二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用.

二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用.
二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用.

二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用

摘要:TGS4160是FIGARO(弗加逻)公司生产的一种固态电化学型二氧化碳(CO2)传感器,该器件除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性外,同时还具有耐高湿和耐低温等特点。因而可广泛用于自动通风换气系统或CO2气体的长期监测等应用场合。文中叙述了该传感器的内部结构和工作原理,给出了一个用TGS4160设计的专用模块的基本应用电路原理图。

1概述

TGS4160二氧化碳传感器是FIGARO(弗加罗)公司生产的固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外,同时还具有耐高湿低温的特性可广泛用于自动通风换气系统或是CO2气体的长期监测等应用场合。但是,由于TGS4160的预热时间较长(一般为2小时),所以,该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。此外,为了方便客户使用,FI-GARO公司还专门设计了带温度补偿的传感器处理模块AM-4。该模块采用微处理器进行控制,CO2气体浓度的输出信号电平为0.0~3.0V,相当于0~3000ppm的浓度,并有中继转接控制口,可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。TGS4160传感器的主要技术参数如下:

●测量范围:0~5000ppm;

●使用寿命:2000天;

●加热器电压:5.0±0.2VDC;

●加热器电流:250mA;

●加热器功耗:1.25W;

●内部热敏电阻(补偿用):100kΩ±5%;

●使用温度:-10~+50℃

●使用湿度5~95%RH;

●产品尺寸:最大外径Φ24mm,高24mm,引脚长5.8mm。2内部结构

TGS4160二氧化碳传感器是一种内含热敏电阻的混合式CO2敏感元件。该元件在两个电极之间充有阳离子固体电解质。它的阴极由锂碳酸盐和

镀金材料制成,而阳极只是镀金材料。该敏感元件的基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维加固,然后采用不锈钢网做圆柱型封装。元件的内层采用100目双层不锈钢网套在镀镍铜环上,并用高强度树脂粘合剂与基衬固定在一起。其外层顶盖上又罩上了一层60目的不锈钢网。为了达到降低干扰气体影响的目的,TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料(沸石)。传感器的6个引脚通过0.1mm的箔导线与内部相连。其等效的内部结构见图1所示。图中,阳极与传感器的第3脚S(+)相连,阴极与传感器的第4脚S(-)相连,Pt加热器与传感器的第1,6脚相连,内部热敏电阻与传感器的第2,5脚相连。内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度,以便对该传感器进行温度补偿,从而使校正后的测量值更加准确。

3工作原理

TGS4160型CO2传感器是一种电化学型气体的敏感元件,当该元件暴露在CO2气体环境中时,就会产生电化学反应。其反应式如下:

阴极反应方程:

4Li++2CO2+O2+4e-=2Li2CO3

阳极反应方程:

4Na++O2+4e-=2Na2O

总的化学反应方程:

Li2CO3+2Na+=Na2O+2Li++CO2

作为电化学反应的结果,根据耐斯特方程(Nernst),该过程将产生如下电势(EMF):

EMF=Ec-(RF)/(2F)ln(PCO2)

式中:PCO2为CO2的分压;Ec为常数;R是气体常数;T为温度值(K);F是法拉第常数。

从上式看出,通过监测S(+)、S(-)两个电极之间所产生的电势值EMF,就可以测量CO2的浓度值。为了使该传感器保持在最敏感的温度上,一般需要给加热器提供加热电压进行加热,但加热电压的变化将直接影响传感器的稳定性,因此加热电压必须稳定,其范围应在5.0±0.2VDC之内。为了保证CO2的准确测量,除了保证加热电压稳定及对环境温度的变化进行温度补偿外,更主要的是要测量两电极之间变化的电势值ΔEMF,而不是绝对电势值EMF,因为ΔEMF与CO2浓度变化之间有一个较好的线性关系。虽然EMF绝对值随环境温度的上升而上升,ΔEMF却保持常量,而且它在-10℃~+50℃温度范围内,基本不受温度的影响。

