現(xiàn)代檢測技術(shù)-傳感器

第一章傳感器概述第一節(jié)傳感器與非電量電測一、非電量與非電量電測二、非電量電測系統(tǒng)非電量電測系統(tǒng)系統(tǒng)組成：傳感器、測量電路、顯示或記錄裝置、電源傳感器測量電路顯示電路記錄裝置電源第二節(jié)傳感器的定義GB665-87規(guī)定：能感受規(guī)定的測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。第三節(jié)傳感器的分類被測物理量分：溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器工作原理分：電學(xué)式傳感器、磁學(xué)式傳感器、光電式傳感器、電勢型傳感器、電荷傳感器、半導(dǎo)體傳感器、諧振式傳感器、電化學(xué)式傳感器直接轉(zhuǎn)換型和間接轉(zhuǎn)換型第四節(jié)傳感器的基本特性一、傳感器的靜態(tài)特性線形度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性二、傳感器的動(dòng)態(tài)特性隨時(shí)間變化的能力第五節(jié)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域1傳感器在工業(yè)檢測和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2汽車與傳感器3傳感器與家用電器4傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用5傳感器醫(yī)療與人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用6傳感器與環(huán)境保護(hù)7傳感器與航空及航天8傳感器與遙感技術(shù)第六節(jié)傳感器的發(fā)展方向新特性可靠性集成化和功能化微型化新型功能材料第二章溫度傳感器第一節(jié)電接點(diǎn)玻璃水銀溫度計(jì)第二節(jié)電接點(diǎn)壓力式溫度計(jì)第三節(jié)雙金屬溫度傳感器第四節(jié)熱電偶一、熱電偶的基本工作原理如圖：不同質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成閉合回路而兩端處于不同的溫度T0和T，回路中有一定的電流，表明有電勢，該電勢稱為熱電勢。T0TAB產(chǎn)生熱電勢的效應(yīng)為熱電效應(yīng)熱電偶工作原理TABT0測量儀表二、熱電極的材料要求：（1）熱電勢大（2）穩(wěn)定性好（3）線形性好（4）復(fù)現(xiàn)性好（5）響應(yīng)快材料：合金材料三、常用熱電偶1銅-康銅熱電偶（正極純銅，負(fù)極40%銅，60%鎳，-200~3000C）2鎳鉻-考銅熱電偶（正極90%鎳，10%鉻，負(fù)極44%鎳，56%銅,8000C）3鎳鉻-鎳硅熱電偶（正極90%鎳，9~10%鉻，0.4%硅,負(fù)極90%鎳，2.5~3%硅，0.6%鈷，0~13000C）4鉑銠-鉑熱電偶（正極90%鉑，10%銠，負(fù)極純鉑，11000C）5鉑銠30-鉑6（正極70%鉑，30%銠，負(fù)極94%鉑，6%銠，16000C）四、熱電偶的結(jié)構(gòu)1、普通熱電偶2、鎧裝熱電偶3、薄膜熱電偶第五節(jié)熱電阻一、工作原理物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。熱電阻傳感器金屬熱電阻和熱敏電阻二、熱電阻的材料及要求（1）材料的溫度系數(shù)要大，提高靈敏度（2）電阻率盡可能大（3）熱容量小，提高響應(yīng)速度（4）測量范圍內(nèi)有穩(wěn)定的理化性質(zhì)（5）電阻與溫度的關(guān)系接近線形（6）良好的加工性三、常用熱電阻1鉑熱電阻（國際公認(rèn)的成熟產(chǎn)品，穩(wěn)定性好精度高重復(fù)性好200~6500C）2銅熱電阻（精度低，價(jià)格便宜，測量范圍一般為-50~1500C）四、熱電阻的結(jié)構(gòu)第六節(jié)熱敏電阻一、工作原理金屬的電阻值隨溫度的升高而增大，但半導(dǎo)體卻相反。熱敏電阻的阻值變化是鉑熱電阻的10倍。溫度電阻鉑熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻二、熱敏電阻的基本類型1NTC熱敏電阻（主要由MnCoNiFeCu等過渡金屬氧化物混合燒結(jié)而成）CdO-Sb2O3-WO3材料制成的NTC熱敏電阻線性好，穩(wěn)定性好，范圍-100~3000C采用氧化鈦和氧化釔材料制成的高溫?zé)崦綦娮?，工作溫度范?00~10000CNTC熱敏電阻的特點(diǎn)（1）精度高±0.25℃以下（2）可靠性高（3）小型化、響應(yīng)快（4）成本低、價(jià)格便宜2CTR熱敏電阻CTR是以三氧化二釩與鋇硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中燒結(jié)而成，呈半玻璃狀，電阻值在1K~1MW之間。CTR熱敏電阻隨溫度變化的特性屬于劇變型，具有開關(guān)特性。105101Tr3PTC熱敏電阻PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成的，類似半導(dǎo)體陶瓷元件。（1）溫度低于居里點(diǎn)Tc時(shí)具有半導(dǎo)體特性（2）溫度高于居里點(diǎn)Tc時(shí)，電阻值隨溫度升高急劇增大，至TN時(shí)出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象（3）具有通電瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大電流而后很快衰減特性TcTNTr第七節(jié)聚合熱開關(guān)一、聚合熱開關(guān)的工作原理聚合熱開關(guān)是一種新型的溫度傳感器，它由特殊工藝處理后的聚合樹脂及導(dǎo)體組成。在正常狀態(tài)下聚合物呈結(jié)晶狀結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)電物導(dǎo)通，當(dāng)異常電流發(fā)生時(shí)，元件產(chǎn)生大的熱量，使聚合物膨脹，使導(dǎo)電物質(zhì)鏈斷裂，出現(xiàn)不導(dǎo)通。二、聚合熱開關(guān)的主要特性

