常用传感器与非电量测量
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• 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。
2020/6/24
• 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。
• 2020/6/24
• 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。
2020/6/24
• 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。 • (1)铂电阻的R-t关系 • 0 ℃ ～850 ℃ • －200 ℃～0 ℃
2020/6/24
常见传感器
2020/6/24
• 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。
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。
2020/6/24
• 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。
2020/6/24
• (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) ℃。
第四章 常用传感器原理与非电量测量
2020/6/24
• 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 。
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。
2020/6/24
• 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
• 对电阻式传感器既可采用直流电桥，又可采 用交流电桥；对于电感、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：
2020/6/24
• 其中 和 上的电压降分别为：
• 则输出电压
2百度文库20/6/24
uO(Z1Z2Z Z24)(ZZ31Z3Z4)uS
• 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。
2020/6/24
• 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。
• 2恒流源供电 • 桥路电流分别为：
• 输出电压则为：
2020/6/24
• 几种电桥电路
2020/6/24
(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
• 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。
缺点：非线性大，长期稳定性差，互换性差 。 2020/6/24
• 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
2020/6/24
• 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 。
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• 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。
• 2020/6/24
• 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。
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• 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。 • (1)铂电阻的R-t关系 • 0 ℃ ～850 ℃ • －200 ℃～0 ℃
2020/6/24
常见传感器
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• 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。
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。
2020/6/24
• 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。
2020/6/24
• (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) ℃。
第四章 常用传感器原理与非电量测量
2020/6/24
• 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 。
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。
2020/6/24
• 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
• 对电阻式传感器既可采用直流电桥，又可采 用交流电桥；对于电感、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：
2020/6/24
• 其中 和 上的电压降分别为：
• 则输出电压
2百度文库20/6/24
uO(Z1Z2Z Z24)(ZZ31Z3Z4)uS
• 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。
2020/6/24
• 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。
• 2恒流源供电 • 桥路电流分别为：
• 输出电压则为：
2020/6/24
• 几种电桥电路
2020/6/24
(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
• 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。
缺点：非线性大，长期稳定性差，互换性差 。 2020/6/24
• 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
2020/6/24
• 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 。