数字式温度传感器课件

•数据存储和记忆功能；
•双向通信功能。（能通过RS-232，RS-485，USB，I2C等
标准总线接口，直接与微机通信。）
智能传感器原理框图
被 测 信 号
传 感 器
信 号 调 理 电 路
微 处 理 器
输 出 接 口
数 字 量 输 出
智能传感器的特点
•高精度；（例如：测压±0.05%, 测温±0.1℃）
测温范围：-55℃ ~ +125℃ 分辨力：0.0625℃ 测温误差：-40℃ ~ +80℃ ≤ ±3℃ -55℃ ~ +125℃ ≤ ±4℃ 温度/数据转换时间：~ 133ms I2C总线串行时钟频率范围：0~400kHz。利用I2C总线地址 选择端，可选择4片MAX6626。 当被测温度超过上限时，报警输出端被激活。 电源电压范围：+3.0V~+5.5V，静态工作电流：~1mA
3、智能温度传感器（数字温度传感器）： 内部包含温度传感器、A/D、信号处理器、存储器 （或寄存器）和接口电路。能输出温度数据及相关的 控制量，适配各种微控制器（MCU）。它是在硬件的 基础上通过软件来实现测试功能的。 4、通用智能温度控制器 在3的基础上发展而成，适配各种微控制器构成智能 化温控系统；可脱离微控制器单独工作，自行构成一个 温控仪，可连续转换也可单次转换。 5、微机散热保护专用的智能温度控制器 专为微机散热保护而设计，可通过散热风扇来控制PC 机中CPU的温度。
监控。
SMBus串行接口能与I2C总线兼容。总线上最 多可接9片MAX6654。
MAX6654的典型应用电路
带实时日历时钟（RTC）的多功能智能温度传感器
DS1629是将智能温度传感器，实时日历时钟
（RTC）和32字节的SRAM集成在一片CMOS大 规模集成电路中，构成功能独特的智能温度传感 器。 能输出9位测温数据，测温范围：-55℃ ~ +125℃

数，则上式为
(
单根振弦测压力时的非线性误差d 为
(
为了得到良好的线性，常采用差动式结构，如图。上下两 弦对称，初始张力相等，当被测量作用在膜片上时，两个 弦张力变化大小相等、方向相反。通过差频电路测得两弦 的频率差，则式中的偶次幂项相抵消，使非线性误差大为 减小，同时提高了灵敏度、减小了温度的影响。
振弦式加速度传感器结构原理图示于图8-15中，1
缺点： 要求材料质量较高，加工工艺复杂，所以生产周期 长，成本较高,价格贵。另外，其输出频率与被测 量往往是非线性关系，需进行线性化处理才能保 证良好的精度。
10.1 原理与类型
种类： 按照谐振的原理可分为：电的、机械的和原 子的三类。
这里分析机械式谐振传感器。
10.1 原理与类型
工作核心： 将被测量转换为物体的机械谐振频率，其中 振动部分被称为振子。
应用： 测量力、压力、位移、加速度、扭矩、密度、 液位等。 它主要用于航空、航天、计量、气象、地质、 石油等行业中。
机械振子的基本类型
振弦式
振筒式
振梁式
差动式振弦传感器原理
精选ppt
13
电流法电路
1.基本原理
振子即机械振动系统的谐振频率f可近似用下
式表示 (
式中：k ──振子材料的刚度；me──振子的
故
项可忽略。
当由系上数式可a和得b满足条件a=2/(Bf0)和b=1/(Bf02)时，
式中:
──压差灵敏度系数，与振筒的
材料性质及尺寸有关；
r、h、 、E ──振筒的内半径、厚度、泊松
比、弹性模量。
可见，振筒式压力传感器的输入压差与输出频
率之间近似成抛物线关系。
由上式得到
因为 f/f0< < 1，相比之下( f/f0)2可

第2章 温度传感器及检测
2.1 温度检测的概述 2.2 热电阻测温传感器 2.3 热电偶温度传感器 2.4 集成温度传感器 2.5 温度传感器的工程设计实例
第一节 温度测量的基本概念
一、温度测量 的基本概念
温度标志着物 质内部大量分子无 规则运动的剧烈程 度。温度越高，表买的VIP时长期间，下载特权不清零。
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敏感材料及测温原理 金属电阻的阻值大小与导体的长度
成正比,与导体的横截面积成反比,即
式中:R——导体的电阻； ρ——导体的电阻率； l——导体的长度； S——导体的截面积。
2021/8/25
改变温度t，金属导体的电阻率ρ与之大致成正比，即：
ρ=ρ0（1+αt）
式中，ρ0为0℃时导体的电阻率，α为电阻温度系数。
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24
4
Bit7 23
Bit6 22
Bit5 21
Bit4 20
Bit3 2-1
Bit2 2-2
Bit1 2-3
2. 存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高， 以便于在15~60uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS的 低电平信号。
3. 控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了， ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别 是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯 片搜索。ROM指令在下文有详细的介绍。
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8
DS28B20芯片存储器操作指令表
Write Scratchpad （向RAM中写数据）[4EH] Read Scratchpad （从RAM中读数据）[BEH] Copy Scratchpad （将RAM数据复制到EEPROM中）
[48H] Convert T（温度转换）[44H] Recall EEPROM（将EEPROM中的报警值复制到
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。
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5
控制器对DS18B20操作流程
1. 复位：由单片机给DS18B20单总线500uS的低电平信号。当18B20 接到此复位信号后则会在15~60uS后回发一个芯片的存在脉冲。

