电子系统设计常用传感器及其应用电路.
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热电偶、红外线（非接触）等
2.3.1 温度传感器： 热电阻
热敏电阻
热电偶
PN结（源自文库成）
红外线
（非接触）
2.3.2 压力传感器
仪 表 放 大 器
2.3.4 光电效应传感器
2.3.5 霍尔效应传感器
• 在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂 直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电 压——霍尔效应（爱德文· 霍尔1879年发现）
• 因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑 兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚， 因而形成一个电场——霍尔电场。 • 霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍 载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相 等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这 就是霍尔电压。
http://www.honeywellsensor.com.cn/prodinfo/magnetic%5F position/
线性霍尔传感器
开关型
GMR传感器
• 磁电阻是指导体在磁场中电阻的变化，通 常用电阻变化率Δ/描述。 • 研究发现，一般金属导体的Δ/很小，只 有约10-5%；对于磁性金属或合金材料（例 如坡莫合金），Δ/可达（3~5）%。 • 巨磁电阻（GMR）效应，是指某些磁性或 合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧 减小，而Δ/急剧增大的特性，一般增大 的幅度比通常的磁性与合金材料的磁电阻 约高10倍。利用这一效应制成的传感器称 为GMR传感器。
无需电量变换的机械式传感器
• 气压表
直接电量控制的机械式传感器
• 温控开关（电饭煲）
氧传感器
氟 里 昂 传 感 器
气体传感器结构
生物传感器
Sensor basics
• Clark sensor is amperometric type sensor, utilizing following reaction:
O2 + 2e- + 2H+ = H2O2 • Pt electrode at specific voltage consumes oxygen by above reaction to produce current proportional to [O2] • Ag-AgCl / KCl reference electrode required
2.3.6 数字式传感器：AD7417
DS1820
2.4.1 传感器变送器：模拟式 （4-20mA电流环）
2.4.2 HART通信协议
• HART 可寻址远程传感器高速通道 通信协议
• 美国Rose-mount公司20世纪80年代中期推出，之后又 进行了修订和增补，作为开放标准由HART通信基金 会HCF向全世界发布 • 主要用于现场智能仪表和控制室系统间进行数字通信
• 兼容传统4～20mA模拟系统的HART协议具有诸多优 点，发展至今，已被世界上三分之二以上的现场设备 所采用，成为智能工业控制领域事实上的国际标准。
AD421(兼容HART总线)
2.4.3 RS-485串行总线标准
• 终端匹配电阻RT的作用是吸收反射、减少驻波 • 收端用作侦听，选中则进行收发操作 • 未发送时，发端输出常为高阻
第二章
常用传感器 及其应用电路
电子系统的定义： 由电子元器件或部件组成的能够产 生、传输或处理电信号及信息的客 观实体。 例： 通信系统、雷达系统、计算机系统、 电子测量系统、自动控制系统等。 特点： 这些应用系统在功能与结构上具有 高度的综合性、层次性和复杂性。
2.1 传感器用途
2.1.1 控制中的应用
2.1.2 测量中应用
2.2 传感器种类
• 从工作原理分：
– 电容式：物理量引起位移、面积、介 电常数等改变 – 电感式：物理量引起位移、磁导率、 磁通量等改变 – 电阻式：物理量引起位移、温度、光 辐射等改变 – 电和[/或]磁 效应和[/或]感应： 测量电机、霍尔效应、雷电感应等 – 直接电量：生物电、热电偶等 – 等等
• 使用双绞线
Basic sensor setup
加速度传感器
生物电：ECG
电量转换传感器需要信号调理
• • • • • 隔离缓冲（或阻抗匹配） 放大 滤波 电平移动 等
2.3 常用传感器及调理电路
• 温度传感器：热电阻、热敏电阻、PN结、 • 压力传感器：扩散硅压力应变片 • 光电效应传感器：发光管光敏管 CCD，CMOS，等 • 霍尔效应传感器：线性、开关型 • 数字式传感器：直接数字信号 • 传感器变送器：模拟式（电流环） 数字式（RS485）
