第二章傳感器（輸入換能器）－檢測裝置inputtransducers－measuringdevices前言：所有的工業(yè)控制都要正確迅速地檢測被控變量，最好的方法是將被控變量轉(zhuǎn)換成電氣訊號，再用電氣檢測裝置檢測。電氣信號比起機械信號，有如下優(yōu)點：1電氣信號易于傳送；2電氣信號易于放大和過濾（amplifyfilter）；3電氣信號易于處理，如時間積分，極限檢查等傳感器常檢測的物理量：位置、速率、加速度、力、壓力、流速、溫度、光強度、濕度。敏感元件（sensor）：也稱檢測元件，是一種能夠靈敏地感受被測參數(shù)并將被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成另一種物理量的變化的元件。傳感器（transducer）：能直接感受被測參數(shù)，并將被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成一種易于傳送的物理量。變送器（transmitter）：一種特殊的傳感器，使用統(tǒng)一的動力源，輸出是一種標準信號。一個檢測系統(tǒng)能正確傳遞信息，進行信號轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)參數(shù)的檢測，是利用了自然規(guī)律中的各種定律、法則、效應(yīng)，這些自然規(guī)律是參數(shù)檢測的基礎(chǔ)，可歸納為4個方面，守恒定律、場的定律、物質(zhì)定律、統(tǒng)計法則。1守恒定律，是自然界最基本的定律，包括質(zhì)量、能量、動量、電荷量等守恒定律。2場的定律，物質(zhì)作用的定律，如運動場的運動定律，電磁場的感應(yīng)定律，光的電磁場的干涉現(xiàn)象等。3物質(zhì)定律，是關(guān)于各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律、法則、規(guī)律，通常以物質(zhì)所固有的物理量加以描述，與物質(zhì)的材料密切相關(guān)。4統(tǒng)計法則，利用統(tǒng)計方法把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的物理法則。參數(shù)的檢測以自然規(guī)律為基礎(chǔ)，利用敏感元件特有的物理、化學(xué)和生物等效應(yīng)，把被測量的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件某一物理（化學(xué)）量的變化，根據(jù)敏感元件的不同，參數(shù)檢測一般有幾種方法：光學(xué)法、力學(xué)法、熱學(xué)法、電學(xué)法、聲學(xué)法、磁學(xué)法、射線法等。一般有：1機械式檢測元件：將被測量轉(zhuǎn)換為機械量信號（位移、振動頻率、轉(zhuǎn)角等），可用于壓力、力、加速度、溫度等檢測，常用有彈性式和振動式檢測元件。2電阻式檢測元件：將被測量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，常用電阻材料有導(dǎo)體、半導(dǎo)體等，用于位移、形變、加速度、壓力及溫度等檢測，常見的，電阻應(yīng)變元件、熱電阻、濕敏電阻、氣敏電阻等。3電容式檢測元件：將某些物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，用于位移、振動、角位移、加速度、壓力、差壓、物位等檢測。4熱電式檢測元件：將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，熱電偶。5壓電式檢測元件：利用壓電材料作為敏感元件，以其受外力的作用時在晶體表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)參數(shù)測量的，可以把力、壓力、加速度和扭矩等物理量轉(zhuǎn)換成電信號輸出。（石英晶體、壓電陶瓷）。6光電式檢測元件：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的元件，物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，一般由光源、光學(xué)元件、光電變換器3部分組成。光源發(fā)射出一定光強的光線，光學(xué)元件形成光路照射到光電變換器上，被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，從而引起電信號的相應(yīng)變化。光電效應(yīng)是指光照射到物質(zhì)上引起其電特性（電子發(fā)射、電導(dǎo)率、電位、電流等）發(fā)生變化的現(xiàn)象，分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)：在光線作用下，使其內(nèi)部電子逸出物體表面的現(xiàn)象，也稱光電發(fā)射效應(yīng)，基于此的有光電管、光電倍增管。服從以下規(guī)律：入射光頻譜成分不變時，光電流的大小與入射光的強度成正比。