传感器的应用和设计

第一篇：传感器的应用和设计

传感器的设计与应用

王皓 信息114 32311416 摘要：随着科学技术的发展，电子技术特别是微电子技术的发展，促进了传感与检测技术的迅速发展，其应用领域也在迅速扩大，从人们日常生活的衣食住行到各种复杂的工程系统随处都可以看到传感与检测技术的实际应用压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、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

关键词:传感器;设计;应用

The design and application of the

transducer

Wanghao Information 114 32311416 Abstract：With the development of science and technology, the development of electronic technology, microelectronics technology in particular, promoted the rapid development of the sensor and detection technology, its application fields are also expanding rapidly, from the daily life of People's Daily life to all kinds of complicated engineering system everywhere can see sensing and detection technology in the practical application of pressure sensor is a industrial practice is most commonly used one kind of sensor, its widely used in various industrial control environment, involved in water conservancy and hydropower, railway transportation, intelligent buildings, production control, aerospace, military industry, petrochemical, oil, electric power, ships, machine tools, pipe, and many other industries, the following is a brief introduction some commonly used sensor principle and its application Key words: Sensor;Design;Application

一、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。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。1.1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，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。

二、电阻应变式传感器---称重传感器

原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。称重传感器可以采用两种不同的输入、输出接线方法：一种是四线制接法，另一种是六线制接法(如图1所示).四线制接法的称重传感器对二次仪表无特殊要求,使用起来比较方便,但当电缆线较长时,容易受环境温度波动等因素的影响;六线制接法的称重传感器要求与之配套使用的二次仪表具备反馈输入接口,使用范围有一定的局限性,但不容易受环境温度波动等因素的影响,在精密测量及长距离测量时具有一定的优势。

在称重设备中，四线的传感器用的比较多，如果要将六线传感器接到四线传感器的设备上时，可以把反馈正和激励正接到一起，反馈负和激励负，接到一起。信号线要注意一点就是，红色和白色在两种类型的传感器上对应的输出信号是不一样的。

三、陶瓷压力传感器原理及应用

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度 >2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

四、电容式传感器---液位传感器

原理：电容式液位传感器系统;它利用被测体的导电率, 通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。

五、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

六、电感式传感器---压力传感器

原理：电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变化可以分为两种:变磁阻和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。变磁阻式压力传感器主要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时，气隙大小改变，即磁阻发生了变化。如果在铁芯线圈上加一定的电压，电流会随着气隙的变化而变化，从而测出压力。在磁通密度高的场合，铁磁材料的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件代替铁芯，压力的变化导致磁性元件的移动，从而磁导率发生改变，由此得出压力值。

七、压电式传感器---薄膜传感器

原理：压电薄膜（PVDF）是一种独特的高分子传感材料，能相对于压力或拉伸力的变化输出电压信号，因此是一种理想的动态应变片，可加工成为高效可靠、低成本的振动传感器、加速度计或动态开关，也可作为高音频(>1kHz)至超声波(可高达100MHz)的高保真传感器。

八、蓝宝石压力传感器原理与应用

利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

九、热电式传感器---红外测温仪

原理：是利用红外辐射的热效应，通过温差电效应、热释电效应和热敏电阻等来测量所吸收的红外辐射，间接地测量辐射红外光物体的温度。

十、压电压力传感器原理与应用

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也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。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。

十一、光导纤维传感器---分布式温度光纤传感器

原理：单片机接收（数据采集卡ＤＳＰ）的信号，确认需要输出的载波信号频率，然后向直接数字合成器（ＤＤＳ）发送指令，直接数字合成器接收该指令后，输出对应频率的正弦波信号，信号经过ＬＤ激光器后得到调制激光，该激光信号分为两路，一路直接输入雪崩二极管ＡＤＤ２，另一路经耦合器后进入传感光纤，即为激光沿测温光纤向前传播的通道。同时耦合器还有一路回波，即反斯托克斯喇曼背向散射光回波通道。

十二、激光传感器原理

激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

激光与普通光不同，需要用激光器产生。激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量激发而跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h 为普朗克常数，v 为光子频率。反之，在频率为v 的光的诱发下，处于能级E2 的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（即粒子数反转分布),就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生大的受激辐射光，简称激光。激光具有3 个重要特性。

高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米。

高单色性，激光的频率宽度比普通光小10 倍以上。高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度

十三、智能传感器---智能温度传感器

原理：各检测单元能独立完成各自功能，并根据主控机的指令对温湿度进行实时采集。主控机负责控制指令的发送，并控制各个检测单元进行温度采集，收集测量数据，同时对测量结果进行整理和显示。其中包括单片机、复位电路、温度检测、报警电路、键盘及显示、报警电路等部分。

