压力式温度传感器的原理及应用
姓名：* * * 学号：123456 班级：****** 时间：******* 压力式温度传感器属于膨胀式测温仪器类，但它不是靠物质受热膨胀后的体积变化或尺寸变化反应温度，而是靠在密闭容器中液态或气态物质受热后压力的升高反应被测温度。这种温度计的指示仪表实际上就是普通压力表，这种传感器的输出信号输出方式和压力传感器一样。
原理：
压力式温度计主要由温包,毛细管和压力敏感元件（如弹簧夹，膜盒，波纹盒等）组成。如图1所示。温包，毛细管和弹簧夹三者之间的内腔共同构成一个密封容器，其中充满工作物质。当温包受热后，将内部工作物质温度升高，压力增大，此压力经毛细管传到弹簧管内，使弹簧管产生形变，并由传动系统带动指针，指出相应的温度数。
图1 压力式温度计
材料要求：
温包：
温包直接与被测物质接触，把温度变化充分地传递给内部物质。故，其材料应具有防腐蚀能力，并有良好的导热率。为了提高灵敏度，温包本身的受热膨胀应远远小于其内部工作物质的膨胀，故材料的体膨胀系数要小。此外，还应有足够的机器强度，以便在较薄的容器壁上承受较大的内外压力差。通常用不锈钢或黄铜制造温包，黄铜只能用在非腐蚀性介质里。
为了利于传热，温包表面面积与其体积的比值应尽量大，所以通常呈细而长的圆筒形，虽然扁平断面要比元断面更利于传热，但耐压能力远不如园断面好。
毛细管:
毛细管用于传递压力，为了减少周围环境温度变化引起的附加误差，毛细管的容积应远小于温包的体积，但同时又要求传递距离较远，这就要求其内径小。当然，内径太小将使阻力变大，之后时间长。通常铜或不锈钢冷拉无缝管，内径为0.4mm，长度常在20m~60m
之间。
其次，为了保护毛细管不受机器损伤，其外层有金属丝网或蛇皮管。
内部工作物质：
气体：
压力式温度计内部工作物质若采用气体，则通常选用氮气，因其化学稳定性好，比热容小，粘性小兵器容易获得。这种工作物质可用在自-100摄氏度到500摄氏度的范围正常工作。
液体：
若工作物质为液体，且在测量范围内始终保持液态，则温包体积可以比空气体积小。也就是说，容积不变时液体受热膨胀产生的压力变化比空气更明显。温包尺寸小，热惯性就小，对被测介质的温度分布也将减少影响。
适于用作工作物质的液体有二甲苯（—40摄氏度到200摄氏度）、甲醇（用于—40摄氏度到175摄氏度）、甘油（用于20摄氏度到175摄氏度）。由于水银腐蚀性、污染和液柱高度差引起的误差大等原因，故现在已经不在采用水银作工作物质。
如果用低沸点液体作工作物质，且不完全充满，只占温饱容积的一半，其余空间及毛细管和弹簧管里是所充液体的饱和蒸气，则成为另一种压力式温度计。其特点是：热惯性比充气式和充液式都要小；周围环境温度对度数几乎没影响，可以不用补偿措施；刻度是非均匀的，即温度和压力之间有非线性关系。
低沸点液体常用氯甲烷（用于—20摄氏度到100摄氏度）、氯乙烷（用于20摄氏度到120摄氏度）、二乙醚（用于0摄氏度到150摄氏度）、丙酮（用于50摄氏度到200摄氏度）。
误差分析：
若内部工作物质采用气体,环境温度对毛细管和弹簧管内部气体总有影响。为减小这一因素引起的误差，除了尽量加大温饱容积之外，往往设计一些补偿措施，例如在指示表里用双金属片进行零点补偿；在毛细管里插入热膨胀系数比管壁材料还小的金属芯，使环形空隙里德工作物质的体积膨胀和其环行空间的容积膨胀相等。这类措施对减小环境温度误差都有一定作用，但会使机构稍微复杂一些。
同时，环境压力的变化同样会引起弹簧管内外压力差的改变，从而对指数值形成误差。为了减少大气压力引起的误差，也常用提高工作物质气体初始压力Po的办法，一般Po=19.614*106^5Pa（即20kgf/cm^2）。正因为如此，制造温包的金属材料必须有一定的机器强度。在初始压力提高以后，周围环境大气压力的变化所引起的相对影响就可以忽略不计。但长期使用后如有渗漏必然引起误差，应注意定期校验。
若内部工作物质采用液体，虽然二甲苯、甲醇、甘油的密度比水银小很多，但比气体仍然大很多，所以当指示表和温包不在同一高度时，液柱重力会带来不容忽视的误差，这边是充液式不如充气式之处。
环境大气压力的变化，对冲低沸点液体方式温度计有显著影响。安装高度差的影响大小视具体情况而定，如测量范围低于环境温度，温包安装位置比指示表低，且只有温包下半部分为液体，毛细管和弹簧管里皆为气态物质，则不受液柱重力影响。其他情况下，毛细管里有出现液柱单位可能，就会使读数于安装高度之差有关。
压力式温度传感器的应用：
1、压力温度计：
压力式温度计的精确度等级一般有1级、1.5级、2.5级。
压力式温度计由于其简单价廉，有一定的抗震动能力，不需要电源，可将指示表安装在一定距离外；又具有安全防爆的优点，常用在露天设备和交通工具上。例如大型变压器的油温指示、车船坦克的动力机器温度指示等。
压力式温度计的原理本身就包含传感器和指示器，其间由毛细管相连。温包就是传感器，但它是专用的，并且在制造时就和指示仪表用毛细管连成一套，使用中不许拆开。如果毛细管太长，只能盘绕起来使用。
也可以使压力式温度计带有接电点，像普通位式作用传感器那样在某个温度下发出开关信号，可选择带电接点的品种，它在压力表上附加有可调切换值的电接点，其余部分完全和纯指示的压力表一样。如果希望有连续作用传感器的功能，把被测温度转变为电量传送到更远的地方，则可选用带电远传的压力表（如电阻、电感、霍尔电势等电远传方法）作为指示表。
2、汽车发动机冷却水温度的控制：
某些场合下，利用压力式温度传感器直接控制温度，不必要进行仪表显示，结构就可以简单一些。例如，汽车发动机的冷却水温度宜保持在70℃～85℃之间，温度过高润滑油变稀，容易磨损机件，温度过低，润滑油粘稠，功率耗损增大，将使燃料耗量增加。为了自动控制水温，在发动机冷却水套的出口处装上如图2压力温度传感器。
水温过高时，金属波纹管里的乙醚或丙酮汽化，压力增大，使波纹管伸长，于是通向散热器的缝隙增大，使热水经过散热区器靠风扇冷却后流回水套。水温过低时，波纹管理的低沸点物质凝结，有会使波纹管缩短，把流经旁路管的缝隙开大，水便不经散热器直接回到水套。当然，同样原理也可以用在供暖系统中，在家用暖气片的管路上安装类似装置，就可
图2 汽车发动机冷却水温度控制
以根据室温自动将供热管的阀门开到合适的位置，起调节室温的作用。
3、电冰箱的温度控制：
在位式作用方面，压力式温度传感器的使用实例是电冰箱的温度控制。电冰箱的压缩机是间歇方式工作的，每当冰箱内温度上升到上切换值，电路接通，压缩机启动制冷。待温度下降到下切换值后，电路断开，压缩机停止。这种通断控制便是由压力式传感器担任的，其原理如图3所示。