图2

ΔEMF值可由下式求得:

ΔEMF=EMF1-EMF2

其中,EMF1为350ppm的CO2中的EMF值;EMF2为所测量的CO2的EMF值。

在温度为20℃±2℃、湿度为65±5%RH、加热电压为5.0±0.05VDC、预热时间为7天或大于7天的条件下,测得传感器在浓度为350ppm中的EMF值是220~490mV,而ΔEMF在350~3500ppm的CO2浓度中的值是44~72mV,因此在实际测量应用电路中,要根据传感器的特点要求,除使用高输入阻抗(≥100GΩ)、低偏置电流(≤1pA)的运算放大器外,还要对测得的信号进行处理。处理该信号通常有两种方案可供选择:一是使用费加罗(FIGARO)公司的FIC98646专用处理器模块,二是选用其它型号的单片机并通过自己编程进行信号处理。

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器?(传感器定义) 解:能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用? 解:传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系,所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性,它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成?说明各部分的作用。 解:传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。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能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分,调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分,如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系?静态参数有哪些?各种参数代表什么意 义?动态参数有那些?应如何选择? 解:在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量,这取决于传感器的基本特性,即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。意义略(见书中)。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等,应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器,在输入量变化5mm时,输出电压变化为300mV,求其灵敏度。 解:其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为:S1=0.2mV/℃、

二氧化碳传感器的工作原理

随着我国大气污染日益严重,近日杭州、北京等大半个中国都被雾霾严重袭击。传感器作为测量气体浓度的一种检测装置也在此同时不断的出现和发展。传感器的种类繁多,每种传感器都适用一定的应用领域,在测量气体上包括化学传感器、陶瓷传感器和测量湿度的温湿度记录仪,二氧化碳传感器等。 传感器需要经常校准,并只能在清洁的环境中工作。传统的co2传感器对于像co2这样的不可燃气体的测量尤其困难,化学传感器很难胜任这项工作,使用寿命也很短。其他的各种间接测量方法,由于它们通常不仅仅对一种气体组成度敏感。所以其精度很低且漂移量较大。与化学二氧化碳传感器相比,光学测量仪器有许多优点,但其昂贵的价格也确时降低了它的市场竞争力。不过,随着产品集成化程度的提高,其生产成本也正在降低。 这种co2传感器的工作原理是:采用了单束双波长非发散性红外线洲量方法,其独特之处在于它的滤光镜——1种袖珍电子调谐干扰仪。这种滤光铣保证了它所透过的光波波长的精确性和稳定性,避免了由于滤光镜厦探刹器不匹配而发生的问题及传统的旋转式滤光镜所产生的磨损。本文所要讨论的是光学测量方法中的一种即非发散性红外线测量。 各种气体都会吸收光。不同的气体吸收不同波长的光,比如co2就对红外线(波长为4。26m)最敏感。二氧化碳分析仪通常是把被测气体吸入一个测量室,测量室的一端安装有光源而另一端装有滤光镜和探测器。滤光镜的作用是只容许某一特定波长的光线通过。探测器则测量通过测量室的光通量。探测器所接收到的光通量取决于环境中被测气体的浓度。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台,正品现货、优势价格、迅捷配送,是一站式采购的工业品商城!具有10年工业用品电子商务领域研究,以强大的信息通道建设的优势,以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力,为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型,报价,采购,参数,图片,批发信息,请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/b88929695.html,/

