传感器第次课环境量检测传感器

传感器第次课环境量检测传感器第1页，课件共109页，创作于2023年2月环境量检测传感器将环境量的物质特性（如温湿度、气体、和离子等）的变化定性或者定量地转变成电信号的装置。种类繁多、机理复杂、不够普及、地位重要温度传感器气敏传感器湿敏传感器离子敏传感器第2页，课件共109页，创作于2023年2月温度传感器掌握工作原理和应用：热电偶温度传感器热电阻温度传感器热敏电阻温度传感器集成温度传感器

（补充，AD590）第3页，课件共109页，创作于2023年2月温度量电动势电压输出(如LM35)电流输出(如AD590)数字输出(如DS1820)热电偶热电阻热敏电阻铂电阻铜电阻NTC电阻PTC电阻电阻集成化问题：温度判断使用哪种传感器最合适？温度传感器分类第4页，课件共109页，创作于2023年2月根据物理效应的温度传感器分类:热阻效应热电势效应金属热电阻半导体热敏电阻热电偶温度传感器光电效应红外温度传感器、光纤温度传感器热电阻PN结热电效应热敏二极管/三极管、集成温度传感器第5页，课件共109页，创作于2023年2月温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流程,温度测量点要占全部测量点的一半左右。第6页，课件共109页，创作于2023年2月温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。热电偶温度传感器第7页，课件共109页，创作于2023年2月两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。热电偶的工作原理回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。热电偶原理图TT0AB热端冷端第8页，课件共109页，创作于2023年2月简单的温差电动势实验第9页，课件共109页，创作于2023年2月工业热电偶的测量范围从-270到25000C，几乎覆盖了整个工程领域测温范围。测温精度可达0.1%t（t为被测温度）。目前有50%的工程温度测控用热电偶完成。特别是钢铁、有色金属、火力发电站、航空发电机、核反应堆，石油炼制、化工、机械热处理第10页，课件共109页，创作于2023年2月1.接触电势两种不同的金属相互接触时在它们之间产生的电势差。接触电势与温度和两种金属性质有关产生接触电势差的原因是：⑴两种金属电子的逸出功不同。⑵两种金属的电子浓度不同。

几种金属依次连接时，接触电势差只与两端金属的性质有关，与中间金属无关。A电子密度高B电子密度低电子扩散第11页，课件共109页，创作于2023年2月AeA(T,To)ToT2.温差电势温差电势原理图例如：在当0℃附近时，铜导体两端的温差为1度时，温差电动势为2μV。温差电动势为uV级远小于接触电动势（mv级）

第12页，课件共109页，创作于2023年2月导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关，而且是温度的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势。四点结论第13页，课件共109页，创作于2023年2月热电偶示意图实验室实物工业实物根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。

ET0T0TABABT0T0T0T0TT0第14页，课件共109页，创作于2023年2月热电偶的常用材料与结构热电偶材料应满足：物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，不被介质腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；便于制造，复现性好，便于成批生产。第15页，课件共109页，创作于2023年2月热电偶的分度表如何查分度表？℃K型热电偶热电动势（mv）0123456789000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.809702.8502.8922.9332.9753.0163.0583.1003.1413.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.9303.9714.0124.0541004.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.4671104.5084.5494.5904.6324.6734.7144.7554.7964.8374.8781204.9194.9605.0015.0425.0835.1245.1645.2055.2465.2871305.3275.3685.4095.4505.4905.5315.5715.6125.6525.6931405.7335.7745.8145.8555.8955.9365.9766.0166.0576.097第16页，课件共109页，创作于2023年2月℃K型热电偶热电动势（mv）0123456789000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.809例：用K型热电偶测量温度源温度，室温环境20度，测得热电偶的输出电动势为1.97mV,那么温度源实际温度多少？查表得20度时对应的是0.798mV那么实际温度对应的热电动势应为0.798mV+1.97mV=2.768mV对应68℃则实际温度应为123℃如果室温不是恒定的20度？将出现测量误差第17页，课件共109页，创作于2023年2月热电偶的冷端补偿热电偶测温时，它的冷端往往处于温度变化的环境中，如室温下，而它测量的是热端与冷端的温度差，因此要进行冷端补偿。补偿方法有冰水法、恒温槽法、电桥自动补偿法。实际检测时是在热电偶和放大电路之间接入一个其中一个桥臂是PN结二极管(或Cu电阻)组成的直流电桥，这个直流电桥称冷端温度补偿器，电桥在0℃时达到平衡（亦有20℃平衡）。第18页，课件共109页，创作于2023年2月当热电偶冷端温度升高时（＞0℃）热电偶回路电势Uab下降，由于补偿器中，PN呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。实验K热电偶当温度为0℃，电桥平衡，V12=0,Vi=Vab当温度升高10度，Vab会降低，但是V12会升高同样的值。第19页，课件共109页，创作于2023年2月热电偶冷端补偿器选择注意事项：1.不同分度号的热电偶配不同的补偿器2.冷端补偿器的平衡温度（0℃还是20℃）第20页，课件共109页，创作于2023年2月要求：（1）温度系数、电阻率较高→提高灵敏度，体积小，反应快（2）物理化学性能稳定→提高稳定性和准确性，复现性好（3）良好的输入-输出特性→线性/接近线性，测量精度高（4）良好的工艺性→批量生产，降低成本材料：纯金属---铂、铜、镍、铁（5）较大的测温范围→特别是在低温范围原理：热能热电阻电阻值温度热电阻阻值热电阻温度传感器热电阻原理与特性:第21页，课件共109页，创作于2023年2月特点：应用：(1)在高温和氧化介质中性能极为稳定(2)输入输出特性接近线性(2)贵重金属，成本较高标准温度计，高精度工业测温，高低温测试构成：金属铂丝(0.02~0.07mm)绕制成线圈(1)测量精度高：<0℃:±1℃、

