传感器原理及工程应用第15章w.pptVIP

三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。 热电阻内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种, 如图所示。 二线制中引线电阻对测量影响大, 用于测温精度不高场合。 四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响, 用于高精度温度检测。 集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流电压特性与温度的关系, 把感温PN结及有关电子线路集成在一个小硅片上, 构成一个小型化、一体化的专用集成电路片。 15.1.5 集成温度传感器 PN结受耐热性能和特性范围的限制,用来测150℃以下温度 集成温度传感器采用一对非常匹配的差分对管作温度敏感元件。 图为集成温度传感器基本原理图 1． 基本工作原理 优点:体积小、反应快、线性好、价格低等 其中T1和T2是互相匹配的晶体管,I1和I2分别是T1和T2管的集电极电流, 由恒流源提供 T1和T2管的两个发射极和基极电压差ΔVbe用下式表示 即: 这就是集成温度传感器的基本工作原理, 在此基础上可设计出各种不同电路以及不同输出类型的集成温度传感器。 保证I1/I2恒定,则ΔVbe就与温度T成单值线性函数关系。 1)电压输出型　 原理电路图如图所示 2． 集成温度传感器的信号输出方式 I1恒定时,改变R1阻值,实现I1=I2,当晶体管的β≥1时,电路的输出电压为, 2）电流输出型 T1和T2是结构对称的晶体管,作为恒流源负载,T3和T4管是测温用的晶体管,T3管的发射结面积是T4管的8倍, 即r=8。流过电路的总电流IT为: 若取R1=940Ω, R2=30KΩ,r=37,则电路输出的温度系数为: 图为电流输出型集成温度传感器的原理电路图。 电流输出型有AD590, 我国产的SG590也属于同类型产品。AD590的电源电压4~30V, 可测温度范围-50~+150℃。 当R和r一定时,电路输出电流与温度有良好的线性关系。 若取R为358Ω, 则电路输出的温度系数为: 2． AD590集成温度传感器应用实例 1)温度测量电路 图为一个简单的测温电路。 串联一可调电阻,调整电阻值, 使输出满足1mV/k的关系。固定可调电阻,由输出电压读出AD590的热力学温度 AD590在25℃时,理想输出为298.2μA, 因存在误差,需在外电路中进行修正 AD311为比较器, 它的输出控制加热器电流, 调节R1可改变比较电压, 从而改变了控制温度。 2)控温电路 简单的控温电路如图所示。 AD581是稳压器, 为AD590提供一个合理的稳定电压。 AD580是三端稳压器,其输出电压VOUT=2.5V。电路工作时,调整电阻R2使得:I1=t0×10-3 mA 3)热电偶参考端补偿电路 补偿电路如图所示 AD590应与热电偶参考端处同一温度 在电阻R1上产生一个随t0变化的补偿电压V1=I1R1。 补偿时应使V1与EAB(t0,0)近似相等,即R1与S相等。 当热电偶参考端温度为t0,其热电势EAB(t0,0)≈S·t0 这种电路灵敏、准确、可靠、调整方便,补偿精度高 压力是重要的工业参数之一,压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。 15.2 压力测量 15.2.1 压力概述 “压力”实质上就是物理学里的“压强”, 为:p=F/A 国际单位制中定义: 1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面上, 形成的压力为1“帕斯卡”, 简称“帕”, 符号为Pa 传统压力单位换算关系如下: 1 kgf/cm2=0.9807×105Pa 1mmH2O=0.9807×10Pa 1mmHg=1.332×102Pa 1atm=1.01325×105Pa 指地球表面上的空气柱重量所产生的压力 1)绝对压力P 作用于物体表面的全压力, 以绝对真空为基准 2)大气压力P0 仪表指示的表压力；绝对压力小于大气压力, 则表压力为负压, 负压又可用真空度表示,负压的绝对值称为真空度 3)表压力p 绝对压力与大气压力之差,又称相对压力 静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小知道液位和流体流量的大小。 4)差压 任意两个压力之差称为差压。 测量压力的传感器很多, 如应变式、电容式、差动变压器、霍尔、压电等传感器等都能用来测量压力。下面介绍几种工程上常用的测压传感器或测压仪表。 采用水银或水为工作液, 用U型管或单管进行测量, 常用于低压、 负压或压力差的测量。 15.2.2 液柱式压力计 液柱式压力计是以流体静力学原理来测量压力的。 图所示的U形管内装有一定数量的液体, U形管一侧通压力p1, 另一侧通压力p2。当p1= p2时, 左右两管的液体高度相等。当p1 p2时, 两边管内液面便会产生高度差。 如p1为大气P0,则 p2=ρg h 根据液体静力学原理可知: Δp=p2-p1=ρg