(完整word版)传感器原理及应用复习题.docx

《传感器原理及应用》复习题 1.静态特性指标其中的线性度的定义是指 2.传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。 3.对于等臂半桥电路为了减小或消除非线性误差的方法可以采用提高桥臂 比,采用差动电桥的方法。 4.高频反射式电涡流传感器实际是由线圈和被测体或导体两个部分组成的系统,两者之间通过电磁感应相互作用,因此,在能够构成电涡 流传感器的应用场合中必须存在金属材料。 5.霍尔元件需要进行温度补偿的原因是因为其霍尔系数和材料电阻 受温度影响大。使用霍尔传感器测量位移时,需要构造一个磁场。 6.热电阻最常用的材料是铂和铜,工业上被广泛用来测量中低温 区的温度,在测量温度要求不高且温度较低的场合,铜热电阻得 到了广泛应用。 7.现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器,设计传送带上塑料零件的计数 系统时,应选其中的光电传感器。需要测量某设备的外壳温度,已知其 范围是300~400℃,要求实现高精度测量,应该在铂铑- 铂热电偶、铂电阻和热 敏电阻中选择铂电阻。 8.一个二进制光学码盘式传感器,为了达到1″左右的分辨力,需要采用 或位码盘。一个刻划直径为400 mm的 20 位码盘,其外圈分别间隔 为稍大于μm。 9.非功能型光纤传感器中的光纤仅仅起传输光信息的作用,功能型光纤传感器 是把光纤作为敏感元件。光纤的 NA 值大表明集光能力强。 11.光照使半导体电阻率变化的现象称为内光电效应,基于此效应的器件除光敏 电阻外还有处于反向偏置工作状态的光敏二极管。光敏器件的灵敏度可 用光照特性表征,它反映光电器件的输入光量与输出光电流(电压 )之间 的关系。选择光电传感器的光源与光敏器件时主要依据器件的光谱特性。 12. 传感器一般由敏感元件 _ 、转换元件 ___ 、测量电路及辅助电 源四个部分组成。 13.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下,输出变化量与输入变化 量的比值。对线性传感器来说,其灵敏度是一常数。

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的,但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25),该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比,通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例,25℃时阻值为10KΩ的电阻,在0℃时电阻为28.1KΩ,60℃时电阻为4.086KΩ;与此类似,25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线,可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量,但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值,可以用这个曲线来估计,也可以直接计算出电阻值,计算公式如下: 这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

CO2传感器在呼气末二氧化碳(ETCO2)

CO2传感器在呼气末二氧化碳(ETCO2)监测中的应用 呼气末二氧化碳(ETCO2)监测是一项无创、简便、实时、连续的功能学监测指标。 其在急诊科的临床工作中得到了越来越广泛的使用。工采了解到在呼吸过程中将测得的二氧化碳浓度与相应时间一- -对应描图,即可得到所谓的二氧化碳曲线。 对于小气道梗阻导致通气困难的患者,如重症哮喘和慢性阻塞性肺病患者,在采用二氧化碳分压监测仪时,由于肺泡内气体排出速度缓慢,时相Ⅱ波形上升趋于平缓。气体存留在肺泡内的时间较久,肺泡气的二氧化碳分压更接近静脉血二氧化碳分压。这一部分气体在呼气后期缓慢排出,使得二氧化碳波形在时相Ⅲ呈斜向上的鲨鱼鳍样特征性改变。 严重气道梗阻患者,因死腔通气比例增大,可导致呼出气二氧化碳分压显著下降。对于治疗性低通气患者,例如急性呼吸窘迫综合征患者进行保护性肺通气策略治疗时,小潮气量(6mL/kg甚至更低)通气增加了二氧化碳滞留的风险。实时监测ETCO2,可以及时发现二氧化碳潴留,并减少动脉血气检查频次。 低通气高危患者监测,推荐深度镇静镇痛或麻醉患者监测ETCO2。对于存在低通气风险的患者,例如镇痛镇静、门急诊手术的患者,使用ETCO2监测仪发现的通气异常早于氧饱和度下降和可观察到的低通气状态。 呼吸末二氧化碳测量技术近年来有了很大的发展,特别是二氧化碳检测设备的关键部件,如红外光源和红外探测器的发展,为二氧化碳传感器检测技术的进步提供了很大的帮助。该技术在临床实践中的应用越来越广泛,临床对该技术的要求也越来越高。例如,对信号质量控制、呼吸参数测量的准确性和可靠性提出了更高的要求。 工采英国GSS高速响应红外二氧化碳传感器(NDIR CO2传感器) - SprintIR,具有高速检测(20Hz)的特性,其非扩散红外光吸收技术的感测技术适用于捕捉CO2浓度快速度变化的领域,如新陈代谢评估和呼吸机。 1/ 1