低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

下面详细介绍下BP01型压力传感器及其在便携式电子血压计中的应用

概述

BP01型压力传感器是为监测血压而专门设计的,主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装,具有高线性、低噪声和外界应力小的特点;采用内部标定和温度补偿方式,从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性,在全量程范围内,精度为±1%,零点失调不大于±300μV。BP01的主要性能参数

BP01的内部等效电路和外形封装如图1所示;表1所列为BP01在电源电压Vs为5.0V、环境温度TA为25℃时的主要性能参数。

BP01的极限参数如下： ·最大工作电压：20VDC;·最大耐压：1500 mmHg;·工作温度范围：0～70℃;·引脚焊接温度（最大值）：250℃（2～4秒）。基于BP01的电子血压计

3.1工作原理

用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如图2所示,它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器（BP01）组成,该血压计的血压测量范围为0～200mmHg,分辨率为0.1mmHg,工作电源为一节9V迭层电池。现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下： a.偏置电源电路

电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成,A1构成同相放大器,A2构成跟随器,它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs,其Vs的值由下式决定：Vs=Vref（1+R2/R3）

式中：Vref为LM10的内置参考电压。其值为200mV,将此值连同电路中的R2和R3的值代入上式即可求得偏置电压Vs的值为5V。

b.前置处理电路

前置处理电路由A3～A6四个运算放大器组成,其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿;A5构成跟随器,用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲;A4、A6构成放大电路,其增益AV由下式决定： AV=1+（R1/RT）

若忽略失调,前置处理电路的输出电压Vout为：Vout=2（1+R1/RT）VIN 式中：VIN为压力传感器BP01的输出电压。c.显示电路

显示电路选用三位半的显示驱动器。工作时,压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后,由显示驱动电路来驱动LCD,以读出测量的血压值。3.2调试方法

a.零压输出调整

在零压输出时,调整失调电位器RP1,在血压计的显示值为000.0时,即可认为完成了零压输出调整。

b.前置电路增益的调整

压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系,当5V偏置时,在200mmHg压力下的输出为10mV,其对应的显示驱动电路的输入为200mV,因此前置电路的增益AV为200mV/10mV,这样,利用前面Av的计算公式即可反推出增益电阻RT的值。若选取电阻R1为10kΩ,则增益电阻RT应为1.1kΩ。调试时可先用电位器调整输出值,再用万用表测出该电位器的阻值,最后再换成固定电阻。

c.满量程调整

满量程调整时,先在显示电路的输入端加上200mV电压,然后调整电位器RP2,使其读数为199.9mmHg即可。

上调整完成之后,一般应多重复几次,以使显示值可靠地符合精度要求。3.3元器件的选择

为保证测量精度,上述电路的外围元器件的选择也是一个不容忽视的重要环节。一般情况下,电位器RP1、RP2应选用1%精度的金属膜多圈电位器;电阻应选用1%精度的金属膜电阻器;电容一般选用聚脂薄膜或者云母电容。

致谢

传感器的种类和作用多种多样，也有不同的形式，上面介绍的只是冰山一角现在的传感器多的让人数不过来，有些看到后还会让人大吃一惊，感觉相当奇妙，一个好的传感器，关键是要有好的电路设计和思路，这样才能设计出好的传感器，才会有更好的应用。参考文献

[1] 赵继文.传感器与应用电路设计[M].北京:科学出版社,2002.[2] 沈聿农.传感器及应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.[3] 郁有文.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.[4] 周乐挺.传感器与检测技术[M].北京:机械工业出版社,2005.[5] 王俊峰,孟令启.现代传感器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.[6] 杨清梅,孙建民.传感器与测试技术[M].哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社,2005.[7] 高晓蓉.传感器技术[M].成都:西南交通大学出版社,2003.[8] 武昌俊.自动检测技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.[9] 王亚峰,何晓辉.新型传感器技术及应用 [M].北京:中国计量出版社,2009.[10]张子栋,吴雪冰,吴慎山.智能传感器原理及应用.河南科技学院学报(自然科学版),2008,2(36):116~119.[11]明光照,李鸥,张延军.基于无线传感器网络的智能家居系统设计.通信技术,2009,2(42):233~237.[12]金发庆.传感器技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2006.

