电阻应变式压力传感器工作原理细解 2011-10-14 15:37元器件交易网 字号： 中心议题： 电阻应变式压力传感器工作原理 微压力传感器接口电路设计 微压力传感器接口系统的软件设计 微压力传感器接口电路测试与结果分析 解决方案： 电桥放大电路设计 AD7715接口电路设计 单片机接口电路设计 本文采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输出的模拟变量，然后用INA118放大器将此信号放大，用7715A/D 进行模数转换，将转换完成的数字量经单片机处理，最后由LCD 将其显示，采用LM334 做的精密5 V 恒流源为电桥电路供电，完成了微压力传感器接口电路设计，既能保证检测的实时性，也能提高测量精度。 微压力传感器信号是控制器的前端，它在测试或控制系统中处于首位，对微压力传感器获取的信号能否进行准确地提取、处理是衡量一个系统可靠性的关键因素。后续接口电路主要指信号调节和转换电路，即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。由于用集成电路工艺制造出的压力传感器往往存在：零点输出和零点温漂，灵敏度温漂，输出信号非线性，输出信号幅值低或不标准化等问题。本文的研究工作，主要集中在以下几个方面：
(1)介绍微压力传感器接口电路总体方案设计、系统的组成和工作原理。 (2)系统的硬件设计，介绍主要硬件的选型及接口电路，包括A/D 转换电路、单片机接口电路、1602显示电路。 (3)对系统采用的软件设计进行研究，并简要阐述主要流程图，包括主程序、A/D 转换程序、1602显示程序。 1 电阻应变式压力传感器工作原理 电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4 个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 当有压力时各桥臂的电阻状态都将改变，电桥的电压输出会有变化。 式中：Uo 为输出电压，Ui 为输入电压。 当输入电压一定且ΔRi <
实验三 电阻式传感器的仿真与接口电路设计 首先介绍一款应变片传感器YZC-1B称重传感器。它的主要参数见下表。 额定载荷： 3,5,8,10,15,20,25,30, 35,40,45kg 绝缘电阻：≥5000MΩ 工作温度范围：-40 ～+80℃ 灵敏度：2.0±0.002mv/v 安全过载：150%F.S 综合误差：±0.02%F.S 极限过载：200%F.S 蠕变：±0.02%F.S 推荐激励电压：10～12V(DC) 零点平衡：±1%F.S 最大激励电压：15V 零点温度影响：±0.02%F.S/10℃ 密封等级：IP67 输出温度影响：±0.02%F.S/10℃ 材质：铝合金 输入电阻：405±5Ω 电缆：线长：0.3～3m；直径：￠4mm 输出电阻：350±3Ω 输入+：红；输入-：黑； 输出+：绿；输出-：白 这种传感器主要的应用领域是电子计价秤、计重秤等小台面电子秤。它的外观是这样的。这个实验里首先对这样一款传感器进行仿真，然后设计一个接口电路，使其具有测量压力（重量）的功能。
电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的 电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随着 压力的变化而变化。对于金属导体，导体变化率△R/R的表达式为: △ R/R ≈(1＋2μ)ε 式中μ为材料的泊松系数；ε为应变量。通常把单位应变所引起电阻值相对 变化称作电阻丝的灵敏系数。对于金属导体，其表达式为: K ＝△R/R＝(1＋2μ) 所以△R/R＝K ε。 在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。当测得 阻值变化为ΔR时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为: σ＝Eε 式中：σ为应力；ε为应变量（为轴向应变）；E为材料的弹性模量（kg／mm2）。又知，重力G与应力σ的关系为G＝㎎＝σs 。式中：G为重力；S为应 变片截面积。 根据以上各式可得到：ΔR/R＝K mg/ES。由此便得出应变片电阻值变化与物 体质量的关系，即ΔR＝RK 0mg/ ES。根据应变片的材料，取K =2，E=16300kg∕ mm2， s=100mm2，R=350Ω,g=9.8m∕s，ΔR=[（2×9.8×348）∕（16300×100）]m。 最终确定电阻变化与质量的对应关系为： ΔR =4.185×10-3m 下面用multisim10建立一个包含有传感器和放大电路在内的电路原理图，来进行输入输出的仿真。原理图如下。