常用传感器的工作原理及应用

常用传感器的工作原理及应用

3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变:物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变:当外力去除后,物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件:具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理:当被测物理量作用于弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形,产生相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,引起应变片的电阻值变化,通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构:应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用:广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1.电阻应变效应 ○

电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,其电阻值相应发生变化,这种现象称为“应变效应”。 2.电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4.电阻应变式传感器的应用 (1)应变式力传感器 被测物理量:荷重或力 一

二 主要用途:作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件:柱式、筒式、环式、悬臂式等 (2)应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 (3)应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 (4)应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据:a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器,如果不考虑边缘效应,其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时, 电容量C 也随之变化。 d S C ε=

传感器原理及其应用论文

传感器原理及其应用论文 摘要:在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调 节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。 一、传感器简介 传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息, 并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。(1)、传感器定义及分类 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展,都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强,作为信息采集系统的前端单元,传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件,作为系统中的一个结构组成,其重要性变得越来越明 显。最广义地来说,传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。 国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为:“传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是:“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”,而“传感器系统则是组合有某种信息处 理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分,它是被测量信号输 入的第一道关口。 (2)、传感器的作用 人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。 新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个 参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。 在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到fm的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到 s的瞬间反应。此外,还出现了对深化物质认识、 开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超 高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有 相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端 或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电 动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T

二氧化碳传感器方案

XXX公司 二氧化碳传感器在会议室内使用的方案 XXXX公司 2013年4月10日

目录 第一部分二氧化碳的概述 (3) 第二部分二氧化碳传感器在通风控制领域的应用 (4) 第三部分二氧化碳传感器的在楼宇自中的优点 (8) 第四部分XXX项目涉及二氧化碳传感器改造的房间 (9)

第一部分二氧化碳的概述 我们的地球被一层大气包围着,其中氧气占21%,78%是氮气,1%是其它气体。这1%气体当中,就有只有一小部分为二氧化碳气体,约为300ppm(百万分之一,即0.03%),它比空气重1.5倍;可吸收红外波,产生温室效应。 二氧化碳在空气中的含量越高,对人体的影响就越大,当二氧化碳含量高出0.7%时,人体就会感到不舒服,当超过10%时,人体就会出现昏迷和死亡。达到20%,人就会在几秒内死亡(详见图一)。因此在人群比较密集的地方,二氧化碳含量是一个非常重要的参数,直接关系到人体舒适度和安全。但是它又是植进行光合作用的重要元素,也可以说,没有二氧化碳,也就没有自然界的生机勃勃。因此,由于二氧化碳气体这些特性,使得像机场、大厦、办公室、厂矿、温室、实验室、化工、食品保鲜等行业都会需要对二氧化碳值进行测量。

图一:二氧化碳含量所产生的影响 第二部分二氧化碳传感器在通风控制领域的应用根据相关标准,室内二氧化碳(CO2)的浓度和通风率之间有着密切的关系。无论是在空间内, 人多或是少的情况下,此系统能有效地节约宝贵的能源和保持室内良好的空气品质。一般上, 安装以CO2控制为基础的通风控制系统带来的好处显现, 设备的投资可在两年内由所节省的能源得到回报。目前,这种通风控制系统已经被广泛地应用在带有先进大楼集中管理(BMS)系统的智能化楼宇群中。 本系统结构应用在需要实现通风控制的环境中。 如下图,整个自动化通风系统的最小组成包括:一个eSENSE2传感器及一个PP-116电源模块(可以提供传感器24VDC电源和控制换气扇230VAC电源的继电开关)。