在温包、毛细管和弹性膜盒中充有低沸点液体氟利昂。在此采用氟利昂作为工作物质而不是用其他低沸点液体，是因为它无毒，万一泄露也不污染食品。
温度升高后，氟利昂气化产生的压力作用于膜盒，再由膜盒经杠杆推动电接点，使之接通制冷压缩机的电路。温度下降则相反，会使接点断开。调节温度的旋钮能改变凸轮转角，从而改变电接点的接触压力，这就使其断开时所对应的温度值有所不同，从而使冰箱的平均温度得到调整。
图3 电冰箱的温度控制
4、石蜡式温度传感器：
在温度自动控制系统中，还广泛使用石蜡式温度传感器，它是由内部充有石蜡的感温盒和转换单元组成。船舶用于控制柴油机冷却水或滑油温度的传感器就是石蜡式。图4所示WALTON型恒温阀的结构原理图，它是由阀体、传动机构、滑板和感温盒组成。感温盒内部充有石蜡作为感温介质。其动作原理是利用石蜡的体积随温度变化的性质，用体积膨胀的作用力来推动执行机构，改变滑板的位置来控制冷却水的温度。
图4 WALTON型恒温阀机构原理图
1—感温盒；2—活塞及活塞杆；3—弹簧；4—转轴；
5—滑板；6—阀体；7—轴；8—连杆；9—拖板；10—活动支点
若冷却水温度升高，石蜡从固体变为液体，这时石蜡体积膨胀，感温盒1内的活塞2下移，在经活塞杆、连杆8及连杆8与滑板5相连接点10，使滑板5绕轴7逆时针旋转一个角度，减少旁通水量，增加经过冷却器的水量，从而使冷却水温度降下来。随着感温盒内活塞的下移，弹簧3被压缩，当感温盒中石蜡因感温体积膨胀产生向下的力与弹簧3向上的张力相平衡时，滑板5停止运动。当冷却水温度降低时，其运动方向正好相反。
该调节阀温度给定值的调整，可通过调整滑板5的初始位置来实现。在实物中，感温盒1、拖板9和轴7时紧固在一起的，轴4伸出前端盖并装有一个指针，指针转动可改变滑板5初始位置。恒温阀手动控制温度时，也是通过转动轴7改变滑板位置来实现的。
5、压力式温度变送器：
利用受热膨胀原理构成的温度指示仪表和温度传感器虽然不少，但输出标准信号的温度变送器并不多，只有气动仪表类中的压力式温度变送器，是按照受热膨胀原理工作的。这种温度变送器根本不需要导线和电源，在易燃易爆的危险场所使用有独特的优势性。尽管当前本安型电动温度变送器仍然受到欢迎，特别是具有气源的用户。
气动压力式温度变送器，本质上是压力式温度计与气动压力变送器结合而成的仪表。只不过把图1压力温度计中的指示表去掉指针标尺，利用弹簧管在压力作用下所产生的力施加在压力变送器的杠杆上，然后由喷嘴挡板、气动功率放大器、反馈波纹管等部件构成的力矩平衡系统，输出与杠杆上所受的力成正比的标准气压信号，这个气压信号的范围是（0.2～1）*10^5Pa,其压力值间接地反映被测温度值。
气动压力式温度变送器的原理性结构如图5.图中的温包、毛细管部分和前述压力式温度计一样。
图5 气动压力温度变送器
这种变送器的信号传送距离不受毛细管长度的影响，而且标准气压信号可以接任何气动仪表。在零点迁移和量程调整方面，比单用压力温度计方便得多。这种温度变送器、温包、毛细管是成套制造和使用的，其精确度可达1级。
参考文献：
【1】作者：刘灿辉《实用传感器》国防工业出版社
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。
虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
温度传感器工作原理 温度传感器temperature transducer，利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为可用输出信号。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。 温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。 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的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度
制冷剂压力和温度传感器 -G395- 安装的制冷剂压力和制冷剂温度传感器-G395- 代替了高压传感器-G65- 。 制冷剂压力和制冷剂温度传感器-G395- （目前外壳的颜色为灰色）和高压传感器-G65- （目前外壳的颜色为黑色）目前只从外部在外壳颜色上区别，因此在更换时注意正确的配置（零件编号）。因为这两个传感器输出不同的信号，所以相应的控制器只能对规定的信号进行分析或（车辆专用维修手册）。 制冷剂压力和制冷剂温度传感器-G395- 在加上电压后，将通过空调器数据总线系统（Lin 总线）与对应的控制器交换信息。通过这些信息，对应的控制器将计算出制冷剂回路中的压力和温度，并向控制器通报识别到的故障。 根据制冷剂压力和制冷剂温度传感器-G395- 的型号和安装位置，由制冷剂压力和制冷剂温度传感器-G395- 测得的温度可能与制冷剂回路中的制冷剂实际温度有差别，所以目前并不是在所有控制器上都可以进行分析并用于空调器调节或（车辆专用维修手册）。 操作与显示单元-Climatronic 自动空调控制器-J255- 等将利用这些信息计算出制冷剂回路中的压力，并通过数据总线系统控制下游的控制器（冷却液风扇控制器、发动机控制器等）。 这些控制器然后相应地控制例如冷却液风扇和发动机（车辆专用维修手册）。 注： 空调器压缩机调节阀-N280- 由车载电网控制器-J519- 控制，要求控制空调器压缩机调节阀 -N280- 的请求和必需的电流强度（用于调节压缩机功率以达到蒸发器的所需温度）由空调器 操作与显示单元，即Climatronic 自动空调控制器-J255- 通过数据总线系统发送给车载电网 控制器-J519-。然后车载电网控制器-J519- 控制空调器压缩机调节阀-N280-。 t 如果在控制空调器压缩机调节阀-N280- 时识别到故障，则在车载电网控制器-J519- 和空调器操作与显示单元，即Climatronic 自动空调控制器-J255- 的故障存储器中都存储一个故障。读取空调器操作与显示单元，即Climatronic 自动空调控制器-J255- 的故障存储器时，会要求您查询车载电网控制器-J519- 的故障存储器
