電子感測(cè)技術(shù)第二章.ppt

1、2.1溫度檢測(cè),攝氏數(shù)值,華氏數(shù)值,列氏數(shù)值,0F,0C,0R,第2章 傳感器及檢測(cè)技術(shù),溫度表征冷熱程度，能量分布和分子運(yùn)動(dòng)烈度,2.1.1溫標(biāo),溫標(biāo)給出溫度數(shù)值、單位和計(jì)算規(guī)則,1、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo),計(jì)算規(guī)則,單位,2、國(guó)際溫標(biāo),T=T0+C,絕對(duì)溫度,273K,t=0 0C時(shí)，T=T0（水三相點(diǎn)溫度）,T=0K時(shí)，C=-273 0C 冷到極點(diǎn)，分子不動(dòng)，能量為零。,間隔10C=1K (開爾文),2.1.2 溫度傳感器的介紹,（示教、實(shí)訓(xùn)）,非接觸式,（半導(dǎo)體、靈敏）,重點(diǎn)介紹：半導(dǎo)體、熱電偶、紅外測(cè)溫儀,1、半導(dǎo)體溫度傳感器,半導(dǎo)體具有熱敏性、光敏性和參雜性, 可構(gòu)成高靈敏度溫度傳感器,熱敏效應(yīng)

2、，改變半導(dǎo)體或PN結(jié)的電阻小范圍的阻溫關(guān)系:,（1）熱敏電阻,非線性、測(cè)量范圍窄、復(fù)現(xiàn)性和互換性差,靈敏度高、體小價(jià)廉、使用方便，多用于:,溫度測(cè)量:R由電橋變成U,溫度補(bǔ)償:NTC型與正溫度系數(shù)元器件串、并聯(lián),溫度控制：與繼電器或開關(guān)元器件串、并聯(lián),過限保護(hù)：串或并入保護(hù)器件中,書中圖2.2、2.3為其中一例,(2).集成溫度傳感器,以PN結(jié)作為敏感元件，與放大器、電橋和補(bǔ)償電路等集成化，并把它們封裝在同一殼體里,改善了半導(dǎo)體的缺點(diǎn)：測(cè)溫范圍增大 復(fù)現(xiàn)性和互換性較好,保持了半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高 體小價(jià)廉 使用方便,書中圖2.4為AD590用法之一：I0與T成正比,參考(冷)端,t,t,(+

3、A),(B),t,0,t,0,測(cè)量(熱)端,B,(,-,),熱電勢(shì),靈敏度,被測(cè)溫度,參考溫度,兩種金屬,兩端溫差,2、熱電偶溫度計(jì),（1）工作原理,缺點(diǎn):要求冷端溫度t0=0或恒定,t,0,優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性好，溫度范圍大,（2）主要應(yīng)用,一個(gè)測(cè)點(diǎn)溫，冷端要補(bǔ)償,二個(gè)測(cè)溫差， 同極串電表,三個(gè)相并聯(lián)， 三點(diǎn)平均值,多個(gè)相串聯(lián)， 多點(diǎn)溫度和,3、紅外線熱輻射的檢測(cè),（1）紅外線（ l =0.751000m）及其特點(diǎn)（物 體紅外輻射能量正比于它的吸收量）,熱電型,S,S,m,l,l,m,0,光電型,靈敏度低，常溫使用,靈敏度高，低溫工作,多用于非接觸測(cè)量，其特點(diǎn)：,a.不破壞測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)被測(cè)溫度無影響

4、。 b.不必達(dá)到被測(cè)物體的溫度，所以測(cè)溫快， 且無測(cè)溫上限。 c.被測(cè)物體的熱輻射能與溫度的關(guān)系由 實(shí)驗(yàn)方法確定，因此定標(biāo)較復(fù)雜。,（2）紅外線測(cè)溫儀舉例,結(jié)構(gòu) 定標(biāo)：U0=4V1mV ， 200 0,被測(cè)物,調(diào)滿,用熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償,線性U0=-20mv/,校零,2.2.1壓力概念及單位,1、壓力表現(xiàn)為壓強(qiáng),2.2壓力檢測(cè),2、絕對(duì)和相對(duì)壓力的關(guān)系,金屬 （穩(wěn)定性好）,半導(dǎo)體 （靈敏度高）,應(yīng)變電阻片,2.2.2壓力傳感器的介紹,（1）壓阻式,（2）壓電式： （3）磁電式：霍耳（Hall）元件 （4）其它,壓電石英、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體,應(yīng)變電阻片,1、應(yīng)變電阻片及其用法,（1）單臂電橋的溫