光電子的最大動能與入射光的頻率成線性關(guān)系，與入射光的強度無關(guān)。光電子能否產(chǎn)生取決于是否大于紅限頻率（每種物體的光頻閾值）。光電管即使沒有陽極電壓，由于光電子有初始動能，也會有光電流產(chǎn)生。內(nèi)光電效應(yīng)：物體在光線作用下，其內(nèi)部的原子釋放電子，但不逸出物體表面，仍留在內(nèi)部，導(dǎo)致物體的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生電動勢。使電阻率發(fā)生變化的稱光電導(dǎo)效應(yīng)，有光敏電阻；產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱光生伏特效應(yīng)，有光電池、光敏二極管、光敏三極管等。7磁電式檢測元件：通過電磁原理將被測量轉(zhuǎn)換成電信號，有稱電磁感應(yīng)式或電動力式傳感器，主要包括磁電感應(yīng)式和霍爾檢測元件。8磁彈性式檢測元件：也稱壓磁式，簡稱壓磁元件，新型?；阼F磁材料的磁彈性效應(yīng)，即在受到機械力作用后，內(nèi)部產(chǎn)生機械應(yīng)力，引起磁阻或磁導(dǎo)率變化，主要用于測力、稱重、溫度測量及應(yīng)力無損檢測等。9核輻射式檢測元件：利用被測物質(zhì)對射線的吸收、散射、反射或射線對被測物質(zhì)的電離作用工作，可用于檢測厚度、物位、密度、成分、金屬探傷等，主要由放射源、檢測器、轉(zhuǎn)換電路組成。溫度檢測：熱電偶、熱電阻、輻射測溫（光電高溫計）、光纖溫度傳感器壓力檢測：重力平衡法、機械力平衡法、彈性力平衡法、物性測量法；彈性壓力計（彈性模片、波紋管、彈簧管）。壓力傳感器：應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式、光電式、光纖式、超聲式等。物位檢測：液位、料位、界位直讀式、靜壓式、浮力式、機械接觸式、電氣式、光學(xué)式、射線式、光纖式等。流量檢測：體積流量計容積式（橢圓齒輪、腰輪、皮膜式）、差壓式（節(jié)流式、均速管、彎管、靶式、浮子）、速度式（渦輪、渦街、電磁、超聲波）質(zhì)量流量計推導(dǎo)式（體積流量經(jīng)密度補償或溫度、壓力補償求得質(zhì)量）、直接式（科里奧利、熱式、沖量式）氣體成分檢測：電化學(xué)式、熱學(xué)式、磁學(xué)式、射線式、光學(xué)式、電子光學(xué)式、離子光學(xué)式、色譜式、物性測量儀表、其他（晶體振蕩式分析儀、半導(dǎo)體氣敏傳感儀）機械量檢測：包括長度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動等。位移（電容式、電感式、差動變壓器、光纖、光柵標尺、容柵標尺、磁柵標尺）、轉(zhuǎn)速（離心力、光電碼盤、空間濾波器）、力（金屬應(yīng)變、半導(dǎo)體應(yīng)變、壓敏導(dǎo)電橡膠）、加速度與振動（動電型振動檢測、微機械加速度傳感元件）濕度檢測：空氣（或氣體）中水汽含量。露點法、毛發(fā)膨脹法、干濕球溫度測量法。電解質(zhì)系濕敏傳感器、陶瓷濕敏傳感器、高分子聚合物濕敏傳感器。基本概念（基本性能指標）1測量范圍、上下限、量程：2零點/量程遷移：3靈敏度/分辨率；誤差；精確度：4輸入-輸出特性（滯環(huán)、死區(qū)、回差）：5重復(fù)性、再現(xiàn)性：6可靠性；線形度；穩(wěn)定性：學(xué)習(xí)目標：1解釋電位計（potentionmeter）的線性和分辨率（linearityandresolution）2可變線性差分變壓器（LVDT，linearity）/線性可調(diào)差額變壓器3波東管（Bourdontube）；壓力檢測設(shè)備（波紋管bellow）4熱電偶（thermocouple）；電阻性溫度檢測器（RTD，resistivetemperaturedetector）；熱電阻（thermistor）；固態(tài)溫度轉(zhuǎn)換器（solid-statetemperaturetransducer）5光高溫檢測計（opticalpyrometer）；光電池和光導(dǎo)電池（photovoltaic/photoconductivecell）；光轉(zhuǎn)軸位置編碼器（opticalshaft-positionencoder）；光位置編碼器（opticalpositionencoder）；光電池檢測器（photocelldetector）；LED；光電晶體（phototrasistor/photodiode）；光耦合器/光隔離器（opticalcoupler/isolator）；光纖（opticalfiber）6超聲波（ultrasonicwave）7應(yīng)變規(guī)（straingage）；應(yīng)變規(guī)加速計（accelerometer）8轉(zhuǎn)速計（tachometer）9霍爾效應(yīng)（halleffect）近似檢測器（proximitydetector）、功率轉(zhuǎn)換器（powertransducer）、流量計（flowmeter）10阻性濕度計/濕度計（resistivehygrometer/psychrometer）2-1電位計（Potentionmeter）最普通的一種電氣換能器，將機械運動轉(zhuǎn)換成電氣變動。