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传感器与测控技术.ppt
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1、传传感感器器与与测测控控技技术术测控技术属信息科学技术学科领域,研究信息的获取、处测控技术属信息科学技术学科领域,研究信息的获取、处测控技术属信息科学技术学科领域,研究信息的获取、处测控技术属信息科学技术学科领域,研究信息的获取、处理、以及对相关要素进行控制的理论与技术;是电子、光理、以及对相关要素进行控制的理论与技术;是电子、光理、以及对相关要素进行控制的理论与技术;是电子、光理、以及对相关要素进行控制的理论与技术;是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透学、精密机械、计算
2、机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。而形成的一门高新技术密集型综合学科。而形成的一门高新技术密集型综合学科。而形成的一门高新技术密集型综合学科。它是集模拟数字它是集模拟数字它是集模拟数字它是集模拟数字技术、计算机应用、传感器技术、光电技术和自动化控制技术、计算机应用、传感器技术、光电技术和自动化控制技术、计算机应用、传感器技术、光电技术和自动化控制技术、计算机应用、传感器技术、光电技术和自动化控制于一体的工程类学科。于一体的工程类学科。于一体的工程类学科。于一体的工程类学科。测控技术测控技术测控技术测控技术Sensor Principle&Detecting T
3、echnologySensor Principle&Detecting Technology苗哭捉碍矛辟确屋业户伍炬箭医窃魁实碘矽六负蒸泊谱持焦蠢娩枯健裸霹传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术开环控制开环控制开环控制开环控制:由控制器(计算机)控制设备按预定的动作运行,此过程不检测运行结果,因而不会调整运行模式。如自动洗衣机、微波炉等。放大控制信号驱动信号控制器执行机构控制模式潍炽坪舒默觅讹买圣胡谓碾忠猫殊履理船缔密速赣沃罕搓阵管撬羌韦现岔传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术轴上的负载蒸汽机(调节对象)MM蒸汽瓦特离心式调速器(1787年
4、)维茹茨卓掖疡阂筷槛且伺帕介她掀职卸压休敏可扰匠咽傲汪钾滥呛纠恕仆传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制:由控制器(计算机)控制设备执行,检测执行结果,若没有达到规定要求,将信号反馈到控制器,控制器发出执行信号,调整执行动作,直到满足要求为止。闭环控制的核心,必须能够检测到设定值。如空调、电梯等。放大控制信号驱动信号控制器执行机构执行结果检测装置诗妨汤廷欺函除蹦壕尊巫店高棚运椰排肄亏灵馋稼渴节耗翁遣暴制郸恤椽传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术传感器传感器与测控技术与测控技术全国大学生电子设计大赛几乎都包含测
5、控题目,对于测控题目需要解决的两个关键问题是:检测与控制检测与控制。检测检测是判断控制对象的状态;控制控制是根据检测状态作出控制动作。控制的核心部件是单片机(或计算机),由于处理系统是数字系统,因此必须经过A/D、D/A转换。检测的手段是利用检测各种状态的传感器;控制的执行装置一般是直流电机、步进电机、继电器等。传感器A/DD/A执行装置放大电路驱动电路祁旷泣怪尝荡满碟型乙卑灶眉脊偶兰盗婪禁培踪五芭灸攒帐践狡灾拦庶彪传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术传感器(Sensor)人通过五官(视、听、嗅、味、触)接受外界的人通过五官(视、听、嗅、味、触)接受外界的信息,经过
6、大脑的思维(信息处理),作出相应信息,经过大脑的思维(信息处理),作出相应的动作。的动作。而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动,而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动,则可以说电子计算机相当于人的大脑(一般俗称则可以说电子计算机相当于人的大脑(一般俗称电脑),而传感器则相当于人的五官部分(电脑),而传感器则相当于人的五官部分(“电电五官五官”)。)。蕊搏碰瑞詹徘勘歇争锦禁壮住奸苹阿屈幢挤癣豹默岿租谓煎僧赁羊从秋惠传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术杯甲挨桶哩蓉蹋脾眯巾雇挺瓮轨赣搽荣涪穗酮违衡衰三眺恼艘褐亢杏销睁传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测
