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1、电子感测技术第二章第1页，此课件共48页哦 2 2、国际温标、国际温标T=T0+C绝对温度绝对温度273Kt=0 0C时，时，T=T0（水三相点温度）（水三相点温度）T=0K时，时，C=-273 0C冷到极点，分子不动，能量为零。冷到极点，分子不动，能量为零。间隔间隔10C=1K(开尔文开尔文)第2页，此课件共48页哦2.1.2 温度传感器的介绍温度传感器的介绍型式（输出量）敏感材料或元器件膨胀式（可用非电量）水银、红酒精（常见）双金属、液压、气压（三态位移）热阻式（间接电量）热电阻（金属、稳定）热敏电阻热电式（电量）集成电路热电偶（金属、有源）辐射式（电量）光学高温计红外测温仪其它（有用信号
2、）微波传感器光纤传感器（示教、实训）（示教、实训）非接触式非接触式（半导体半导体、灵敏）、灵敏）重点介绍：半导体、热电偶、红外测温仪重点介绍：半导体、热电偶、红外测温仪第3页，此课件共48页哦1 1、半导体温度传感器、半导体温度传感器半导体具有热敏性、光敏性和参杂性半导体具有热敏性、光敏性和参杂性,可构成高灵敏度温度传感器可构成高灵敏度温度传感器热敏效应，改变半导热敏效应，改变半导体或体或PNPN结的电阻小范结的电阻小范围的阻温关系围的阻温关系:（1 1）热敏电阻）热敏电阻4060120 1600107101102103104105106T(.cm)温度温度(C)NTCCTRPTC第4页，此课
3、件共48页哦非线性非线性、测量范围窄、复现性和互换性差、测量范围窄、复现性和互换性差灵敏度高灵敏度高、体小价廉、使用方便，多用于、体小价廉、使用方便，多用于:温度测量温度测量:R由电桥变成由电桥变成U温度补偿温度补偿:NTC型与正温度系数元器件串、并联型与正温度系数元器件串、并联温度控制：与继电器或开关元器件串、并联温度控制：与继电器或开关元器件串、并联过限保护：串或并入保护器件中过限保护：串或并入保护器件中书中图书中图2.2、2.3为其中一例为其中一例第5页，此课件共48页哦(2).集成温度传感器集成温度传感器 以以PN结作为敏感元件，与放大器、电桥和补偿结作为敏感元件，与放大器、电桥和补偿
4、电路等集成化，并把它们封装在同一壳体里电路等集成化，并把它们封装在同一壳体里改善了半导体的改善了半导体的缺点缺点：测温测温范围增范围增大大 复现性复现性和和互换性互换性较较好好保持了半导体的保持了半导体的优点优点：灵敏度高：灵敏度高 体小价廉体小价廉 使用方便使用方便书中图书中图2.4为为AD590用法之一：用法之一：I0与与T成正比成正比 第6页，此课件共48页哦参考参考(冷冷)端端tt(+A)(B)t0t0测量测量(热热)端端B(-)热电势热电势灵敏度灵敏度被测温度被测温度参考温度参考温度两种金属两种金属两端温差两端温差2 2、热电偶温度计、热电偶温度计（1）工作原理）工作原理缺点缺点:要
5、求冷端温度要求冷端温度t0=0或恒定或恒定t0优点优点:稳定性好，温度范围大稳定性好，温度范围大第7页，此课件共48页哦 UAB RaRbRTRSABtU0t0Et0R（2）主要应用）主要应用一个测点温，冷端要补偿一个测点温，冷端要补偿第8页，此课件共48页哦t02ABt1t01ABt2ABt1BAtnt01Bt1At02Bt2At03Bt3AR1R2R3二个测温差，二个测温差，同极串电表同极串电表三个相并联，三个相并联，三点平均值三点平均值多个相串联，多个相串联，多点温度和多点温度和第9页，此课件共48页哦3、红外线热辐射的检测、红外线热辐射的检测（1）红外线（）红外线（l l=0.7510