2.3.1 温度传感器： 热电阻
热敏电阻
热电偶
PN结（源自文库成）
红外线
（非接触）
2.3.2 压力传感器
仪 表 放 大 器
2.3.4 光电效应传感器
2.3.5 霍尔效应传感器
• 在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂 直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电 压——霍尔效应（爱德文· 霍尔1879年发现）
• 因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑 兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚， 因而形成一个电场——霍尔电场。 • 霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍 载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相 等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这 就是霍尔电压。
http://www.honeywellsensor.com.cn/prodinfo/magnetic%5F position/
线性霍尔传感器
开关型
GMR传感器
• 磁电阻是指导体在磁场中电阻的变化，通 常用电阻变化率Δ/描述。 • 研究发现，一般金属导体的Δ/很小，只 有约10-5%；对于磁性金属或合金材料（例 如坡莫合金），Δ/可达（3~5）%。 • 巨磁电阻（GMR）效应，是指某些磁性或 合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧 减小，而Δ/急剧增大的特性，一般增大 的幅度比通常的磁性与合金材料的磁电阻 约高10倍。利用这一效应制成的传感器称 为GMR传感器。
无需电量变换的机械式传感器
• 气压表
直接电量控制的机械式传感器
• 温控开关（电饭煲）
氧传感器
氟 里 昂 传 感 器
气体传感器结构
生物传感器
Sensor basics
• Clark sensor is amperometric type sensor, utilizing following reaction:
O2 + 2e- + 2H+ = H2O2 • Pt electrode at specific voltage consumes oxygen by above reaction to produce current proportional to [O2] • Ag-AgCl / KCl reference electrode required
2.3.6 数字式传感器：AD7417
DS1820
2.4.1 传感器变送器：模拟式 （4-20mA电流环）
2.4.2 HART通信协议
• HART 可寻址远程传感器高速通道 通信协议
• 美国Rose-mount公司20世纪80年代中期推出，之后又 进行了修订和增补，作为开放标准由HART通信基金 会HCF向全世界发布 • 主要用于现场智能仪表和控制室系统间进行数字通信
• 兼容传统4～20mA模拟系统的HART协议具有诸多优 点，发展至今，已被世界上三分之二以上的现场设备 所采用，成为智能工业控制领域事实上的国际标准。
AD421(兼容HART总线)
2.4.3 RS-485串行总线标准
• 终端匹配电阻RT的作用是吸收反射、减少驻波 • 收端用作侦听，选中则进行收发操作 • 未发送时，发端输出常为高阻
第二章
常用传感器 及其应用电路
电子系统的定义： 由电子元器件或部件组成的能够产 生、传输或处理电信号及信息的客 观实体。 例： 通信系统、雷达系统、计算机系统、 电子测量系统、自动控制系统等。 特点： 这些应用系统在功能与结构上具有 高度的综合性、层次性和复杂性。
2.1 传感器用途
2.1.1 控制中的应用
2.1.2 测量中应用
2.2 传感器种类
• 从工作原理分：
– 电容式：物理量引起位移、面积、介 电常数等改变 – 电感式：物理量引起位移、磁导率、 磁通量等改变 – 电阻式：物理量引起位移、温度、光 辐射等改变 – 电和[/或]磁 效应和[/或]感应： 测量电机、霍尔效应、雷电感应等 – 直接电量：生物电、热电偶等 – 等等
• 使用双绞线
Basic sensor setup
加速度传感器
生物电：ECG
电量转换传感器需要信号调理
• • • • • 隔离缓冲（或阻抗匹配） 放大 滤波 电平移动 等
2.3 常用传感器及调理电路
• 温度传感器：热电阻、热敏电阻、PN结、 • 压力传感器：扩散硅压力应变片 • 光电效应传感器：发光管光敏管 CCD，CMOS，等 • 霍尔效应传感器：线性、开关型 • 数字式传感器：直接数字信号 • 传感器变送器：模拟式（电流环） 数字式（RS485）