1阻抗與溫度特性曲線溫度電阻值2使用溫度對聚合熱開關(guān)的影響

IHIT電流遞減率℃3動(dòng)作時(shí)間與動(dòng)作電流的關(guān)系50℃20℃0℃51015200.11100.01動(dòng)作時(shí)間（s）動(dòng)作電流(A)4聚合熱開關(guān)的阻值恢復(fù)特性11010010000.01電阻值（W）電阻恢復(fù)時(shí)間(分)0.1第八節(jié)熱敏鐵氧體熱敏鐵氧體的磁特性，在居里溫度附近將發(fā)生急劇變化，當(dāng)溫度超過居里溫度時(shí)，熱敏鐵氧體失去磁特性。居里溫度配方比第九節(jié)熱舌簧開關(guān)第十節(jié)半導(dǎo)體溫度傳感器一、溫敏二極管1基本工作原理第十一節(jié)集成溫度傳感器一、基本工作原理采用一對非常匹配的半導(dǎo)體三極管作為溫敏差分對管，利用它們的兩個(gè)Vbe之差所具有的良好溫度系數(shù)來制作集成溫度傳感器。二、集成溫度傳感器的信號輸出方式三、一些常用集成溫度傳感器第十二節(jié)溫度控制器將溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起形成新型集成溫度控制器。特點(diǎn)：可以由用戶設(shè)定控制溫度上、下限當(dāng)高于上限溫度或低于下限控制溫度，可以輸出邏輯控制信號，具有溫度測量功能外圍元件少、成本低、可靠性好適用于恒溫器、烤箱、家電及工業(yè)溫度控制一、TC620型溫度控制器二、DS1620型溫度控制器第十三節(jié)熱釋電紅外傳感器一、熱釋電效應(yīng)當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體的兩端將產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，稱為熱釋電效應(yīng)。二、熱釋電紅外傳感器三、熱釋電紅外探測模塊第十四節(jié)NQR溫度計(jì)二、NQR溫度計(jì)基本工作原理第十五節(jié)其他溫度傳感器一、石英溫度傳感器二、電容式溫度傳感器三、熱噪聲溫度傳感器由于電子的熱運(yùn)動(dòng)，在電阻體兩端會產(chǎn)生由熱噪聲引起的電位變化。第十六節(jié)溫度傳感器的應(yīng)用實(shí)例一、溫度控制1浴室水溫控制器2壓電晶體極化溫度控制器3無觸點(diǎn)恒溫控制器4電熱杯恒溫器5利用溫頻轉(zhuǎn)換的溫控電路6食用菌烘箱7室內(nèi)空氣加熱器8電熱水器控溫器9恒溫土壤加熱器10風(fēng)扇自動(dòng)控制電路11自動(dòng)門控制電路12熱釋紅外傳感器燈控器13電飯鍋限溫器二、溫度檢測