6、00m）及其特点（物）及其特点（物体红外辐射能量正比于它的吸收量）体红外辐射能量正比于它的吸收量）热电型热电型SSml ll lm0光电型光电型灵敏度低，常温使用灵敏度低，常温使用灵敏度高，低温工作灵敏度高，低温工作第10页，此课件共48页哦多用于非接触测量，其特点：多用于非接触测量，其特点：a.不破坏测温现场，对被测温度无影响。不破坏测温现场，对被测温度无影响。b.不必达到被测物体的温度，所以测温快，不必达到被测物体的温度，所以测温快，且无测温上限。且无测温上限。c.被测物体的热辐射能与温度的关系由被测物体的热辐射能与温度的关系由 实验方法确定，因此定标较复杂。实验方法确定，因此定标较复杂。
7、第11页，此课件共48页哦（2 2）红外线测温仪举例）红外线测温仪举例l结构结构l定标：定标：U0=4V1mV，200 0 被测物47mFA1A2A3A410cmRTNTC6mw红外线聚光镜遮光板电机晶体MOSFETDSG光学系统传感器测量电路U2U4UO调满调满 用热敏电阻进行补偿用热敏电阻进行补偿线性线性U0=-20mv/校零校零第12页，此课件共48页哦2.2.1压力概念及单位压力概念及单位 1、压力表现为压强、压力表现为压强 2.2压力检测压力检测第13页，此课件共48页哦2 2、绝对和相对压力的关系、绝对和相对压力的关系比较差压表压正压负压相同点相对压力表压，以p0为参考不同点p=p
8、2-p1 p0=p-p0p00 p00 差压差压表压表压p1p2p0负压负压(p0-p)正压正压(P-P0)大气压大气压0（真空）（真空）p第14页，此课件共48页哦金属金属 （稳定性好）（稳定性好）半导体半导体 （灵敏度高）（灵敏度高）应变电阻片应变电阻片2.2.2压力传感器的介绍压力传感器的介绍（1）压阻式）压阻式（2）压电式：）压电式：（3）磁电式：）磁电式：霍耳（霍耳（Hall）元件）元件（4）其它）其它压电石英、压电陶瓷、压电半导体压电石英、压电陶瓷、压电半导体第15页，此课件共48页哦应变电阻片应变电阻片压力压力弹性元件弹性元件位移位移应变电阻片应变电阻片R电桥电桥U电子测量电子测
9、量压力压力敏感元件敏感元件转换电路转换电路压强压强1、应变电阻片及其用法、应变电阻片及其用法（1）单臂电桥的温度补偿单臂电桥的温度补偿 和压力测量和压力测量RRRRR1R1UababU单单、双臂电桥双臂电桥应变电阻应变电阻应变电阻应变电阻第16页，此课件共48页哦U RRRRRRR R压缩压缩拉伸拉伸压缩压缩拉伸拉伸ab全桥电路全桥电路（2）双臂）双臂（3）全桥电路进行双梁检测）全桥电路进行双梁检测第17页，此课件共48页哦（4）测压系统实例）测压系统实例多通道调制型应变仪测压系统多通道调制型应变仪测压系统 组成：电阻片传感器、多通道应变仪（多路电桥、信号处理）组成：电阻片传感器、多通道应变仪
10、（多路电桥、信号处理）RRRIU其中一路电桥其中一路电桥放大放大放大放大传感器传感器RRRRRR长电缆长电缆检检 波波滤滤波波多多路路电电桥桥信信号号处处理理器器记录仪记录仪载波载波振荡振荡现场定标现场定标高端调满高端调满低端校零低端校零中段线性中段线性IU第18页，此课件共48页哦2、霍耳（、霍耳（Hall）元件）元件霍耳电压霍耳电压B霍耳效应霍耳效应UHII +N型 第19页，此课件共48页哦当恒流源供电时当恒流源供电时UH=(KH I)B,可用于：可用于：（1）测量磁场大小和方向）测量磁场大小和方向（2）可测线中大电流）可测线中大电流IB105A（3）利用）利用UH=（KHKB）IIB，
11、可做成乘法器等。可做成乘法器等。第20页，此课件共48页哦XB0（4）做成）做成Hall压力计压力计线性线性第21页，此课件共48页哦 当环境温度当环境温度升升降降时，串入正温度系数的时，串入正温度系数的热敏电阻热敏电阻Rt也将也将增增减减，使，使U0保持不变保持不变（5）Hall元件的温度补偿元件的温度补偿 RtRLIHU0I0第22页，此课件共48页哦2.3流量检测流量检测 质质量流量的累量流量的累积积总总量量(Kg)在在t t时间内，流量比较平稳时间内，流量比较平稳2.3.1流量及测量方法流量及测量方法1、流量的概念及单位、流量的概念及单位(1)体积体积流量流量(2)质量质量流量流量(m