7、测控控技技术术传感器来自外界的信号来自外界的信号电信号电信号传感器技术在工业自动化、军事国防和以宇宙开发、海洋开发为代表的尖端科学与工程等重要领域有广泛应用。同时,它正以自己的巨大潜力,向着与人们生活密切相关的方面渗透;生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器、网络家居等方面的传感器已层出不穷,并在日新月异地发展。绊转言解胃渤袱夸液辰毙川杰热撞柬戳笋蚕栋琼鲜搂铰萤室逸乙迢铣挣讨传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术定义定义:传感器是能感受规定的被测物理量,并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由敏感元件(Sensitive element)和
8、转换元件(Transduction element)组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适合传输或测量的电信号部分。敏感元件转换元件测量电路记录仪显示器数据处理仪辅助电源崭丑狙拭戴痰踢群缓鹏年仗炉弹帖光车玫资琢两砾辙笑夹赞撅卑价莱拘莎传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术有些传感器很简单,仅由一个敏感元件(兼作转换元件)组成,它感受被测量时直接输出电量。如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成,没有转换电路。有些传感器,转换元件不止一个,要经过若干次转换。刷迪赌豁喊碌尽蓬僵掖弊焦独月搽
9、佐使瑚木喻斧砍款屑匙一墒椽梭碱馒臀传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术传感器分类结构型(按能源分类)微动开关弹道振动子机械式磁电式磁电式传感器电 式电阻传感器电容传感器电感传感器屋性型(按效应分类)磁致伸缩传感器压磁式传感器压磁式光电式光敏电阻光电管、光电倍增管、光电池电荷耦合器件压电式压电力传感器压电压力传感器压电加速度传感器磁电感应式传感器霍尔式传感器磁电式热电偶传感器、热敏电阻、热电阻PN结型温度传感器热电式光耦合器件仿生式视觉:光敏传感器、色敏传感器、红外传感器听觉:超声波传感器、微波传感器触觉:压力传感器、温度传感器嗅觉:湿度传感器、气体传感器味觉:酸度传
10、感器、盐度传感器超导传感器超导光传感器超导微波传感器超导磁场传感器射线传感器X射线传感器射线传感器射线传感器射线剂量传感器化学量传感器光纤化学传感器质量传感器电化学传感器复合智能传感器压力集成传感器温度集成传感器传感执行器自感知执行器见辑盆握健碟很泵严轴固裸崇寐港啃酪街雏寂星堆牟亿绥渔胚荫馁搽浩姐传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术传感器应用的难点:传感器应用的难点:传感器能否检测到信号不是传感器应用难点,而是如何传感器能否检测到信号不是传感器应用难点,而是如何保证传感器的保证传感器的灵敏度、精度、响应速度、安装难易灵敏度、精度、响应速度、安装难易等等。等等。传感器
11、应用的难点惯玻水粥泪倒袭爱崭兹狮掖刑收话概噎掂奠务喀论炉撬旱郎艾携叙傅们抗传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术足够的容量传感器的工作范围或量程足够大;具有一定的过载能力。灵敏度高,精度适当即要求其输出信号与被测信号成确定的关系(通常为线性),且比值要大;传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求。响应速度快,工作稳定,可靠性好。使用性和适应性强体积小,重量轻,动作能量小,对被测对象的状态影响小;内部噪声小而又不易受外界干扰的影响;其输出力求采用通用或标准形式,以便与系统对接。使用经济成本低,寿命长,且便于使用、维修和校准。堆篇乌迹给左番恿跑何珍坏动馆唉录觉瘪衡畔活
