传感器基本知识

Word文档传感器基本知识一、温度测量的基本概念

温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际有用温标。

摄氏温标（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等份，每等分为摄氏1度，符号为℃。

华氏温标（℉）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等份每等份为华氏1度符号为℉。

热力学温标（符号T）又称开尔文温标（符号K），或肯定温标，它规定分子运动停止时的温度为肯定零度。

国际温标：国际有用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用便利。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际有用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68（REV-75）。但由于IPTS-68温度存在肯定的不捉，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过1990年国际ITS-90，ITS-90温标替代IPS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。

a、温度单位：热力学温度是基本功手物理量，它的单位开尔文，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16，使用了与273.15K（冰点）的差值来表示温度，因此现在仍保留这个方法。依据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可用摄氏度或开尔文来表示。国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度（符号T90）和国际摄氏温度（符号t90）。

b、国际温标ITS-90的通则：ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的即在全量程，任何于温度接受时T的最佳估量值，与直接测量热力学温度相比T90的测量要便利的多，而且更为精密，并且有很高的复现性。

c、ITS-90的定义：

第一温区为0.65K到5.00K之间，T90由3He和4He的蒸汽压与温度的关系式来定义。

其次温区为3.0K到氖三相点（24.5661K）之间T90是氦气体温度计来定义。

第三温区为平蘅氢三相点（13.8033K）到银的凝固点（961.78℃）之间，T90是由铂电阻温度计来定义，它使用一组规定的定义内插法来分度。银凝固点（961.78℃）以上的温区，T90是按普朗克辐射定律来定义的，复现仪器为光学高温计。

二、度测量仪表的分类

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简洁、牢靠、测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，需要肯定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测量元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的放射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。

三、传感器的选用

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并根据肯定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按肯定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满意信息的传输、处理、存储、显示、记录和掌握等要求。它是实现自动检测和自动掌握的首要环节。

（一）、现代传感器在原理与结构上千差万别，如何依据详细的测量目的、测量对象以及测量环境合理选用传感器，是在进行某个量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也可以确定了。

测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

1、依据测量对象与测量环境确定传感器的类型：要进行一个详细的测量工作，首先要考虑采纳何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。由于，即使测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，那一种原理的传感器更为合适，则需要依据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下详细问题：量程的大小；被测位置对传感器的体积要求；测量方式为接触式或非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，是进口还是国产的，价格能否接受，还是自行研制。

2、灵敏度的选择：通常，在传感器的线性范围内，盼望传感器的灵敏度越高越好，由于只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号才比较大有利于信号处理。但要留意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也简单混入，也会被放大系统放大，影响测量精度，因此要求传感器本身具有很高的信躁比，尽量削减从外界引入的厂忧信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器，假如被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

3、频率响应特性：传感器的频率响应特性打算了被测量的频率范围，必需在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有肯定的延迟，盼望延迟越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应依据信号的特点（稳态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。

(二)测温器：

1、热电阻：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。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它不广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

①热电阻测温原理及材料：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。热电阻大都由金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开头采纳铑、镍、锰等材料制造热电阻。

②热电阻测温系统的组成：热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和数码温度掌握显示表等组成。必需留意两点：“热电阻和数码温度掌握显示表的分度号必需全都；为了消退连接导线电阻变化的影响，必需实行三线制接法。”

2、热敏电阻：NTC热敏电阻器，具有体积小，测试精度高，反应速度快，稳定牢靠，抗老化，互换性，全都性好等特点。广泛应用于空调、暖气设备、电子体温计、液位传感器、汽车电子、电子台历等领域。

3、热电偶：热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：

①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质影响。

②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特别热电偶最低-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

③构造简洁，使用便利。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有爱护套管，用起来特别便利。

(1)．热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

(2)．热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。

非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特别场合的测量。

我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

(3)．热电偶冷端的温度补偿

由于热电偶的材料一般都比较珍贵（特殊是采纳贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节约热电偶材料，降低成本，通常采纳补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延长到温度比较稳定的掌握室内，连接到仪表端子上。必需指出，热电偶补偿导线的作用只起延长热电极，使热电偶的冷端移动到掌握室的仪表端子上，它本身并不能消退冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采纳其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必需留意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

四、我国在温控领域的八大进展

我国仪器仪表在实现微型化、数字化、智能化、集成化和网络化等方面紧跟国际进展的步伐，加大具有自主学问产权部分的开发研制及产业化的力度，取得了显著的进展。其中，值得提出的重大科技进展主要包括以下八个方面：

1.先进工业自动化仪器仪表及系统实现了模块化与全数字集成，达到产业化要求，广泛用于钢、电、煤、化、油、交通、建筑、国防、食品、医药、农业、环保等领域，向具有自主学问产权方向迈出了坚实的一步。

2.智能式系列测试仪器与自动测试系统的讨论及产业化水平大幅度提高，组建了航空航天测试、机电产品测试、家用电器测试、地震监测、气象探测、环境监测等各行业的自动测试系统。总体水平达到国外先进产品水平，而售价明显低于国外产品。

3.微波毫米波矢量网络分析仪研制胜利及批量生产，标志着我国成为继美国之后世界其次个能生产此类高精尖仪器的国家。

4.讨论开发出有自己特色的纳米测控及微型仪器，碳纳米管的定向制备及结构与物理性质的探测居世界领先地位。

5.完成完整的电学量子标准和1.5×10－5级国家电能标准装置，使我国电计量标准处于国际先进水平。

6.开展了具有自主学问产权的科学仪器攻关，提升了我国科学仪器的整体水平。

7.建立了产学研相结合、国内外相结合的进展机制，拓宽了科学仪器的应用领域，如开发胜利海关防伪票证的光谱仪器，在全国海关推广后，累计查获假票证价值540亿元，为国家挽回巨大经济损失。国产科学仪器的市场占有率由“八五”期间的13%提高到“九五”末期的25%。

8.高强度聚焦超声肿瘤治疗系统研制胜利并批量生产，超声医疗仪器在肿瘤无创治疗方面具有国际领先优势。

五、液晶屏三怕

（一）、怕水

千万不要让任何带有水分的东西进入LCD。当然，一旦发生这种状况也不要慌张失措。如在开机前发觉只是屏幕表面有雾气，用软布轻轻擦掉就可以了。然后再开机。假如水分已进入LCD，那就把LCD放