未来数字式传感器将进一步实现多功能化和集成化，能够同时测量多个物理量，并与其他设备集成在一起。
多功能化和集成化
随着环保意识的提高，低功耗和绿色环保的数字式传感器将成为未来的发展趋势。
低功耗和绿色环保
为了满足各种严苛的工业环境需求，高可靠性、长寿命的数字式传感பைடு நூலகம்将成为研究的重要方向。
高可靠性和长寿命
数字式传感器的设计与实现
易于集成和智能化
数字式传感器通常具有较长的使用寿命和良好的稳定性，能够保证长期的测量精度。
长寿命和稳定性
数字式传感器可以通过数字信号进行远程传输和监控，方便实现远程管理和控制。
易于远程传输和监控
随着物联网技术的发展，数字式传感器将更加智能化和网络化，能够实现更高效、更准确的测量和控制。
智能化和网络化
总结词
数字式传感器采用数字化测量技术，能够将温度、压力、位移等物理量转换为数字信号，并通过数字通信接口传输给计算机或其他数字设备进行处理。与传统的模拟传感器相比，数字式传感器具有更高的测量精度和稳定性，能够更好地抵抗外部干扰的影响，提高测量的可靠性和准确性。
详细描述
总结词
数字式传感器的工作原理通常涉及信号的转换和传输。首先，传感器将物理量转换为电信号，然后通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，最后通过数字通信接口将数字信号传输到计算机或其他数字设备进行处理。
实验室测试
将传感器安装在实际使用场景中，验证其在各种工况下的性能表现。
实际应用测试
在不同温度、湿度和压力条件下测试传感器的稳定性。
环境适应性测试
数字式传感器的实际案例分析
PART
05
01
智能工厂的温度监控
02
在智能工厂中，温度传感器被用于实时监测生产过程中的温度变化，确保产品质量和设备安全。

dx W
W
(10-4)
由上式可见，当2x/W=n，即x=W/2、W、3W/2、…
时，斜率最大，灵敏度最高。故其输出信号灵敏度Ku为
Ku =2Um/W
(10-5)
可编辑
10
10.1 光栅传感器
10.1.2.2 辨向原理
计量光栅辨向原理电路如图10-4所示。
图10-4 光栅辨向原理图
可编辑
11
10.1 光栅传感器
可编辑
9
10.1 光栅传感器
•光栅传感器测位移x的原理： 当位移量x变化一个栅距W时，其输出信号uo变化一个周 期，若对输出正弦信号uo整形成变化一个周期输出一个脉 冲，则位移量x为
x=NW 式中，N—脉冲数；W—光栅栅距。
•输出信号灵敏度： 输出电压信号的斜率为
(10-3)
duo 2Um sin 2x
将这两个信号经求和处理后，可得输出信号为
(10-16)
eo
Eo
sin t
2
x
(10-17)
这是一个幅值不变、相位随磁头与磁栅相对位置x而变化
的信号，利用鉴相电路测量出相位，便可确定x。
可编辑
30
10.2 磁栅传感器
10.2.3磁栅传感器的特点和误差分析
•磁栅传感器录制的磁信号的空间波长稍大于计量光栅 的栅距W；
可编辑
7
10.1 光栅传感器
10.1.2 光栅传感器的测量电路
10.1.2.1 光栅的输出信号
主光栅与指示光栅作相对位移产生莫尔条纹，光电元件在
固定位置观测莫尔条纹移动的光强变化，并将光强转换成电
信号输出。光电元件输出电压uo与位移量x成近似正弦关 系。