帶滑動接頭的電阻器，滑動接頭可以在電阻器上任意滑動或停留。兩種簡圖，實際形狀成圓弧形，滑動接頭的位置可借中間轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)加以改變（手或螺絲刀）。圖2-1電位計簡圖，a）圓弧形畫法，比較接近實際形狀，b）直線畫法2-1-1電位計的直線性（PotentionmeterLinearity）圖2-2電位計電阻和轉(zhuǎn)軸角度關(guān)系，a）真正線性電位計，b）實際電位計，和直線有偏差，c）步進式或非連續(xù)電阻變動。線性：不論滑動接頭在什么地方，滑動接頭移動相同距離，就改變相同的電阻大小。即電阻器是均勻分布的。絕大多數(shù)電位計是線性的。百分線性。理想線性圖。真正，偏離理想直線，偏差最嚴重的地方?jīng)Q定電位計的百分線性，偏差的百分比（占全部電阻的）即線性。如，偏差10％，即線性10％。2-1-2電位計解析度（PotentionmeterResolution）實際電位計多用導(dǎo)線繞成，在一個圓柱絕緣物上纏繞多圈而成，電位計調(diào)整時，滑動接頭由一圈移向另一圈，結(jié)果是所得的電阻值并非完全平滑變動，而是以步進（step）方式改變，示意如圖2-2c）（夸大后）。電位計解析度：最小可能電阻變化量，也可以全部電阻的百分率表示。（一般，解析度約高則線性約差，反之亦然。若二者皆好，價格也貴（20倍以上）。）電位計兩端加電壓，則將電阻轉(zhuǎn)換成電壓輸出。在電橋上常用到電位計。圖2-3用于檢測線路的電位計，a）電位計用作簡單的分壓器，b）電位計構(gòu)成一邊的電橋，c）電位計只是電橋的一只腳。2-2可變線性差分變壓器（LVDT，LinearVariableDifferentialTransformer）（線性可調(diào)差額變壓器）將物體位移用交流電壓表示出來。[電磁相關(guān)知識補充]Magneticfield（簡易定義：能夠產(chǎn)生磁力的空間存在著磁場。磁場是一種特殊的物質(zhì)。磁體周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的。）電流、運動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來源于電流，電流是電荷的運動，因而概括地說，磁場是由運動電荷或變化電場產(chǎn)生的。磁場的基本特征是能對其中的運動電荷施加作用力，磁場對電流、對磁體的作用力或力矩皆源于此。而現(xiàn)代理論則說明，磁力是電場力的相對論效應(yīng)。與電場相仿，磁場是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場，描述磁場的基本物理量是磁感應(yīng)強度矢量B，也可以用磁感線形象地圖示。然而，作為一個矢量場，磁場的性質(zhì)與電場頗為不同。運動電荷或變化電場產(chǎn)生的磁場，或兩者之和的總磁場，都是無源有旋的矢量場，磁力線是閉合的曲線族，不中斷，不交叉。換言之，在磁場中不存在發(fā)出磁力線的源頭，也不存在會聚磁力線的尾閭，磁力線閉合表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零，即磁場是有旋場而不是勢場（保守場），不存在類似于電勢那樣的標量函數(shù)。電磁場是電磁作用的媒遞物，是統(tǒng)一的整體，電場和磁場是它緊密聯(lián)系、相互依存的兩個側(cè)面，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電磁場以波動形式在空間傳播。電磁波以有限的速度傳播，具有可交換的能量和動量，電磁波與實物的相互作用，電磁波與粒子的相互轉(zhuǎn)化等等，都證明電磁場是客觀存在的物質(zhì)，它的“特殊”只在于沒有靜質(zhì)量。

磁現(xiàn)象是最早被人類認識的物理現(xiàn)象之一，指南針是中國古代一大發(fā)明。磁場是廣泛存在的，地球，恒星(如太陽)，星系（如銀河系），行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場。為了認識和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類生活中，處處可遇到磁場，發(fā)電機、電動機、變壓器、電報、電話、收音機以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測量儀表等無不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi)，伴隨著生命活動，一些組織和器官內(nèi)也會產(chǎn)生微弱的磁場。地球的磁級與地理的兩極相反。

磁場方向：規(guī)定小磁針的北極在磁場中某點所受磁場力的方向為該電磁場的方向。