0~100℃:±0.5℃、

100~650℃:±0.5%Pt100：R0：0℃时的阻值铂电阻(Pt)Pt100有关铂金属的资料PPT第22页，课件共109页，创作于2023年2月问题：1.Pt100铂电阻的引线电阻是否可以忽略不计？为什么Pt100：第23页，课件共109页，创作于2023年2月热电阻元件有三根引出线，两端各有一根引线接入相邻桥臂，第三根连接测量仪表或电源。两条引线电阻分别加到相邻桥臂，两桥臂电阻的电阻变化相互抵消，使引线电阻的误差减少。正常3线接法错误2线接法PT100分度表表明，10℃温度变化导致的电阻变化为4欧姆左右，所以导线电阻对温度测量结果影响较大第24页，课件共109页，创作于2023年2月Pt100：问题：如图为PT100的2端元件接入电桥的电路图，黄线和蓝线是不能忽略电阻的引线，电桥的输出连接点应该选B1还是B2才能消除引线的影响?第25页，课件共109页，创作于2023年2月温度控制器电路图PT100应用实例第26页，课件共109页，创作于2023年2月特点：应用：(1)在-50~150℃范围内性能稳定，线性好(2)成本低(3)电阻率低（为铂电阻的1/6），体积较大(Cu50,Cu100)(4)高温易被氧化，易被腐蚀(5)测量精度低于铂电阻：-50~50℃:±0.5℃、50~150℃:±1%小范围，较低温度，测量精度要求低，没有浸蚀性介质时代替铂构成：金属铜丝(0.02~0.07mm)绕制成线圈铜电阻(Cu)第27页，课件共109页，创作于2023年2月热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，热敏电阻原理是温度变化引起半导体材料的电阻变化。热敏电阻可分为正温度系数（PTC）、负温度系数（NTC）两大类。第28页，课件共109页，创作于2023年2月热敏电阻的特点

1．电阻温度系数的范围甚宽电阻温度系数的绝对值比金属大10～100倍左右。

2．材料加工容易、性能好可根据使用要求加工成各种形状，特别是能够作到小型化。目前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为0.2mm。

3．阻值在1～10M之间可供自由选择使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其功耗小、故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温和控温使用。第29页，课件共109页，创作于2023年2月4．稳定性好商品化产品已有30多年历史，加之近年在材料与工艺上不断得到改进。据报道，在0.01℃的小温度范围内，其稳定性可达0.0002℃的精度。相比之下，优于其它各种温度传感器。5．原料资源丰富，价格低廉烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境条件；另外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性能受磁场影响很小，这是十分可贵的特点。第30页，课件共109页，创作于2023年2月134铂丝40601201600100101102103104105RT/Ω温度T/ºC热敏电阻的电阻--温度特性曲线1-NTC；3突变型PTC；4PTC第31页，课件共109页，创作于2023年2月热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40～＋350℃）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。家用电器电熨斗、电冰箱、电饭煲、洗衣机、电暖壶、烘干机、电烤箱、空调机、电热毯、热水器、热得快、电磁炉、汽车电子电子喷油嘴、空调机、发电机防热装置、电热座椅测量仪器流量计、风速表、真空计、浓度计、湿度计、空气传感器、环境监测仪、办公设备复印机、传真机、打印机、扫描仪农业园艺温室控制、人工气候箱、烘干系统、医疗器具体温计、人工透析、散热系统工业生产电动机过热保护（案例）第32页，课件共109页，创作于2023年2月应用实例：基于热敏电阻的电机过热保护器：Rt1Rt2Rt3：热敏电阻(NTC)，安装在三相绕组附近温度低时

