常用传感器及其应用

VCC
Sensor
555芯片资料
Sensor
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（℃）。
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）。
Sensor
热敏电阻的常见外型及符号
MF58-103-36
半导体温度传感器：-100~220oC
集成温度传感器： -55~150oC
辐射式温度计 量子温敏传感器
Sensor
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。
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）
Sensor 休息一下！！
Sensor
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）。
Sensor
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。
Sensor AD590远距离温度检测电路
Sensor
热敏电阻基本应用电路
NTC
基本测温电路
温差测量电路
Sensor 热敏电阻和 555构成双限温度控制器
NTC
40o C时 Rt 5.6K
1 Rw1 2 Rt 2.8K
60o C时 Rt 2.8K Rw2 2Rt 5.6K
MF58-103-36
1 U 2 3 VCC
U6
2 3
输出 (a)
电流约20mA
光电耦合器组合形式
TL(bP) 113 150mA
输出电流约
Sensor
光耦隔离器基本应用电路
12V-5V反相隔离电平转换 （CON低，OUTPUT高）
5V-12V同相隔离电平转换 （CON低，OUTPUT低）
Sensor
光耦隔离器应用电路
强弱电隔离电子开关 （输入高，电灯亮）
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
Sensor
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
Sensor
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。
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。
Sensor
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：
金属、聚合物、半导体、陶瓷、混合物等传感器；
Sensor
接 触 式 温 度 传 感 器
非 接 触 式
一、温度传感器
铜热电阻 -50~200oC 热电阻 铂热电阻 -180~600oC
镍热电阻 -50~100oC
热敏电阻:NTC,PTC,CTR: -200~300oC
热电偶
K型： R型： J型： E型：
0~1000oC 200~1400oC 0~600oC - 200~700oC
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
2、光敏二极管、三极管
Sensor
－ ＋
光敏二极管、三极管基本应用电路
Sensor
Sensor
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。
传感器
非电量 敏感元件
电量 变换元件
Sensor
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。
Sensor
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。
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 ℃
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。
Sensor
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, 亮电阻越小,
1.2
光 通 量 / lm
光敏电阻的光照特性曲线
Sensor
400～ 700(可 见 光 ) 10 0
相 对 灵 敏 度 /%
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
Sensor
2
3
1
3
AD 590
＋ 5V
＋1
AD 590
－2
R 1k
Uo(1 mV / K)
Sensor 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
Sensor
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。
输入
输出
输入
输出
TLP521
各类温度传感器比较
Sensor
量测范围
价格 系统成本 稳定性
铂电阻 Pt-RTD
-200~650C 较高 中等 高
热电偶 Thermocouple
热敏电阻 Thermistor
-270 ~1600C
-80~200C
中等 较高 低 中等
低 中等
PN结温敏
-50~150C 低 低
集成温度传感 -55~150C 低 较低
CTR主要用作温度开关，在温度测量中,则 主要采用NTC。
Sensor
/ ( ·cm)
106 CTR
105
104
P TC
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
Sensor
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：
Rt
R0
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。
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。
四、按制造工艺分类：
集成、薄膜、厚膜等传感器。
Sensor
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
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
Sensor
1、干簧管
干簧管是最简单的磁控机 械开关，由带磁性和不带磁性 的两个触点构成，在没有外加 磁场作用时，这两个触点是断 开（常开型）或接通（常闭 型）。在外加磁场作用下闭合 或断开。常应用于简易报警、 保温、照明电路。
2、霍尔传感器
Sensor
置于磁场中的静止载流导体，
B
当它的电流方向与磁场方向不一致 时，载流导体两个面之间产生电动 势，这种现象称霍尔效应。该电势 称霍尔电势。根据霍尔效应制作的
转速测量
Sensor
三、磁敏传感器
磁敏传感器是利用导体、半导体的磁电效应制 成的，能把磁场信号转换成电信号的传感器。磁敏 传感器主要的作用是检测磁场信号，最大优点是非 接触检测。根据材料不同主要有：磁敏电阻、磁敏 晶体管、霍尔传感器、干簧管等。广泛应用于自动 控制（速度、位移、转速等），电磁测量（高斯计、 电流检测等）、生物医学等领域。
Sensor
常用传感器及其应用
主讲：林凡
2010-07
Sensor
传感器简介
湿度
压力
温度
磁
声音
位置
转换 传感器
电压 电流
气体
光
Sensor
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。
Sensor K、J、E、T型相对冷端（0℃）的温差电势
Sensor
K型 T
K型热电偶电路举例 放 大 电路
使T0为 0℃ ＋
－
输 入 滤波 器
R3 1k
＋ C1 4.7
＋ 15 V
Rw2 20 k
＋
8
－ A1
R2
Rw1 3k
Uo(0 ～ 6 V) 10 mV/ ℃
120 k R1 51 0
(增 益 24 0.94 45 倍 )
t —— A,B,C —— 分度系数，手册查找。 (如， Pt1000分度常数：A＝0.0038623139728,
B＝-0.00000065314932626)
Sensor
铂电阻测温电路
U O1
Rt R1
Vref
UOUT
R4 R3
U O1
R4 R2
Vref
Rt 1K 3.86t
Sensor
元器件名称 符 号
运 算 放大 器 电阻 电位器 电容
A1 R1～R3 Rw1, Rw2
C1
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
Sensor
Sensor
光耦隔离器应用电路
Sensor
2)光电开关
光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收， 并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而 获得最终的控制输出“开”、 “关”信号的器件。
Sensor
光电开关外型
Sensor
光电开关基本电路
Sensor
光电开关应用电路举例
插卡式电源开关
4、集成温度传感器AD590
AD590(I、J、K、L、M) ① 线性电流输出：Io/T= 1 μA／K ② 工作温度范围： -55～155 ℃ ③ 两端器件： 电压输入, 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