磁感線：在磁場中畫一些曲線，使曲線上任何一點的切線方向都跟這一點的磁場方向相同，這些曲線叫磁力線。磁力線是閉合曲線。規(guī)定小磁針的北極所指的方向為磁力線的方向。磁鐵周圍的磁力線都是從N極出來進入S極，在磁體內(nèi)部磁力線從S極到N極。\o"返回頁首"電磁場electromagneticfield，有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場和磁場的統(tǒng)一體和總稱。隨時間變化的電場產(chǎn)生磁場，隨時間變化的磁場產(chǎn)生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場可由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場是電磁作用的媒遞物，具有能量和動量，是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場的性質(zhì)、特征及其運動變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。\o"返回頁首"磁場類型恒定磁場，磁場強度和方向保持不變的磁場稱為恒定磁場或恒磁場，如鐵磁片和通以直流電的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場。交變磁場，磁場強度和方向在規(guī)律變化的磁場，如工頻磁療機和異極旋轉(zhuǎn)磁療器產(chǎn)生的磁場。脈動磁場，磁場強度有規(guī)律變化而磁場方向不發(fā)生變化的磁場，如同極旋轉(zhuǎn)磁療器、通過脈動直流電磁鐵產(chǎn)生的磁場。脈沖磁場用間歇振蕩器產(chǎn)生間歇脈沖電流，將這種電流通入電磁鐵的線圈即可產(chǎn)生各種形狀的脈沖磁場。脈沖磁場的特點是間歇式出現(xiàn)磁場，磁場的變化頻率、波形和峰值可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。

恒磁場又稱為靜磁場，而交變磁場，脈動磁場和脈沖磁場屬于動磁場。磁場的空間各處的磁場強度相等或大致相等的稱為均勻磁場，否則就稱為非均勻磁場。離開磁極表面越遠，磁場越弱，磁場強度呈梯度變化。電磁感應(yīng)electromagneticinduction，因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象（閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁力線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)）。1820年H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，許多物理學(xué)家便試圖尋找它的逆效應(yīng)，提出了磁能否產(chǎn)生電，磁能否對電作用的問題，1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在測量地磁強度時，偶然發(fā)現(xiàn)金屬對附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年，阿喇戈根據(jù)這個現(xiàn)象做了銅盤實驗，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動的銅盤會帶動上方自由懸掛的磁針旋轉(zhuǎn)，但磁針的旋轉(zhuǎn)與銅盤不同步，稍滯后。電磁阻尼和電磁驅(qū)動是最早發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但由于沒有直接表現(xiàn)為感應(yīng)電流，當時未能予以說明。1831年8月，M.法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個線圈，其一為閉合回路，在導(dǎo)線下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開關(guān)，形成有電源的閉合回路。實驗發(fā)現(xiàn)，合上開關(guān)，磁針偏轉(zhuǎn)；切斷開關(guān)，磁針反向偏轉(zhuǎn)，這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流。法拉第立即意識到，這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng)。緊接著他做了幾十個實驗，把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為5類：變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導(dǎo)體，并把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。