检测传感器及其接口电路课件.ppt

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1、3.5光电编码器3.2力传感器3.1温度传感器第3章检测传感器及其接口电路3.3位移测量传感器3.4光电传感器3.6电流环信号传输3.7运算放大器的基本电路传感器：把非电量参数（位移、速度、力、温度、光、磁、化学量等）转化为电量参数（电压、电流、电阻等）的器件。传感器输出量形式:模拟信号、编码数字信号（光电）、数字信号。传感器静态特性：传感器的输入-输出特性是传感器的基本特性。静态特性参数有线性度、灵敏度、迟滞性、重复性。动态特性：传感器对输激励响应的特性。一个动态特性好的传感器，其输出能再现输入的变化规律，即具有相同的时间函数。线

2、性曲线动态响应曲线康铜系热电偶，测量范围–180~2800℃，最佳测量范围630~1064℃；钨铼系热电偶，在300~2000℃的范围内具有良好的特性；镍铬-金铁热电偶，在0~-217℃范围内具有良好的特性。3.1温度传感器1.热电偶合金热电极连接导线连接导线测点参考点Vo输出电压图3-1热电偶结构图3-2铠装热电偶图3-3点式热电偶热电偶输出的电压是毫伏级小信号，一般需放大为伏级才能被利用，因此需要电压放大电路。由于集成电路的大量应用，通常都采用运算放大器放大。图3-4热电偶信号放大电路基础知识：运算放大器通常情况下，对一个单纯的

3、微弱电信号，常采用下列两种形式之一的运算放大器进行放大。反相放大器同相放大器A+-增益：增益：特点：输出与输入反相。可组成反相跟随器。特点：输出与输入同相。可获得更高的输入阻抗。虚地原理A+-2.热敏电阻热敏电阻是一种随温度变化其阻值变化的一种电阻；测量范围为–200~500℃。铂电阻的精度高但价格高；铜电阻精度稍差但价格低廉；半导体热敏电阻的特性呈非线性，但体积小、响应快、价格低廉。铂热电阻PT100（100欧姆）主要用于-200~650℃范围测温；Pt10（10欧姆）主要用于650℃以上范围的测温。图3-5铂热敏电阻图3-6铜热

4、敏电阻图3-7NTC半导体热敏电阻图3-8PTC半导体热敏电阻热敏电阻的电阻变化值首先要经变送电路变换为电压，并进行必要的放大和滤波处理输出伏级电压值，才能被后续电路利用。图3-9热敏电阻信号处理电路讨论题：（作业一，下次上课时上交）热敏电阻的阻值计算式Rt=R0(1+αt)t：当前温度；Rt：当前温度下热敏电阻的阻值；R0：热敏电阻在零度时的阻值；α：热敏电阻的敏感系数。αpt=0.003850,Rpt0=100.00Ωαcu=0.004280,Rcu0=100.00Ω分别计算铂热电阻和铜热电阻在50℃时的电阻。并设计一个铂热电阻

5、变送电路,要求其在0℃和50℃时输出电压分别为0V和5V电压值。3.半导体集成温度传感器AD590AD590是一种常用的半导体集成温度传感器。测温范围–55~+150℃，工作电压+4~+30V，恒流源线性热敏系数为,恒流源电流计算公式：I0：温度为零度时的电流值。t：当前温度AD590AD590应用电路3.2力传感器力学传感器的种类：电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。压阻式压力传感器应用最为广泛，它具有极低的价格和较高的精度以及

6、较好的线性特性。3.2.1金属电阻应变片式力传感器图3-10金属电阻应变片的内部结构1.金属电阻应变片的内部结构2.电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）           S——导体的截面积（cm2）         L——导体的长度（m）以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外

7、力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。3.测量电桥由应变片作为桥臂而组成的电桥称为测量电桥。若测量电桥的工作电压为U0，输出电压为∆U，各桥臂的电阻分别为R1、R2、R3和R4，则：测量电桥灵敏度K图3-11双臂工作的半桥接法图3-12四臂工作的全桥接法R1=R2=R3=R3=RR1=R2=R某些固体材料受到外力的作用后，除了产生变形，其电阻率也要发生变化，这种由于应力的作

8、用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。利用压阻效应制成的传感器称为压阻式传感器。优点：1.体积小而灵敏高；2.频率响应范围宽、半导体集成化制造；缺点：灵敏系数随温度变化较大3.2.2半导体应变式力传感器3.3位移测量传感器位