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电 信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感 器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。 一、压阻式压力传感器 固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片 受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。 压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 1、压阻式压力传感器基本介绍 压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此 应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩 散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。 半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。半导体应变片与金属应变片相比，最 突出的优点是它的体积小而灵敏高。它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大 即可直接进行测量记录。此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽， 从静态应变至高频动态应变都能测量。由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结 合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。但是半导体应变片也存 在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变 —电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。 扩散型压阻式传感器扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料，取向不同时特性不一样。因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻膜片。 利用半导体压阻效应，可设计成多种类型传感器，其中压力传感器和加速度传感器为压阻式传感器的基本 型式。 硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片（硅杯）和引线等组成。硅膜片是核心部分，其外形状象杯故名硅杯，在硅膜上，用半导体工艺中的扩散掺杂法做成四个相等的电阻，经蒸镀金属电极及连线，接成惠斯登电桥 再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相连接的高压腔，另一侧是低压腔，通常和大气相连，也有做成真空的。当膜片两边存在压力差时，膜片发生变形，产生应力应变，从而使扩散电阻的电阻值发 生变化，电桥失去平衡，输出相对应的电压，其大小就反映了膜片所受压力差值。
一、温度传感器热电阻的应用原理 温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 1．温度传感器热电阻测温原理及材料 温度传感器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。温度传感器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，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。 2．温度传感器热电阻的结构
（1）精通型温度传感器热电阻工业常用温度传感器热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点见表2-1-11。从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制，有关具体内容参见本篇第三章第一节. （2）铠装温度传感器热电阻铠装温度传感器热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。 与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
（3）端面温度传感器热电阻端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图2-1-8所示。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 （4）隔爆型温度传感器热电阻隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 3．温度传感器热电阻测温系统的组成 温度传感器热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： ①温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致
压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 力学传感器的种类繁多，如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。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 1、应变片压力传感器原理与应用： 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 1．1、金属电阻应变片的内部结构：它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 1．2、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）
