量參數(shù)隨溫度的變化而間接測(cè)量溫度的。

溫度傳感器是由溫度敏感元件（感溫元件）和轉(zhuǎn)換電路組成的。圖3.1溫度傳感器原理圖溫度測(cè)量方法3）溫度傳感器分類

（3-1）

圖3.2溫度傳感器按測(cè)溫原理分類圖（1）按測(cè)量原理分類溫度測(cè)量方法

（3-1）

（3）按是否接觸分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測(cè)溫傳感器（如使用溫度計(jì)測(cè)試水溫）——感溫元件與被測(cè)對(duì)象接觸，彼此進(jìn)行熱量交換，使感溫元件與被測(cè)對(duì)象處于同一環(huán)境溫度下，感溫元件感受到的冷熱變化即是被測(cè)對(duì)象的溫度。常用的接觸式測(cè)溫的溫度傳感器主要有熱膨脹式溫度傳感器、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等。非接觸式測(cè)溫傳感器（如非典期間，測(cè)量人體溫度的熱紅外輻射溫度計(jì)）——利用物體表面的熱輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系來測(cè)量溫度的。通過測(cè)量一定距離處被測(cè)物體發(fā)出的熱輻射強(qiáng)度來確定被測(cè)物的溫度。常見的非接觸式測(cè)溫傳感器有：輻射高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、熱紅外輻射溫度傳感器等。電阻式溫度傳感器PART2電阻式溫度傳感器電阻式溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化而變化的原理來測(cè)量溫度的，即材料的電阻隨溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。

把由金屬導(dǎo)體鉑、銅、鎳等制成的測(cè)溫元件稱為金屬熱電阻，簡(jiǎn)稱熱電阻傳感器；把由半導(dǎo)體材料制成的測(cè)溫元件稱為熱敏電阻。1）認(rèn)識(shí)電阻式溫度傳感器電阻式溫度傳感器（1）金屬熱電阻工作原理：利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫；測(cè)溫范圍：-220℃~850℃；主要材料：鉑、銅

電阻式溫度傳感器（1）金屬熱電阻①鉑電阻鉑電阻的特點(diǎn)是測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好鉑電阻的測(cè)量范圍為：-200～850℃。在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)電阻與溫度的關(guān)系為：Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]（3-3）而在0～850℃的溫度范圍內(nèi)電阻與溫度的關(guān)系為：Rt=R0(1+At+Bt2)

（3-4）式中Rt和R0分別為t℃和0℃時(shí)的鉑電阻值；A、B、C為常數(shù)，其數(shù)值為：A=3.9684*10-3/℃；B=-5.847*10-7/℃；C=-4.22*10-12/℃分度號(hào)分別為Pt10（10Ω）、Pt50（50Ω）、Pt100（100Ω），其中Pt100最常用。電阻式溫度傳感器（1）金屬熱電阻②銅電阻在測(cè)量精度要求不高，溫度范圍在-50~150℃時(shí)普遍采用銅電阻。電阻與溫度間的關(guān)系為：

Rt≈R0(1+a1t)

（3-6）Rt是溫度為t℃時(shí)銅電阻值；R0是溫度為0℃時(shí)銅電阻值；a1是常數(shù)；a1=4.28*10-3℃。銅電阻的R0常取100Ω、50Ω兩種，分度號(hào)為Cu100、Cu50。電阻式溫度傳感器②銅電阻在測(cè)量精度要求不高，溫度范圍在-50~150℃時(shí)普遍采用銅電阻。電阻與溫度間的關(guān)系為：

Rt≈R0(1+a1t)

（3-6）Rt是溫度為t℃時(shí)銅電阻值；R0是溫度為0℃時(shí)銅電阻值；a1是常數(shù)；a1=4.28*10-3℃。銅電阻的R0常取100Ω、50Ω兩種，分度號(hào)為Cu100、Cu50。電阻式溫度傳感器③兩種金屬熱電阻主要性能表3.1兩種金屬熱電阻性能表電阻式溫度傳感器④測(cè)量電路（a）二線制 （b）三線制 （c）四線制