第二篇：传感器设计及应用实例论文

压力传感器（压力变送器）的原理及应用

概 述：压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、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

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。

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，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。来源: http://tede.cn

2、陶瓷压力传感器原理及应用

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度 >2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

3、扩散硅压力传感器原理及应用

工作原理

被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。来源:www.xiexiebang.com

4、蓝宝石压力传感器原理与应用

利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。

蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。

用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。

传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。

5、压电压力传感器原理与应用

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也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。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。

BP01型压力传感器及其在便携式电子血压计中的应用

介绍了德利康公司的BP01型压力传感器的主要性能和参数给出了一个用BP01作传感器组成的便携式电子血压计的实际电路,并对该应用电路的工作原理进行了说明,同时给出了该便携式电子血压计电路的设计和调试方法。概述

BP01 型压力传感器是为监测血压而专门设计的,主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装,具有高线性、低噪声和外界应力小的特点;采用内部标定和温度补偿方式,从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性,在全量程范围内,精度为±1%,零点失调不大于±300μV。BP01的主要性能参数

BP01的内部等效电路和外形封装如图1所示;表1所列为BP01在电源电压Vs为5.0V、环境温度TA为25℃时的主要性能参数。

BP01的极限参数如下：

·最大工作电压：20VDC;

·最大耐压：1500 mmHg;

·工作温度范围：0～70℃;

·引脚焊接温度（最大值）：250℃（2～4秒）。基于BP01的电子血压计

3.1工作原理

用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如图2所示,它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器（BP01）组成,该血压计的血压测量范围为0～200mmHg,分辨率为0.1mmHg,工作电源为一节9V迭层电池。现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下：

a.偏置电源电路

电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成,A1构成同相放大器,A2构成跟随器,它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs,其Vs的值由下式决定：

Vs=Vref（1+R2/R3）

式中：Vref为LM10的内置参考电压。其值为200mV,将此值连同电路中的R2和R3的值代入上式即可求得偏置电压Vs的值为5V。

b.前置处理电路

前置处理电路由A3～A6四个运算放大器组成,其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿;A5构成跟随器,用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲;A4、A6构成放大电路,其增益AV由下式决定：

AV=1+（R1/RT）

若忽略失调,前置处理电路的输出电压Vout为：

Vout=2（1+R1/RT）VIN

式中：VIN为压力传感器BP01的输出电压。

c.显示电路

显示电路选用三位半的显示驱动器。工作时,压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后,由显示驱动电路来驱动LCD,以读出测量的血压值。

3.2调试方法

a.零压输出调整

在零压输出时,调整失调电位器RP1,在血压计的显示值为000.0时,即可认为完成了零压输出调整。

b.前置电路增益的调整

压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系,当5V偏置时,在200mmHg压力下的输出为10mV,其对应的显示驱动电路的输入为200mV,因此前置电路的增益AV为200mV/10mV,这样,利用前面Av的计算公式即可反推出增益电阻RT的值。

若选取电阻R1为10kΩ,则增益电阻RT应为1.1kΩ。调试时可先用电位器调整输出值,再用万用表测出该电位器的阻值,最后再换成固定电阻。

c.满量程调整

满量程调整时,先在显示电路的输入端加上200mV电压,然后调整电位器RP2,使其读数为199.9mmHg即可。

上调整完成之后,一般应多重复几次,以使显示值可靠地符合精度要求。

3.3元器件的选择

为保证测量精度,上述电路的外围元器件的选择也是一个不容忽视的重要环节。一般情况下,电位器RP1、RP2应选用1%精度的金属膜多圈电位器;电阻应选用1%精度的金属膜电阻器;电容一般选用聚脂薄膜或者云母电容。结束语

在使用压力传感器BP01和其它器件设计便携式电子血压计时,应注意的是：对于不同的偏置电压,其输出也不同,因而前置处理电路的增益应做相应的调整,以满足满量程的不同要求。

第三篇：传感器应用总结

传感器应用总结

信息社会高速发展的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切。作为信息提取的功能器件——传感器同人们的关系越来越密切。小到智能手机，大到地震海啸预警，传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域。传感器种类繁多，其原理也各种各样。传感技术是一门知识密集型技术，它与许多学科相关，传感器技术已经成为各个应用领域，特别是电子信息工程、电气工程、自动控制工程、机械工程等领域中不可缺少的技术。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。下面，我将对所学传感器的应用做一个简要的总结。

传感器是在非电量测量中，能够实现非电量转化为电量的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。（如图1）在自动检测和自动控制环节，传感器是必不可少的，没有传感器对数据的精确测量，必然不会实现对信号的控制及显示。因此，传感器在工业生产以及日常生活中应用广泛。非电量 敏感元件