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1)信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。 2)传感器又称变换器、探测器或检测器,是获取信息的工具 广义:传感器是一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准(GB7665-87):定义:能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 3)传感器的组成: 敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件:将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。 4)传感器的静态性能指标 (1)灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量(输入量)的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数,与输入量大小无关;②非线性传感器灵敏度与x有关。(2)线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为: ①绝对线性度:为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义:实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度:以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度:用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 (3)迟滞 定义:对某一输入量,传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量,这一现象称为迟滞。 即:传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 (4)重复性 定义:在相同工作条件下,在一段短的时间间隔内,同一输入量值多次测量所得的输

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 什么是传感器(传感器定义) 解:能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 传感器特性在检测系统中起到什么作用 解:传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系,所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性,它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器由哪几部分组成说明各部分的作用。 解:传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。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能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分,调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分,如书中图所示。 传感器的性能参数反映了传感器的什么关系静态参数有哪些各种参数代表什么意义动态参数有那些应如何选择 解:在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量,这取决于传感器的基本特性,即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。意义略(见书中)。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等,应根据被测非电量的测量要求进行选择。 某位移传感器,在输入量变化5mm时,输出电压变化为300mV,求其灵敏度。 解:其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为:S1=℃、S2=mV、S3=V,求系统的总的灵敏度。 某线性位移测量仪,当被测位移由变到时,位移测量仪的输出电压由减至,求该仪器的灵敏度。

二氧化碳传感器检测原理

CO2传感器/变送器原理 目前检测CO2的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等这些方法普遍存在着价格贵、普适性差等问题测量精度还较低。而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点目前应用于二氧化碳气体传感器主要有电化学式、热传导式、电容式、固体电介质式和红外吸收式等。下面主要介绍几种传感器 1、固体电解质CO2气体传感器 固体电解质CO2气体传感器是由Gauthier提出的。初期用K2CO3固体电解质制备的电位型CO2传感器受共存水蒸气影响很大难以实用后来有人利用稳定化锆酸盐Zr O2?MgO设计一种CO2敏感传感器。La F3单晶与金属碳酸盐相结合制成的CO2传感器具有良好的气敏特性在此基础上有人提出利用稳定化锆酸盐/碳酸盐相结合而成的传感器。1990年日本山田等人采用NASICON(Na+超导体)固体电解质和二元碳酸盐(Ba CO3Na2CO3)电极使传感器响应特性有了大的改进。但是这类电位型的固态CO2传感器需要在高温(400~600℃)下工作且只适宜于检测低浓度CO2应用范围受到限制。现有采用聚丙烯腈(PAN)、二甲亚砜(DMSO)和高氯酸四丁基铵(TBAP)制备了一种新型固体聚合物电解质。以恰当用量配比PAN(DMSO)2(TBAP)2聚合物电解质呈有高达10-4S·cm- 1的室温离子电导率和好的空间网状多孔结构 由其在金微电极上成膜构成的全固态电化学体系在常温下对CO2气体有良好的电流响应特性消除了传统电化学传感器因电解液渗漏或干涸带来的弊端又具有体积小、使用方便的独到优点但其成本过。