：电阻高三极管不导通继电器不吸合电机运行温度高时

：电阻低三极管导通继电器吸合电机停止第33页，课件共109页，创作于2023年2月PN结温度传感器

晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降约2mV，利用这种特性可以做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50—+150℃。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。当电流恒定，在一定温度范围内，U

T关系成线性不同的工作电流，U—T关系不同。但总是线性关系。第34页，课件共109页，创作于2023年2月PN结温度传感器

利用PN结的正向温度特性制作的热电偶冷端补偿器第35页，课件共109页，创作于2023年2月PN结温度传感器应用一

MAX6641温度传感器及风扇控制器能精确地测量自身管芯和远端pn结的温度。本器件使用2线串口以数字形式报告温度值。远端pn结可以是CPU上共集电极pnp电路的射极-基极结。

也可选用CMPT3906、T3906等型号的分立元件三极管。要求三极管发射结的正向压降必须在最高预期温度和10μA电流下大于0.25V；

在最低预期温度和100μA电流下小于0.95V。外部中断信号高温告警输出等脉宽调制第36页，课件共109页，创作于2023年2月PN结温度传感器应用二

采用PN结温度传感器的数字式温度计，测温范围-50—150℃，分辨率为0.1℃,在0—100℃范围内精度可达±1℃图中的R1，R2，D，W1组成测温电桥，其输出信号接差动放大器A1，经放大后的信号输入0-±2.000V数字式电压表（DVM）显示。放大后的灵敏度10mV/℃。A2接成电压跟随器。与W2配合可调节放大器A1的增益。第37页，课件共109页，创作于2023年2月通过PN结的电流不能过大，以免自身的温升影响测量精度。一般电流为100—300uA。采用恒压源供电必须有较好的稳压精度。

精确调整非常重要，可采用广口瓶装入碎冰渣（带水）作为0℃的标准，采用恒温水槽或油槽及标准温度计作为100℃或其它温度标准。在没有恒水槽时，可用沸水作为100℃的标准（由于各地的气压不同，其沸点不一定是100℃，可用0—100℃的水银温度计来校准）。第38页，课件共109页，创作于2023年2月将PN结传感器插入碎冰渣广口瓶中，等温度平衡，调整W1，使DVM显示为0V，将PN结传感器插入沸水中（设沸水为100℃），调整W2，使DVM实现为100.0V，若沸水温度不是100℃时，可按照水银温度计上的读数调整W2，使DVM显示值与水银温度计的数值相等。再将传感器插入0℃环境中，等平衡后看显示是否仍为0V，必要时再调整W1使之为0V，然后再插入沸水，看是否与水银温度计计数相等，经过几次反复调整即可。电路标定：方法采用逼近法第39页，课件共109页，创作于2023年2月原理：IC温度传感器的测温原理，是基于晶体管的PN结随温度变化而产生漂移现象研制的。众所周知，晶体管PN结的这种温漂，会给电路的调整带来极大的麻烦。但是利用PN结的温漂特性来测量温度，可研制成半导体温度传感元件。IC温度传感器就是依据半导体的温漂特性，经过精心设计而制造出来的集成化线性较好的温度传感器件。优点：输出线性好、测量精度高,传感驱动电路、信号处理电路等都与温度传感部分集成在一起,因而封装后的组件体积非常小,使用方便,故在测温技术中越来越得到广泛应用。