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类 传感器的分类方法很多．主要有如下几种： （1）按被测量分类，可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等。这种分类有利于选择传感器、应用传感器 （2）按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器的工作原理进行阐述。 （3）按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤推传感器、金属传感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。这种分类法可分出很多种类。 （4）按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。其中数字传感器便干与计算机联用，且坑干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等。传感器数字化是今后的发展趋势。 （5）按应用场合不同分为工业用，农用、军用、医用、科研用、环保用和家电用传感器等。若按具体便用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。 （6）根据使用目的的不同，又可分为计测用、监视用，位查用、诊断用，控制用和分析用传感器等。 主要特点传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。 主要功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉 压敏、温敏、传感器（图1） 流体传感器——触觉 敏感元件的分类： 物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 化学类，基于化学反应的原理。 生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。 通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。 1)光纤传感器 光纤传感器技术是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展而形成的一门崭新的技术。光纤传感器与传统的各类传感器相比有许多特点，如灵敏度高.抗电磁干扰能力强，耐腐蚀，绝缘性好，结构简单，体积小.耗电少，光路有可挠曲性，以及便于实现遥测等. 光纤传感器一般分为两大类，一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器.称为功能型传感器;另一类是光纤仅仅起传输光波的作用，必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才能构成传感器，称为传光型传感器。无论哪种传感器，其工作原理都是利用被测量的变化调制传输光光波的某一参数，使其随之变化，然后对已调制的光信号进行检测，从而得到被测量。
Universal Transducer Interface(UTI) 通用传感器接口电路 特性 *为各种型号的传感器提供接口电路: 容性器件铂电阻热敏电阻 电阻电桥电位差计 *测量多种传感器件 *单电源供电2.9V-5.5V,工作电流低于2.5mA *分辨率可达14bits，线性可达13bits *能够连续自动校准偏移量和增益误差 *兼容微处理器输出信号 *三态输出 *典型测量时间是10ms或100ms *2路或3路或者4路测量方式 *所有传感器元件支持交流激励电压信号 *能够抑制50HZ~60HZ的交流干涉 *掉电模式 *DIL工作温度范围-40℃~85℃ *裸片工作温度范围是-40℃~180℃ 应用 自动化领域工业领域和医疗领域 *容性标准感测 *位置感测 *角度感测 *精确温度测量（铂电阻，负温度系数） *用于压力，力的测量的阻桥传感器 1. 概况描述 通用传感器接口电路(UTI) 通用传感器接口电路对于基于周期调制的低频测量应用是一个完整的模拟前端。传感器元件可以直接与UTI连接而不需要额外的电路，只需要一个与传感器相同型号的元件作为参考。通用传感器接口电路输出一个微控制器可兼容的周期调制信号。通用传感器接口电路可以为以下传感器提供接口： *容性传感器0 - 2 pF, 0 -12 pF,范围最大为300 pF *铂电阻Pt100, Pt1000 *热敏电阻1KΩ– 25KΩ
*电阻桥250 Ω - 10 kΩ最大不平衡为+/- 4% or +/- 0.25% *电位计1kΩ- 50kΩ *结合以上各条 通用传感器接口电路对于基于智能微控制器的系统来说是理想的应用。所有的数据都以微控制器可兼容的信号输出，这样既减少了连接线的数量也减少了绝缘系统中耦合器的需求量。如果想了解关于绝缘通用传感器接口电路的应用，请参考我们网页支持中心中的相关应用注意事项。此完整系统对于漂移误差和增益误差持续的自校准表现在采用三信号技术。低频干扰被高级截波技术消除。而通过设置四位的二进制模式码则可以选择十六种操作模式。 原理框图 2．引脚说明 UTI可以采用16脚的塑料双列直插封装（DIP），也可以采用18脚的小外形封装（SOIC）。图一给出了这两种封装形式的外形图。引脚的功能在表一中列出。 图一