進而，法拉第發(fā)現(xiàn)，在相同條件下不同金屬導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成正比，他由此認識到，感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的，即使沒有回路沒有感應(yīng)電流，感應(yīng)電動勢依然存在。后來，給出了確定感應(yīng)電流方向的楞次定律以及描述電磁感應(yīng)定量規(guī)律的法拉第電磁感應(yīng)定律。并按產(chǎn)生原因的不同，把感應(yīng)電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種，前者起源于洛倫茲力，后者起源于變化磁場產(chǎn)生的有旋電場。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，對其本質(zhì)的深入研究所揭示的電、磁場之間的聯(lián)系，對麥克斯韋電磁場理論的建立具有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及電磁測量等方面都有廣泛的應(yīng)用。若閉合電路為一個n匝的線圈，則又可表示為：式中n為線圈匝數(shù)，Δ為磁通量變化量，單位Wb，Δt為發(fā)生變化所用時間，單位為s.ε為產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，單位為V。1.感應(yīng)電動勢的大小計算公式1)E＝nΔΦ/Δt（普適公式）｛法拉第電磁感應(yīng)定律，E：感應(yīng)電動勢(V)，n：感應(yīng)線圈匝數(shù)，ΔΦ/Δt:磁通量的變化率｝2)E＝BLVsinA(切割磁感線運動)E=BLV中的v和L不可以和磁感線平行，但可以不和磁感線垂直，其中sinA為v或L與磁感線的夾角。

｛L:有效長度(m)｝3)Em＝nBSω（交流發(fā)電機最大的感應(yīng)電動勢）｛Em:感應(yīng)電動勢峰值｝4)E＝BL2ω/2（導(dǎo)體一端固定以ω旋轉(zhuǎn)切割）

｛ω:角速度(rad/s)，V:速度(m/s)｝2.磁通量Φ＝BS

{Φ:磁通量(Wb),B:勻強磁場的磁感應(yīng)強度(T),S:正對面積(m2)}3.感應(yīng)電動勢的正負極可利用感應(yīng)電流方向判定｛電源內(nèi)部的電流方向：由負極流向正極｝

*4.自感電動勢E自＝nΔΦ/Δt＝LΔI/Δt｛L:自感系數(shù)(H)(線圈L有鐵芯比無鐵芯時要大)，ΔI:變化電流，?t:所用時間，ΔI/Δt:自感電流變化率(變化的快慢)｝感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(如果缺少一個條件,就不會有感應(yīng)電流產(chǎn)生)電路是閉合且通的穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。[補充結(jié)束]典型的如圖，由1個初級線圈和2個二級線圈組成，都繞在同一個架子上。架子本身中空，內(nèi)有磁性鐵心，鐵心可左右移動。當鐵心在正中間時，2個二級線圈內(nèi)的磁通相同，因此感應(yīng)電壓也相同，當鐵心左右移動時，2個二級線圈的磁通不再相同，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也有差別，二者之差即可體現(xiàn)鐵心的位移，即LVDT將鐵心的位移轉(zhuǎn)換成2個二級線圈的電壓差（與位移成比例）。實際應(yīng)用時，2個二級線圈反向串聯(lián)連接，若鐵心在中央，二級線圈電壓相同，輸出電壓為0，若鐵心移動，則輸出電壓的大小表示鐵心偏離中心點的距離，相位（phase）則表示偏離的方向。多數(shù)的LVDT，位移范圍在1英寸多數(shù)LVDT的輸入電壓小于交流10V，全額輸出電壓差不多大?。◤慕涣?.5V到10V不等）。LVDT位移傳感器的特點結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，壽命長，線性度好，重復(fù)性好最高精度可達0.05％，絕對誤差1um重復(fù)性0.1um靈敏度高,每毫米位移量輸出信號電壓可高達幾百mV到幾伏分辨率高,一般為0.1um,最高可達0.0001um測量范圍廣+/-0.1mm到+/-500mm時間常數(shù)小,頻帶寬,可達200HZ(5ms)甚至更高圖2-4a）LVDT的結(jié)構(gòu)，b）LVDT示意圖，c）LVDT的鐵心在正中央，Vout為0，d）鐵心上移，Vout和Vin通相，e）鐵心下移，Vout和Vin反相。\o"評分0"LVDT位移傳感器在工業(yè)和科學(xué)中的應(yīng)用LVDT用于汽車懸掛系統(tǒng)用于注塑機控制位置用于伺服閥門數(shù)控機床控制典型的如：LVDT位移傳感器（1000TD2000TD3000TD4000TD5000TD6000TDLVDT）（線性差動變壓器式位移傳感器）主要適用于：汽輪機主汽門油動機行程閥門開度，高壓缸、中壓缸、低壓缸油動機行程的測量，用于測量如位移、距離、伸長、移動、厚度、膨脹、液位、應(yīng)變、壓縮、重量等各種物理量。