集成温度传感器第40页，课件共109页，创作于2023年2月IC温度传感器的分类电压型IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大器集成在同一芯片上。因器件有放大器；故输出电压高；另外,由于其具有输出阻抗低的特性；抗干扰能力强，但由于为电压输出，故不适合长线传输。这类IC温度传感器特别适合于工业现场测量，如LM34/35。按输出分电压型，电流型，数字输出型温度传感器。第41页，课件共109页，创作于2023年2月电流型IC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工艺元件集成在一块芯片上,再通过激光修版微加工技术,制造出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热力学温度；其次，因电流型输出恒流，所以传感器具有高输出阻抗。其值可达10MΩ。这为远距离传输深井测温提供了便利。如AD590，AD592，TMP17等。第42页，课件共109页，创作于2023年2月（一）电压型温度传感器精密摄氏温度传感器LM35美国NS公司生产，其输出电压与摄氏温度成正比特性:1、有三种封装形式:塑封、金属外壳、SO-8；2、+10mV/℃线性刻度系数；3、精度：0.4℃~0.8℃；4、测量范围：-55℃~+150℃；5、工作电压：4V~30V;6、非线性：±0.25℃。底视图第43页，课件共109页，创作于2023年2月LM35123VCCoutput-VSR+10mV/℃LM35+VSGNDVCC（4-30V）outputVout基本摄氏温度传感器电路图满量程摄氏温度传感器电路图AVRSm50-=+10mV/℃（一）电压型温度传感器精密摄氏温度传感器LM35第44页，课件共109页，创作于2023年2月（二）电流型温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源

1．伏安特性工作电压：4V～30V，I为一恒流值输出，I∝Tk，即KT——标定因子，AD590的标定因子为1μA/℃

I=KT·TK

4V30V0I/μAU/VAD590伏安特性曲线218298423第45页，课件共109页，创作于2023年2月－550

150

273.2μAI/μATC/ºCAD590温度特性曲线2．温度特性

可见，当温度为0℃时，输出电流为273.2μA。在常温25℃时，标定输出电流为298.2μA。第46页，课件共109页，创作于2023年2月3．AD590的非线性150－55△T/ºC0.3－0.30在实际应用中，ΔT通过硬件或软件进行补偿校正，使测温精度达±0.1℃。其次，AD590恒流输出，具有较好的抗干扰抑制比和高输出阻抗。当电源电压由＋5V向＋10V变化时，其电流变化仅为0.2μA/V。长时间漂移最大为±0.1℃，反向基极漏电流小于10pA。–55℃～100℃，ΔT递增，100℃～150℃则是递降。ΔT最大可达±3℃，最小ΔT＜0.3℃，按档级分等。T/ºCAD590非线性误差曲线第47页，课件共109页，创作于2023年2月4．长线传输的摄氏温度测量在实际中，可使用AD590进行长线传输测温，并能对测温曲线的非线性误差进行校正。用AD590为测温传感器，传输电缆可达1000m以上，主要是因AD590本身具有恒流、高阻抗输出特性，输出阻抗达10MΩ。1000m的铜质电缆。其直流阻值约为150Ω。所以电缆的影响是微乎其微的。实验证明，接入1000m电缆后的测量值与不接入电缆的侧量值。相差值小于0.1℃。这一变化值是在规定的测温精度范围内的。长线传输摄氏温度测量的典型电路如图。第48页，课件共109页，创作于2023年2月1KM长线传输摄氏温度测量的典型电路第49页，课件共109页，创作于2023年2月美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器DS1820，可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。由于每片DS1820含有唯一的串行序列号，所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根口线（单总线接口）。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。（三）数字输出型IC温度传感器第50页，课件共109页，创作于2023年2月

