电子感测技术第二章.ppt

1、2.1温度检测,摄氏数值,华氏数值,列氏数值,0F,0C,0R,第2章 传感器及检测技术,温度表征冷热程度，能量分布和分子运动烈度,2.1.1温标,温标给出温度数值、单位和计算规则,1、经验温标,计算规则,单位,2、国际温标,T=T0+C,绝对温度,273K,t=0 0C时，T=T0（水三相点温度）,T=0K时，C=-273 0C 冷到极点，分子不动，能量为零。,间隔10C=1K (开尔文),2.1.2 温度传感器的介绍,（示教、实训）,非接触式,（半导体、灵敏）,重点介绍：半导体、热电偶、红外测温仪,1、半导体温度传感器,半导体具有热敏性、光敏性和参杂性, 可构成高灵敏度温度传感器,热敏效应

2、，改变半导体或PN结的电阻小范围的阻温关系:,（1）热敏电阻,非线性、测量范围窄、复现性和互换性差,灵敏度高、体小价廉、使用方便，多用于:,温度测量:R由电桥变成U,温度补偿:NTC型与正温度系数元器件串、并联,温度控制：与继电器或开关元器件串、并联,过限保护：串或并入保护器件中,书中图2.2、2.3为其中一例,(2).集成温度传感器,以PN结作为敏感元件，与放大器、电桥和补偿电路等集成化，并把它们封装在同一壳体里,改善了半导体的缺点：测温范围增大 复现性和互换性较好,保持了半导体的优点：灵敏度高 体小价廉 使用方便,书中图2.4为AD590用法之一：I0与T成正比,参考(冷)端,t,t,(+

3、A),(B),t,0,t,0,测量(热)端,B,(,-,),热电势,灵敏度,被测温度,参考温度,两种金属,两端温差,2、热电偶温度计,（1）工作原理,缺点:要求冷端温度t0=0或恒定,t,0,优点:稳定性好，温度范围大,（2）主要应用,一个测点温，冷端要补偿,二个测温差， 同极串电表,三个相并联， 三点平均值,多个相串联， 多点温度和,3、红外线热辐射的检测,（1）红外线（ l =0.751000m）及其特点（物 体红外辐射能量正比于它的吸收量）,热电型,S,S,m,l,l,m,0,光电型,灵敏度低，常温使用,灵敏度高，低温工作,多用于非接触测量，其特点：,a.不破坏测温现场，对被测温度无影响

4、。 b.不必达到被测物体的温度，所以测温快， 且无测温上限。 c.被测物体的热辐射能与温度的关系由 实验方法确定，因此定标较复杂。,（2）红外线测温仪举例,结构 定标：U0=4V1mV ， 200 0,被测物,调满,用热敏电阻进行补偿,线性U0=-20mv/,校零,2.2.1压力概念及单位,1、压力表现为压强,2.2压力检测,2、绝对和相对压力的关系,金属 （稳定性好）,半导体 （灵敏度高）,应变电阻片,2.2.2压力传感器的介绍,（1）压阻式,（2）压电式： （3）磁电式：霍耳（Hall）元件 （4）其它,压电石英、压电陶瓷、压电半导体,应变电阻片,1、应变电阻片及其用法,（1）单臂电桥的温

5、度补偿 和压力测量,（2）双臂,（3）全桥电路进行双梁检测,（4）测压系统实例多通道调制型应变仪测压系统,组成：电阻片传感器、多通道应变仪（多路电桥、信号处理）,R,R,R,I,U,其中一路电桥,放大,放大,传感器,R,R,R,R,R,R,长电缆,检,波,滤,波,多,路,电,桥,信,号,处,理,器,记录仪,载波,振荡,现场定标,高端调满,低端校零,中段线性,I,U,2、霍耳（Hall）元件,霍耳电压,当恒流源供电时UH=(KH I)B ,可用于：,（1）测量磁场大小和方向,（2）可测线中大电流IB105A,（3）利用UH=（KHKB）IIB， 可做成乘法器等。,（4）做成Hall压力计,线性,

6、当环境温度升降时，串入正温度系数的热敏电阻Rt也将增减，使U0保持不变,（5）Hall元件的温度补偿,2.3流量检测,质量流量的累积总量,(Kg),在t时间内，流量比较平稳,2.3.1流量及测量方法,1、流量的概念及单位,(1) 体积流量,(2) 质量流量,(m2m/s=m3/s),(m3/sKg/m3=Kg/s),（1）流管中放置障碍物使其产生压力变化， 也能产生涡流、旋流和振动等现象。 （2）流体冲击流管中的活动体，使其产生转 动或位移。 （3）流体切割磁力线，管外器件将产生感应 电动势。 （4）流体带走热量，流体中的温度因流动而 发生变化。,2、测量依据和方法,（5）流体中放入示踪剂或流

7、体中的不均 匀介质再现，测量流管内两点相关变 化量。 （6）流体改变电波或超声波的频率,使其 接收频率fr与发射频率ft不同，产生 了多卜勒（Doppler）频移。,2.3.2体积流量和质量流量的检测,1、差压式流量计,差压,系数,2、电磁式流量计,流速产生感应电动势,恒磁场,系数,3、质量流量计,（1）推导式质 量流量计,质量流量,系数,（2）超声波直接式质量流量计,T1顺流传到R2的时间,T2逆流传到R1的时间,频率差,频率和,质量流量,与流体的密度成正比,结构常数,2.4光学量测量和光纤传感器,2.4.1光学量测量方法和传感器,1、测量方法和类型,（1）辐射式,光源本身,X对光源作用,（

8、2）位移式,（4）微弯式,（3）插入式,被测x反射的光线量,光线穿透x的出射量,穿过x的部分光线量,光线被x分成二态,2、光电传感器应用举例,(1)光电耦合器（EOE器件）,(2)光电开关器件,(3)热释电元件（晶体）,(4)CCD图像传感器,纤芯直径约为5,单模传感功能型,纤芯直径50,多模传光非功能型,2.4.2光纤传感器,1、光纤结构和传光原理,（1）光纤结构,导光纤芯折射率为n1,周围包层折射率为n2 n1,层外空气折射率为n01,2、光纤传感器的工作类型,（2）光纤位移式,（1）辐射式,横向,（3）插入式：,(b)透射式,压力,(4)微弯损耗式(传感型),2-5模拟信号处理,2.5.1模拟信号处理电路的结构,1、直接型 信噪比,传输系数k1=k2=k3=1；干扰噪声n1=n2=n3=n,2、平衡型,（较困难）,3、差动型,k3=k=1，n3=n，y1=k(x+n)，y=2x+n y2=k(-