圖3.3熱電阻傳感器引線方式電阻式溫度傳感器（2）半導(dǎo)體熱敏電阻①半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻簡(jiǎn)稱熱敏電阻，是一種新型的半導(dǎo)體測(cè)溫元件，熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料。（b）

（a）

（c）

（d）

（e）

圖3.4熱敏電阻的結(jié)構(gòu)

熱敏電阻的分類（PTC）熱敏電阻（NTC）熱敏電阻臨界溫度電阻器溫度上升，電阻值減小，是最常用的半導(dǎo)體熱敏電阻在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變，此類熱敏電阻可用于自動(dòng)控溫和報(bào)警電路設(shè)計(jì)中。電阻式溫度傳感器溫度上升，電阻值加大，PTC常用鈦酸鋇系材料電阻式溫度傳感器圖3.5熱敏電阻溫度特性曲線及在電路圖中的符號(hào)（a）

（b）

金屬箔式表3.2熱敏電阻材料

電阻式溫度傳感器金屬箔式表3.3常用熱敏電阻及特性

電阻式溫度傳感器2）電阻式溫度傳感器的應(yīng)用（1）金屬熱電阻電熱水器溫度控制電阻式溫度傳感器圖3.6電熱水器控制■溫度控制■溫度補(bǔ)償四種補(bǔ)償方法0102（2）熱敏電阻的應(yīng)用電阻式溫度傳感器熱電偶傳感器PART3熱電偶傳感器兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成一個(gè)閉合電路時(shí)，若兩接觸點(diǎn)溫度不同，則在該電路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。熱電效應(yīng)在1821年由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn)，又稱西拜克效應(yīng)。1）認(rèn)識(shí)熱電偶（1）熱電效應(yīng)（a）圖3.9熱電偶測(cè)溫原理圖兩種不同材料的導(dǎo)體所組成的回路稱為熱電偶，組成熱電偶的導(dǎo)體稱為“熱電極”。熱電偶所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶的兩個(gè)接觸點(diǎn)中，置于溫度t被測(cè)對(duì)象的接觸點(diǎn)稱為測(cè)量端，又稱工作端或熱端；而置于參考溫度為t0的另一接觸點(diǎn)稱為參考端，又稱冷端。如圖3.9（a）所示。熱電偶傳感器（1）熱電效應(yīng)

（b）圖3.9熱電偶測(cè)溫原理圖物理學(xué)表明，熱電熱勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)組成，如圖3.10（b）所示，則熱電偶回路總熱電勢(shì)：（3-7）（3-8）式中為熱端接觸電勢(shì)，為冷端接觸電勢(shì)，為B導(dǎo)體的溫差電勢(shì)，為A導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。由于溫差電勢(shì)很小，通?？梢院雎?。此式說明總熱電動(dòng)勢(shì)只與熱端溫度t成單值函數(shù)關(guān)系。熱電偶傳感器（2）熱電偶基本定律（3-9）①中間導(dǎo)體定律圖3.10中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體兩端溫度相等，則對(duì)熱電偶回路總的熱電動(dòng)勢(shì)無影響，如圖3.10所示。同樣加入第四、第五種導(dǎo)體后，只要其兩端溫度相同，同樣不影響電路中的總熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶傳感器（2）熱電偶基本定律（3-9）①中間導(dǎo)體定律圖3.11中間導(dǎo)體定律應(yīng)用（a）熱電偶連接儀表

（b）熱電偶測(cè)量液態(tài)金屬溫度采取任何方式焊接導(dǎo)線，可以將熱電動(dòng)勢(shì)通過導(dǎo)線接至測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量，且不影響測(cè)量精度，如圖3.11（a）所示；采用開路熱電偶對(duì)液態(tài)金屬和金屬壁面進(jìn)行溫度測(cè)量，只要保證兩熱電極插入地方的溫度相同即可，如圖3.11（b）所示。熱電偶傳感器②中間溫度定律圖3.12中間溫度定律在熱電偶測(cè)量電路中，測(cè)量端溫度為t，自由端溫度為t0，中間溫度為t′，如圖3.12所示，則（t，t0）的熱電勢(shì)等于（t，t′）與（t′，t0）熱電勢(shì)代數(shù)和。即（3-10）