１、DS1820的特性

单线接口：仅需一根口线与MCU连接；

无需外围元件；

由总线提供电源；

测温范围为-55℃～125℃，精度为0.5℃；

九位温度读数；

A/D变换时间为200ms；

用户可以任意设置温度上、下限报警值，且能够识别具体报警传感器。

第51页，课件共109页，创作于2023年2月DS1820123GNDDQVDD(a)PR—35封装

DS1820的管脚排列DS182012345678I/OGND(b)uSOP封装NCNCNCNCVDDNC2、DS1820引脚及功能

GND：地；

VDD：电源电压

I/O：数据输入／输出脚(单线接口，可作寄生供电)第52页，课件共109页，创作于2023年2月第53页，课件共109页，创作于2023年2月

3、DS1820的工作原理图为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。DS1820内部结构图存储器控制逻辑64bitROM和单线接口电源检测温度传感器高温触发器低温触发器8位CRC触发器存储器DQVDDGND第54页，课件共109页，创作于2023年2月寄生电源由两个二极管和寄生电容组成。电源检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时,电源端接地，器件从总线上获取电源。在I/O线呈低电平时，改由寄生电容上的电压继续向器件供电。寄生电源两个优点：检测远程温度时无需本地电源；缺少正常电源时也能读ROM。若采用外部电源,则通过二极管向器件供电。(1)寄生电源第55页，课件共109页，创作于2023年2月DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f。当计数门打开时，DS1820对f0计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位（符号点1位），但因符号位扩展成高8位，故以16位补码形式读出，表给出了DS1820温度和数字量的对应关系。第56页，课件共109页，创作于2023年2月温度/℃输出的二进制码对应的十六进制码+125000000001111101000FAH+2500000000001100100032H+1/200000000000000010001H000000000000000000000H-1/21111111111111111FFFFH-251111111111001110FFCEH-551111111110010010FF92HDS1820温度与数字量对应关系表

第57页，课件共109页，创作于2023年2月温度测量电路斜率累加器计数器1计数器2低温度系数晶振高温度系数晶振=0=0预置温度寄存器预置比较停止置位/清零加1(2)温度测量DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术，如图。第58页，课件共109页，创作于2023年2月64位ROM的结构如下：

开始8位是产品类型的编号（DS1820为10H），接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS1820可以采用一线进行通信的原因。主机操作ROM的命令有五种，如表所列指

令说

明读ROM（33H）读DS1820的序列号匹配ROM（55H）继读完64位序列号的一个命令，用于多个DS1820时定位跳过ROM（CCH）此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820搜ROM（F0H）识别总线上各器件的编码，为操作各器件作好准备报警搜索（ECH）仅温度越限的器件对此命令作出响应(3)64位激光ROM第59页，课件共109页，创作于2023年2月由便笺式RAM和非易失性电擦写EERAM组成，后者用于存储TH、TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给EERAM。便笺式RAM占9个字节，包括温度信息（第1、2字节）、TH和TL值（3、4字节）、计数寄存器（7、8字节）、CRC（第9字节）等，第5、6字节不用。暂存器的命令共6条，见表3.4-3所列。在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5℃，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算：

Ts=（Tz-0.25℃）+(CD-Cs)/CD(4)高速暂存器第60页，课件共109页，创作于2023年2月

DS1820存贮控制命令指

令说

明温度转换（44H）启动在线DS1820做温度A/D转换读数据（BEH）从高速暂存器读9bits温度值和CRC值写数据（4EH）将数据写入高速暂存器的第0和第1字节中复制（48H）将高速暂存器中第2和第3字节复制到EERAM读EERAM（B8H）将EERAM内容写入高速暂存器中第2和第3字节读电源供电方式（B4H）了解DS1820的供电方式

DS1820单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念。因此系统对DS1820的各种操作必须按协议进行。DS1820工作工程中的协议：初始化、ROM操作命令、存储器操作命令、处理数据。第61页，课件共109页，创作于2023年2月４温度检测系统原理由于单线数字温度传感器DS1820具有在一条总线上可同时挂接多片的显著特点，可同时测量多点的温度，而且DS1820的连接线可以很长，抗干扰能力强，便于远距离测量，因而得到了广泛应用。采用寄生电容供电的温度检测系统

89C51DS1820DS1820DS1820P1.0P1.1P1.2TxRx+5VGNDVDDP1.1作输出口用，相当于TxP1.2作输入口用，相当于Rx……第62页，课件共109页，创作于2023年2月温度检测系统原理图如图所示，采用寄生电源供电方式。为保证在有效的DS1820时钟周期内，提供足够的电流，我们用一个MOSFET管和89C51的一个I/O口（P1.0）来完成对DS1820总线的上拉。当DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10μs。采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便我们可用89C51的P1.1口作发送口Tx，P1.2口作接收口Rx。通过试验我们发现此种方法可挂接DS1820数十片，距离可达到５０米，而用一个口时仅能挂接10片DS1820，距离仅为20米。同时，由于读写在操作上是分开的，故不存在信号竞争问题。第63页，课件共109页，创作于2023年2月

DS1820采用了一种单线总线系统，即可用一根线连接主从器件，DS1820作为从属器件，主控器件一般为微处理器。单线总线仅由一根线组成，与总线相连的器件应具有漏极开路或三态输出，以保证有足够负载能力驱动该总线。DS1820的I/O端是开漏输出的，单线总线要求加一只5kΩ左右的上拉电阻。应特别注意：当总线上DS1820挂接得比较多时，就要减小上拉电阻的阻值，否则总线拉不成高电平，读出的数据全是0。在测试时，上拉电阻可以换成一个电位器，通过调整电位器可以使读出的数据正确，当总线上有8片DS1820时，电位器调到阻值为1.25kΩ时就能读出正确数据，在实际应用时可根据具体的传感器数量来选择合适的上拉电阻。