1火藥燃燒氣體溫度的測量2數(shù)字式溫度計(jì)3采用集成溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì)4數(shù)字式溫度計(jì)5谷物溫度測量儀6電子體溫計(jì)7熱電阻式流量計(jì)三、溫度監(jiān)視與報(bào)警

1電冰箱溫度監(jiān)視器2電冰箱溫度超標(biāo)指示器3CPU過熱報(bào)警器4開水告知器5采用集成溫度傳感器的液位報(bào)警器6客房火災(zāi)報(bào)警器7降溫報(bào)警器8室溫報(bào)警器四、保護(hù)電路

1設(shè)備過載保護(hù)器2程控電話交換機(jī)過流保護(hù)電路3電機(jī)過熱保護(hù)4電動(dòng)機(jī)保護(hù)器第三章濕度傳感器特點(diǎn)：（1）可以集中進(jìn)行控制（2）不需要太大的檢測空間（3）可以方便地與數(shù)字電路匹配應(yīng)用：（1）空調(diào)系統(tǒng)（2）半導(dǎo)體制造業(yè)，計(jì)算機(jī)房（3）工業(yè)生產(chǎn)中的濕度控制（4）糧食、煙草、紙張、藥材、食品等儲藏管理（5）圖書、資料、文物的保管（6）精密光學(xué)、電子、化工、機(jī)械加工的濕度控制（7）農(nóng)業(yè)及飼料加工的濕度控制（8）電子儀器及家用電器的濕度控制（9）氣象觀測（10）軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)和儲存第一節(jié)濕度傳感器的基本概念一、大氣的濕度及露點(diǎn)1絕對濕度和相對濕度以1m3大氣中所含水汽的克數(shù)，稱為絕對濕度用大氣中所含的水汽的壓強(qiáng)表示，稱為絕對濕度，用D表示，單位mmHg把大氣的絕對濕度和當(dāng)時(shí)氣溫下的水汽壓的百分比稱為大氣的相對濕度