廣泛應(yīng)用于航天、航空、電力、石油化工、機械、軍工、紡織、汽車、煤炭、地震監(jiān)測、高等院校及科研院所等領(lǐng)域，既可以與儀表使用，也可單獨使用。外殼為不銹鋼，靜態(tài)線性良好、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、頻帶寬、靈敏度高、時間常數(shù)小。技術(shù)參數(shù)：1.線性量程：±10～±800mm內(nèi)任何規(guī)格2.精度：0.25%3.靈敏度：2.8～230mV/V/mm4.初級激勵電壓：1～20VAC5.激勵頻率：正弦波或方波400HZ～10KHZ6.環(huán)境溫度：-50℃～+280℃7.靈敏度漂移：0.025%/℃8.負載阻抗：2-3壓力傳感器（PressureTransducer）工業(yè)上測量壓力的方式很多，2種最普遍的壓力檢測裝置：波東管和波紋管，將測得的氣壓轉(zhuǎn)換成機械位移，再經(jīng)電位計或LVDT轉(zhuǎn)換成電氣信號。2-3-1波東管（BourdonTube）具有橢圓截面的彎曲金屬管，一端封死，一端開口，具有伸縮性，待測量的壓力流體經(jīng)開口端充塞整個金屬管，開口端用夾具固定，這樣管子依流體壓力伸縮，再被轉(zhuǎn)換成電氣信號。圖2-5波東管，a）C型波東管，最普遍，b）螺絲狀波東管，c）螺旋狀波東管，d）扭轉(zhuǎn)波東管，e）和電位計合并的C型波東管，f）和LVDT合并的C型波東管。2-3-2波紋管/壓力箱（Bellow）實際由多片金屬薄片接合而成，受到流體壓力時，金屬薄片由于彈性而變形（distort），數(shù)片金屬薄片串聯(lián)接在總變形相當可觀。A圖壓力入口端固定，壓力上升時，波紋管向右膨脹，輸出端向右頂，反之，萎縮，輸出端向左收，收縮的力量可由金屬片本身的彈性提供，也可附加輔助彈簧助其收縮。B圖壓力引到箱子內(nèi)部，對抗彈簧拉力將箱子撐開，箱子膨脹時，所附運動機構(gòu)帶動電位計滑動接頭而獲得電氣輸出信號。C圖壓力加到箱子外面，箱子受力收縮，壓擠彈簧，借運動機構(gòu)拉動LVDT的鐵心，產(chǎn)生輸出電氣信號。一般可由調(diào)整回歸彈簧的張力或壓力歸零，（調(diào)整鈕）圖2-6a）壓力箱的基本構(gòu)造，b）輸入壓力送到箱子內(nèi)部的壓力箱應(yīng)用法，c）輸入壓力送到箱子外面的壓力箱應(yīng)用法2-4熱電偶（Thermocouple）熱電式檢測元件利用敏感元件將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，進行溫度測量。將2種不同的導(dǎo)體連接成閉合回路，2個結(jié)點分別至于溫度不同的熱源中，則在該回路中會產(chǎn)生熱電動勢，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)（又稱塞貝克效應(yīng)，Seebeckeffect），2種材料的組合稱為熱電偶。熱電偶回路中的電動勢由2部分組成，一為兩種導(dǎo)體的接觸電勢（帕爾貼電勢），一為單一導(dǎo)體的溫差電勢（湯姆遜電勢）。接觸電勢：兩種導(dǎo)體接觸時，由于不同材料電子密度不同，在接觸面上會發(fā)生電子擴散，速率與電子密度有關(guān)，（并與接觸區(qū)的溫度成正比）因此接觸面上形成一個靜電場，阻礙擴散運動，動態(tài)平衡時，形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢。接觸電勢的大小取決于導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點的溫度。設(shè)導(dǎo)體A，B的電子密度為Na，Nb，且有Na>Nb，則在接觸面上由A擴散到B的電子必然地比由B擴散到A的電子多，因此在接觸面上失去電子的A側(cè)帶正電，獲得電子的B側(cè)帶負電，在A，B接觸面上形成一個從A到B的靜電場，阻礙電子的繼續(xù)擴散，當達到動態(tài)平衡時，接觸面上形成一股穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢，可表示為：，其中，T：溫度，k：波耳茲曼常數(shù)，e：電子電荷量。推論：易見，，溫差電勢：單一導(dǎo)體中，若兩端溫度不同，導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能，因此向低溫端擴散，結(jié)果高溫端因失去電子帶正電，低溫端負電，形成一個靜電場，阻礙擴散運動，動態(tài)平衡時，形成一個穩(wěn)定的電位差，即溫差電勢。不同的導(dǎo)體溫差電勢不同，可表示為：，其中，為湯姆遜（Thomson）系數(shù)。表示一導(dǎo)體兩端溫度為1oC時所產(chǎn)生的溫差電勢，其值與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。綜合兩種電勢，閉合回路中產(chǎn)生的總熱電勢為：＝={可表示為：}SAB稱為塞貝克系數(shù)，其值隨熱電極材料和接點溫度而定。由上式易知：（對于熱電偶回路電勢）1．若2個電極是同種導(dǎo)體，則為0；2．若2接點溫度相同，則為0；3．