第64页，课件共109页，创作于2023年2月温度传感器气敏传感器湿敏传感器离子敏传感器环境量检测传感器第65页，课件共109页，创作于2023年2月质量浓度表示法：每立方米空气中所含污染物的质量数，即mg/m3

体积浓度表示法：一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm

大部分气体检测仪器测得的气体浓度都是体积浓度（ppm）。而按我国规定，特别是环保部门，则要求气体浓度以质量浓度的单位（如：mg/m3）表示，我们国家的标准规范也都是采用质量浓度单位（如：mg/m3）表示。使用质量浓度单位（mg/m3）作为空气污染物浓度的表示方法，可以方便计算出污染物的真正量。但质量浓度与检测气体的温度、压力环境条件有关，其数值会随着温度、气压等环境条件的变化而不同；实际测量时需要同时测定气体的温度和大气压力。而在使用ppm作为描述污染物浓度时，由于采取的是体积比，不会出现这个问题。气体浓度的表示方法浓度单位ppm与mg/m3的换算：按下式计算：

mg/m3=M/22.4·ppm·[273/(273+T)]*（Ba/101325）

M----为气体分子量

ppm----测定的体积浓度值

T----温度

Ba----压力第66页，课件共109页，创作于2023年2月气敏传感器是用来测量气体的类别、浓度和成分的传感器，而半导体气敏传感器是目前实际使用最多的是半导体气敏传感器。◆由于气体种类繁多，性质也各不相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气体，因此半导体气敏传感器的种类非常多。◆目前半导体气敏传感器常用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。第67页，课件共109页，创作于2023年2月电阻型气敏传感器按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，又可分为表面电阻控制型和体电阻控制型。前者当半导体表面吸附气体后，使半导体的载流子增多或减小来引起半导体电导率变化，但内部化学组成不变；后者当半导体与气体发生反应后，使半导体晶格发生变化而引起电导率改变。按照半导体变化的物理特征，可分为电阻型和非电阻型两类。前者是利用敏感元件吸附气体后电阻值随着被测气体的浓度改变来检测气体的浓度或成分；后者是利用二极管伏安特性和场效应管的阈值电压变化来检测被测气体。半导体气敏传感器分类第68页，课件共109页，创作于2023年2月半导体气敏传感器分类因为许多金属氧化物具有气敏效应，这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之为半导体陶瓷，简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相比具有工艺简单、价格低廉等优点，因此已经用它制作了多种具有实用价值的敏感元件。在诸多的半导体气敏元件中，用氧化锡(SnO2)制成的元件具有结构简单、成本低、可靠性高，稳定性好、信号处理容易等一系列优点，应用最为广泛。第69页，课件共109页，创作于2023年2月半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳。按其结构可分为烧结型、薄膜型和厚膜型第70页，课件共109页，创作于2023年2月(a)所示为烧结型气敏元件，它以多孔质陶瓷如SnO2为基材，添加不同物质采用低温(700℃～900℃)制陶方法进行烧结，烧结时埋入铂电极和加热丝，最后将电极和加热丝引线焊在管座上制成元件。由于制作简单，它是一种最普通的结构形式，主要用于检测还原性气体、可燃性气体和液体蒸气，但由于烧结不充分，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差较大，所以应用受到一定的限制。第71页，课件共109页，创作于2023年2月(b)所示为薄膜型气敏元件，是用蒸发或溅射方法，在石英或陶瓷基片上形成金属氧化物薄膜(厚度在100nm以下)，用这种方法制成的敏感膜颗粒很小，因此具有很高的灵敏度和响应速度。敏感体的薄膜化有利于器件的低功耗、小型化，以及与集成电路制造技术兼容，所以是一种很有前途的器件。第72页，课件共109页，创作于2023年2月(c)所示为厚膜型气敏元件，将气敏材料(SnO2、ZnO)与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝基片上，在400℃～800℃的温度下烧结1～2个小时便制成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量生产。