温度传感器工作原理 1.引脚★ ●GND接地。 ●DQ为数字信号输入\输出端。 ●VDD为外接电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） 2.与单片机的连接方式★ 单线数字温度传感器DS18B20与单片机连接电路非常简单，引脚1接地（GND），引脚3（VCC）接电源+5V，引脚2（DQ）接单片机输入\输出一个端口，电压+5V和信号线（DQ）之间接有一个4.7k的电阻。 由于每片DS18B20含有唯一的串行数据口，所以在一条总线上可以挂接多个DS18B20芯片。 外部供电方式单点测温电路如图★ 外部供电方式多点测温电路如图★ 3.DS18B20的性能特点 DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下： ●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。 ●多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能。 ●不需要外部器件。 ●在寄生电源方式下可由数据线供电，电压围为3.0~5.5V。 ●零待机功耗。
●温度以9~12位数字量读出 ●用户可定义的非易失性温度报警设置。 ●报警搜索命令识别并标识超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。 ●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。 4.部结构 .DS18B20采用3脚PR—35封装或8脚SOIC封装，其部结构框图★ 64位ＲＯＭ的位结构如图★◆。开始８位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一序号，共有４８位；最后８位是前面５６位的ＣＲＣ检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入用户报警上下限数据。 MSB LSB MSB LSB MSB LSB DS18B20温度传感器的部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PROM。 高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，结构如图★。前2字节包含测得的温度信息。第3和4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器，其容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转化为相应精度的数值。该字节各位的定义如图★，其中，低5位一直为1；TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时，该位被设置为0，用户不要去改动；R0和R1决定温度转化的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见表★ 高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节是前面所有8
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，光电效应，热释电效应三种。 4.亮电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最
小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变 化值=△y/△x 24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；
压电式压力传感器原理及应用 自动化研1302班王民军 压电式压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也叫压电式压电传感器。压电式压力传感器可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 一、压电式传感器的工作原理 1、压电效应 For personal use only in study and research; not for commercial use 某些离子型晶体电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。 2、压电式压力传感器的特点 压电式压力传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式压力传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见
压电式压力传感器、加速度计)。压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系：Q=k*S*p。 For personal use only in study and research; not for commercial use 式中Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 压电式压力传感器的工作原理与压电式加速度传感器和力传感器基本相同，不同的是弹性元件是由膜片等把压力转换成集中力，再传给压电元件。为了保证静态特性及稳定性，通常多采用压电晶片并联。在压电式压力传感器中常用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷，其中石英晶体应用得最为广泛。 For personal use only in study and research; not for commercial use 二、压电压力传感器等效电路和测量电路 在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷，也有用高分子材料
pt100温度传感器原理 PT100是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在-200℃至650℃的范围. 电阻式温度检测器(RTD,Resistance Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定－耐酸碱、不会变质、相当线性...,最受工业界采用。 PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。 1：V o=2.55mA ×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。 2：量测V o时,不可分出任何电流,否则量测值会不準。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为 2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V 齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为 2.55V。其后差动放大器之输出为