12、2m/s=m3/s)(m3/sKg/m3=Kg/s)第23页，此课件共48页哦（1）流管中放置障碍物使其产生压力变化，）流管中放置障碍物使其产生压力变化，也能产生涡流、旋流和振动等现象。也能产生涡流、旋流和振动等现象。（2）流体冲击流管中的活动体，使其产生转）流体冲击流管中的活动体，使其产生转 动或位移。动或位移。（3）流体切割磁力线，管外器件将产生感应）流体切割磁力线，管外器件将产生感应 电动势。电动势。（4）流体带走热量，流体中的温度因流动而）流体带走热量，流体中的温度因流动而 发生变化。发生变化。2、测量依据和方法、测量依据和方法第24页，此课件共48页哦（5）流体中放入示踪剂或流体中的
13、不均）流体中放入示踪剂或流体中的不均 匀介质再现，测量流管内两点相关变匀介质再现，测量流管内两点相关变 化量。化量。（6）流体改变电波或超声波的频率）流体改变电波或超声波的频率,使其使其 接收频率接收频率fr与发射频率与发射频率ft不同，产生不同，产生 了多卜勒（了多卜勒（Doppler）频移。）频移。第25页，此课件共48页哦2.3.2体积流量和质量流量的检测体积流量和质量流量的检测 1、差压式流量计、差压式流量计 流管流管rrp节流孔节流孔差压计差压计p1p2 短路阀短路阀1v1v差压差压系数系数第26页，此课件共48页哦2 2、电电磁式流量磁式流量计计 流速流速产产生感生感应电动势应电动
14、势 恒磁场恒磁场 系数系数NSB磁极电极Un第27页，此课件共48页哦 3、质量流量计、质量流量计（1）推导式质推导式质 量流量计量流量计质量流量质量流量系数系数差压式差压式电磁式电磁式 UD Dpp2 电极电极vqm电电极极p1p1第28页，此课件共48页哦（2 2）超声波直接式）超声波直接式质质量流量量流量计计 T1顺流传到顺流传到R2的时间的时间流管流管 Dq q探头探头1T1探头探头2T2流速流速vHR2R1T2逆流传到逆流传到R1的时间的时间频率差频率差频率和频率和第29页，此课件共48页哦质质量流量量流量 与流体的密度与流体的密度成正比成正比结构常数结构常数第30页，此课件共48页
15、哦2.42.4光学量测量和光纤传感器光学量测量和光纤传感器 2.4.1光学量测量方法和传感器光学量测量方法和传感器 1、测量方法和类型测量方法和类型 光光 源源光光 路路光光/电电测量电路测量电路xxxy（1）辐射式）辐射式光源本身光源本身X对光源作用对光源作用（2）位移式）位移式（4）微弯式）微弯式（3）插入式）插入式被测被测x反射的光线量反射的光线量光线穿透光线穿透x的出射量的出射量穿过穿过x的部分光线量的部分光线量光线被光线被x分成二态分成二态第31页，此课件共48页哦不同光强125IE0I0光强或光通量0SSmlml（c）伏安特性（d）光(电)照特性（e）光谱特性或U光RIU0+-光电
16、池（b)光电势型-IU0R+光敏电阻光(a)光电导型E第32页，此课件共48页哦 2 2、光光电传电传感器感器应应用用举举例例 (1)(1)光光电电耦合器（耦合器（EOE器件）器件）(2)(2)光光电电开关器件开关器件 光光电信号输入电信号输入U0JJ1光敏电阻光敏电阻+-EM电机电机 第33页，此课件共48页哦(3)(3)热释电热释电元件（晶体）元件（晶体）(4)CCD(4)CCD图图像像传传感器感器GS滤光片滤光片红外线红外线+_US晶晶体体电子势阱电子势阱金属电极金属电极氧化物氧化物(SiO2)半导体半导体(P P型硅型硅)光线光线+正偏压正偏压第34页，此课件共48页哦纤芯直径约为纤芯