非电量

传感元件

电量

转换电路

电量 热电偶传感器

图1

1.1 N型热电偶在主蒸汽温度测量中的应用

近年来，N型热电偶在火电厂得到了广泛的应用。N型热电偶在中子辐射环境下具有良好的稳定性, 是因为N型热电偶去除了易蜕变元素Mn、Co等。因此,N型热电偶具有很好的耐核辐射的能力。在一个机组主蒸汽管道上放一个温度保护套管，将N型热电偶放入其内部，测量的温度将其转化为电动势，通过控制电动势来控制温度。

1.2 热电偶对爆炸产物的热响应应用

在炸药的爆炸过程中，温度变化极快，数值极高，且为非稳态传热，冲击波的传播速度远大于热流的传播速度，热电偶技术的迅速发展为研究瞬态热作用提供了简便可靠的测试方法。热电偶温度传感器将温度信号转换为电压信号，经直 流电压放大器放大后通过A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号。采集系统将给出电压值，其变化反映热电偶温度值的变化。数据采集后对信号加以滤波处理，然后根据分度表进行温度转换。

1.3 薄膜热电偶传感器测高温物体表面温度

薄膜热电偶(T F T C)作为固体表面温度传感器具有许多优点，其很小的质量使其对表面热传导的干扰极小，对于大多数实际测量而言，被测点的这一热变化是微乎其微的；由于厚度仅为1um 的薄膜对于多数对流换热应用来说尺寸很小，所以薄膜热电偶与被测表面之间的对流换热变化也极其微小。另一方面，由于自身构造上的特点，薄膜热电偶传感器可以贴在某些需要测量温度但又不方便直接测温的物件上。压电传感器

2.1 车辆行驶称重

压电传感器检测经过轮胎施加到传感器上的压力，产生成正比的模拟电压、信号,输出压力信号的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同。每当一个轮胎经过传感器时，传感器就会产生一个新的电子脉冲,压电传感器在行驶中称重(WMI)的检测原理是对受力产生的信号积分。2.2 实现超声振动系统的频率自动跟踪

在振动系统设计中加入压电传感片，压电传感片保持与系统谐振。由于压电效应，谐振时压电传感片两端会产生电荷，形成感应电压。这种电压大小与振动强弱成正比，通过检测电压值就能知道振动幅值的大小。感应电压最大值的频率点即为系统谐振点，通过搜寻感应电压最大值就能实现频率自动跟踪。2.3 环境监测

2.3.1压电石英晶体微天平(QCM)压电传感器

当一层外来物沉积于石英晶体表面时,晶体的表面质量增加,从而引起谐振频率的变化。

2.3.2 表面声波(S∧W)压电传感器

S∧W压电传感器是利用表面声波原理实现质量测定的。当ST切型石英晶体中电极的交叉阵列产生局部形变时,后者以机械波传递至接受器阵列,发出的波与任何表面材料的相互作用均能改变S∧W的速度和振幅,于是能定量测定沉 积物的质量。

2.4 确保刀具工作在安全振幅范围内

通过压电传感片返回的电压值大小,系统可以推算出刀具的工作振幅。预先设定安全振动幅值,限制输出功率的大小,就能起到保护刀具的作用。实际采用这种措施以后,刀具的工作寿命得到明显提高。这主要是因为刀具刀齿造成应力高度集中,如不限制振幅,空载或轻载时刀具振幅过大,刀齿的应力超过了安全许可界限,在超高周疲劳情况下很快就达到疲劳极限,引起刀具断裂。电阻传感器

3.1应变式压力传感器

这种传感器可以测量气体或液体压力。当气体或液体压力作用在薄板承压面上时，薄板变形，粘贴在另一面的电阻应变片随之变形，并改变阻值。这时测量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。此外，它还可以用来制造测量高度、密度、速度的仪表。应变式压力传感器常见的结构有筒式、膜片式和组合式等。3.2 应变式加速度传感器

这种传感器的基本结构由悬臂梁、应变片、质量块、机座外壳组成。悬臂梁（等强度梁）自由端固定质量块，壳体内充满硅油，产生必要的阻尼。当壳体与被测物体一起作加速度 a 运动时，质量块因为在惯性作用下保持相对静止，从而给悬臂梁一个与运动方向相反的作用力，使梁体发生形变，粘贴在梁上的应变片阻值发生变化，电桥平衡被破坏，电桥输出电压。通过测量阻值的变化求出待测物体的加速度。3.3 热电阻式温度传感器 3.3.1 金属热电阻传感器