2. 传感器与执行器 2.1 传感器 有了形式各样的传感器，车载控制模块才能监控整个电气系统的工作状况，获得它想要得到的信息，并对系统的工作状况进一步作出有必要的调整。 传感器可以用来监测不同的物理属性值，比如：位置、速度、压力、温度等。这些属性值最终均以电信号的形式与其他数据流一起，传送至控制网络。 2.1.1 信号 1.信号的类型 1）按照信号的波形图特征，传感器信号可以分为数字信号（Digital Signal）和模拟信号（Analog Signal）。 （1）数字信号 Digital Signal 图2-1 数字信号波形图 由于车载控制单元的基础是单片机，所有能接受的数字信号也是二进制信号，如图2-1所示。二进制信号是电压信号，也叫方波信号，最大的特点是，随着时间的变化，电压值只在两个域值之间瞬间切换，并不存在过渡区，每一个电压值代表着一种状态。（例如：Vmax表示开，Vmin表示关）。虽然开关并不属于传感器，但开关信号是最简单的数字信号的例子，开关的状态无非有两种，打开和关闭；对应的电压信号值，就是12V（或5V）和0V。 （2）模拟信号 Analog Signal
图2-2 模拟信号波形图 模拟信号与电压信号最大的不同在于，随着时间的变化，输入的电压值是连续变化的，如图2-2所示。在某一时刻的电压值，具体指的是什么状态，控制单元无法识别出来。最简单的例子就是温度传感器：测量的时间不同，物体不同，那么测量的结果就是电压值在0―5V之间的任意值。 2）按照传感器类型的不同，传感器信号可以分为：电阻信号（Resistive Signal）、开关信号（Switches Signal）、和感应电压信号（Voltage Generating）。 （1）电阻信号 Resistive Signal 随着机械位置发生改变，电阻值也跟着变化，这一类的传感器称为电阻传感器。传感器的阻值发生变化，那么传感器上的电压也会随之变化。控制模块通过监测传感器上的电压值变化，并与参考标志电压相比较，就可以知道测量值所代表的状态。 （2）开关信号 Switches Signal 开关本身不是传感器，但其可以用作信号输入，最简单的例子就是制动踏板开关。 （3）感应电压信号 Voltage Generating 正如字面意义所透露的，该类型的传感器可以产生感应电压信号。不同的信号电压值表示不同的机械状况，控制模块通过感应电压信号值，就可以知道其对应的机械状况。 2. 信号利用 车载控制模块的基础是只能识别二进制信号的单片机，所以能够直接使用数字信号，因为数字信号只有两个阈值信号（0V或5V），要么有、要么没有，但不能识别模拟信号。所以模拟信号必须要经过转换，才能被控制模块所识别、理解其所包含的信号含义。 2.1.2 传感器的类型 按照核心元件工作原理不同，传感器可以分为电阻型、感应电压型和开关型传感器。 1. 电阻型传感器 电阻型传感器是一类传感器，根据电阻元件物理特性的不同，分为电位计（Potentiometer）、热敏电
传感器的种类 （一）电阻式 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。 （二）变频功率 变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。 （三）称重 称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。 能够实现力→电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。 （四）电阻应变式
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 （五）压阻式 压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。 （六）热电阻 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。
传感器接口电路的抗干扰设计 陈海燕 陈 荡 蚌埠日月仪器研究所 安徽省蚌埠市 233010 陈 宏 蚌埠高等专科学校 安徽省蚌埠市 233000 【摘要】提出了传感器小信号处理时存在影响精度的来自三方面的干扰问题:局部产生;子系统内部的耦合;外部产生,并讨论了设计电路时相应的解决办法。 关键词:低电平测量 干扰 抑制 1 引言 凡是传感器接口电路都存在小信号处理问题。因为传感器的输出一般都是小信号,将其精确地放大到所需要的信号(如0～5V),并能达到所需要的技术指标,就必须注意到电路图上未表示出来的某些问题,即抗干扰问题。在进一步讨论电路元件的选择、电路和系统应用之前,有必要进行讨论。 干扰可粗略地分为3个方面: (1)局部产生(即不需要的热电偶); (2)子系统内部的耦合(即地线的路径问题); (3)外部产生(即电源频率的干扰)。 2 局部产生误差的消除 在低电平测量中,对于在信号路径中所用的(或构成的)材料必须给予严格的注意,在简单的电路中遇到的焊锡、导线以及接线柱等都可能产生实际的热电势。