12、充帘灾作活撕潘估召巨杯传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术传感器的应用领域和需求量传感器的应用领域和需求量 骡萍尝诧抽帆芍吸哼剩屋醛咀渗矽篡嚣虹荣曼蕴亡采羞泣姐啊卷惩昭凯朝传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术传感器的应用参数直接测量参数直接测量:有些物理量可以直接由传感器测量。比如温度、光、压力等。这类传感器在使用时需要注意的是一定要准确测量出被测物理量与输出信号的关系,如果信号变化与被测物理量成线性关系,问题比较简单,若不是线性关系,一定要补偿。或软件补偿或硬件补偿。参数间接测量参数间接测量:有些物理量是无法直接由传感器得到,这就要巧妙
13、利用已有的知识,将被测量转换为电信号,以便送入计算机。比如:转速,液体高度、运动物体的位置等。有的被测物理量既可以直接测量,也可以间接测量,关键看哪种方法简单、准确。比如液体高度测试。压力传感器限位开关堆腥曹镶纯腋硫笑柏肮旨刻盘教导脸序煮底虱嫩冉怀更拨毗校梭盗淤痪祈传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术传感器信号的处理被测参数为模拟量被测参数为模拟量:由于控制核心元件是单片机,所以对模拟量的处理就是A/D转换。将转换后的数字量送入单片机,经过处理决定控制对象的动作。控制对象可以是数字对象,也可以是模拟对象,若为模拟对象(象直流电机),要经过D/A转换,若为数字量可直接
14、输出控制驱动设备(如步进电机)。被测信号为数字量被测信号为数字量:直接将被测信号输入单片机,经单片机处理、判断以输出控制信号。模拟传感器A/DD/A模拟执行装置数字传感器数字执行装置舆林曾丈泽屠拴防孤括问侩法完帅汛察累屋箔氮躇宦伐墩绝晕蔡晦筐樊勿传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术温度传感器温度传感器温度传感器主要用于测量温度。象工业炉温、环境温度及人体体温等。选择温度传感器应根据被测对象的温度、精度、灵敏度、响应速度、安装特点来选择。设计产品时还要考虑价格、体积大小等因素。常用温度传感器测温范围温度传感器类型 测温范围 温度传感器类型 测温范围石英晶体温度计-10
15、0220双金属片温度计0300热敏电阻-200800水银温度计-30350集成温度传感器-55150酒精温度计-60100铂热电阻-180600热电偶R:2001400K:0100E:200700J:0600铜热电阻0200使用较少镍镉热电阻-20300使用较少光高温计8002000辐射温度计02000直接测试直接测试直接测试直接测试:温度测量常用是热敏电阻或铂热电阻。原理是温度改变,电阻的值改变。热电阻是将热电阻材料(如铂、钨等)的金属丝绕在耐热的玻璃上构成绕线型温度传感器。热电阻中常用的是铂热电阻,主要是电阻值稳定,电阻值随温度变化线性度好。间接测试间接测试间接测试间接测试:非接触红外测温
16、仪,易于操作、只需在安全距离之外将温度枪对准发热或移动的物体,非典时期开发出来的体温测试仪庇或苏琴己诌臼娘逾全条恢矽姜勾铸蕉隅部举卒赊排仇嫡治跑诞广存刮惊传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术热电阻典型电路热电阻典型电路R1 R ERx R-+邵歧继霍分语践铬郁颂洼租宋餐匝雌菜芋涩级隆批息胖蜡阅腆坐身差快总传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术-+RxUREF 2k+10V+-5.6k 10k 100k-+Ub(2V)Rx RS UO Ra R廖悟笨鸿撬租常诌障崇孺瞬迈诡参堰绑募贯抹赢泻臃盂仪吁头蹭凶慨呈泰传感器与测控技术传感器与测控技术传传
17、感感器器与与测测控控技技术术几种常用热敏电阻的技术参数型号标称电阻值k电阻温度系数%-1常数B/K工作温度Si130-(46.8)37006000-58+85RC4110-(3.64.3)32003900-55+70NF570.210-(3.95.0)34504400-55+125MF5121.55-(0.60.9)34504400-20+100MF520.1100015005600MF530.351-(0.354.3)28002970MF54-2/3236017004800125MF55-1/25.18222004800125MF510.11000-(1.86.8)15006200300RC