对于金属导体而言，在一定的温度下，物质的电阻随电阻率的变化而变化，可以把温度对电阻率的影响反映到电阻上，即温度变化会导致电阻变化，从而测出温度变化。

3.3.2 半导体热电阻传感器

半导体是一种晶态固体，其原子结构较为特殊，外层的电子运动时既不像金属导体那样容易脱离原轨迹，也不像绝缘体那样束缚的很紧，这就决定了它的导电特性介于金属导体和绝缘体之间。其导电机理与材料内价电子以及掺人的杂质 有关。电阻取决于掺杂的种类和浓度，并随温度而变化，通过测量电阻的变化而得到温度的改变。电感式传感器

4.1 自感式传感器

自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，用来测量位移。自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式两种结构形式。

线圈的自感量等于线圈中通入单位电流所产生的磁链数，只要被测非电量能够引起空气隙长度或等效截面积发生变化，线圈的电感量就会随之变化。自感式传感器的测量电路用来将电感量的变化转换成相应的电压或电流信号，以便供放大器进行放大，然后用测量仪表显示或记录。自感式传感器用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚度、压力、流量、液位等非电量。4.2 差动变压器式传感器

差动变压器式传感器是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出，这样二次电压的相位和零点残余电压都不必考虑。

差动整流电路同样具有相敏检波作用，两组（或两个）整流二极管分别将二次线圈中的交流电压转换为直流电，然后相加。由于这种测量电路结构简单，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响，且具有分布电容小和便于远距离传输等优点，因而获得广泛的应用。但是，二极管的非线性影响比较严重，而且二极管的正向饱和压降和反向漏电流对性能也会产生不利影响，只能在要求不高的场合下使用。

一般经相敏检波和差动整流后的输出信号还必须经过低通滤波器，把调制的高频信号衰减掉，只允许衔铁运动产生的有用信号通过。

差动变压器不仅可以直接用于位移测量，而且还可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、压力、张力、比重和厚度等。4.3 涡流式传感器

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，这种现 象称为电涡流效应。

根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点，应用极其广泛。

线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。

而电涡流效应既与被测体的电阻率ρ、磁导率μ以及几何形状有关，又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率有关，还与线圈与导体间的距离x有关。因此，传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为Z=F（ρ，μ，R，x）。

涡流式传感器的特点是结构简单，易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强。利用位移x作为变换量，可以做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器，也可做成接近开关、计数器等。利用材料电阻率作为变换量，可以做成测量温度，材质判别等传感器。利用导磁率作为变换量，可以做成测量应力，硬度等传感器；利用变换量x、、等的综台影响，可以做成探伤装置。电容传感器

5.1电容式位移传感器

电容式位移传感器可以实现非接触测量，用来测量各种导电材料的间隙、长度、尺寸或位置、振动位移等。CapaNCD(非接触电容位移传感器)测量原理的基础在于理想平板电容的构成，两个平板电极由传感器和相对应的被测体组成，当恒定的交流电加在传感器电容上时，传感器产生的交流电压与电容电极之间的距离成正比，交流电压经检波器，与一个可设置的补偿电压叠加，经放大，作为模拟信号输出。capaNCDT610是一个精密的单通道系统,它由电容位移传感器，传感器电缆和处理信号的前置器组成，用户可以在现场用二点线性化方法校准。这种传感器的特点是工作时无磨损，免维修、对被测体没有作用力、具有高的零点稳定性和精度、与被测体导电性能以及导电性能变化无关而且几乎不受温度影响。capaNCDT610可输出0～10V的电压，在牺牲精度的情况下，测量范围还可 以扩大2～3倍。5.2电容式物位传感器

电容式物位传感器有两个导电极板(通常把容器壁作为一个电极)，由于电极间是气体、液体或固体而导致静电容发生变化，因而可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式,即棒状、板状和线状,其工作温度、压力主要受绝缘材料的限制。电容式物位传感器可以采取微机控制，实现自动调整灵敏度,并具有自诊断功能,同时能够检测敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的故障等，并可以自动报警，实现高可靠性的信息传递。由于电容式传感器无机械可动部分，且敏感元件简单，操作方便，是目前应用最广的一种物位传感器。5.3固态电容式指纹传感器

传感器技术的发展，人们利用电容式传感器对指纹进行识别，从而识别人的身份，可靠性大大提高，广泛应用于养老金领取、人事工资管理、银行柜员身份确认等很多场合。目前市场上有两种固态指纹传感器，第一种是单次触摸型传感器，要求手指在采集区进行可靠的触摸；第二种则需要用手指在传感器表面擦过，传感器会采集一套特定的数据进行快速分析和认证。这两种指纹传感器都是利用指纹中凸起的部分置于传感器电容像素电极时电容量会有所增加，从而通过检测增加的电容来进行数据采集的。目前这两种指纹传感器都得到了广泛的应用。

