常用传感器及其应用

分流器
200A/75MV
霍尔传感器
• 不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不 消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。
• 精度相对较低
电压互感器
电压互感器的作用是隔离高电压，并把高电压变 为低电压，供继电保护、自动装置和测量仪表获取一 次侧电压信息。
按工作原理，电压互感器可分为：
1、电磁式电压互感器 • 电力变压器型，原理和普通变压器相似； • 适用于6kV～110kV系统； • 价格贵，容量大，误差小(相对于后者)
当主机总线t0时刻从高拉至低电平时就产生 写时间间隙。从t0时刻开始15us之内主机应 将所需写的位送到总线上，DS18B20在t0后 15-60us内对总线电平采样。连续写2位的间 隙应大于1us。
DS18B20写字节函数
DS18B20读字节时序
.
>60 us
15 us
t0
t1 t2
.
>1u s
电路全部集成在一块基片上，使它具有自 诊断、通信、自动调零功能。
D、传感器组网的无线化 主要采用2.4GHZ的ZIGBEE技术，它
的特点是功耗低、传输可靠、通信距离可 达几百米，速率最大可达1MB/S。
一、温度传感器
温度测量分接触式和非接触式，常用的传感器有： 金属热敏电阻
主要是铜电阻和铂电阻，测量线性好，信号处理 较热电偶简单。但温度范围较热电偶小。 热电偶
DS18B20复位函数
注：复位 函数必须 严格按照 时序图编 写，尤其 应注意延 时时间的 准确性。
DS18B20写0和写1时序
15 us t0
>60 us
15 -60 us
>1u s
t1
.
15 us t0
>60 us
15 -60 us
.
>1u s
t1
.
..
.
DS18B20写0时序
DS18B20写1时序
t3
.
.
主机总线t0时刻从高拉至低电平时，总线只需
保持低电平1-4us，之后在t1时刻将总线拉高
产生读时间隙，读时间隙在t1时刻后t2时刻前
有效，t2距t0 15us，也就是说t2时刻前主机
必须完成读位并在t0后的60-120us内释放总线。
连续读2位的间隙应大于1us。
DS18B20读字节 时序
电流互感器的作用
• 为了保证电力系统安全经济运行,必须对 电力设备的运行情况进行监视和测量。 但一般的测量和保护装置不能直接接入 一次高压设备,而需要将一次系统的大电 流按比例变换成小电流,供给测量仪表和 保护装置使用。电流互感器除了可以将 线路上大小不一的电流变成一定大小的 电流，以便于测量之外，还可以起到与 线路绝缘的作用，以保证操作人员和仪 表的安全。
常用传感器及其应用
传感器
• 传感器是指测试器系统的检测部分直接与被测对 象发生关系，直接感受被测参数的变化，并把被 测参数转为易于运输、处理、测量的信号，完成 这一任务的装置称为传感器。
• 我们的五官（眼，耳，皮肤，鼻，舌）就是传感 器。五官通过五种感觉（视觉，听觉，触觉，嗅 觉，味觉）接受来自外界的信号，并将这些信号 传递给大脑，大脑对这些信号进行分析处理，然 后将指令传给肌体，这是我们常见的一种传感器。
用作温度测量的一般用NTC，NTC还用于开关 电源交流输入端的开机浪涌保护。
NTC热敏电阻温度和阻值间存在严重的非线 性，因此实际应用时需要用软件进行线性补偿， 主要用在对温度测量精度要求不高和一些温度保 护的场合。
Vcc Ω
R1 Vout
Rt
℃
GND
热敏电阻
• 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电
接触式测量，绝缘性能好、抗干扰能力强， 测量精度高。
1. 金属热敏电阻 常见的金属热敏电阻有铂电阻和铜电阻，和铜电
阻相比铂电阻的温度范围更宽、 线性更好， 常用在 化工厂等企业生产过程的温度测量。 铂电阻
铂电阻的测量温度范围为-200~+850℃ 在-200 ~+0℃内：
Rt R0[1 At Bt2 Ct3(t 100)]
=298μA。
注意：测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量不准。
百度文库D590的三种连接方法之比较
AD590的两种I/V变换电路
AD590温度传感器应用电路之一
AD590温度传感器应用电路之二
集成单片温度传感器——DS18B20
性能特点