第五章 热学实验 热学实验是大学物理实验中的重要内容。在理想热学实验中，应遵循两条基本原则：其一是保持系统为孤立系统；其二是测量一个系统的状态参量时，应保证系统处于平衡态。我们的实验内容设计了对空气的比热容比进行测定。 §5.1空气比热容比的测定 气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【预习重点】 1．了解理想气体物态方程，知道理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。 2．预习定压比热容与定容比热容的定义，进而明确二者之比即绝热指数的定义。 3．认真预习实验原理及测量公式。 【实验目的】 1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3．了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【实验原理】 理想气体的压强P 、体积V 和温度T 在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程：PV γ 等于恒量，其中γ是气体的定压比热容P C 和定容比热容V C 之比，通常称γ=V P C C /为该气体的比热容比（亦称绝热指数）。 如图5.1.1所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体）作为研究的热学系统，试进行如下实验过程。
（1）首先打开放气阀A ，贮气瓶与大气相通，再关闭A ，瓶内充满与周围空气同温（设为0T ）同压（设为0P ）的气体。 （2）打开充气阀B ，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀B 。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态I （1P ,1V ,0T ）。 （3）迅速打开放气阀A ，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至0P 时，立刻关闭放气阀A ，将有体积为ΔV 的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀的过程。在此过程后瓶中的气体由状态I （1P ,1V ,0T ）转变为状态II （0P ,2V ,1T ）。2V 为贮气瓶容积，1V 为保留在瓶中这部分气体在状态I （1P ,0T ）时的体积。 （4）由于瓶内气体温度1T 低于室温0T ，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温 0T 为止，此时瓶内气体压强也随之增大为2P 。则稳定后的气体状态为III （2P ,2V ,0T ）。从 状态II →状态III 的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态I →II →III 的过程如图5.1.2所示。 图5.1.1 试验装置简图 图5.1.2 气体状态变化及P-V
:填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可米用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3. 根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器 4. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示 k （x）=△ y△ x。 5. 线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端 基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性 度。 6. 根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7. 应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、 计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10. 国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定 的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。11. 传感器按输出量是模拟量还是数字量， 可分为模拟量传感器和数字量传感器12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：心）=输出量的变化值/输入量的变化 值=△ y/ △ x 13. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕 变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能：对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 14. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类：物理传 感器，化学传感器，生物传感器。
温度传感器： DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。 2 DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图4）。 ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 图1 DS18B20的内部结构