熱電勢(shì)只取決于冷、熱接點(diǎn)的溫度，而與熱電偶上的溫度分布無關(guān)。熱電偶傳感器③參考電極定律圖3.13參考電極定律（3-11）

熱電勢(shì)只取決于冷、熱接點(diǎn)的溫度，而與熱電偶上的溫度分布無關(guān)。如圖3.13所示，已知熱電極A、B與參考電極C組成的熱電偶在接點(diǎn)溫度為（t，t0）時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為EAC（t，t0），EBC（t，t0），則相同溫度下，由A，B兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)EAB可按下面公式計(jì)算為：熱電偶傳感器③參考電極定律例題：已知鉑銠30-鉑熱電偶的E（1084.5℃，0℃）=13.937mV，鉑銠6-鉑熱電偶的E（1084.5℃，0℃）=8.354mV（查閱附錄B可得熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)）。求：鉑銠30-鉑銠6熱電偶在同樣溫度條件下的熱電動(dòng)勢(shì)。解：設(shè)A為鉑銠30電極，B為鉑銠6電極，C為純鉑電極，由式（3-11）可得：EAB（1084.5℃，0℃）=EAC（1084.5℃，0℃）-EBC（1084.5℃，0℃）=5.622mV熱電偶傳感器當(dāng)兩個(gè)熱電極材料相同時(shí)，不論接點(diǎn)溫度相同與否，回路總熱電勢(shì)均為零。當(dāng)熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)溫度相同時(shí)，不論電極材料相同與否，回路總熱電勢(shì)均為零。只有當(dāng)電極材料不同，兩接觸點(diǎn)溫度不同時(shí)，熱電偶回路才有熱電勢(shì)?；芈分袩犭妱?shì)的方向取決于熱端的接觸電勢(shì)方向或回路電流流過冷端的方向。（2）熱電偶的性質(zhì)熱電偶傳感器0102050403（3）熱電阻材料要求①在測(cè)量溫度范圍內(nèi)，熱電性能穩(wěn)定，不隨時(shí)間和被測(cè)介質(zhì)變化，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，能耐高溫，在高溫下不易氧化或腐蝕等。②導(dǎo)電率要高，電阻溫度系數(shù)小。③熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大，并希望該變化率最好是常數(shù)。④組成熱電偶的兩電極材料應(yīng)具有相近的熔點(diǎn)和特性穩(wěn)定的溫度范圍。⑤材料的機(jī)械強(qiáng)度高，來源充足，復(fù)制性好，復(fù)制工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。熱電偶傳感器01040302常用熱電阻材料選擇①鉑銠30-鉑銠6（分度號(hào)為B型）測(cè)溫范圍0～1800℃；②鉑銠10-鉑（分度號(hào)為S型）測(cè)溫范圍0～1600℃；④鎳鉻-鎳硅（分度號(hào)為K型）測(cè)溫范圍-200～1300℃；④鎳鉻-銅鎳（分度號(hào)為E型）測(cè)溫范圍-200～900℃。組成熱電偶的兩種材料寫在前面的為正極，后面為負(fù)極。熱電偶傳感器（b）鎧裝型熱電偶（4）熱電偶的分類①普通熱電偶主要用于測(cè)量氣體、蒸氣和液體等介質(zhì)的溫度。②鎧裝熱電偶屬于特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，它將熱電偶絲和絕緣材料一起緊壓在金屬保護(hù)管中制成的熱電偶。③薄膜熱電偶測(cè)量端既小又薄，熱容量小，響應(yīng)速度快，適宜測(cè)微小面積上的瞬變溫度。（a）普通裝配型熱電偶