17、直径约为5单模传感功能型单模传感功能型纤芯直径纤芯直径50多模传光非功能型多模传光非功能型2.4.2光纤传感器光纤传感器1、光纤结构和传光原理光纤结构和传光原理（1）光纤结构）光纤结构导光纤芯折射率为导光纤芯折射率为n1q qq qf fn1n2外套外套入射光源入射光源入射光源入射光源n0包层包层出射光线出射光线q qq qf fn n0 0纤芯纤芯周围包层折射率为周围包层折射率为n2 n1层外空气折射率为层外空气折射率为n01第35页，此课件共48页哦2 2、光光纤传纤传感器的工作感器的工作类类型型（2）光纤位移式）光纤位移式（1）辐射式）辐射式横向横向SD纵向纵向SD角度角度SD差动差动S
18、DDDU+V光源光源传光光纤传光光纤ABt热电偶热电偶第36页，此课件共48页哦（3 3）插入式：）插入式：入射光纤入射光纤出射光纤出射光纤被测物被测物(a)(a)反射式反射式被被测测物物入射光纤入射光纤出射光纤出射光纤被测物被测物入射光纤入射光纤出射光纤出射光纤(b)(b)透射式透射式入射光纤入射光纤出射光纤出射光纤(c)(c)遮光式遮光式被测物被测物出射光纤出射光纤入射光纤入射光纤(d)(d)开关式开关式第37页，此课件共48页哦压力压力压力压力D DS S重力重力重力重力变形器变形器变形器变形器光纤光纤光纤光纤d d支点支点滚筒滚筒力力S SD D(4)(4)微弯微弯损损耗式耗式(传传感
19、型感型)第38页，此课件共48页哦2-52-5模拟信号处理模拟信号处理2.5.1模拟信号处理电路的结构模拟信号处理电路的结构 n1n2niK1xK2y1y2Kiy1 1、直接型、直接型 信噪比信噪比 传输传输系数系数k k1 1=k=k2 2=k=k3 3=1=1；干；干扰扰噪声噪声n n1 1=n=n2 2=n=n3 3=n=n第39页，此课件共48页哦2 2、平衡型、平衡型-y-KKKxnnny1y2yx-y（较困难）（较困难）第40页，此课件共48页哦3 3、差动型、差动型KKK3y1y2ynnn3xx-xk k3 3=k=1=k=1，n n3 3=n=n，y y1 1=k(x+n)=k
20、(x+n)，y=2x+ny=2x+n y y2 2=k(-x+n)=k(-x+n)第41页，此课件共48页哦2.5.2模拟信号的转换和加工模拟信号的转换和加工 1、电量转换器、电量转换器（1）I/VA1UA2A3R1R2R2R3R3IUO 第42页，此课件共48页哦（2）V/I(a a)R RL L接地接地IUR1R2R3R4RL0(b b)R RL L不接地不接地R2 R1U+V VI0第43页，此课件共48页哦 2、非线性校正、非线性校正（1）同函数闭环式）同函数闭环式K0（2）反函数开环式）反函数开环式ln非线性非线性线性放大线性放大负反馈负反馈xex-byxe-byex非线性xex校正
21、器x第44页，此课件共48页哦y0 xa a、非线性曲线的分段、非线性曲线的分段x0y1y2ynx1xn读入读入x xi ixix2结束结束i=1y y通式通式输出输出溢出处理溢出处理i=nNYNN开始开始b b、程序框图、程序框图yyi=2x0,x1,xny y0 0,y,y1 1,y,yn n结束结束xix1（3 3）线性差值法（计算机校正）线性差值法（计算机校正）第45页，此课件共48页哦R2R3RRWR3-+UR传感器传感器 xy ySU0基准基准 U3、零点清除、零点清除（1）固定零点）固定零点第46页，此课件共48页哦（2）计算机清除零点）计算机清除零点A/D传感器传感器xSy单片机单片机计算机进行计算机进行y-y0运算运算第47页，此课件共48页哦 4 4、灵敏度变化的清除、灵敏度变化的清除传感器传感器xS rSy=(ss)xx0计算机进行计算机进行 运算运算“2”1”“第48页，此课件共48页哦