工人培训第七章自动控制元件的应用1

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1) 光耦隔离器
实现电平转化、信号隔离的光电耦合器，发光器件采用砷 化镓发光二极管，随正向电压的增大，正向电流增加，产生 的光通量也增加。光电接收元件可以是光敏二极管、光敏三 极管或达林顿光敏管。为保证较高的灵敏度，应使发光元件 和接收元件的波长匹配。
较高 中等
稳定性
高
中等 较高
低
低 中等
中等
低低 低 较低
中等 较好
线性度 最适使用范围
高 量测范围广且精确度需求 高之应用
中等 高温量测、工业应用
低 量测范围窄或单点温度
较好 量测范围窄 较好 量测范围窄、多点测量
PN结正向压降随温度的升高而减小 （温度升高1°C结压降约减小2mV）
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环境温度、环境噪声、传递距离等； 三、传感器性能
成本、线性度、稳定性、响应时间、输出方式等。
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温度传感器
温 度 传 感 器
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热电阻
铜热电阻 -50~200oC 铂热电阻 -180~600oC 镍热电阻 -50~100oC
热敏电阻：NTC、PTC、CTR： -200~300oC
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1.光敏电阻
光敏电阻在未受到光照射时的阻值称 为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。 光敏电阻受到光照射时的电阻称为亮电 阻，此时电流称为亮电流。亮电流与暗 电流之差称为光电流。一般暗电阻越大，
光敏电阻的暗电阻的阻值一般在兆欧 数量级，亮电阻在几千欧以下。暗电阻 与亮电阻之比一般在102～106
铂电阻与温度的关系在0～630.74 ℃以内为
Rt =R0(1+At+Bt2) -190～0 ℃以内为
Rt =R0［1+At+Bt2+C(t-100)t3 Rt — 温度为t℃ R0 — 温度为0 ℃
t—
A，B，C — 分度系数，手册查找。
(如 Pt1000分度常数：A＝0.0038623139728, B＝-0.00000065314932626)
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各类温度传感器比较
铂电阻 Pt-RTD
热电偶 Thermocouple
热敏电阻 Thermistor
PN结温敏
集成温度传感
量测范围
-200~650C
-270 ~1600C
-80~200C
-50~150C -55~150C
价格 系统成本
AD590(I、J、K、L、M) ① 线性电流输出：Io/T= 1 μ A／K ② 工作温度范围：-55～155 ℃ ③ ④ 激光微调使定标精度达±0.3 ℃(AD590M) ⑤ 整个工作温度范围内非线性误差小于
±0.5℃（AD590M ⑥ 工作电压范围：4～30 V ⑦ 器件本身与外壳绝缘
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K型热电偶电路举例
输 入 滤波 器
使T0为 0℃
R3
K型
＋
1k
T
－
＋ C1
4.7
放 大 电路
＋ 15 V Rw2 20 k
＋
8
－ A1
R2
Rw1 3k
120 k R1 51 0
(增 益 24 0.94 45 倍 )
Uo(0 ～ 6 V) 10 mV/ ℃
元器件名称 符 号
运 算 放大 器 电阻 电位器 电容
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• 常用传感器P3 • 软启动器P70 • 交流变频器P122 • 三菱E700变频器P170 • 光电编码器P200
目录
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第七章 自动控制元件的应用 — 常用传感器
湿度
压力
温度
磁
声音
位置
气体
光
转换 传感器
电压 电流
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AD590远距离温度检测电路
2
3
1
3
AD 590
＋5V
＋1
AD 590
－2
R 1k
Uo(1 mV / K)
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其他常用的集成温度传感器
AD2210/22105、 AN6071、 DS1620/1621/1820/1821 LM34/35/50/56/60/65/66/75/78 LM135/235/335 TC622/623/624 TMP03/04/12/35/36/37
A1 R1～R3 Rw1, Rw2
C1
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型号
说明
AD OP 07
2%, 1/4 W 金 属 膜 电 阻 10圈 型 金 属 陶 瓷 多 圈 类 型
20 %, 50 V 电 解 电 容 (低 漏 电 型 )
生 产 厂家 模 拟 设备 公 司
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4.集成温度传感器AD590
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铂电阻测温电路
U O1