由于它们经常是成对出现,尽量使这些成对的热电偶保持在相同的温度下是很有效的措施,为此一般用热屏蔽、散热器、沿等温线排列或者将大功率电路和小功率电路分开等办法,其目的是使热梯度减到最小,两个不同厂家生产的标准导线(如镍铬一康铜线)的接点可能产生0.2 V/℃的温漂,这相当于高精度低漂移的运放管(OP-27CP)的温漂,而为斩波放大器(7650CPA)温漂的两倍。虽然采用插座开关、接插件、继电器等形式能使更换电器元件或组件方便一些,但缺点是可能产生接触电阻、热电势或两者兼而有之,其代价是增加低电平分辨力的不稳定性,也就是说它比直接连接系统的分辨力要差,精度要低,噪声增加,可靠性降低,因此在低电平放大中尽可能地不使用开关、接插件是减少故障,提高精度的重要措施。 在微伏信号放大电路中焊锡也可能成为低电平的故障,因为在焊锡的焊点上也产生热电势,在微伏电平的输入电路中应采用特殊的低温焊锡,比如kester1544型焊锡,甚至还有这样的例子,必须在一条线路中仔细地切断一处,再用焊锡接起来用于补偿另一条线路中搭接处或焊锡点所产生的热电势。 3 接地问题及其处理办法 在低电平放大电路中合理“接地”是减少“地”噪声干扰的重要措施,必须予以特别注意。 当使用单电源供给多只传感器时,其连接方法应如图1所示那样连接,以尽量减少接地电阻引进的干扰,若供电电源的压降必须减到最小,则电源“高”端导线也可按相似的方法接线。 图1 包括有多个电源和多个传感器的系统则需要考虑得更多一些,通常不管电源是谁供给,将地线汇集到公共点,然后和系统的公共端接在一起,如图2,所有电源1的负载都回到电源1公共端,所有的电源2负载都回到电源2的公共端,最后用一条粗导线将公共端连在一起。在多电源系统中,可能需要进行判断性试验,确定地线接法,以达到最佳的解决方案。 39 第4期 使用与维护 收稿日期:1999-01-10
电感传感器的接口电路设计 摘要：位移测量具有广泛应用，电感式传感器以其结构简单可靠、输出功率大、线性好、抗干扰和稳定性好、价格低廉等特点获得了大量的应用。针对目前电感式位移传感器的应用现状，在对电感式直线位移传感器深入分析的基础上，本文设计了一种电感式位移传感器接口电路。 该电路采用电感传感器把被测位移量转变为微弱电信号，经前置交流放大、相敏整流，直流放大，A/D转换等电路处理后，送入单片机进行综合运算处理后输出，并通过液晶显示结果，可以适应不同量程和分辨率的信号调理要求。文中介绍了整体电路的设计和单片机系统的硬件及软件流程。设计过程中用Protel99 SE对电路原理图进行了绘制，选用了单片机的开发工具Keil C51μvision2对软件设计中的程序进行编写、编译、模拟仿真，电路正常，完成了课题要求的电感传感器对位移测量并显示结果。 关键词：位移测量；电感式传感器；单片机；液晶显示
The Design of the Inductive Sensor Interface Circuit Abstract: the measurement of diaspacement is very important in engineering. Inductive transducers are widely used due to their simple structures,high output capacities,good linearity,good disturbance resistance,good stability and low prices.Based on thoroughly analysis of linear inductive displacement transducers,a inductive displacement transducer interface circuit is designed in this thesis. This metering circuit uses the inductive transceiver to transform that the displacement offset into the weak electrical signal, after the pre- AC amplification, the phase-sensitive rectifier,the DC Larger and the A / D conversion circuit processing, output after processing in the monolithic integrated circuit and display the results through the LCD. It can adapt to different range and resolution of the signal conditioning requirements. In the process of designing, Protel99SE is used to plot schematic diagram, Keil C51μvision2and the development kit of MCU is used to compile, translate and make simulation about the assemble program. The circuit is in gear and it basically can accomplish the task of measure of the displacement offset through the inductive sensor and dispiay the result. Keywords: the measurement of displacement；the inductive sensor；MCU；LCD