熱電勢大小只與電極材料及兩端溫度有關(guān)，與電極的幾何尺寸無關(guān)；4．電極材料確定后，熱電勢大小只與溫度有關(guān)，（若保持T0一定）回路總電勢可看成溫度T的單值函數(shù)?；径桑?．均質(zhì)導(dǎo)體定律一種導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長度及各處溫度如何，電勢為02．中間導(dǎo)體定律在回路中接入第三種導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，那么中間導(dǎo)體對回路總電勢無影響，據(jù)此性質(zhì)可在回路中引入各種測量儀表，連線等而不影響回路電勢的測量由，易知==3．中間溫度定律具有傳遞性，首尾標號可以連起來，據(jù)此只要列出熱電勢在冷端溫度為0的分度表，即可得到其他溫度時的熱電勢實際應(yīng)用中，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計，則熱電偶的電勢可表示為：=圖2-7a）基本熱電偶，b）環(huán)路中插有電壓計的熱電偶，c）金屬AB并沒有直接接合的冷接合點，d）可補償冷接合點溫度變動的熱電偶。參比端溫度的處理：一般不能保持在0℃1補償導(dǎo)線法一對與熱電偶配用的導(dǎo)線，在工作范圍內(nèi)與被補償?shù)臒犭娕季哂邢嗤碾妱?溫度關(guān)系，與熱電偶相連，使參比端遠離熱源，使之溫度穩(wěn)定，分為延長型和補償型，延長型化學(xué)成分與熱電偶相同，補償型不同。使用中注意型號、極性（不能接反），相連接點溫度要相同。2參比端溫度測量計算法E（T，0）＝E（T，T0）＋E（T0，0）3參比端恒溫法4補償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生相應(yīng)的電勢，補償參比端溫度變化引起的熱電勢變化。圖2-8E、J、K和R型熱電偶的電壓與溫度關(guān)系圖2-5熱敏電阻和測溫電阻（ThermistorsandResistiveTemperatureDetector，RTD）物質(zhì)的電阻率隨溫度的變化而變化的特性稱為熱電阻效應(yīng)，利用熱電阻效應(yīng)制成的檢測元件稱為熱電阻。（電阻）溫度系數(shù)：簡稱溫度系數(shù)，是電阻變動值對溫度變動值的比例。溫度系數(shù)為正，表示溫度上升時，電阻變大，若相當固定表示電阻差和溫度差之間的比例是一個常數(shù)，因此電阻和溫度的關(guān)系將是一條直線。電阻因數(shù)（resistancefactor）：實際電阻相對于0度時電阻的比值。測量溫度可以利用材料電阻隨溫度變化的特性，常用有純金屬和金屬氧化物及半導(dǎo)體。因此，熱電阻式檢測元件分為2大類：金屬熱電阻和（半導(dǎo)體）熱敏電阻。純金屬大都具有相當固定的正值電阻溫度系數(shù)。一般溫度每升高1oC，電阻約增加0.4%-0.6%。純金屬用以測量溫度時，即稱測溫電阻（RTD）。金屬氧化物用以測量溫度，常做成小泡狀或小電容形狀，稱熱敏電阻（Thermistors）。熱敏電阻溫度系數(shù)大都為負值（溫度上升，電阻下降），且很大（即單位溫度內(nèi)電阻的改變量比純金屬大），不固定（表示在不同溫度時，單位溫度變化引起的電阻變化不相等）。一般溫度每升高1oC，電阻約增加2%-6%。熱敏電阻的溫度特性曲線圖2-9a）純金屬RTD電阻對溫度關(guān)系圖，b）典型熱敏電阻的電阻對溫度關(guān)系曲線圖示，縱坐標為對數(shù)值，因為溫度變化范圍大。雖然大多數(shù)金屬的電阻值與溫度有關(guān)，但作為溫度敏感元件的金屬材料應(yīng)滿足以下條件：電阻溫度系數(shù)大，溫度增加時，其電阻值明顯增大；工作范圍內(nèi)，物理和化學(xué)性能穩(wěn)定，不易被介質(zhì)腐蝕；有較高的電阻率，以便制成小尺寸元件，減小熱慣性；電阻隨溫度變化保持單值函數(shù)，最好是線性關(guān)系；易于得到高純物質(zhì)，復(fù)現(xiàn)性好，價格較便宜。目前使用的金屬熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等。應(yīng)用最廣泛的是鉑、銅材料。1．鉑電阻：物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定，耐氧化率強，電阻率較高，復(fù)現(xiàn)性好，可用作基準電阻和標準熱電阻。但溫度系數(shù)較小，在還原性介質(zhì)中工作易于氧化變脆，且是貴金屬，價格較高，測量范圍-200～850oC，高溫下，適合氧化氣氛。電阻值與溫度是一個典型的非線性函數(shù)，一般工業(yè)用以下式表示：（0～850oC）（-200～0oC）A=3.9083*/oC，B=-5.775*/，C=-4.183*/，R0為0度時電阻值。2．銅電阻：溫度系數(shù)大，易加工提純，線性較好，價格便宜等優(yōu)點，當溫度超過100oC時易被氧化，電阻率較小，體積較大，熱慣性較大，測量范圍一般為-50～150oC，電阻值表達式為：A=4.28899*/oC，B=-2.133*/，C=1.2333*/熱電阻的類型