2、电容式传感器 电容式传感器是利用金属氧化物一般比其碳酸盐的介电常数要大利用电容的变化来检测CO2。报道采用溶胶——凝胶法以醋酸钡和钛酸丁脂为原材料乙醇和醋酸为溶剂制备了BaTi O3纳米晶材料。采用这种纳米晶材料为基体制备电容式CO2气体传感器.其缺点是检测低浓度CO2时输出倍号小且易受其他气体的影响。 3、光纤CO2传感器 光纤CO2传感器利用CO2与水结合后生成的碳酸酸性很弱其酸性的检测多采用灵敏度较高的荧光法如杨荣华等人研制的基于荧光碎灭原理的有叶琳的聚氯乙烯敏感膜其原理是利用环糊精对叶琳的荧光增强效应且该荧光能被溶液中二氧化碳碎灭该膜响应速度快、重现性好、抗干扰能力强测定碳酸的范围达到了 4.75×10?7~3.90×10?5mol/L这对化学传感器来说是一个较好的性能指标。该方法克服了化学发光传感器消耗试剂的不足不必连续不断地在反应区加送试剂。但其系统繁琐此外使用寿命也较短。 4、红外吸收型CO2传感器(如安易买商城上销售的TELASIA VS08-K 二氧化碳传感器/变送器) 红外吸收c o2传感器是利用不同气体对红外辐射有着不同的吸收光谱吸收强度与气体浓度有关的事实来检测co2浓度的。红外吸收型气体分析检测仪一般由红外辐射源(白炽灯或者红外LED)测量气样室波长选择装置(滤光片)红外探测装置(如热电探测器热电池)组成。如果气体吸收谱线在入射光谱范围内那么红外辐射透过被测气体后在

传感器原理及应用习题及答案

第1章 传感器的一般特性 1.1 什么叫传感器?它由哪几部分组成?并说出各部分的作用及其相互间的关系。 1.2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 1.3 传感器的静态特性指什么?衡量它的性能指标主要有哪些? 1.4 传感器的动态特性指什么?常用的分析方法有哪几种? 1.5 传感器的标定有哪几种?为什么要对传感器进行标定? 1.6 某传感器给定精度为2%F·S ,满度值为50mV ,零位值为10mV ,求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时,计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解:满量程(F?S )为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为: δ=40?2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时,其测量相对误差分别为: % 4%10021408.01=??=γ % 16%10081408 .02=??=γ 结论:测量值越接近传感器(仪表)的满量程,测量误差越小。 1.7 有两个传感器测量系统,其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述,试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 1) T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压,V ;T ——输入温度,℃。 2) x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中,y ——输出电压,μV ;x ——输入压力,Pa 。 解:根据题给传感器微分方程,得 (1) τ=30/3=10(s), K=1.5 10 5/3=0.5 10 5(V/℃); (2) τ=1.4/4.2=1/3(s), K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数τ=10s ,如果用它来测量一台炉子的温度,炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动,周期为80s ,静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解:依题意,炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(ωt)℃ 由周期T=80s ,则温度变化频率f =1/T ,其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40; 温度传感器(热电偶)对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃ 热电偶为一阶传感器,其动态响应的幅频特性为 ()()786 010******** 2 2 .B A =??? ? ???π+= ωτ+== ω 因此,热电偶输出信号波动幅值为 B=20?A(ω)=20?0.786=15.7℃ 由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 ?(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80?10)= -38.2? 相应的时间滞后为