2露點(diǎn)露點(diǎn)是指使大氣中原來所含的未飽和水汽變成飽和水汽所必須降低的溫度。這時(shí)在物體上會凝結(jié)出水滴，叫結(jié)露。二、濕敏傳感器的分類第二節(jié)碳膜濕度傳感器第三節(jié)金屬氧化物陶瓷傳感器一、MgCr2o4-Tio2陶瓷傳感器二、NiO陶瓷傳感器三、TiO2-V2O5陶瓷傳感器第四節(jié)金屬氧化物膜濕度傳感器第五節(jié)金屬氧化物濕度傳感器應(yīng)用電路第六節(jié)氯化鋰濕敏電阻一、早期的氯化鋰濕敏電阻二、DWS-P型氯化鋰濕敏電阻 第七節(jié)高分子濕度傳感器一、高分子電容式濕度傳感器二、高分子電阻式傳感器第八節(jié)其它一些水分子親和力型濕度傳感器一、硒蒸發(fā)膜濕度傳感器二、多孔氧化鋁濕度傳感器三、鈮酸鋰晶體濕度傳感器四、石英濕度傳感器第九節(jié)熱敏電阻式濕度傳感器第十節(jié)結(jié)露傳感器一、電阻型結(jié)露傳感器二、電容型結(jié)露傳感器第十一節(jié)水分傳感器一、電阻式水分傳感器二、電容式水分傳感器三、微波水分傳感器第十二節(jié)濕度傳感器應(yīng)用實(shí)例一、直讀式濕度計(jì)二、濕度檢測器三、石英相對濕度計(jì)四、高濕度顯示器五、濕度控制電路六、倉儲溫度控制電路七、雞、鴨雛室濕度控制器八、汽車后窗玻璃自動(dòng)去濕裝置九、浴室鏡面水蒸汽清除器十、簡易秧棚濕度指示器十一、盆花缺水指示器十二、土壤缺水告知器十三、電容式谷物水分測量儀第四章力學(xué)傳感器力學(xué)量有：幾何學(xué)量、運(yùn)動(dòng)學(xué)量、力學(xué)量幾何學(xué)量：位移、變形、尺寸運(yùn)動(dòng)學(xué)量：速度、加速度力學(xué)量：質(zhì)量、力、力矩、應(yīng)力、應(yīng)變第一節(jié)力學(xué)傳感器中的彈性元件一、變換力的彈性元件1等截面圓柱式彈性元件2圓環(huán)式彈性元件3等截面薄板式彈性元件4懸臂梁式彈性元件二變換壓力的彈性元件1彈簧管2波紋管3波紋膜片和膜盒第二節(jié)電阻應(yīng)變片一、金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)敏感柵基底保護(hù)片引出線二、電阻應(yīng)變片的材料三、金屬應(yīng)變片的工作原理四、電阻應(yīng)變片的主要參數(shù)

1敏感柵的尺寸2初始電阻R03允許工作電流五、金屬應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償1線路補(bǔ)償法2應(yīng)變片自補(bǔ)償法六、金屬應(yīng)變片電橋電路七、半導(dǎo)體應(yīng)變片第三節(jié)應(yīng)變式傳感器一、工作原理1筒式彈性元件2懸臂梁式彈性元件3等強(qiáng)度懸臂梁彈性元件4薄臂環(huán)式彈性元件二、應(yīng)變式傳感器的用途1應(yīng)變式力傳感器電子軌道衡電子吊車衡電子配料稱商用電子稱自動(dòng)灌裝定量稱電子皮帶稱2應(yīng)變壓力式傳感器3應(yīng)變加速度傳感器第四節(jié)壓阻式壓力傳感器一、工作原理和主要特點(diǎn)二、溫度漂移的補(bǔ)償三、MPX2050、MPX2100壓阻式壓力傳感器第五節(jié)壓電傳感器一、壓電效應(yīng)二、壓電材料1石英晶體2壓電陶瓷三、壓電元件的應(yīng)用特點(diǎn)四、壓電傳感器的工作原理五、壓電式測力傳感器六、壓電式壓力傳感器七、壓電式加速度傳感器八、高分子材料壓電傳感器第六節(jié)電容式傳感器一、電容式傳感器的工作原理二、電容式傳感器的特點(diǎn)三、電容式荷重傳感器四、電容式壓力傳感器五、電容式加速度傳感器六、ADXL50電容式集成加速度傳感器第七節(jié)諧振傳感器一、振弦式壓力傳感器二、振筒式壓力傳感器三、振膜壓力傳感器第八節(jié)電感式壓力傳感器一、工作原理二、氣隙電感式壓力傳感器三、電感式油壓傳感器四、變隙式差動(dòng)電感壓力傳感器第九節(jié)感壓導(dǎo)電橡膠第十節(jié)開關(guān)式加速度傳感器一、永磁鋼球式加速度傳感器二、偏心轉(zhuǎn)子式加速度傳感器三、偏心輪式加速度傳感器第十一節(jié)扭矩傳感器一、工作原理二、應(yīng)變片式扭矩傳感器三、