独特的单线接口 通过并联可实现多点组网功能； 无需外部器件 供电电压范围为3.0~5.5V； 零待机功耗 温度以9或12位数字量读出 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限 定温度的器件 负电压特性，电源极性接反时，温度 计不会烧毁
在0 ~+850℃内：
Rt R0(1 At Bt2 )
式中Rt和R0分别为t度和0度电阻值，A、B、C为常数
常用铂电阻有PT100和PT10两种。
铜电阻 由于铂是贵金属，在一些测量精度不高且温
度较低的场合，可采用铜电阻测量，它的范围为50~+150℃，铜电阻的阻值与温度的关系几乎是 线性的，可近似地表示：
Rt R0(1 t)
4.28103 / C
式中Rt和R0分别为T度和0度的铜电阻值。铜电 阻有两种分度号Cu50和Cu100。
2、热电偶
热电偶是工程上应用最广泛的一种温度传感器，
它构造简单，使用方便，温度测量范围宽（-
40~1700℃。
两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路，
阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有 被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最 高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。
表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。
热敏电阻
• 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到 的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其 中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表 示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常 同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电 阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例， 25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为 28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似， 25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温 度曲线是非线性的。
定义与基本结构
• 定义：电流互感器是一种专门用作变换电 流的特种变压器。
• 基本结构：主要由一次绕组、二次绕组和 铁心构成，一次、二次和铁心之间都有绝 缘。
原理图
CT按用途分类
• 按用途分：1、测量用将任一数值的交流 电流转换为用标准仪器可以直接测量的交 流电流值；使高压回路与维护人员可以接 近的测量仪表绝缘。
测量温度宽，可靠性高，最高可达1600度，但 成本高，信号处理复杂。
分立半导体热敏电阻 如NTC热敏电阻，线性较差，但成本极低，主
要用在小家电上。 半导体集成温度传感器
主要利用温度越高PN结流过的反向漏电流越 大，并通过放大、线性化处理、信号转换等。 红外辐射温度传感器
非接触高温测量，最高可达数千度，测量距 离引起的误差较大，成本高。 光纤温度传感器
6 0-2 4 0u s
t0
t1
t2
t3
t4
.
.
总线t0时刻发送一复位脉冲（最短为480us的低
电平信号），接着在t1时刻释放总线并进入接
收状态，DS18B20在总线的上升沿之后等待15-
60us，然后在t2时刻发出存在脉冲（低电平持
续60-240us），单片机接收到低电平脉冲说明
复位成功，否则需重新进行复位操作。
当两接触点温度不同时就会产生电动势E。
A
T0
T
E
B
EAB(T ,T 0) EAB(T ) EAB(T 0) 对于已选定的热电偶,EAB(T0)=C是常数
EAB(T ,T 0) EAB(T ) C f (T )
目前常用的热电偶有：
热电偶名称
分度号
铜-铜镍
T
镍铬-铜镍
E
铁-铜镍
J
镍铬-镍硅
K
铂铑-铂
S
铂铑30-铂铑6
B