5、度補(bǔ)償 和壓力測(cè)量,（2）雙臂,（3）全橋電路進(jìn)行雙梁檢測(cè),（4）測(cè)壓系統(tǒng)實(shí)例多通道調(diào)制型應(yīng)變儀測(cè)壓系統(tǒng),組成：電阻片傳感器、多通道應(yīng)變儀（多路電橋、信號(hào)處理）,R,R,R,I,U,其中一路電橋,放大,放大,傳感器,R,R,R,R,R,R,長(zhǎng)電纜,檢,波,濾,波,多,路,電,橋,信,號(hào),處,理,器,記錄儀,載波,振蕩,現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo),高端調(diào)滿,低端校零,中段線性,I,U,2、霍耳（Hall）元件,霍耳電壓,當(dāng)恒流源供電時(shí)UH=(KH I)B ,可用于：,（1）測(cè)量磁場(chǎng)大小和方向,（2）可測(cè)線中大電流IB105A,（3）利用UH=（KHKB）IIB， 可做成乘法器等。,（4）做成Hall壓力計(jì),線性,

6、當(dāng)環(huán)境溫度升降時(shí)，串入正溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt也將增減，使U0保持不變,（5）Hall元件的溫度補(bǔ)償,2.3流量檢測(cè),質(zhì)量流量的累積總量,(Kg),在t時(shí)間內(nèi)，流量比較平穩(wěn),2.3.1流量及測(cè)量方法,1、流量的概念及單位,(1) 體積流量,(2) 質(zhì)量流量,(m2m/s=m3/s),(m3/sKg/m3=Kg/s),（1）流管中放置障礙物使其產(chǎn)生壓力變化， 也能產(chǎn)生渦流、旋流和振動(dòng)等現(xiàn)象。 （2）流體沖擊流管中的活動(dòng)體，使其產(chǎn)生轉(zhuǎn) 動(dòng)或位移。 （3）流體切割磁力線，管外器件將產(chǎn)生感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)。 （4）流體帶走熱量，流體中的溫度因流動(dòng)而 發(fā)生變化。,2、測(cè)量依據(jù)和方法,（5）流體中放入示蹤劑或流

7、體中的不均 勻介質(zhì)再現(xiàn)，測(cè)量流管內(nèi)兩點(diǎn)相關(guān)變 化量。 （6）流體改變電波或超聲波的頻率,使其 接收頻率fr與發(fā)射頻率ft不同，產(chǎn)生 了多卜勒（Doppler）頻移。,2.3.2體積流量和質(zhì)量流量的檢測(cè),1、差壓式流量計(jì),差壓,系數(shù),2、電磁式流量計(jì),流速產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),恒磁場(chǎng),系數(shù),3、質(zhì)量流量計(jì),（1）推導(dǎo)式質(zhì) 量流量計(jì),質(zhì)量流量,系數(shù),（2）超聲波直接式質(zhì)量流量計(jì),T1順流傳到R2的時(shí)間,T2逆流傳到R1的時(shí)間,頻率差,頻率和,質(zhì)量流量,與流體的密度成正比,結(jié)構(gòu)常數(shù),2.4光學(xué)量測(cè)量和光纖傳感器,2.4.1光學(xué)量測(cè)量方法和傳感器,1、測(cè)量方法和類型,（1）輻射式,光源本身,X對(duì)光源作用,（

8、2）位移式,（4）微彎式,（3）插入式,被測(cè)x反射的光線量,光線穿透x的出射量,穿過x的部分光線量,光線被x分成二態(tài),2、光電傳感器應(yīng)用舉例,(1)光電耦合器（EOE器件）,(2)光電開關(guān)器件,(3)熱釋電元件（晶體）,(4)CCD圖像傳感器,纖芯直徑約為5,單模傳感功能型,纖芯直徑50,多模傳光非功能型,2.4.2光纖傳感器,1、光纖結(jié)構(gòu)和傳光原理,（1）光纖結(jié)構(gòu),導(dǎo)光纖芯折射率為n1,周圍包層折射率為n2 n1,層外空氣折射率為n01,2、光纖傳感器的工作類型,（2）光纖位移式,（1）輻射式,橫向,（3）插入式：,(b)透射式,壓力,(4)微彎損耗式(傳感型),2-5模擬信號(hào)處理,2.5.1模擬信號(hào)處理電路的結(jié)構(gòu),1、直接型 信噪比,傳輸系數(shù)k1=k2=k3=1；干擾噪聲n1=n2=n3=n,2、平衡型,（較困難）,3、差動(dòng)型,k3=k=1，n3=n，y1=k(x+n)，y=2x+n y2=k(-