（c）薄膜型熱電偶熱電偶傳感器用熱電偶測(cè)溫時(shí)，若直接用熱電偶分度表，必須滿足t0=0℃的條件。但在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度變化，t0不但不是0℃，而且也不恒定。因此，將會(huì)引入誤差。消除或補(bǔ)償此誤差常用的方法有恒溫法、溫度修正法、電橋補(bǔ)償法、電位補(bǔ)償法、冷端補(bǔ)償法等。2）熱電偶的應(yīng)用（1）熱電偶的冷端補(bǔ)償熱電偶傳感器①冷端恒溫法及計(jì)算修正在測(cè)量中采用冰浴法保持t0=0℃，此法一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中，若做不到t0=0℃，可保持t0恒定，再用計(jì)算法修正。根據(jù)熱電偶的中間溫度定律：

式中為直接測(cè)出的熱電勢(shì)毫伏數(shù)。校正時(shí)，先測(cè)得冷端溫度t0，從該熱電偶分度表中查出，加到上，根據(jù)上式求得，再查分度表。2）熱電偶的應(yīng)用熱電偶傳感器2）熱電偶的應(yīng)用②補(bǔ)償導(dǎo)線法為了使冷端不受測(cè)量端溫度的影響，可將熱電偶加長(zhǎng)，但同時(shí)也增加了測(cè)量費(fèi)用。所以一般采用在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與熱電偶熱電特性相近且廉價(jià)的材料代替熱電偶來延長(zhǎng)熱電極，這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線，這種方法稱為補(bǔ)償導(dǎo)線法。（3-12）圖3.15補(bǔ)償導(dǎo)線法熱電偶傳感器2）熱電偶的應(yīng)用

使用補(bǔ)償導(dǎo)線必須注意兩個(gè)問題：

兩根補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶相連的接點(diǎn)溫度必須相同，接點(diǎn)溫度不超過100℃；

不同的熱電偶要與其型號(hào)相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線配套使用，且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用，極性不能接反。集成溫度傳感器PART4集成溫度傳感器利用半導(dǎo)體材料電阻率對(duì)溫度變化敏感這一特性可制成半導(dǎo)體溫度傳感器。半導(dǎo)體溫度傳感器又分為無結(jié)型（單晶）及PN結(jié)型兩類。無結(jié)型半導(dǎo)體溫度傳感器就是半導(dǎo)體熱敏電阻。半導(dǎo)體PN結(jié)型溫度傳感器可分為溫敏二極管溫度傳感器（簡(jiǎn)稱溫敏二極管或二極管溫度傳感器）和溫敏晶體管溫度傳感器（簡(jiǎn)稱溫敏晶體管或晶體管溫度傳感器）兩種類型。1）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器（1）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器工作原理集成溫度傳感器利用半導(dǎo)體材料電阻率對(duì)溫度變化敏感這一特性可制成半導(dǎo)體溫度傳感器。半導(dǎo)體溫度傳感器又分為無結(jié)型（單晶）及PN結(jié)型兩類。無結(jié)型半導(dǎo)體溫度傳感器就是半導(dǎo)體熱敏電阻。半導(dǎo)體PN結(jié)型溫度傳感器可分為溫敏二極管溫度傳感器（簡(jiǎn)稱溫敏二極管或二極管溫度傳感器）和溫敏晶體管溫度傳感器（簡(jiǎn)稱溫敏晶體管或晶體管溫度傳感器）兩種類型。1）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器（1）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器工作原理集成溫度傳感器1）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器（1）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器工作原理圖3.17硅二極管正向電壓與溫度關(guān)系曲線當(dāng)電流密度保持不變時(shí)，PN結(jié)的正向電壓隨溫度的升高而下降，近似呈線性關(guān)系。如圖3.17所示為硅二極管正向電壓隨溫度而變化的曲線，正向Ie一定而二極管的種類不同時(shí)，特性曲線斜率不同；二極管種類相同而正向Ie不同時(shí)，斜率也不同。集成溫度傳感器1）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器（2）半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器應(yīng)用圖3.18采用硅二極管溫度傳感器的溫度檢測(cè)電路當(dāng)電流密度保持不變時(shí)，PN結(jié)的正向電壓隨溫度的升高而下降，近似呈線性關(guān)系。如圖3.17