第73页，课件共109页，创作于2023年2月这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到200℃～400℃。第74页，课件共109页，创作于2023年2月旁热式：加热和测量分离，避免互相影响，稳定性和可靠性好第75页，课件共109页，创作于2023年2月电阻型气敏传感器基本特性电阻型半导体气敏传感器的阻值与空气中被测气体浓度成对数关系。温湿度特性：SnO2传感器的阻值随温度、湿度上升而有规律地减小。因此除尽量保持恒温、恒湿外，其有效措施是选用温湿度特性好的气敏元件及在电路中进行温湿度补偿。第76页，课件共109页，创作于2023年2月当长期存放后再通电时，在一段时间内传感器阻值一般高出正常值20%左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值，这一特性称作初期稳定特性。初期稳定时间与传感器种类及工作温度有关，直热式较长，傍热式较短。它与元件种类、存放时间及存放环境有关。存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7～15天后的初期恢复时间一般约在2～5min之内。实验：气敏传感器实验中一般要求传感器通电5分钟以上才开始测量。第77页，课件共109页，创作于2023年2月由于钯对氢特别敏感，就可以把钯做成晶体管的栅电极，这样就可以做成伏安特性受氢气浓度影响的氢敏传感器由于这类技术尚不够成熟，一般制成的Pd-MOSFET和Pd-MOS二极管只能用于测量H2的泄露检测。非电阻型气敏传感器第78页，课件共109页，创作于2023年2月日本费加罗(FIGARO)全系列气体传感器最早提出以半导体气体传感器作为敏感元件，用于可燃气体报警概念，就是日本费加罗公司。而最先实现商品化的就是费加罗发明的TGS系列半导体式气体传感器。30多年来，费加罗气体传感器已在全世界销售累积上亿只。其优良的长期稳定性和可靠性以在全世界获得广泛确认。费加罗公司生产的气体传感器主要有型号对象气体检测范围（ppm）（注：10000ppm=1%）TGS813天然气、液化气2,000～50,000TGS822TF煤制气、氢气200～5,000TGS203S一氧化碳50～1,000TGS822/TGS2620有机溶剂蒸气50～5,000TGS2610石油液化气500～10,000TGS2611天然气500～10,000TGS2600空气质量氢气1～30TGS832氟里昂传感器测量范围100-2000ppmKE25/KE50氧气检测TGS传感器寿命费加罗传感器最大优点是长寿命，如图所示，TGS传感器的灵敏度特性只有随四季的温湿度变化而呈周期性变化，并没有单调变化的趋势，说明SnO2半导体气体传感器有极长的寿命。第79页，课件共109页，创作于2023年2月气敏传感器的应用一----自动排风扇控制器电路该电路采用QM-N10型气敏传感器，它对天然气、煤气、液化气、有较高的灵敏度，对油烟也敏感。可用于厨房电风扇的自动控制。第80页，课件共109页，创作于2023年2月传感器的加热电压直接由变压器次级（6V）经R12降压提供；工作电压由全波整流后，经C1滤波及R1、VZ5稳压后提供。传感器负载电阻由R2及R3组成（更换R3大小，可调节控制信号与待测气体的浓度的关系）。开机60s延时电路由R4、VD6、C2及IC1组成，防止初始稳定状态误动作。第81页，课件共109页，创作于2023年2月当达到报警浓度时，IC1的2端为高电平，使IC4输出高电平，此信号使VT2导通，继电器吸合（起动排气扇）；组成排气扇延迟电路，使IC4出现低电平后10s才使J释放；另外，IC4输出高电平使IC2、IC3组成的压控振荡器起振，其输出使VT1导通或截止交替出现，则LED（红色）产生闪光报警信号。LED（绿色）为工作指示灯。第82页，课件共109页，创作于2023年2月其加热及工作电压都是5V，加热电流约125mA。传感器的负载电阻为R1及R2，其输出直接结LED显示驱动器LM3914。当无酒精蒸气，其上的输出电压很低，随着酒精蒸气的浓度增加，输出电压也上升，则LM3912的LED（共10个）亮的数目也增加。气敏传感器的应用二----简易酒精测试电路第83页，课件共109页，创作于2023年2月TGS822第84页，课件共109页，创作于2023年2月简易酒精测试电路问题：这张图的LED会亮吗？（P102）第85页，课件共109页，创作于2023年2月检测信号电源电压LED电源电压LM3914第86页，课件共109页，创作于2023年2月基准源模式选择信号缓冲分压网络比较器LM3914、LM3915和LM3916，这三者的区别是，线性分压、3dB分压和音频指数型分压。因为音频比较特别，当功率增大十倍时，人耳听起来只有原来两倍那么响，所以为了符合人耳的特性，就把音频指示做成指数型的，功率要增大十倍，灯才亮到原来两倍多。