光电式编码器
第13章 数字式传感器 脉冲盘式编码器的，一般还需要一个 基准数据即零位基准，才能完成角位移测量。绝对编码器不需 要基准数据及计数系统，它在任意位置都可给出与位置相对应 的固定数字码输出， 能方便地与数字系统（如微机）连接。
第13章 数字式传感器
（1） 辨向原理 采用图13-3中一个光电元件的光栅读数头， 无论主光栅作正向还是反向移动，莫尔条纹都作明暗交替变化， 光电元件总是输出同一规律变化的电信号，此信号不能辨别运 动方向。为了能够辨向，需要有相位差为π/2的两个电信号。 图 13-5为辨向的工作原理和它的逻辑电路。在相隔BH/4间距的位置 上，放置两个光电元件1和2，得到两个相位差π/2的电信号u1和 u2（图中波形是消除直流分量后的交流分量），经过整形后得两 个方波信号u1′和u2′。
第13章 数字式传感器 图13 – 1 透射光栅示意图
第13章 数字式传感器
2. 光栅测量原理
把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅2）面向对叠合在一 起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小 的夹角θ，如图13-2所示，这样就可以看到在近于垂直栅线方向 上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。由图13 - 2可见， 在d - d线上，两块光栅的栅线重合，透光面积最大， 形成条纹 的亮带， 它是由一系列四棱形图案构成的；在f - f线上，两块光 栅的栅线错开，形成条纹的暗带，它是由一些黑色叉线图案组 成的。因此莫尔条纹的形成是由两块光栅的遮光和透光效应形 成的。
第13章 数字式传感器 13.2.1 光电式编码器
光电式编码器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘（码盘）、 窄缝以及安装在圆盘两边的光源和光敏元件等组成。基本结构 如图13-6所示。码盘由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码道， 每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分，即亮区 和暗区。码盘构造如图13-7所示，它是一个6位二进制码盘。当 光源将光投射在码盘上时，转动码盘，通过亮区的光线经窄缝 后， 由光敏元件接收。光敏元件的排列与码道一一对应， 对应 于亮区和暗区的光敏元件输出的信号，前者为“1”，后者为“0”。 当码盘旋至不同位置时，光敏元件输出信号的组合，反映出按 一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移大小。

温度传感器的前景及发展方向
温度传感器技术朝着高精度、高可靠性 、宽测量范围、微型化及微功耗方向发展. 并不断开发出一些能在特殊环境下工作的 温度传感器，如可在高低温(一200一 2000℃)、化学腐 蚀性强、电磁干扰严重 的恶劣环境中工作的光纤温度传感器。
Thank you
标准化热电偶的主要性能和特点
热敏电阻温度传感器
热敏电阻是利用半导体（某些金属氧化物如 NiO,MnO2, CuO,TiO2)的电阻值随温度显著变化这一 特性制成的一种热敏元件，其特点是电阻率随温度而 显著变化，一般测温范围：－50 ~ ＋300℃。
壳体
引线
热敏电阻
（a）玻璃罩珠状
（b）片状
（c）垫圈状
数字输出IC温度传感器：带有一个内置参但可以采用自动关闭和单次转换模式 使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从 而将自身发热降到最低。
温度传感器的应用
感测应用： 温度传感器的热转换方式经常被用来测量物理量(如流
量、辐 射、气体压力、气体种类、湿度、热化学反应等)。 这些传感器的测量值都是以热 形式为媒介并以电信号的 方式输出。
温度传感器的应用
生物医学应用： 生物医学的应用必须使用特殊的温度传感器，其中最
重要 的特性是要求低功耗、长期稳定性好、可靠性高以 及在32~44℃之间，精确度小 于0.1℃。
温度传感器的应用
太空应用： 热敏电阻以及硅PN结已经使用于太空温度测量。具有
数字输出功能的智 能温度传感器可应用于未来的卫星设
温度传感器
组员： 赵芮爽 2019210045 白世文 2019210046 侯永涛 2019210047 翟德强 2019210048 宋 莹 2019210049

数字式温度பைடு நூலகம்感器
Digital temperature sensor
2021/7/24
2021/7/24
课程内容 Course Contents
1.1 数字式温度传感器定义 1.2 DS18B20结构与特点 1.3 DS18B20测温原理
2021/7/24
课程内容 Course Contents
2021/7/24
个人观点供参考，欢迎讨论
9~12位数字量方式串行传送
2021/7/24
课程内容 Course Contents
1.1 数字式温度传感器定义 1.2 DS18B20结构与特点 1.3 DS18B20测温原理
1.3 DS18B20测温原理
DS18B20测温原理：
1.3 DS18B20测温原理
DS18B20应用电路：
THANK YOU
2021/7/24
课程内容 Course Contents
1.1 数字式温度传感器定义 1.2 DS18B20结构与特点 1.3 DS18B20测温原理
1.2 DS18B20结构与特点
DS18B20结构：
DS18B20特点： （1）单总线接口实现双向通信 （2）测量温度范围为-55 ~+125℃ （3）支持多点组网功能 （4）掉电保护功能 （5）测量结果即可通过程序设定
1.1 数字式温度传感器定义 1.2 DS18B20结构与特点 1.3 DS18B20测温原理
1.1 数字式温度传感器分类
数字式温度传感器定义： 数字式温度传感器是一种直接将温度变化转换为数字信号，并通过 串行通信方式输出的传感器。 数字式温度传感器分类： 单总线数据格式 三总线数据格式 RS232\485\数据格式 CAN总线数据格式 ZIGBEE数据格式