Rt R1
Vref
UOUT


R4 R3
U O1

R4 R2
Vref
Rt 1K 3.86t
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3.热电偶
两种不同的金属A与B形成闭合回路，当两个接点温度不同时 回路将产生电势，该电势的方向和大小取决于两导体的材料及 两接点之间的温度差，而与导体的粗细、长短无关。这种现象 称为热电效应，组成的测量传感器称为热电偶。
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敏感元件指能直接感受或响应被测量的部分;
转换元件指将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传 输或测量的电信号部分。
传感器的输出信号一般都很微弱, 需要有信号调整与转换 电路对其进行放大、运算等。有的调整与转换电路与敏感元 件集成在同一芯片上。 此外，传感器工作必须有辅助的电 源。
金属、聚合物、半导体、陶瓷、混合物等传感器；
四、按制造工艺分类：
集成、薄膜、厚膜等传感器。
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传感器的选用
传感器的种类繁多,相同的物理量可用不同工作原理的传感 器，使用时一般考虑如下： 一、被测量类型
测量目的、测量范围、测量精度、测量时间等； 二、工作环境
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/ ( ·cm)
106 CTR
105
P TC
104
103
102
NTC
101
0
4 8 12 16 20 t×1 0 /℃
三种类型热敏电阻的典型特性
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热敏电阻特性曲线及参数
NTC热敏电阻的电阻值与温度的关系为：
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相 对 灵 敏 度 /%
400～ 700(可 见 光 ) 10 0
80 X 射 紫外
60 线 线
40
20
硫化铅
红外 线
硫化铊
硫化镉
0
500 1000 15 000
入射光波长 / A°
30 000
几种常用光敏电阻材料的光谱特性曲线
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传感器定义
传感器是指能感受并响应被测物理量，并按照一定的规 律将其转换成为可供测量的输出信号的器件或装置。
传感器的组成，并无严格的规定。一般说来，可以把传 感器看作由敏感元件(热敏元件、磁敏元件、 光敏元件等) 和变换元件两部分组成。
传感器
非电量 敏感元件
电量 变换元件
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光敏电阻特性
I /A 6 5
4 3
2 1
0
50
0.3
光 电 流 / mA
硫化铅
0.2 5
0.2 0
0.1 5
硫 化 铊 0.1 0 0.0 5
10 0
U /V
0
光敏电阻伏安特性曲线
0.6
1.2
光 通 量 / lm
光敏电阻的光照特性曲线
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A
铠
T
T0
装
B
工作端或热端（T），测量时将它置于被测温度场中；自由端或 冷端（T0）,一般要求恒定在某一温度。
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热电偶类型
虽说许多金属相互结合都会产生热电效应,但是能做成适于 测温的实用热电偶者为数不多。目前常用的热电偶有铂－铂 铑、镍铬－镍硅、镍铬－康铜等。按测温范围又分为K、E、J 、T、B、R、S等型。
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传感器的分类
传感器技术是一门知识密集型技术,它与许多学科有关。其种 类繁多,有多种分类方法。 一、按检测功能分类：
温度、光敏、压力、磁敏、声音、湿度、气体等传感器；
二、按工作原理分类：
压电式、光电式、吸附式、压阻式、热点式等传感器；
三、按制造材料分类：
热敏电阻的常见外型及符号
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热敏电阻基本应用电路
基本测温电路
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温差测量电路
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热敏电阻和 555构成双限温度控制器
40o C时 Rt 5.6K
Rw1

1 2
Rt

2.8K
60o C时 Rt 2.8K Rw2 2Rt 5.6K
Rt

R0
exp[
B( 1 T

1 T0
)]
Rt、R0 — 分别为TK和T0K时的热敏电阻值；
B — 热敏电阻的材料常数，其值主要取决于热敏电阻的材料。一般情
况下，B=2000～6000K，可通过查阅产品资料获得，在高温下使用时，
B
T — 被测温度（K）。
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光敏二极管、三极管基本应用电路
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3.光电耦合器件
光电耦合器件是由发光元件(如发光二极管)和光电接收元件 合并使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。根据其结构和 用途不同，它又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检 测有无物体的光电开关。
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光敏电阻基本应用电路
适当选取R1的阻值，处于暗环境时，光敏电阻阻值较大， VT截止，输出为零；当光照时，光敏电阻阻值迅速减小，VT
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2.光敏二极管、三极管
－ ＋
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接 触 式
热电偶
K型：0~1000oC R型：200~1400oC J型： 0~600oC
E型：- 200~700oC
半导体温度传感器：-100~220oC
集成温度传感器：-55~150oC
非
接
辐射式温度计
触
量子温敏传感器
式
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1.热敏电阻
半导体热敏电阻按半导体电阻随温度变化的典型特性 分为三种类型: 负温度系数热敏电阻（NTC） 正温度系数热敏电阻（PTC） 临界温度系数热敏电阻（CTR）:在某一特性温度下电 阻值会发生突变的。 CTR主要用作温度开关，在温度测量中,则主要采用NTC 。
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AD590 基本应用电路
在25℃时调整电位器使Vo为298.2mV; 或0 ℃时调整电位器使Vo为273.2mV； 利用这样一个简单的电路，很容易把传感 器的电流输出变换为方便的电压输出。 由于AD590内阻极高，所以适合远距离测 量，可采用一般双绞线。
U2

1 3
VCC
U6

2 3 VCC
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555芯片资料
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2.热电阻(RTD)
通常采用的热电阻有铂、铜和镍。由于铂具有很好的稳定性和测 量精度，故人们主要把它用于高精度的温度测量和标准测温装置。
多数热电阻随温度而变化的关系可由下式表示： Rt=R0［1+α(t-t0)］
Rt, R0 — 分别为热电阻在t ℃和t0 ℃ α — 热电阻的电阻温度系数（1／℃）
t — 被测温度（℃）。
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铂电阻
常用的铂电阻有Pt50、Pt100、Pt300、 Pt1000 等，下标表示铂电 阻在0 ℃时的阻值。
热电偶能直接进行温度-电势转换,而且体积小、测温范围 广。热电偶的结构除普通型外,还有具有保护外套的所谓铠装( 也有叫缆式)热电偶、薄膜热电偶等。
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K、J、E、T型相对冷端（0℃）的温差电势
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二、光敏传感器
光敏传感器是把光信号转化成电信号的传感器件，广泛应用 于自动控制、产品计数、检测、安全报警等电路中。检测的光 源为可见光和不可见光（紫外、近红外等）。 主要类型：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、集成光敏传 感器、CCD、光纤传感器、太阳能电池等。
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