1）普通型熱電阻從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。2）鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點：①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；②機械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。3）端面熱電阻端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。4）隔爆型熱電阻隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。熱敏電阻是由金屬氧化物或半導(dǎo)體材料制成的熱敏元件。一般測溫范圍為-100～300oC。主要有負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻、正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻和臨界溫度（CTR）熱敏電阻3種。1．NTC熱敏電阻（主要由Mn、Cn、Ni、Fe等金屬氧化物燒結(jié)而成，通過不同的材質(zhì)組合，得到不同的溫度特性（負溫度系數(shù)），靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、熱惰性小、壽命長、價格便宜等優(yōu)點。電阻值與溫度關(guān)系近似表示為：，，分別為溫度為T和T0時熱敏電阻的電阻值，B為熱敏電阻的材料常數(shù)（越大，靈敏度越高，一般為1500-6000K）。溫度系數(shù)是溫度T的非線性函數(shù)，低溫段比高溫段更靈敏。負溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫（-60～300℃）、中溫（300～600℃）、高溫（>600℃熱敏電阻可根據(jù)需要制成不同的結(jié)構(gòu)形式，珠形、片形、桿形、薄膜形等，其直徑或厚度約1mm，長度不到3mm，在-50～300oC范圍內(nèi)，珠狀和桿狀的金屬氧化物熱敏電阻的穩(wěn)定性較好，可作為溫度檢測和補償元件。2．PTC熱敏電阻（用BaTiO3摻入稀土元素使之半導(dǎo)體化而制成的，呈現(xiàn)正溫度系數(shù)特性。一旦超過一定的溫度(居里溫度)時，它的電阻值隨著溫度的升高幾乎是呈階躍式的增高。正溫度系數(shù)的熱敏電阻工作范圍較窄，在溫度較低時靈敏度低，溫度高時靈敏度迅速增加，在工作范圍內(nèi)，電阻與溫度的特性近似表示為：，其中Bp為熱敏電阻材料常數(shù)。該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體，其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進行原子價控制而使之半導(dǎo)化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡稱為半導(dǎo)（體）瓷；同時還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的熱敏電阻材料．PTC熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過PTC熱敏電阻的電流來獲得，也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來獲得。電阻-溫度特性見下圖：

純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等以后，變成了半導(dǎo)體材料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當于一個位壘。當溫度低時，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較小；當溫度升高到居里點溫度（即臨界溫度，此元件的‘溫度控制點’一般鈦酸鋇的居里點為120℃）時，內(nèi)電場受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加，產(chǎn)生PTC效應(yīng)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢壘模型，它們分別從不同方面對PTC因為這種元件具有未達居里點前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，不易燃燒，電壓交、直流3～440V均可，使用壽命長，非常適用于電動機等電器裝置的過熱探測。

PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn)，隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度