常用传感器与非电量测量优秀课件

4.3.1磁电式传感器 基于电磁感应原理，把被测非电量变换为感
应电势的传感器称为磁电式传感器。 4.3.1.1工作原理
由电磁感应定律可知：
式中
——感应电势（V）； ——磁通量（Wb）； ——时间（s）；
——线圈匝数。
可见，只要改变磁通量 ，就能得到感应电势 ， 而改变 的办法很多，如改变磁路中的磁阻， 改变和磁场垂直的线圈面积(线圈在恒定磁场中 旋转)，或者使磁铁对线圈作相对运动，等等， 都能达到改变通过线圈磁通量的目的。因此， 可以制造出不同类型的磁电式传感器。
常见传感器
A从传感器输入端来看，一个指定的传感器只 能感受或响应规定的物理量。如温度传感器只 能用于测温，传感器所能感受或响应规定的物 理量既可以是非电量也可是电量。
B从输出端来看，传感器的输出信号为“可用 信号”，这指传感器输出信号中不但载运待测 的原始信息，而且是能够被远距离传送、后续 测量环节便于接收做进一步处理的信号，包含： 电信号、光信号、气动信号等。
集成化包括传感器本身的集成化和传感器与 后续电路的集成化。新型化是指由于科学技术 的发展，许多物理效应的新发现、理论上的新 突破、新工艺的提出、新材料的产生，发展了 大量新型传感器。智能传感器，至今还没有公 认的正式定义。一般认为：传感器与微处理器 相结合所形成的不仅具有信号检测功能，而且 具有信息处理功能的传感器系统就是智能传感 器。
C从输入输出关系看，具有一定规律，可以通 过数学解析方法或试验法确定模型来描述，具 有规定的静态特性和动态特性，规律可以重复 出现。
传感器位于测试系统的最前端，主要为了获取 检测信息和转换信息用。
4.1.1传感器的分类
传感器的分类方法很多，了解传感器的分类 旨在加深理解便于应用。按输入量可分为温度、 压力、位移、速度、湿度等传感器；按测量原 理可分为电位计式、应变式、电感式、差动变 压器式、电涡流式、半导体力敏、热敏、光敏、 气敏等传感器；按输出量分类有模拟式和数字 式传感器等。
对于热电阻和热敏电阻，通过它们的电流不 能太大，否则引起自身发热，带来测试误差。
4.2.2 电桥法测电阻
在输入信号的作用下，电参数型传感器输出为 电参数电阻R、电感L、电容C的改变量，因此 实现对R、L、C参数测量的检测电路可用来作 为与传感器相配接的信号调理电路。
电桥是将电阻、电感、电容及阻抗参量的变 化转换为电压或电流输出的一种测量电路，精 度与灵敏度高，根据激励源的性质可分为直流 电桥与交流电桥；按输出方式，可分为平衡电 桥和不平衡电桥。
缺点：非线性大，长期稳定性差，互换性差。
热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种，它 们的阻值特性分别为：
式中
——温度为 时的电阻值；
—— 常数；
——绝对温度。
它们的温度系数 可分别求出，即
正温度系数热敏电阻的温度系数为正，且为 常数(指在工作范围内)；负温度系数热敏电阻 的温度系数为负，且与电阻温度的平方成反比， 随温度降低而迅速增大，因而具有很高的灵敏 度。所以，负温度系数热敏电阻的应用较广。
举例：汽车电子控制系统的信息源就是各种类 型的传感器，数量多达几十至上百只各型传感 器。
4.2电参数型传感器 4.2.1电阻式温度传感器 利用导体、半导体电阻随温度变化的特性，可
以制作出测量温度的传感器：热电阻和热敏电 阻。温度范围（－200～500）℃ 1 热电阻：纯金属制作的热电阻有正温度系数， 温度每升高1℃ ，电阻值增加约0.4%~0.6%。 最广泛使用的是纯金属铂、铜热电阻。
按照传感器输出量变换原理分类，由于传感 器可用输出信号的类型是有限的，如电压、电 流、电阻、电荷，其中输出量为电参数的（电 阻、电感、电容）称为电参数传感器；输出量 为电量（电压、电流、电荷）称为电量型传感 器。
4.1.2 传感器技术现状与发展
目前，传感器技术正在飞速发展，出现了 “多样化、新型化、集成化、智能化”的发展 形势。多样化是指随着使用领域的不断扩大以 及各个领域的不同需要，出现多种多样用途的 传感器，种类有上千种。
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4.1概述
传感器是一种能将特定的被测信息 （包括物理量、化学量、生物量等）， 按一定规律转换成某种可用的输出信号 的器件，又称为变换器、变送器。目前， 可用信号是指各种电量（电压、电流） 或电参数（电阻、电感、电容等），这 是因为电信号易于处理，便于传输。随 着科学技术的进步，可以预料传感器 “可用信号”的内涵也会随之改变，如 当人们跨入光子时代，则光信号将成为 更便于快速处理与传输的“可用信号” 了。
对电阻式传感器既可采用直流电桥，又可采 用交流电桥；对于百度文库感、电容式传感器则应选 用交流电桥。一般主要采用不平衡电桥。
1电压源供电
下图中，桥路电流 ， 为：
其中 和 上的电压降分别为：
则输出电压
uO(Z1Z2Z Z24)(ZZ31Z3Z4)uS
2恒流源供电 桥路电流分别为：
输出电压则为：
几种电桥电路
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
4.3电量型传感器 电量型传感器的输出都是电量（电压、电流），
如磁电式变换器、压电式变换器、热电式变换器、 光电式变换器，可以不需要外界激励电源而从被 测对象直接获取信息能量，从而获得电量信号。
这些都属于能量转换型传感器，另一些电量型传 感器如PN结、集成电路温度传感器，它们的输出 量也分别为电压、电流，但其属于能量控制型传 感器。
(1)铂电阻的R-t关系
0 ℃ ～850 ℃
－200 ℃～0 ℃
(2)铜电阻 在（-50~150) ℃内有较好的特性， 价格便宜。
其R-t特性为： 2 热敏电阻
热敏电阻是将温度信号转变为电阻值变化的 一种传感器。它可归类为电阻式传感器。这种热 敏元件是半导体，称半导体热敏电阻。
其优点有：具有较高的负电阻温度系数；灵 敏度高于热电阻，在20 ℃时温度增加1 ℃，电 阻值减少约2％～6％。常温下阻值大，可以忽略 引线电阻的影响，体积小，动态特性好。测温范 围（-100～300) ℃。