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1、第4章常用传感器及典型调理电路设计4.1传感器概述1.传感器的定义能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。©传感器处于测量系统的最前端，起着获取信息与转换信息的重要作用。©传感器对规定的被测量具有最大的灵敏度和最好的选择性。2.传感器的分类：©按被测量的性质分类机械量位移、力、速度、加速度、重量等；热工量温度、压力、流量、液位、物位、流速等；化学量浓度、粘度、湿度、气体的组分、液体的组分等；光学量光强、光通量、辐射能量等；生物量血糖、血压、酶等；©按输出量的性质分类电参数型传感器：输出量为电参量
2、，如电阻式、电感式和电容式电量型传感器：输出量为电量，如热电式、压电式、磁电式等。©按能量关系分类能量转换型如热电偶、光电池等。能量控制型如R、L、C电参数型传感器。4.2热电阻型温度传感器及其调理电路4.2.1热电阻型温度传感器原理工作原理：利用金属导体或半导体的电阻值随温度变化的特性，制成测量温度的传感器。1.金属热电阻：纯金属铂、铜热电阻（1）金属热电阻的R-T关系铂电阻：稳定性好0～850℃R=R(1+AT+BT2)t0-200～0℃R=R[1+AT+BT2+C(T-100)3]t0A，B，C——常数铜电阻在(
3、-50～150)℃中稳定性、线性度好，价格低廉-50～150℃R=R(1+AT+BT2+CT3)t0A，B，C——常数4.2热电阻型温度传感器及其调理电路(2)灵敏度（温度系数）计算式：ΔR/Ra=tΔT铂电阻：a≈3.9×10-3/℃，铜电阻：a≈4.3×10-3/℃tt(3)主要技术指标©分度号：铂电阻：Pt100，Pt50;铜电阻：Cu100，Cu50©测量范围及测量精度©允通电流：通过热电阻中的工作电流应小于5mA，以避免自热效应产生影响。4.2热电阻型温度传感器及其调理电路©时间常数：有四个级别：I级：(90
4、～180)sII级：(30～90)sIII级：(10～30)sIV级：<10s。©最小插入深度：应不小于其保护套管外径的8～10倍。©自热效应的抑制方法：控制供电电流大小；采用脉冲供电；4.2热电阻型温度传感器及其调理电路2.热敏电阻©基本特性R=Aexp(B/T)A、B——与热敏电阻尺寸、形式及其半导体物理性能有关的常数；T——被测温度©灵敏度2αt=-B/T-2αt——温度系数，为负值。常温度下为-(3×10~5×10-2)/℃，比热电阻的温度系数高约一个数量级。4.2热电阻型温度传感器及其调理电路©优点：¾具有很
5、高的负电阻温度系数；¾灵敏度高¾阻值大、体积可以做得很小；¾动态特性好©缺点：¾分散性大¾非线性大¾长期稳定性差¾互换性不好4.2热电阻型温度传感器及其调理电路3.热电阻传感器举例V激光喷镀工艺将薄膜铂溅射到陶瓷基地上制成。V体积小（1.6mm*3um*0.6mm），响应快，一致性好，抗震，测温范围宽，长期稳定性好，价格便宜4.2热电阻型温度传感器及其调理电路4.2.2．电阻型传感器常用调理电路©单/双恒流源©电桥1.单恒流源调理电路u=kIR=kRI(1+AT)out0t004.2热电阻型温度传感器及其调理电路2.双
6、恒流源调理电路电阻式传感器双恒流源调理电路示意图双恒流源调理电路输出为：ΔuuuRRR=−tN=RIA(1+−TR)I0000=IRAT00经放大后：Uk=IRATout004.3热电偶型温度传感器利用热电效应将被测物理量（温度）直接转换为电势。属于能量转换型传感器。是应用非常广泛的测温传感器。1.工作原理：将两种不同材料的金属导体串接成闭合回路，当两个结点处于不同温度即T≠T时，导体在回路中产生与0两结点有关的温差热电势的现象，称为温差电效应（塞贝克效应）。4.3热电偶型温度传感器V温差电势：E(T,T)=α(T-T
7、)+β(T-T)2+……AB000E(T,T)——由A,B两种材料组成的热电偶，结点温度为T,T时的热电势。AB00α，β…——多项式系数，对于A,B材料一定时为一常量。V在一定温度范围内：上式可近似为：E(T,T)=K(T-T)——与温差成正比AB00V当T＝0时，则E(T,T)=KT0AB04.3热电偶型温度传感器2热电偶的基本定律©匀质导体定律由同一种匀质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。©中间导体定律当热电偶回路中插入第三种导体C时，只要保证导体C两端的
8、温度与冷端温度相等，连C与否对电势无影响。C可换为仪表或测量电路。©中间温度定律——主要解决冷端温度补偿E(,)TT=ETT(,)+ETT(,)AB13AB12AB234.3热电偶型温度传感器3.热电偶的主要技术参数©分度号与分度表分度表是用表格的方式列出温度与热电动势的对应关系。分度号(S,R,B,K,E,J,T,N)代表热偶的