二氧化碳传感器 CO2

IRceL ? CO2 Technical Specifications Non-Dispersive Infra-Red (NDIR)0-5% vol. Carbon Dioxide Within ± (0.1% vol CO 2 + 4% of concentration) <35 Seconds < ±0.003% CO 2< ±0.075% CO 2 See Operating Principles OP17 Product Dimensions All dimensions in mm All tolerances ±0.15mm unless othewise stated IMPORTANT NOTE: Connection should be made via PCB sockets only. Soldering to the pins will seriously damage your sensor. All performance data is based on conditions at 20°C, 50%RH and 1013mBar, using City Technology recommended circuitry. For sensor performance data under other conditions, refer to the Characterisation Note and Operating Principles. Carbon Dioxide (CO 2) Gas Sensor Part Number: IRCEL-CO2R MEASUREMENT Operating Principle Measurement Range Accuracy (-20°C to +50°C)Response Time (T 90)Repeatability: Zero 5% CO 2Linearity 3-5 VDC, 3.3 V to utilise EEPROM calibration <100 mW at 3.3 V 2 Hz, 50% duty cycle 0.005% CO 2 at zero 0.15% CO 2 at range <10 Seconds ELECTRICAL Supply Voltage Power Consumption Recommended Lamp Frequency Minimum Resolution Warm-up Time Stainless Steel (see back page) 23 g Any MECHANICAL Housing Material Weight Orientation General Purpose Portable / Fixed CO 2 Detection -20°C to +50°C 0 to 99% RH (non-condensing)700 to 1300 mBar with compensation ENVIRONMENTAL Typical Applications Operating Temperature Range Operating Humidity Range Operating Pressure Range < 80 ppm CO 2 per month -20°C to +50°C > 5 years 12 months from date of despatch LIFETIME Long Term Zero Drift Recommended Storage Temp MTBF Standard Warranty Key Features & Benefits: ?Integrated thermister for accurate temperature compensation ?EEPROM programmed with sensor specfic performance characteristics ? Compact Size Pin Function 1Lamp return 2Lamp +5V 3+5V pyro supply 4Detec tor output 5Referenc e output 6Thermis tor output 7 0V py ro s upply 中国  北京赛斯维测控技术有限公司北京市朝阳区望京西路48号金隅国际C座1002 电话:+86 010 8477 5646传真:+86 010 5894 9029邮箱:i angarmy@https://www.360docs.net/doc/b88929695.html,

传感器原理及应用习题及答案

习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器?按照国标定义,“传感器”应该如何说明含义? 1.2 传感器由哪几部分组成?试述它们的作用及相互关系。 1.3传感器如何分类?按传感器检测的畴可分为哪几种? 答案 1.1答: 从广义的角度来说,感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是:一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准(GB7665—87)对传感器(Sensor/transducer)的定义是:“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义:它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置;能按一定规律将被测量转换成电信号输出;传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答: 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成; 关系,作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口,一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号,其作用与地位特别重要。 1.3答:(略)答: 按照我国制定的传感器分类体系表,传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类,含12个小类。按传感器的检测对象可分为:力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 第3章电阻应变式传感器 3.1 何为电阻应变效应?怎样利用这种效应制成应变片? 3.2 图3-31为一直流电桥,负载电阻R L趋于无穷。图中E=4V,R1=R2=R3=R4=120Ω,试 求:① R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时,电桥输出电压U0=? ②R1、R2为金属应变片,感应应变大小变化相同,其余为外接电阻,电桥输出电压U0=? ③R1、R2为金属应变片,如果感应应变大小相反,且ΔR1=ΔR2 =1.2Ω,

传感器原理及典型应用

传感器(原理及典型应用) 编稿:张金虎审稿:李勇康 【学习目标】 1.知道什么是传感器,常见的传感器有哪些。 2.了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3.了解传感器的应用模式,能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4.了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。 【要点梳理】 要点一、传感器 1.现代技术中,传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2.传感器原理 传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3.传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同,可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、磁场等)发生明显变化的特性制成的,如光电传感器、力学传感器等。 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的,用以检测与识别生物体内化学成分的传感器,生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等,分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。 要点二、光敏电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量,一般随光照的增强电阻值减小。 要点诠释:光敏电阻是用半导体材料制成的,硫化镉在无光时,载流子(导电电荷)极少,导电性能不好,随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好。 要点三、热敏电阻和金属热电阻 1.热敏电阻 热敏电阻用半导体材料制成,其电阻值随温度变化明显。如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。

光感式传感器原理及其应用0

机电工程系 传感器与检测技术学习报告 专业班级:生产过程自动化14-2 姓名:鹏宇 学号:2014060319 项目名称:光感式传感器的应用与发展指导教师:辉 评定成绩: 2015年12月15日