机电一体化技术常用传感器及其原理 班级：机械设计制造及其自动化姓名： 学号：
一、传感器的分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参
数的测量。
3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光
传感器和执行器 9.2.1传感器的选择应符合下列规定： 1 当以安全保护和设备状态监视为目的时，宜选择温度开关、压力开关、风流开关、水流开关、压差开关、水位开关等以开关量形式输出的传感器，不宜使用连续量输出的传感器； 2 传感器测量范围和精度应与二次仪表匹配，并高于工艺要求的控制和测量精度； 3 易燃易爆环境应采用防燃防爆型传感器。 9.2.2温度、湿度传感器的设置，应符合下列规定： 1 温度、湿度传感器测量范围宜为测点温度范围的1.2～1.5倍，传感器测量范围和精度应与二次仪表匹配，并高于工艺要求的控制和测量精度； 2 供、回水管温差的两个温度传感器应成对选用，且温度偏差系数应同为正或负； 3 壁挂式空气温度、湿度传感器应安装在空气流通，能反映被测房间空气状态的位置；风道内温度、湿度传感器应保证插入深度，不应在探测头与风道外侧形成热桥；插入式水管温度传感器应保证测头插入深度在水流的主流区范围内，安装位置附近不应有热源及水滴； 4 机器露点温度传感器应安装在挡水板后有代表性的位置，应避免辐射热、振动、水滴及二次回风的影响。 9.2.3压力(压差)传感器的设置，应符合下列规定： 1 压力(压差)传感器的工作压力(压差)应大于该点可能出现的最大压力(压差)的1．5倍，量程宜为该点压力(压差)正常变化范围的1.2～1.3倍； 2 在同一建筑层的同一水系统上安装的压力(压差)传感器宜处于同一标高； 3 测压点和取压点的设置应根据系统需要和介质类型确定，设在管内流动稳定的地方并满足产品需要的安装条件。 9.2.4流量传感器的设置，应符合下列规定： 1 流量传感器量程宜为系统最大工作流量的1.2～1.3倍； 2 流量传感器安装位置前后应有保证产品所要求的直管段长度或其他安装条件； 3 应选用具有瞬态值输出的流量传感器； 4 宜选用水流阻力低的产品。
传感器接口电路的设计 一，温度传感器 1，关于热敏电阻： 我们选用的是负温度系数热敏电阻，型号为：NTC-MF53AT，额定零功率电阻值即25度时5K，精度：5％，B值:3470。随温度上升电阻呈指数关系减小。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T – 1/TN) ① RT ：在温度T （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度TN （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（K ）。 TN：额定温度（K） B ：NT C 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。（*它是一个 描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标， B值越大，表示热敏电阻器的灵敏度越高。*）exp：以自然数e 为底的指数（e = 2.71828 …） 我们可看出，式①中其他变量已基本确定（在实际工作时，B值并非一个常数，而是随温度的升高略有增加），RT和T直接存在一对一的关系，我们可以将温度的测量转换为电阻阻值的测量。 2，测量电路及分析：
Rr为电位器 RT为温敏电阻 上方两电阻均为10K V o=(0.5-RT/(Rr+RT))V f ② 3，实验过程 A，测量室温时RT=8.2K B，连接电路，如图3，输入4V电压，V o连上万用表。 C，调节Rr，使V o=0，此时Rr=RT=8.2K D，用电烙铁靠近温敏电阻，观察V o的值 E，最后拆开电路，再次测量温敏电阻的值为2.3K 4，实验结果 我们发现，当电烙铁靠近温敏电阻时，电压增大，我们可知，温度升高时，电阻减小，电压由0增大。所以，电压随温度的变化而变化。将每个电压带人②式，即可得到RT，再将RT带入①式即可测出大概的温度。 二，光敏二极管 1，关于光敏二极管 光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。和普通二极管相比，它的核心部分也是一个PN结，在结构上不同，为了便于接
传感器的种类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的
