传感器原理及应用的基础课程

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。

TNOLOGYTRND一、引言随着电子计算机、机器人、自动控制技术等技术的迅速发展,信息技术正在日新月异地经历着深刻的变革,给人们的生产、生活正带来巨大的变化。科技越发达,自动化程度越高,人们对传感器的需求也越多,依赖程度也越强烈。传感器是信息采集习题的首要部件,是实现现代化测量和自动控制的的主要环节,是现代信息产业的源头,又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。当今社会是信息化的社会,传感技术与信息技术、计算机技术并列称为支撑现代信息产业的三大支柱。在信息产业发展的过程中起着及其重要的作用。可以设想,若没有精度高和性能可靠的传感器,没有先进的传感器技术,那么信息的准确获取将无从谈起,信息技术与计算机技术将成为无源之水。传感器技术成为现代科学领域中一门极其重要的学科。《传感器原理与应用》也成为自动控制、电子信息等专业的专业课。但是传感器这门课程又有其自身的特点:(一)课程内容分散,缺乏系统性和连续性在实际应用中,传感器作为“感觉器官”,是将压力、温度、位移量等信息(或者被测量)转化成电信号。而这些转化是利用物理学、化学、生物学现象和效应来进行的,被测量转化成电信号的方式是各种各样,也就是说各类传感器的工作原理不同。因此本课程信息量大,涉及的范围也比较广,并且各章节的教学内容相对独立,缺乏连续性和系统性。(二)实践性强由于传感器的实际应用十分广泛,大至数控机床、汽车,小至家用电器中都有传感器。因此这门课程与实践结合非常紧密。二、教学的改革根据自己对《传感器原理与应用》这门课程的理解,我对该课程进行了如下教学思考:将该课程采取“理论教学模块”和“实践教学模块”相结合的教学体系结构。理论教学模块部分主要采取课堂教学为主,重点教授该课程教学大纲的基本要求的内容。(一)教学内容上要保证重点突出1)传感器的总类很多,学生必须首先知道各种传感器的定义,比如:应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、半导体传感器、光学及微波传感器等。2)学生还必须掌握传感器的工作原理,传感器作为“感觉器官”,是将压力、温度、位移量等信息(或者被测量)转化成电信号。而这些转化是利用物理学、化学、生物学现象和效应来进行的,被测量转化成电信号的方式是各种各样,也就是说各类传感器的工作原理不同。3)由于传感器的实际应用十分广泛,与实践结合非常紧密,所以学生掌握传感器在生产和生活中的应用也是十分必要的。在教材中涉及的传统传感器内容丰富、全面,且按照理论与实践相结合的原则介绍,力求讲清传统传感器原理内部机理、传感器应用的外特性等,但是,但是从工程实践出发,传统的传感技术已经愈来愈不能满足生产实践的需要,所以授课教师可以在教学内容方面,把握重点、难点和新技术的动态,及时补充反映新的传感技术的内容,力求使学生了解传感器前沿发展。比如一些先进的光学传感器及生物传感器等。在理论课堂上可以采用一些辅助教学手段,如多媒体课件。利用动画、声音、图片等形式帮助学生理解相关难点知识。比如介绍压电式的传感器,在对其工作原理的讲解的时候,可以结合动画进行讲解,这样,学生就很容易掌握其工作原理,收到比较好的教学效果。再如利用涡流效应的一类传感器,通过图片形象直观的演示,可以很快就为学生所理解和接受。(二)实践教学模块1)《传感器原理与应用》课程具有配套的传感器实验。大多数学校是在理论课完成后,安排一点时间做些实验,这时有些学生对理论部分的内容可能已经生疏或淡忘,实验的效果大打折扣。另外实验主要也是对传感器参数的测试,演示性和验证性的实验居多,功能性、综合性的实验较少。实验不涉及或者较少涉及传感器实际应用中比较常见到的一些问题,比如:如何进行传感器的选择、安装,以及传感器的连接方式等等。这些实验对学生的专业应用能力的提高作用不是很大。2)根据目前实验教学存在的问题以及传感器实验教学的特点,在传感器实验教学的方法和内容上做了一些有意义的尝试与探讨。比如:把一些好的课题项目引入到传感器原理实验教学中,作为学生的实验背景,课题项目通常具有一定实际的市场需求,所以往往比纯粹的验证性实验更具有吸引力。在完成课题的时候,学生会发现问题,及时请教教师,通过与教师的交流或者与其它学生的讨论解决问题,营造出比较融洽的教学氛围。这样,提高了学生学习的主动性,发挥了他们作为学习主体的作用。在课题教学中也可以对学生进行分组,以小组为单位完成课题。通过这种方式使学生学会分工合作,遇到问题相互讨论切磋。通过团队协作才能更好地完成课题,培养了学生良好的合作能力和团队意识。另外就是学校可以配合学生加大实验室的开放力度,鼓励学生多走进实验室,多动手,提高自己的实践能力。三、结束语教育的目的就是培养出实践能力强,能够适应市场需要的人才。教师在教学过程中帮助并指导学生利用学习资源,为学生营造一个积极、主动的学习氛围,有助于学生理解所学的知识并发现他们所学知识的意义。对《传感器原理与应用》的教学改革仅仅是进行了一次小小的改革,这次改革使我们看到理论实践一体化教学的优势,今后我们还需要不断的优化教学,根据市场需求对学生知识结构的要求,设计出更多的与传感器相关的实际应用的课题,给学生提供更多更好的动手锻炼的机会,把知识传授的过程变成学生主动探究、动手动脑、团结合作、体验成功的过程,提高学生的综合技术应用能力,使学生更快更好地掌握传感器技术,更好地应用这门技术。《传感器原理与应用》课程的教学改革张文(南京理工大学泰州科技学院,江苏泰州225300)[摘要]《传感器原理与应用》课程是自动控制、电子信息等专业的一门重要专业基础课程。针对本课程的教学内容和特点,在该课程的教学上进行探索,对教学内容、教学方法实施一系列的改革措施,对调动学生的积极性、提高教学效果,起到了很好的作用。[关键词]传感器;教学内容;教学方法;改革