6光电传感器

6.1 烟尘浊度监测仪

为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

6.2感烟传感器(火灾报警器的一部分)由红外发光二极管及光电三极管组成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在无烟状态时，光电三极管接收不到红外线；当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾粒子进入感烟传感器时，由于红外线受烟雾粒于折射作用，光电三极管接收到红外线，给出烟雾报警信号。6.3 光控大门

光控大门需要要用到一种电子元件——干簧继电器，它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈内有电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态，线圈内没有电流时，磁场消失，瓷片在弹力的作用下，回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接在干簧管的电路中，那么夜间汽车开到大门前，灯光照射光敏电阻时，干簧继电器接通电动机电路，电动机带动，大门打开。6.4 液位检测

在液体未升到发光二极管及光电三极管平面时，红外发光二极管发出的红外线不会被光电三极管接收；当液位上升到发光二极管及光电三极管平面时，出于液体的折射，光电三极管接收到红外信号由此获得液位信号。6.5电影放音

拍摄电影时的配音，是把声音信号转换为光信号，用明暗不同的条纹记录在胶片边缘的声带上。在放映电影时，光源发出的光通过移动的声带后发生了强弱的变化，并被光电管所接收，光电管把强弱变化的光相应地转变为强弱变化的电流，经放大器放大后，由扬声器放出声音。6.6 转速测量

在工业生产中，对转速的检测应用的非常多，尤其是在电机控制领域，将光电传感器应用到转速测量里是运用将转速变换成光通量的变化，再经过光电元件转换成电量的变化即可得到转速的原理。

首先在被测的转动轴上装上光电编码器，它是由光栅盘和光电检测装置组成，编码器随轴转动，当光线通过编码器的夹缝时，光电检测装置就会产生一个电脉冲，转轴连续转动，光电元件就输出一列与转速成正比的电脉冲数。在孔X或齿Y数一定时，脉冲数就和转速成正比。如果调制盘上的孔数为x，测量的时间为t 秒，脉冲数为N，此时被测转速为n(r/min)为：n=60N/xt。

7霍尔传感器

7.1 霍尔式汽车点火器

这种点火器与传统点火器不同,具有点火能量高、高速点火可靠、故障率低、耗油省等优点。霍尔式电子点火系统主要由点火信号发生器、电子点火组件、点火线圈、点火开关和蓄电池等组成。点火信号是由分电器中的霍尔传感器提供的。将开关型霍尔传感器固定在分电器外壳内侧，当分电器的转轴转动时,就带动叶片一起转动，叶片里面有磁铁,且叶片上开有窗口,因此霍尔器件所处磁场的磁场强度大小是突变的，其输出电压也突变,输出为脉冲信号。当汽车气缸中的活塞运行到达上止点时，霍尔电路输出低电平，从而改变了电流方向而流入霍尔电路，故晶体管截止。储存在电感中的磁能就在电路中振荡起来,形成200V以上的交流电压。此电压经点火线圈升压后产生高压电送至相应气缸的火花塞产生电火花，点燃气缸中的燃油。随着汽车发动机旋转,上述过程周而复始。7.2磁场的测量

由霍尔效应可知，当控制电流I0保持不变时,霍尔电势UH与所感受到的磁感应强度B成比例关系，所以，霍尔传感器所处位置的磁感应强度不同,输出的电压值就不同。根据输出电压的大小可测出磁感应强度的值。将霍尔传感器放置在不同的位置，由于磁感应强度不同，将输出不同的电压信号。7.3位移的测量

霍尔电势与位移量x成线性关系，并且霍尔电势的极性反映了元器件位移方向。同时还表明,当x=0时，U=0。利用这一特点可把作微量移动的物体与霍尔传感器固定在一起，当物体在均匀变化的磁场中相对B=0的位置(磁场的中心)发生x的位移量时霍尔传感器输出一定的电压信号,根据信号的大小和方向可测出物体移动的大小和方向。7.4不等位电势测量

测量不等位电势时,按照不等位电势的概念进行,使得霍尔元件位于同极性相对放置两块永久磁钢的正中间,不使用电气零位(RW1为零),直接测量霍尔元件的输出电压,约40mV。