测量。 3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电
PLC与传感器的接线方法 一、概述 PLC的数字量输入接口并不复杂，我们都知道PLC为了提高抗干扰能力，输入接口都采用光电耦合器来隔离输入信号与内部处理电路的传输。因此，输入端的信号只是驱动光电耦合器的内部LED导通，被光电耦合器的光电管接收，即可使外部输入信号可靠传输。 目前PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入，各厂商的单端共点（Com）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，日系PLC通常采用正极共点，欧系PLC习惯采用负极共点；日系PLC供应欧洲市场也按欧洲习惯采用负极共点；为了能灵活使用又发展了单端共点（S/S）可选型，根据需要单端共点可以接负极也可以接正极。 由于这些区别，用户在选配外部传感器时接法上需要一定的区分与了解才能正确使用传感器与PLC为后期的编程工作和系统稳定奠定基础。 二、输入电路的形式 1、输入类型的分类 PLC的数字量输入端子，按电源分直流与交流，按输入接口分类由单端共点输入与双端输入，单端共点接电源正极为SINK（sink Current 拉电流），单端共点接电源负极为SRCE （source Current 灌电流）。 2、术语的解释
SINK漏型 SOURCE源型 SINK漏型为电流从输入端流出，那么输入端与电源负极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源正极，可接NPN型传感器。 SOURCE源型为电流从输入端流进，那么输入端与电源正极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源负极，可接PNP型传感器。 国内对这两种方式的说法有各种表达： 2.1 根据TI的定义，sink Current 为拉电流，source Current为灌电流 2.2 由按接口的单端共点的极性，共正极与共负极。这样的表述比较容易分清楚。 2.3 SINK为NPN接法，SOURCE为PNP接法（按传感器的输出形式的表述）。 2.4 SINK为负逻辑接法，SOURCE为正逻辑接法（按传感器的输出形式的表述）。 2.5 SINK为传感器的低电平有效，SOURCE为传感器的高电平有效（按传感器的输出状态的表述）。 这种表述的笔者接触的最多，也是最容易引起混淆的说法。 接近开关与光电开关三、四线输出分NPN与PNP输出，对于无检测信号时NPN的接近开关与光电开关输出为高电平（对内部有上拉电阻而言），当有检测信号，内部NPN管导通，开关输出为低电平。 对于无检测信号时PNP的接近开关与光电开关输出为低电平（对内部有下拉电阻而言），当有检测信号，内部PNP管导通，开关输出为高电平。 以上的情况只是针对，传感器是属于常开的状态下。目前可厂商生产的传感器有常开与常闭之分；常闭型NPN输出为低电平，常闭型PNP输出为高电平。因此用户在选型上与供应商配合上经常产生偏差。
1、Gsensor:（重力感应传感器）作用：根据使用者的动作进行相应的软件应用，例如：重力感应游 戏，用户挥动手机，游戏做出相应的反应。 2、Psensor：（距离传感器） 作用：当使用者接通电话并将电话贴近耳朵时，使屏幕变黑以免引起误操作，远离时屏 幕开启，恢复可以正常工作状态。 3、Msensor （磁传感器）：作用：目前仅是作为指南针的功能，可用于增强型电压控制。 4、Gyro （陀螺）作用：测量设别自身的旋转运动，内置陀螺仪可以测量手机自身的运动。可以配 合摄像头做防抖用。 5、线性加速度传感器：作用：测量三个轴的绝对加速度，与陀螺仪配合可以在无卫星信号的情况下 进行定位。 6、旋转矢量传感器：作用：测量三个轴绕固定轴旋转过的角度，可以用来输出设备当前的与水平放 置状态相比各个轴绕过的角度状态。 7、压差传感器：作用：测量设备内外的压力差值，可用来监控当前设备内外的压差。 8、光线感应传感器： 作用：根据手机所处环境的光线来调节手机屏幕的亮度和键盘灯。比如在光线充足的地方，屏幕很亮，键盘灯就会关闭；相反，在暗处，键盘灯就会亮，屏幕较暗。 9、Gap Sensor ：作用：用于检测用户肢体与手机的接触方式，左手，右手接触等，并可与重力传 感器等联合使用准确测出手机的当前状态。 10、气压传感器： 作用：用来测量天气变化并可以在不开启GPS 的情况下测量所处位置的海拔高度，还可以用来辅助导航。 11 、色温传感器：作用：在手机影像处理中可以得到精确、稳定的工作，色温与环境光水平一致，得到稳定的屏幕色温及精确地图像色彩。 12、电子罗盘：作用：与磁传感器同，可以用来作为指南针用。 13、风速风向传感器：作用：用于测量当前所处位置的风速计风向信息。 14、温度传感器作用：监控设备当前温度，可用于在温度过高的情况下查询是否关闭相应程序。 15、位移传感器 作用:设定安全距离，超出安全距离则发出警报。
各种温度传感器分类及其原理.