摘要:光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测光量变化或直接引起光量变化的非电量,也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电式传感器具有响应快、精度高、能实现非接触测量等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制领域应用非常广泛。 关键词:光电式传感器;检测光量变化;电信号;检测与控制。 1 前言 传感器是将感受的物理量、化学量等信息,按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理,所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器就是一种传感器,它感受声音的强弱,并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化,并把它转换成相应的电信号。 光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合,光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。 2 光电式传感器工作原理 2.1 光电效应 光电效应是光照射到某些物质上,使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象,可分为外光电效应、光电效应和光生伏特效应(光生伏特效应包含于光电

效应,在此为特意列出)三类。 外光电效应是指在光线作用下,物体的电子逸出物体表面向外发射的现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段电磁波的描述。光子具有能量hν,h为普朗克常数,ν为光频。光子通量则相应于光强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述: EK=hν-W 当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应。因此每一种物体都有一个对应于光电效应的光频阈值,称为红限频率。对于红限频率以上的入射光,外生光电流与光强成正比。 光电效应是指在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应,分为光电导效应和光生伏特效应两类。光电导效应是指,半导体材料在光照下禁带中的电子受到能量不低于禁带宽度的光子的激发而跃迁到导带,从而增加电导率的现象。能量对应于禁带宽度的光子的波长称光电导效应的临界波长。光生伏特效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 光生伏特效应首先是由光子转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。可分为势垒效应(结光电效应)和侧向光电效应。势垒效应的机理是在金属和半导体的接触区(或在PN结)中,电子受光子的激发脱离势垒(或禁带)的束缚而产生电子空穴对,在阻挡层电场的作用下电子移向N区外侧,空穴移向P区外侧,形成光生电动势。侧向光电效应是当光电器件敏感面受光照不均匀时,受光激发而产生的电子空穴对的浓度也不均匀,电子向未被照射部分扩散,引起光照部分带正电、未被光照部分带负电的一种现象。

二氧化碳传感器参数

二氧化碳传感器参数 二氧化碳传感器参数特点: ★整机体积小,重量轻 ★高精度,高分辨率,响应迅速快. ★上、下限报警值可任意设定,自带零点和目标点校准功能,内置温度补偿,维护方便. ★数据恢复功能,免去误操作引起的后顾之忧. ★外壳采用特殊材质及工艺,不易磨损,易清洁,长时间使用光亮如新. 二氧化碳传感器参数技术参数: ★进口电化学传感器具有良好的抗干扰性能,使用寿命长达3年; ★采用先进微处理器技术,响应速度快,测量精度高,稳定性和重复性好; ★全量程范围温度数字自动跟踪补偿,保证测量准确性; ★半导体纳米工艺超低功耗32位微处量器; ★全软件自动校准,传感器多达6级目标点校准功能,保证测量的准确性和线性,并且具有数据恢复功能;★防高浓度气体冲击的自动保护功能

二氧化碳传感器参数结构图: 二氧化碳传感器参数接线示意图 : 二氧化碳气体传感器参数 工作电压DC5V±1%/DC24±1% 波特率9600测量气体二氧化碳气体检测原理电化学采样精度±2%F.S 响应时间<30S 重复性±1%F.S 工作湿度10-95%RH,(无冷凝)工作温度-30~50℃长期漂移≤±1%(F.S/年) 存储温度-40~70℃预热时间30S 工作电流≤50mA 工作气压86kpa-106kpa 安装方式7脚拔插式质保期1年输出接口7pIN 外壳材质铝合金使用寿命2年外型尺寸(引脚除外) 33.5X31 21.5X31 测量范围详见选型表 输出信号TTL(标配)0.4-2.0VDC(常规)/4-20mA 数字信号格式 数据位:8;停止位:1;校验位:无;

传感器PIN脚定义图: 传感器应用场所: 医药科研、学校科研、制药生产车间、烟草公司、环境检测、楼宇建设、消防报警、污水处理、石油石化、化工厂、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、锅炉房、加气站、垃圾处理厂、隧道施工、输油管道、工业气体过程控制、室内空气质量检测、地下燃气管道检修、危险场所安全防护、设备检测等。

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