施一剑《电子系统设计教学课件》电子系统设计第三章.pptxVIP

电子系统设计第三章 信号的获取及常用非电量的转换3.1 传感器的一般性介绍传感器（sensor）： 指能感受到被测非电量的信息（包括物理量、化学量生物量等），并能按一定规律将其变换成为便于传输和处理的电信号的器件或装置。传感器的组成：敏感元件：感受和响应非电量转换元件：将“感受”转成电量传感器的分类3.1.1 传感器的一般特性传感器的输入量和输出量之间的对应关系：静态特性（稳定状态）线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、 漂移、稳定性等动态特性（随时间变化）用“规律性”的输入来考虑传感器的响应复杂周期信号可以分解为各种正弦波谐波的输入突变信号和阶跃信号可以用阶跃输入表示用含时微分方程表示输入输出关系静态特性是动态特性的特例 传感器的参数3.1.2 传感器的类型与发展趋势传感器技术在提高精度、扩展功能、智能化、网络化等 方向上取得了显著的成绩。从传感器的实现技术水平来看，传感器的发展可分为四 个阶段：1．基本传感器：能实现被测物理量向电信号转换的基本功能。如热电偶、热电阻、光电二极管等。2．模拟集成传感器：把敏感器件和转换电路(多为半导体器件)以及外围处理模拟电路集成在一个模拟集成电路中，输出为标准的电压(或电流)信号。性能较好，外围电路简单，使用方便，适用于各种模拟测量与控制系统。3．智能传感器：把敏感器件、转换电路、A/D转换器、数字处理电路集成到一个半导体器件中，具有较强的数据处理与控制能力。4．网络化智能传感器：具有标淮总线(包括有线、无线和光纤等几个大类)接口，能够很方便地构成分布式集散测控系统，代表工业测控系统的发展方向。WSN(wireless sensor network) 无线传感网络无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。潜在的应用领域： 军事、航空、防爆、救灾、 环境、医疗、保健、家居、 工业、商业等领域。物联网的关键技术之一3.2 温度、湿度传感器及其测量方法/view/8193.htm温度：度量物体冷热的物理量，是国际单位制中7个基本物理量之一。/view/286584.htm湿度：人体感知的为相对湿度用RH(Relative Humidity)表示：即气体中（通常为空气中）所含水蒸气量（水蒸气压）与其空气相同情况下饱和水蒸气量（饱和水蒸汽压）的百分比。湿度检测比较复杂，受温度、气压等影响。湿度过高影响人调节体温的排汗功能，人会感到闷热。湿度影响植物细胞气孔的打开与闭合对电子系统的影响：温度、静电3.2.1 温度传感器及测量电路工作原理（教材表述有误）（教材P.37）当两种不同金属导体材料紧密连接在一起时，由于各自的自由电子密度不同，在接触处会产生自由电子从低密度区向高密度区的扩散运动。获得电子的导体会呈正电特性。失去电子的导体会呈负电特性，两导体间就会产生接触电动势。塞贝克（Seeback）效应：（第一热电效应） 两种不同的金属结合在一起，在不同的温度条件下，会产生不同的热电势。利用这一特性，即可将两种金属丝的端头熔接在一起制成热电偶。第二、第三热电效应是什么？温度T下的接触电动势表达式：Maxwell–Boltzmann statistics（参考热力学统计力学教材） 热电偶示意图与T3无关，说明什么？(a)(b) K型热电偶测量电路如果冷端不为0℃，则需要用补偿电路。可以用补偿导线（与AB同材料）把冷端延伸到测量仪表附近，用仪表所处环境温度补偿问题：右侧输出代表的测量范围是多少？常用热电偶种类及特性制成热电偶的常用金属有铂、铑、镍、铜、康铜、硅等。用铂铑构成的就称为铂铑热电偶。热电偶的测温范围-273oC—2800oC，但同一个热电偶不会有如此宽的测温范围，每一种热电偶都有各自的较窄的测温范围。热电阻利用金属的电阻率随温度变化的特性做成的测温器中间温度区热电阻的特性基本是线性的高温区或低温区热电阻特性是非线性的Rt和R0分别是温度为t和0℃时的热电阻值，α为温度系数 A,B,C分别为热电阻的一次、二次、三次温度系数热电阻的分类和特性热电阻都有一个分度号，铜电阻是Cu50、Cu100，铂电阻是Pt100、Pt500、Pt1000，数字代表0oC时的电阻值。可以根据这个电阻值和温度系数计算出某个温度下的电阻值，也可以查阅该分度号热电阻的温度阻值分度表。铂热电阻的测温分度简表热电阻特点：体积比较大、热惯性大，响应速度低检测范围比较小(-200~600℃)，热电偶可以测到1000℃以上三线制热电阻测量电路电桥平衡条件 如果R1=R2，则有Rt=R3温度变化可以直接从R3反应出来四线制热电阻测量电路恒流源电流I输出电压U=IRt热电阻连接四条支路不平衡电桥热电阻测量电路半导体热敏电阻利用半导