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端 或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电 动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T
繁杂，分类方法也很多。现将常采用的分类方法归纳如下： 1、按输入量即测量对象的不同分： 如输入量分别为：温度、压力、位移、速度、湿度、光线、气体等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、称重传感器等。 这种分类方法明确地说明了传感器的用途，给使用者提供了方便，容易根据测量对象来选择所需要的传感器，缺点是这种分类方法是将原理互不相同的传感器归为一类，很难找出每种传感器在转换机理上有何共性和差异，因此，对掌握传感器的一些基本原理及分析方法是不利的。因为同一种型式的传感器，如压电式传感器，它可以用来测量机械振动中的加速度、速度和振幅等，也可以用来测量冲击和力，但其工作原理是一样的。 这种分类方法把种类最多的物理量分为：基本量和派生量两大类．例如力可视为基本物理量，从力可派生出压力、重量，应力、力矩等派生物理量．当我们需要测量上述物理量时，只要采用力传感器就可以了。所以了解基本物理量和派生物理量的关系，对于系统使用何种传感器是很有帮助的。 2、按工作(检测)原理分类 检测原理指传感器工作时所依据的物理效应、化学效应和生物效应等机理。有电阻式、电容式、电感式、压电式、电磁式、磁阻式、光电式、压阻式、热电式、核辐射式、半导体式传感器等。
如根据变电阻原理，相应的有电位器式、应变片式、压阻式等传感器；如根据电磁感应原理，相应的有电感式、差压变送器、电涡流式、电磁式、磁阻式等传感器；如根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏、磁敏等固态传感器。 这种分类方法的优点是便于传感器专业工作者从原理与设计上作归纳性的分析研究，避免了传感器的名目过于繁多，故最常采用。缺点是用户选用传感器时会感到不够方便。 有时也常把用途和原理结合起来命名，如电感式位移传感器，压电式力传感器等，以避免传感器名目过于繁多． 3、按照传感器的结构参数在信号变换过程中是否发生变化可分为： a、物性型传感器：在实现信号的变换过程中，结构参数基本不变，而是利用某些物质材料(敏感元件)本身的物理或化学性质的变化而实现信号变换的。 这种传感器一般没有可动结构部分，易小型化，故也被称作固态传感器，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。如：热电偶、压电石英晶体、热电阻以及各种半导体传感器如力敏、热敏、湿敏、气敏、光敏元件等。 b、结构型传感器：依靠传感器机械结构的几何形状或尺寸(即结构参数)的变化而将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，实现信号变换，从而检测出被测信号。 如：电容式、电感式、应变片式、电位差计式等。 4、根据敏感元件与被测对象之间的能量关系(或按是否需外加能源)来分：
08新增内容 压力传感器的接口电路 利用应变式力传感器制作的智能压力测试系统结构如图1所示。该系统可测试和显示压力数值，精度达到6位有效数字。 图1 智能压力测试系统结构框图 1． 力传感器与单片机接口的硬件设计 智能压力测试系统由5个模块构成，它们是测量电路、差动输入模块、调理放大模块、A/D 转换模块、单片机和显示模块。 （1） 力的测量电路 如图2所示为应变片电桥测量原理电路图，由应变电阻R 1和另外3个电阻R 2、R 3、R 4构成桥路。当电桥平衡时（积电阻应变片未受力作用时），R 1=R 2=R 3=R 4=R ，此时电桥的输出V 0=0；当应变片受力后，R 1发生变化，使1324R R R R ?≠?,电桥输出00V ≠，并有 00144K R V V V R ε≈± ≈± （2） 差动输入模块和调理放大模块 在许多需要A/D 转换和数字采集的单片机系统中，很多情况下，传感器输出的模拟信号都很弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D 转换器对输入信号电平的要求。这种情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。在这里选择如图3所示的电路，差动输入模块由LM324中的两个运算放大器A （V 1）和B （V 1）构成，该电路具有共模抑制比高和调节方便的特点，从差动放大器输出的信号送调理滤波电路进一步放大和整理，可以将微弱的压力信号放大到满足A/D 转换的要求。若用500g （生产厂家型号如此标注）量程的压力传感器，在空载时，可设定调理放大电路输出模拟量为0.0V ，若压力为500g ，输出模拟量为4.0V ，则平均每2.5g 对应1LSB 变化量，对应电压变化值为0.02mV . 图3 差动输入模块和调理放大模块电路 （3） A/D 转换模块 A/D 转换模块是将前级放大电路输出的模拟信号转换为数字信号，以便单片机处理。A/D 转换电路由ADC0809承担。 （4） 单片机和显示模块 单片机采用MCS-51系列的80C51，显示电路采用串行驱动，用74LS164直接驱动LED 数码管。