图2DS18B20的管脚排列 DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。 温度值高字节 高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下： R1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。 高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。 3 DS18B20的工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3（a）（b）（c）所示。
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 的微分热电势为热电势率, 又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。 2. 热电偶的种类
本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理，相对简洁，和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比，可能不够完整；而且个人水平有限，不可能把握的很准确，所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章：传感器概论 1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类： 结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向： 教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述：微型化、集成化、廉价。 第二章：传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 （产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。） 重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性） 动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差
压力传感器原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一．压力传感器原理 一些常用传感器原理及其应用: 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如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。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构 1、应变片压力传感器原理 如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 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） 我们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，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长
空调温度传感器为负温度系数热敏电阻，简称NTC，其阻值随温度升高而降低，随温度降低而增大。25℃时的阻值为标称值。NTC常见的故障为阻值变大、开路、受潮霉变阻值变化、短路、插头及座接触不好或漏电等，引起空调CPU检测端子电压异常引起空调故障。空调常用的NTC有室内环温NTC、室内盘管NTC、室外盘管NTC等三个，较高档的空调还应用外环温NTC、压缩机吸气、排气NTC等。NTC在电路中主要有如图一所示两种用法，温度变化使NTC阻值变化，CPU端子的电压也随之变化，CPU根据电压的变化来决定空调的工作状态。本文附表为几种空调的NTC参数。室内环温NTC作用：室内环温NTC 根据设定的工作状态，检测室内环境的温度自动开停机或变频。定频空调使室内温度温差变化范围为设定值+1℃，即若制冷设定24℃时，当温度降到23℃压缩机停机，当温度回升到25℃压缩机工作；若制热设定24℃时，当温度升到25℃压缩机停机，当温度回落到23℃压缩机工作。值得说明的是温度的设定范围一般为15℃—30℃之间，因此低于15℃的环温下制冷不工作，高于30℃的环温下制热不工作。变频空调根据设定的工作温度和室内温度的差值进行变频调速，差值越大压缩机工作频率越高，因此，压缩机启动以后转速很快提升。室内盘管NTC 室内盘管制冷过冷（低于+3℃）保护检测、制冷缺氟检测；制热防冷风吹出、过热保护检测。空调制冷30分钟自动检查室内盘管的温度，若降温达不到20℃则自动诊断为缺氟而保护。若因某些原因室内盘管温度降到+3℃以下为防结霜也停机（过冷）制热时室内盘管温度底于32℃内风机不吹风（防冷风），高于52℃外风机停转，高于58℃压缩机停转（过热）；有的空调制热自动控制内风机风速；有的空调自动切换电辅热变频空调转速控制等。室外盘管NTC 制热化霜温度检测，制冷冷凝温度检测。制热化霜是热泵机一个重要的功能，第一次化霜为CPU定时（一般在50分钟），以后化霜则由室外盘管NTC控制（一般为—11℃要化霜，+9℃则制热）。制冷冷凝温度达68℃停压缩机，代替高压压力开关的作用；变频制冷则降频阻止盘管继续升温。外环温NTC 控制室外风机的转速、冬季预热压缩机等。排气NTC 使变频压缩机降频，避免外机过热，缺氟检测等。吸气NTC 控制制冷剂流量，有步进电机控制节流阀实现。故障分析室内外盘管NTC损坏率最高，故障现象也各种各样。室内外盘管NTC由于位处温度不断变化及结露或高温的环境，所以其损坏率较高。主要表现在电源正常而整机不工作、工作短时间停机、制热时外机正常内风机不运转、外风机不工作或异常停转，压缩机不启动，变频效果差，变频不工作，制热不化霜等。化霜故障可代换室外盘管NTC或室外化霜板。在电源正常而空调不工作时也要查室内环温NTC；空调工作不停机或达不到设定温度停机，也要先查室内环温NTC；变频空调工作不正常也会和它有关。因室内环温NTC若出现故障会使得CPU错误地判断室内环温而引起误动作。室内环温NTC损坏率不是很高。