这三种芯片一般都选用3915或3916作为音频应用。3915的分贝计算法已经符合听力习惯了，一般是用在LED音量指示。第87页，课件共109页，创作于2023年2月MQS2B的A、B两端电压下降时，＋12V电压经MQS2B的压降减少，使得B的电压升高，经电阻R1和RP分压、R2限流加到开关集成电路TWH8778的⑤端。当⑤端电压达到预定值时，①、②两端导通。MQS2B是烟雾、有害气体传感器，平时阻值较高（10kΩ左右）。当有烟雾或有害气体进入时，阻值急剧下降。气敏传感器的应用三----有害气体鉴别电路第88页，课件共109页，创作于2023年2月调节可调电阻RP可改变⑤端的电压预定值，从而调节其灵敏度，使①、②两端导通。＋12V电压加至继电器，使继电器得电，触点J1-1吸合，从而控制排风扇电源的开关，使排风扇自动排风。同时②端输出的＋12V电压经R4限流和稳压二极管VD3（5V）稳压后提供微音器HTD电源电压，此微音器是有源的（自带音源），此时便会发出嘀嘀声，由此可知是否有有害气体产生。同时，发光二极管发出红光，实现生光显示。灵敏度调节也可用蜂鸣器TWH8778第89页，课件共109页，创作于2023年2月当pin5电压超过1.6V，驱动电流超过80uA时，开关导通。关断电流只有10uA，导通电流1A第90页，课件共109页，创作于2023年2月实验室的气敏传感器为集成电阻型半导体气敏元件，由纳米级SnO2及适当掺杂混合剂烧结而成，具微珠式结构，应用电路简单，可将电阻变化改变为一个输出信号，与酒精浓度相对应。TP-3(HS-3)型传感器对空气中的低浓度酒精有极高的灵敏度。下图表明了传感器的敏感特性。所有数据均在标准测试条件下采集。Y轴表示传感器的输出电压。实验室气敏传感器介绍TP-3(HS-3)型传感器第91页，课件共109页，创作于2023年2月基本测试电路:测量VO,查曲线得到酒精浓度第92页，课件共109页，创作于2023年2月实质上，半导体的酒敏传感器是不能常温工作的，HS-3A所谓常温工作是指传感器中没有加热器，这不等于常温工作，因为它是靠传感器敏感材料本身的电阻实现加热的，事实上，HS-3A也是工作在300度附近！怎么能叫常温呢？去掉加热器的酒敏传感器性能很不稳定，因为敏感材料的电阻是随着酒精浓度的变化而变化的，因此不论你是恒压供电还是恒流供电，都不能保证器件的功率恒定，因此传感器的工作温度是变化的，因此性能是变化的！这直接带来一个结果：传感器不稳定！气敏传感器能在常温下工作吗？第93页，课件共109页，创作于2023年2月温度传感器气敏传感器湿敏传感器离子敏传感器环境量检测传感器第94页，课件共109页，创作于2023年2月湿敏传感器湿度的表示方式湿敏传感器的概念氯化锂湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻湿敏传感器的应用第95页，课件共109页，创作于2023年2月湿度是指大气中的水蒸气含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是指在一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量，单位为g/m3，一般用符号AH表示；相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比，一般用符号%RH表示。相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲的量，在实际使用中多使用相对湿度这一概念。2010年3月20日17时五山实况资料

气温：24.8摄氏度

气压：1007.2hPa

相对湿度：60%湿度的表示方式第96页，课件共109页，创作于2023年2月湿敏传感器是能够感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号的器件。湿度检测较困难，原因有三：一是水蒸气含量要比空气少得多二是湿敏材料容易因为接触水受到腐蚀和老化三是湿信息的传递必须靠水对湿敏器件直接接触来完成，因此湿敏器件只能直接暴露于待测环境中，不能密封。通常，对湿敏器件有下列要求：在各种气体环境下稳定性好、响应时间短、寿命长、有互换性、耐污染和受温度影响小等。微型化、集成化及廉价是湿敏器件的发展方向。第97页，课件共109页，创作于2023年2月当今比较成熟的几类湿敏传感器有:1.氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子电导率发生变化而制成的测湿元件。2.半导体陶瓷湿敏电阻通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷，这些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、