适用温度 -40~350℃ -40~800℃ -40~750℃ -40~1000℃ 0~1100℃ 600~1700℃
3.半导体热敏电阻 半导体热敏电阻常用的有PTC和NTC, 优点是阻
值大（数百Ω至数百KΩ）、价格低，缺点是非线性 严重。日本芝蒲公司生产的质量最好。
2、保护用将任一数值的交流 电流转换成可以供给继电保护装置的交流 电流值；使高压回路与维护人员可以接近 的继电器绝缘。
直流电流检测方法
• 电阻法：小电流的测量，可在被测量回路， 接入一小的精密电阻Ro，该电阻上的压降， 跟回路电流成正比，即Vo=I*Ro。测出了 Vo，然后通过计算，转换成电流。
3、传感器的主要发展方向
A、传感器的固体化 主要发展半导体传感器，它不仅灵敏度高、响 应快、小型轻量、而且便于实现传感器的集成化和 多功能化，如压力传感器SP12。 B、传感器集成化和多功能化 将敏感元件、信号处理或转换单元、电源等部 分利用半导体技术将其制做在同一芯片上，如温湿 度传感器。
C、传感器的智能化 它通常将信号检测、信号处理等外围
（AD590M）。 –线性度极好：在整个测温范围内
非线性误差小于±0.3℃ （AD590M）。 –工作电压范围宽：4～30 V。 –器件本身与外壳绝缘。 –成本低。
AD590的引脚排列及基本连接方法
第3个脚可以不接，是接外壳 作屏蔽用的
说明：其输出电 流是以绝对温度 零度（-273℃） 为基准，每增加 1℃，它会增加 1μA输出电流， 因此在室温25℃ 时，其输出电流 Iout=（273+25）
• 电压与温度的关系 • 建立AD采样值与温度的关系 • 10位AD，建立0～1023的温度表。根据实
际应用可以截取一部分建立温度表。
集成单片温度传感器——AD590
• 性能特点
–线性电流输出：1 A/K。 –测温范围宽：55～+150℃。 –二端器件：电压输入，电流输出。 –激光微调使定标精度达±0.5℃
热敏电阻
热敏电阻计算公式
• 虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃ 甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用 这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：
• Rt =R*EXP(B*(1/T1-1/T2)
热敏电阻测温电路
建立热敏电阻温度表
2、电容式电压互感器(CVT-capacitance voltage T) • 电容分压型； • 适用于110kV～500kV系统； • 价格低，容量小，误差大(相对于前者)
电磁式电压互感器 的工作原理
电磁式电压互感器的工 作原理，构造和连接方 法都和普通电力变压器 相同。其主要区别在于 电压互感器的容量很小， 通常只有几十到几百伏
DS18B20应用实例——数字温度计的设计
总体电路结构 框图
DS18 B2 0
AT89 S5x
或AT8 9C2 05 1
主控制器
显示电路 扫描驱动
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成： 主控制器、测温电路和显示电路。
DS18B20复位时序
.
.
1 5-6 0 us
4 80 us
4 00 -9 60 us
• 康铜丝：这个方法跟电阻法类似。 • 分流器：大电流，通过分流器测量。 • 霍尔传感器，专用的电流测量仪器，直流、
交流都可以测量。
电阻法
电阻的选择
• 阻值的选择 • 电阻功率的选择 • 电阻的精度选择
康铜丝、锰铜丝
• 本质与电阻采样方式相同 • 通过电流能力大 • 内阻小、适用于电流较大的场合 • 温度漂移量非常小 • 与铜导线连接时热电势小（锰铜丝） • 过电流能力强（大约5A每平方毫米 ）
人体与机器的对应
外 人体 界 刺 机器 激
人的感官 传感器
人脑 计算机
机体 执行器
传感器的种类很多,目前没有统一的分类方法,常 采用的分类方法有以下几种: 1、按输入量分
输入量分别为温度、压力、位移、速度、气体 等非电量，则相应的是温度传感器、压力传感器等。 2、按测量原理分
主要是基于电磁原理和固体物理学理论，根据变 电阻的原理，有相应的应变式传感器；根据变磁阻 原理，有相应的电感式、电涡流式传感器；根据半 导体有关理论，有相应的半导体力敏传感器、气敏 传感器等。
安。
• 一次绕组并联在所测量的一次回路中。一 次绕组电压等于电网电压，不受二次回路 负荷的影响。