第四篇：温度传感器的特性及应用设计

08电子李建龙081180241061 温度传感器的特性及应用设计

集成温度传感器是将作为感温器件的晶体管及其外围电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器。这类传感器已在科研，工业和家用电器等方面、广泛用于温度的精确测量和控制。

一、目的要求 1． 2． 测量温度传感器的伏安特性及温度特性，了解其应用。

利用AD590集成温度传感器，设计制作测量范围20℃～100℃的数字

显示测温装置。3． 4． 对设计的测温装置进行定标和标定实验，并测定其温度特性。写出完整的设计实验报告。

二、仪器装置

AD590集成温度传感器、变阻器、导线、数字电压表、数显温度加热设备等。

三、实验原理图

AD590

R=1KΩ

E=（0-30V）

四、实验内容与步骤

㈠测量伏安特性――确定其工作电压范围 ⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。

⒉注意，温度传感器内阻比较大，大约为20MΩ左右，电源电压E基本上都加在了温度传感器两端，即U＝E。选择R4＝1KΩ，温度传感器的输出电流I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。

⒊在0～100℃的范围内加温，选择0.0、10.0、20.0……90.0、100.0℃，分别测量在0.0、1.0、2.0……25.0、30.0V时的输出电流大小。填入数据表格。

⒋根据数据，描绘V～I特性曲线。可以看到从3V到30V，基本是一条水平线，说明在此范围内，温度传感器都能够正常工作。

⒌根据V～I特性曲线，确定工作电压范围。一般确定在5V～25V为额定工作电压范围。

㈡测量温度特性――确定其工作温度范围

⒈按图连接好线路。选择工作电压为10V，输出电流为I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。

⒉升温测量：在0～100℃的范围内加热，选择0.0、10.0、20.0……90.0、100.0℃时，分别同时测量输出电流大小。将数据填入数据表格。

注意：一定要温度稳定时再读输出电流值大小。由于温度传感器的灵敏度很高，大约为k=1μA／℃，所以，温度的改变量基本等于输出电流的改变量。因此，其温度特性曲线是一条斜率为k=1的直线。⒊根据数据，描绘I～T温度特性曲线。

⒋根据I～T温度特性曲线，求出曲线斜率及灵敏度。

⒌根据I～T温度特性曲线，在线性区域内确定其工作温度范围。㈢实验数据: ⒈温度特性

结论：

由IT特性曲线可知：AD590的灵敏度为：K=1 μΑ/ ℃； 工作温度范围大于20 ℃ ～100 ℃。⒉伏安特性

由V～I特性曲线可知：温度传感器工作电压从3V到30V。（一般确定为：5V～30V）

四、探索与设计

㈠利用温度传感器，设计一个数码显示温度计

用AD590集成温度传感器制作一个热力学温度计，画出电路图，说明调节方法。

原理图 ⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。

⒉绝对零度定标：将电源负极C端认为是绝对零度T0＝－273.15℃，将电路B端认为是0℃，则从C到B，温度每变化1℃，压变化1mV，所以，UBC＝273.15mV。因此，调整R2、R3电阻大小，使UBC＝273.15mV。这就是绝对零度定标。⒊室温TS定标：同理，将温度传感器放置于室温为TS的水中，认为电路A端是TS℃。因此，应当有UAB＝│TS│mV。调整R4电阻大小，使UAB＝│TS│mV。这就是室温TS定标。

⒋升温测量：如将表头分度值标定为1℃，就从0℃开始，每升高1℃测量一次输出电压（电流）大小。如将表头分度值标定为5℃，就从0℃开始，每升高5℃测量一次输出电压（电流）大小。

⒌将升降温的数据填入数据表格，准备数据处理。

⒍根据数据，描绘（电压～温度）V～T特性曲线。根据V～T特性曲线，将数字式（或指针式）电压表重新标定为温度表。

⒎温度计的改装

: 根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温度计,间隔为5 ℃

㈡利用温度传感器设计温差温度计 ⒈原理图:

⒉温差温度计的调节方法: 按A图用回路法接好电路

绝对零度定标:将C端认为是绝对零度-273.15 ℃,将B端认为是0 ℃.调整R2,R3电阻的大小（实验如图标记）,使UBC=273.15mV 室温TS定标:将两个传感器置于室温TS的水中,认为A、D端是TS=20 ℃.调整R4、R5的大小（实验如图标记）,使UAB= UDB =20mV 再按B图接好电路

升温测量:将D端温度保持室温(20 ℃),A端每升高5 ℃测量一次输出电压 根据数据,绘制V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计 ⒊温差温度计的改装: 改装: 根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计,间隔为5 ℃㈢创新设计的优缺点: 优点: AD590互换性好,抗干扰能力强,温度与电压呈良好的线性关系,精度高

