数据采集系列产品-传感器说明

应变计
加速计
电磁式接近开关
线性可调差接变压器
信号(Signal)及传感器(Sensor)
流量检测（Flowrate Measurement）:物质的流动检测
– 差压流量计（Differential Pressure Flowmeter ） ：皮托-静 压管（Pitot-static tube） – 热线风速计（Hot-wire Anemometer） – 涡轮流量计（Turbine Flowmeter）
$ 1 / foot
Polynomial Rugged Least stable
Fragile More Stable
热敏电阻（Thermistor）
热敏电阻Thermistor：Thermally Sensitive Resistor
– 电阻值会随温度的变化而变化 – Semiconductor made from metal oxides – 2252 W to 10000 W at 25°C – 可达 300°C
铠装热电偶
热敏电阻
半导体温度传感器：LM35
信号(Signal)及传感器(Sensor)
位移检测（Motion Measurement）
– – – – – – 应变计（Strain gauge） 加速计（Accelerometer） 光电传感器（Optical Sensor） 电磁式压电传感器（Piezoelectric Magnetic Pickup) 触觉传感器（Tactile Sensor ） 线性可调差接变压器（Linear Variable Differential Transformer ：LVDT）
• (Rotary Variable Differential Transformers)
– 电位计 – 编码器
旋转编码器
光电式 电磁式 正交编码
PhotoDetector
Light Source
Shaft
Code Track
Rotating Disk
All Types Generate Pulse-Train Signals
作用像应力计
不同型式的包装
通常是全电桥式,350Ohm 通常激励电压 ：10V 提供各种特定的工作范围
臂载荷 测力传感器，荷重传感器
扭矩
加速计以及应变计应用
纵横向加速度计 资料获取系统 显示器 后垂直向加速计&应变计
前垂直向加速计
旋转传感器
将位移或运动转换成电子讯号 旋转传感器的类别:
– RVDTs
热电阻
-200 to 1000 °C
Small resisistance ( Current Source Required )
Measurement
Accuracy Cost Linearity Application
0.01 to 1 C $ 20-100 / foot
Polynomial ( More linear )
B
C C
+ -
热电偶（Thermocouple）
两种不同的金属结合在一起
电压会随着温度上升而上升
非线性
70 60 mV
J 型 thermocouple温度特性
40
20 -8 -210
度
1200
热电偶和热电阻特性比较
热电偶
Range
-270 to 2320°C Low Voltage ( Reference Required ) 1C to 5 C
传感器分类
依外加能源需求：可分为直接式（被动式 passive） 与间接式（主动式 active）两种。
– 直接式：感测时并不需外加电源即有电气讯号输出之组 件 • 机电组件:如转速发电机 • 光电组件: 如太阳能电池 • 热电组件: 如热电耦 • 压电组件:如压电计 • 焦电组件:如焦电型红外线传感器 – 间接式：感测时需要外加电源
IC Sensor
半导体温度传感器
– 电压随温度变化而变化變化
– 电流、电压输出，数字量输出
– 可达150 °C
– 典型的器件：LM35，18B20
压力传感器
作用类似应力计
应变丝 基体
贴在薄片上
薄片会因压力而形变
主轴
引线
电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变 箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
差压流量计
涡轮流量计
热线风速计
信号(Signal)及传感器(Sensor)
化学成分检测（Chemical Measurement）
– Oxygen Sensor
温度传感器
热电阻（RTDs）
热敏电阻（Thermistors）
半导体温度传感器（IC sensors）
热电偶（Thermocouples）
传感器分类
依感测特性： – 可分为接触式及非接触式两种 依感测功能： – 位移：直线、角度、一维、二维、三维、ON/OFF – 速度：直线、角速度、流量 – 加速度：振动 – 度量：尺寸大小、面积、体积、粗度等 – 其他：像质量、力量、扭拒、硬度、黏度等物理量
传感器分类
依输出型态 – 模拟输出：连续式、电流型/电压型 – 数字输出：间断式、ON/OFF – 频率型输出：连续式（sin/cos）或脉波式（编码器） 依调整型输出： – AM/FM、PWM 依性能： – 如依准确度、线性度、灵敏度、重现性度、感测范围、 传感器大小等
数据采集—— 传感器
现场信号的分类和测量
• 现场信号主要是物理量信号
– 温度、压力、流量以及位移……
• 传感器
– 把现场的各种物理量信号转变为电信号或者数字信号，并进行一定 的处理（滤波、简单诊断等）；
传感器测量原理
一般可分为以下六类：
– – – – – – 机械式（Mechanical）：位置、速度、力量 电气式（Electrical）：电压、电流、电阻、电容等 电磁式（Magnetic）：磁场强度、磁通密度 幅射式（Radiant） ：电磁波、光学式、超音波、视觉 热能式（Thermal）：温度、热容、热焓 化学式（Chemical）：浓度、酸碱度、分子结构
热电阻（RTD）
热电阻 RTD：Resistance Temperature Detector – 优点
• Resistance µ Temperature • 高达 800 °C • 非常的准确和稳定
Physical Layout
– 缺点
• • • • 昂贵 反应速度慢 需要激励源 会发热
電阻值會隨著溫度而變
信号(Signal)及传感器(Sensor)
温度检测（Temperature Measurement ）
– – – – 热电偶（Thermocouple：TC） 热电阻（Resistance Temperature Detector ：RTD） 热敏电阻（Thermister） 半导体温度传感器（Junction Semiconductor Sensor ）
传感器测量相关电路
电源驱动电路：应用于主动式组件，通常是定电压（交直流） 或定电流电路。 放大电路：应用于输出讯号较小的感测组件，一般可用电晶体 电路或运算放大器（OPAM）电路，需依精度要求选用不同 等级的电子组件。 线性化电路：应用于非线性输出感测组件，通常使用专用IC或 分离组件组合。 功率放大电路：应用于需要驱动电驿或其他负载时，一般可用 双极电晶体。 显示电路：常用的有七段显示或液晶显示等。 其他特殊电路：像平衡电桥电路、调变/解调电路、A/D、D/A、 计数/计时等。
压力传感器的测量
应力 用电阻形成的电桥来测量 用来测量： – 应力 – 压力 – 力量

L L
V
out
V exc
R
R
2
1
R2

理
– 电桥形式 • 半电桥式 • ¼ 电桥式 – 调零 – 分流校正
+ VIN -
+ _
VEX
力量、负载及力矩传感器
热电阻（RTD）
温度特性曲线 S-type TC & RTD
16 12 8 - 390 - 375 - 247 - 100 +IEXC +SENSE -SENSE GND
2 WIRE RTD OR OTHER SENSOR
4
+SENSE +IEXC GND -IECX -SENSE +IECX
+SENSE -SENSE GND
3 WIRE RTD OR OTHER SENSOR
0
200 400 温度
600
800
4 WIRE RTD OR OTHER SENSOR
Type S Thermocouple Platinum RTD
热电偶（Thermocouple）
用于相对温度的检测 冷端补偿
– AB 是用于测量的接点 – AC 及 BC 是附属接点A
需要激励的常用传感器
RTDs, Thermistors, 电位计 – 电阻式装置 – 需要直流电流 应力计, 力量, 负载, 力矩 – 惠斯通电桥装置 – 需要直流电压 主动式加速计 – Piezoelectric devices – 需要直流电流(ICP® Current Source) LVDTs, RVDTs, Resolvers 位移计 – 变压器式的装置 – 需要交流电压