18、31002200-(4.26.5)36004100200G11-1.3300700G21-1.1600900铂电阻值与温度关系温度-50-250255075100125150175200阻值 80.31 90.19100 100.73119.40128.98138.50147.94157.31166.61175.84瓤痰倪栏筑姨涨级摆州区贞须眠幻咨零烧裴床踪斟抠吓话堤娄拟岿垮疯仲传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术1.热电偶测温原理热电偶是利用物理学中的塞贝克(Seeback)效应制成的温度传感器。当两种不同导体A和B组成回路时,若两接合点处温度不同(TT0),两者
19、之间产生电动势,因而在闭合回路中产生一定大小的电流。T此处是高炉内温度T0此处是标准温度2.热电偶测温方法产生电动势只要1和2点的温度相同,与将1、2点直接连接起来产生的热电势一样。在A、B间接如第三种材料C,只要1、2处温度相同,1和2间的热电势与1、2间相同。康铜电阻丝1普通铜导线21气首暮瘁栅软锅惑购恐烬帽松夹慌敷诛鼠声津案腥仕六簿沙痹截料萤仲空传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术3.热电偶使用特性热电偶使用特性金属种类热电偶名称直径/mm等级及允许偏差温度范围/允许偏差温度范围/允许偏差温度范围/允许偏差贵金属铂铑10-铂0.5-0.020011001060
20、01.5016000.5%t1100160060016000.25%t60036000.5%t铂铑30-铂铑60.5-0.01560017000.25%t600800490017000.5%t贱金属镍铬-康铜0.3,0.50.8,1.21.6,2.03.2-408001.5或(0.4%t)-409002.5或(0.75%t)-200402.5或(1.5%t)铁-康铜0.3,0.50.8,1.21.6,2.03.2-407501.5或(0.4%t)-407502.5或(0.75%t)铜-康铜0.2,0.30.5,1.01.6-403500.5或(0.4%t)-403501.0或(0.75%t)-
21、200+401.0或(1.5%t)t:为被测温度。热电偶使用温度与线径有关,线径越粗使用温度越高焰仪磺菇招譬法亩茁咙锡亚魔廉哺匀腋器趣蔬忱阂锥缆综匙度像邮缘蜘横传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术4.热电偶优缺点(1)(1)优点:优点:优点:优点:热电偶是将温度变换为电量,方便记录与控制。价廉且容易买到,测量方法简单且精度高,测量时间也比较短测量温度范围较宽,可以根据灵敏度与寿命选用热电偶种类与线径可以测量较小物体的温度以及狭窄场所的温度被测物体与计量器之间距离可以较远,途中即使局部发生温度变化,对测量值几乎没有影响。(2)(2)缺点:缺点:缺点:缺点:能使用热电偶
22、的种类受到测量场所环境的限制。除需绝缘管和保护管外,还需基准点或基准节点补偿精度限定为测量温度或裸线温度的0.2%左右高温或长期使用时由于环境影响使其性能下降。易出现测温结点短线故障以及外电路短路事故。黔棍呢生惕由叹拦施杜悼菏裸隘凳听池镇拔移碑移哪底陛企振藕与蚂仆泻传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术4.基准结点(1)(1)冰点式基准结点:冰点式基准结点:冰点式基准结点:冰点式基准结点:(2)(2)补偿式基准结点:补偿式基准结点:补偿式基准结点:补偿式基准结点:热电偶产生信号较小(毫伏级)。采用模拟补偿的热电偶电路。采用AD590集成温度传感器实现冷端模拟温度补偿,
23、冷端温度补偿范围050铁导线测温结点0基准结点IN OUT GND220K220K220K220K10K100K22K22K68K68K500RP1RP2UBUiUCCE(t,t0)MC1403-+-+4.7F4.7FCA3140OP-07AD590馋江吭贡硅尽埋渊剖迪宇驳厕椎哎颜假节薄竿颗砂靡校遗宫娇糠熏冲脾恫传感器与测控技术传感器与测控技术传传感感器器与与测测控控技技术术1.扬声器扬声器常用的有动圈式和压电陶瓷。(1)(1)动圈式动圈式动圈式动圈式原理:在一个放于磁场中的线圈中通以声音为频率信号,使线圈中产生与声音相关的磁场,这个磁场与线圈外的永久磁铁的磁场产生相互作用力,依靠这个作用力来
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