第五讲信号的获取及常用非电量的转换方法

电子系统设计福州大学通信工程系2018/8/15第五讲 信号的获取及常用非电量的转换方法传感器o 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如： 非电物理量 转换器件敏感元件 转换电路电学量n敏感元件 是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏 感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。n转换器件 则将上述非电量转换成电参量。n转换电路 的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。传感器o 传感器的分类集成化传感器多 环节集成多 参量集成模拟式数字式按被测对象温度传感器湿度传感器光传感器压力传感器位移传感器流量传感器液位传感器力传感器 传感器o 热电偶传感器o 压电传感器n 压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器o 光电式传感器o 霍尔传感器n 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器传感器o 新型传感器n 光纤传感器n 红外线传感器n 超声波传感器n 激光传感器传感器o 传感器 静态特性参数指标 n 灵敏度灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之比，或输出量的增量和输入量的增量之比，用表示为 Y X n 分辨力传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。 n 测量范围和量程在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。 n 线性度（非线性误差）在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。传感器o 传感器 静态特性参数指标n 迟滞迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。 n 重复性重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。n 零漂和温漂传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高 1 ，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。传感器 参数指标传感器 参数指标传感器o 温度传感器 常用的温度传感器分类传感器o 温度传感器n 常用的温度传感器原理o 热电偶 :将温度转换成电势变化，利用热电效应将不同材料的导体组成一个回路，如果两个节点温度不同，则回路中将产生一定的电流（电势）。其大小与材料及结点温度有关。o 热电阻：将温度转换成电阻变化金属导体电阻： Rt R0（ 1 （ t-t0） ）Rt:t摄氏度的电阻 R0： 0度的电阻 ：热电阻的温度系数o 半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数o 模拟集成温度传感器o 智能化集成传感器传感器o 温度传感器应用热电偶n 热电偶温度传感器：热点效应理论基础上热电偶由两种不同金属结合而成，它受热时会产生微小的电压，电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料，铁 -康铜 (J型 )、铜 -康铜 (T型 )和铬 -铝 (K型 )热电偶是最常用的三种。n 可以考虑使用专用的热电偶信号调节器，如AD594/595，具有冰点补偿电路。传感器o 温度传感器应用热电偶n 热电偶温度传感器 传感器o 温度传感器应用热电偶n 热电偶温度传感器 传感器o 温度传感器应用热电偶n 热电偶温度传感器 冷端补偿传感器o 温度传感器应用n 金属热敏电阻n 金属导体电阻：Rt R0（ 1 （ t-t0） ）Rt:t摄氏度的电阻 R0： 0度的电阻 ：热电阻的温度系数传感器o 温度传感器应用 金属热电阻n 铂热电阻：测温复现性好，广泛用于温度的基准、标准的传递铂热电阻 PT100作为温度传感器，其测温范围为 200 650 。它是将铂电阻感温元件、内引线、绝缘材料等用铜管包装成的坚固组合体，具有测温量程宽、精度高、稳定性好、抗震、耐压、安装方便等优点，广泛应用于航空、化工、电力等部门。n 铜电阻： 灵敏度高，但易于氧化，一般只用于 150度以下低温以及没有水及无侵蚀性的介质中的温度测量n 电阻：易于氧化，化学稳定性差，不易提纯，复用性也差，目前用的较少。传感器o 温度传感器n 常用的温度传感器原理o 半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数PTC CTR NTCPTC正温度系数：彩电消磁、各种电器设备的过热保护、发热源的定 温控制，限流元件等CTR临界温度系数：温度开关NTC负温度系数：在点温、表面温度、温差、温度场等测量中得到广 泛应用，还广泛应用于自动控制及线路的热补偿电路中，是应用最广泛的热敏电阻1. 负温度系数热敏电阻器 （ NTC）1. 负温度系数热敏电阻器（ NTC）1. 负温度系数热敏电阻器 （ NTC）2.正温度系数热敏电阻器（ PTC）传感器o 集成温度传感器应用n AD590绝对温度电流传感器n LM35/45摄氏温度电压传感器n AN6701n DS18B20n DS16XXo AD590是电流型温度变换器。这种器件以电流作为输出量指示温度，其典型的电流温度灵敏度是 1 A/K。它是二端器件，使用非常方便。 集成温度传感器应用o 作为一种高阻电流源，对于它不需严格考虑传输线上电压信号损失和噪声干扰问题，因此特别适合作远距离测量或控制应用。另外， AD590也特别适用多点温度测量系统 集成温度传感器应用o AD590性能特点n 线性电流输出： 1 A/K。n 测温范围宽： 55 +150 。n 二端器件：电压输入，电流输出。n 激光微调使定标精度达 0.5 （ AD590M）。n 线性度极好：在整个测温范围内非线性误差小于0.3 （ AD590M）。n 工作电压范围宽： 4 30 V。n 器件本身与外壳绝缘。n 成本低。集成温度传感器应用集成温度传感器应用集成温度传感器应用o LM35/45是精密摄氏温度 /电压变换器，其输出电压正比于摄氏温度，灵敏度为 10 mV/ 。由于芯片采用曲率补偿电路，其输出电压的线性得到了改善，在 45 +150 范围内最大非线性误差仅为 0.2 。它的输出阻抗很低，又可采用单电源或双电源工作（电压范围为 5 20 V），所以很容易地读出或控制电路接口。集成温度传感器应用o 性能特点n 输出电压与摄氏温度成正比。n 精度高，不需校准，在室温下典型值为0.2 ，全量程范围内典型值为