复 习

一、填空（在下列括号中填入适当的词汇，使其原理成立）

1、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是 常数 。

2．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的 电荷 与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片 几何尺寸 和面积无关。

3、有源滤波器由集成运放和__ RC网络__ 组成。

4、采用热电阻作为测量温度的元件是将 温度 的测量转换为电阻 的测量。

5、单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、 铁磁性外壳和可沿线圈轴

向 移动的活动铁心 。

6、被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 变压器

的基本原理制成的，其次级绕组都用 同名端反向 形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

7．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙 尺寸 发生相对变化，从而导致圈 磁阻 的变化。

8、动态标定的目的，是检验测试传感器的 动态性能 指标。

9、在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表__ 材料压阻系数 。

10、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是 CU50 ，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是 镍铬 。

11、红外图像传感器由红外敏感元件和 电子扫描 电路组成。

12、空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用 差动 式电容传感器。

13、当半导体材料在某一方向承受应力时，它的 电阻率 发生显着变化的现象称为半导体压阻效应。

14．影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是 导电材料几何尺寸的变化 。

15．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用细分

技术。

16．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的 接地端

传感器原理及应用课程设计报告

题 目：电视机遥控器检测仪

* 名： ***

系 别： 电子科学系

班 级： 08电科（1）班

学 号： *********

日 期： 2010年12月28日

指导老师： * * *

1.光电三极管工作原理

光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电器件，它本身具有放大功能。常见的光电三极管外形如图l所示，文字符号表示为VT或V。

目前的光电三极管是采用硅材料制作而成的。这是由于硅元件较锗元件有小得多的暗电流和较小的温度系数。硅光电三极管是用N型硅单晶做成N—P—N结构的。管芯基区面积做得较大，发射区面积却做得较小，入射光线主要被基区吸收。与光电二极管一样，入射光在基区中激发出电子与空穴。在基区漂移场的作用下，电子被拉向集电区，而空穴被积聚在靠近发射区的一边。由于空穴的积累而引起发射区势垒的降低，其结果相当于在发射区两端加上一个正向电压，从而引起了倍率为β+1(相当于三极管共发射极电路中的电流增益)的电子注入，这就是硅光电三极管的工作原理。

光电三极管现已发展成为一类特殊的半导体隔离器件。它体积小、寿命长、无触点、抗干扰、能隔离,并具有单向信号传输和容量连接等功能。

美、日两国生产的以红外发光三极管和光敏器件管组成的器件为主,该类器件大约占整个美、日两国生产的全部光电耦合器的60%左右。因为这种类型的器件不仅电流传输效率高（一般为7～30%）,而且响应速度比较快（2～5μs）,因而能够满足大多数应用场合要求。日本横河电机公司用GaAsP红外发光二极管作输入端,PIN光电二极管作接收端制成的三种高速光电耦合器的绝缘电压都在3000伏以上,其中5082—43610型超高速数字光电三极管和5082—4361型高共模抑制型光电三极管的响应速度均可达到10Mb/s,它们的电流传输效率高达60%以上。美国莫托罗拉公司生产的4N25、4N26、4N27型光电耦合器属于三极管输出型光电耦合器[2],这种光电耦合器具有很高的输入、输出绝缘性能,其频率响应可达300kHz,而开关时间只有几微秒。