加热设备采用水浴加热,可以防止极间短路;试管中加入煤油,保证AD590与杜瓦瓶中水之间有良好的热传递 缺点: AD590的灵敏度可能不是严格的1 μA/ ℃,使温度计误差增大 升温测量中,温度不好控制

由于条件限制,温度计只能从室温开始测温 温度计表头分度值为5 ℃,灵敏度比较小

温差温度计的升温测量的间隔温度为5 ℃,灵敏度比较小

第五篇：传感器的应用论文

文献检索与科技论文写作

结 课 作 业

姓名：安 班级： 学号： 滨

2013级本科三班

201315110101

光纤温度传感器的设计

光纤温度传感器的设计

论文分析：

意义：光纤传感技术是一门新兴的应用物理技术，它在石油、通信、化工检测以及各种参量测量方面具有许多独特的优点，有广阔的应用前景。近年来，光纤技术已逐渐渗透到各研究领域，其应用范围日渐广泛。随着光纤传感系统在国防军事、航空航天、工矿企业、土木建筑、能源环保、生物医学、计算测量、自动控制等各领域的应用，对光纤传感系统的性能也不断提出新的要求。光纤温度传感器特别适用于易燃易爆的工作环境，从而弥补了传统的点温度传感器的不足。主要内容及研究思路：本文从光纤的基础入手，首先介绍了光纤的基础知识，然后结合传感器引入了光纤温度传感器的定义，分类及工作原理。本课题研究的是一种非功能性光纤温度传感器，它是利用高度敏感的双金属片作为感温元件，金属片的变化改变了光纤的通光强度。

目标：光纤温度传感器可以达到不但测温对象广，从监测相对低温的生物过程到监测高温的发动机零件，而且测量准确度、灵敏度高，抗电磁能力强，传输距离远，使用寿命长，价格相对低廉，使用更加经济。今后光纤温度传感器研究方向将会进一步提高传感器的精度、可靠性；提高抗干扰能力、稳定性，并简化器件结构，降低成本。

光纤温度传感器的设计

目 录

第1章 前 言

1.1选题背景及研究意义 1.2光纤传感器国内外研究现状 1.3光纤传感器及其组成与分类 1.4本论文的主要内容 第2章 光纤温度传感器理论 2.1光纤基础知识介绍 2.2热敏元件双金属片工作原理 2.3光纤探头的原理

2.4纤端光场的光强分布函数选取

2.5光纤温度传感器的特点及应用 第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤 3.1 实验原理

3.2实验主要设备和材料 3.3实验搭建与调试 第4章 实验结果分析

4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比 4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法 4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定 第5章 结论与展望

5.1 实验结论

5.2光纤温度传感器存在的不足和展望 参考文献 致谢

光纤温度传感器的设计

第1章 前言

1.1 选题背景及研究意义

1.2光纤传感器国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 光纤传感器及其组成与分类

1.4 本论文的主要内容

本文所采用的温度变换器为U型双金属片，依据双金属片的位置随温度的变化而变化的原理，利用双金属片的纵向位置改变来调制光纤探头接收到的光强，从而实现温度对光强的间接调制。与传统的指针式双金属片温度计相比，本传感器具有快速、灵敏、便于实现与计算机接口连接等优点。研究从基本的概念入手。

光纤温度传感器的设计

第2章 光纤温度传感器理论

2.1光纤基础知识介绍

2.1.1 光纤的结构和分类

2.1.2 光纤的传输原理

2.2热敏元件双金属片工作原理

2.2.1 双金属片弯曲机理及其选取

2.2.2 双金属片得到选取及其补偿和调制机理

光纤温度传感器的设计

2.2.3双金属片温度变换对位移的补偿机理及其位移的计算

2.3光纤探头的原理

2.3.1 光纤反射式调制原理及与光强分布的关系

2.3.2 光纤传输信号准共路理论

2.4纤端光场的光强分布函数选取

2.5光纤温度传感器的特点及应用

光纤温度传感器的设计

第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤

3.1 实验原理

3.2实验主要设备和材料

3.3实验搭建与调试

3.3.1 LED光源I-P特性曲线测试

3.3.2 反射式光纤位移传感实验

3.3.3 光纤温度传感器实验

光纤温度传感器的设计

第4章 实验结果分析

4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比

4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法

4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定

光纤温度传感器的设计

第5章 结论与展望

5.1 实验结论

5.2光纤温度传感器存在的不足和展望

光纤温度传感器的设计

参考文献

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致 谢