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1、济南大学课 程 设 计 说 明 书题目： 精密四应变片称重传感器信号调理电路设计 学院（系）： 自动化学院 年级专业： 测控技术与仪器 学 号： 学生姓名： 指导教师： 目录第1章 摘要1第2章 引言2 第3章 基本原理3第4章 参数设计及运算5 4.1 结构设计5 4.2 电容设计与计算8 4.3 其他参数的计算 10 4.4 测量电路的设计 12第5章 误差分析 14第6章 结论 16心得体会 17参考文献 18第1章 摘要在分析重力传感器信号特性的基础上，模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。结果表明：电路能实时、准确地处理信号，且工作稳定，可靠，重复性好，抗干扰能
2、力强，可实现精密测量的目的。第2章 引言随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题，因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性。在称重传感器信号检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。电桥输出与激励电压成正比，因此，激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。并且现场工作环境恶劣，可能存在粉尘、振动、噪声以及电磁干扰等，称重传
3、感器输出的几百微伏至几十毫伏信号极易受到干扰。所以研究抗干扰能力强、实时性好的信号变送和传输技术对保证检测精度具有重要意义。第3章 电路结构设计 3.1 信号处理电路的要求分析测量电阻有两种简单的方法：一种是在电阻上通过恒定电流，并测量电阻两端的电压，这需要精密电流源和精密电压表。电流的任何变化都将视为电阻的变化。此外，阻性传感器的功耗尽可能的小，以确保自身散热不造成误差。另一种是利用电阻电桥测量微小电阻变化，电桥由连成四边形的四个电阻组成，其中一个对角接激励电压源，而另一个对角接电压检测器，检测器将测量两个分压电阻中点间的电压。这种电桥电路在实际中可以根据输出电压直接观测出电阻差。第一种方法
4、要求驱动电流必须小，但是这又限制了该方法的测量精度。根据设计要求精密四应变片称重传感器应采用流行的电压驱动型电桥,既第二种方法,这样就确保了检测信号的精确度和线性度。 3.2信号处理电路的结构设计 综合了称重传感器信号特性及仿真实验，按第二种方法设计了调理电路，其结构如图 1 所示。其中称重传感器采用传感器，提高检测精度和使加卸载曲线对称；调理电路采用5V参考电压芯片AD588，使输出为符合设计要求的电压输出，精密齐纳二极管型参考源AD588对温度变化具有极低的激励漂移和增益。调理模块采用精确度高、使用简易、噪声低的仪用放大器AD620.保证了信号调理器的精确度和稳定度。图1 信号调理模块结构
5、图3.2.1传感模块全器件变化电桥通常采用分立设计,并组装在一个模块内.当对这类电桥进行调理时,必须采用特殊的技术以确保精度.特别需要注意的是必须确保电桥激励电压源的精度和稳定度.电桥输出与激励电压成正比,因此激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移.因此,我们设计的精密四应变片称重传感器的电桥具有六个引脚:两个与电桥输出端相连,两个与电桥激励源相连,还有两个是传感器引脚.为了充分利用传感器单元额外引脚带来的精度补偿,设计出了开尔文(或称4线)传感电路.它采用六线电压驱动型连接和精密运放,将导线电阻引起的误差降至最低,其结构如图2.所示.图2 开尔文传感器系统该电路中激励电压VB并未
6、驱动电桥,而是先与上精密运放的输入端相连,该运放在电桥的(+)输入端构成反馈回路.尽管在+FORCE引脚处会受远程电缆电阻的影响而出现明显压降,但是通过运放+SENSE引脚的反馈回路将自动校正.该反馈网络的功能是保持远程电桥上节点电压为精确的VB.下精密运放驱动电桥的(-)输入端于此类似.同样的,-FORCE引脚处的压降将被来自-SENSE引脚的反馈校正.在这两种情况中,传感器引脚都与运放的高阻抗输入端相连,因此能够最大限度的减小因偏置电流在导线电阻上引起的压降.运放能确保传感器引脚(+)和(-)始终等于VB,从而保证远程电桥所需的激励电压精确不变.开尔文传感器电桥能有效抑制因导线电阻引起的误
7、差.3.2.2稳压模块稳压模块主要由比较先进的精密齐纳二极管型参考源AD588构成,AD588具有较低的初始误差,对温度变化具有极低的激励漂移和增益,用于精密测量,能够为系统提供5V的稳定的参考电压.3.2.3电流缓冲模块在设计开尔文传感电路时,有一点非常特别.因为驱动-FORCE引脚可能要求运放输出为负电压,所以电路中的下运放必须采用双电源供电.电路中的电流相对较大(约30mA)所以该电路在运放输出端最好增加电流缓冲级.参考源、传感器电阻以及运放的精度都将影响系统总体精度.虽然对运放的精确度要求是众所周知的,但是对运放输出电流的要求可能就被忽视了.通常要求电流大于数毫安(与标准的350电桥相
8、连).此时也需要运放缓冲.因此为了使该电路获得最高的精度,最好使用缓冲器.由于该电桥信号是单向的,因此采用简单的一个三极管就可以实现缓冲.在这里我们使用2N2219A型的三极管作为缓冲器,与OP177构成反馈回路,并提供电桥所需的驱动电流.该结构能确保运放的性能不受影响.3.2.4高精度放大器模块在许多现代电子设备中, 如数据采集系统、 医疗仪器、 信号处理系统等需要对弱信号进行高精度处理的场合, 都较普遍地采用了仪器放大器, 常用的仪器放大器有传统的三运放仪器放大器和单片仪器放大器, 因单片仪器放大器具有高精度、 低噪声及易于控制、 设计简单等特点而成为设计者优选的对象。作为著名的模拟电路及
9、数模混合电路的制造商AD 公司为设计者提供了许多性能优良的单片仪器放大器芯片, 如AD524、 AD620、 AD624 等已广泛应用到各种电路设计之中, 这些芯片的电气性能指标各不相同, 但设计方法大同小异。在我们设计的信号调理电路中采用了增益范围较大, 且精度较高的AD620 芯片作为高精度放大模块。其结构如图3所示:图3 AD620结构功能框图AD620BN 特点 易于使用通过一个外部电阻设置增益(增益范围：1至10000)宽电源电压范围(2.3 V至18 V)具有比三运放IA设计更高的性能提供8引脚DIP和SOIC封装低功耗,最大电源电流为1.3 mA 低噪声输入电压噪声：9 nV/H
10、z(1 kHz)0.28 V 峰峰值噪声(0.1 Hz至10 Hz) 出色的直流性能(B级)输入失调电压：50 V(最大值)输入失调漂移：0.6 V/C(最大值)输入偏置电流：1.0 nA(最大值)共模抑制比：100 dB(最小值,G = 10) 出色的交流特性带宽：120 kHz (G = 100)0.01%建立时间：15 s AD620BN 技术指标如表1.表1Single/Dual SupplyDualVnoise RTI 1-10 Hz Vp-p0.28V p-pVoltage Supply (Vmax)18VTemperature Range-55 to +125Gain Setti
11、ng MethodResistorGain Error (%) max+0.3%Gain Range (min to max)10000Supply Current1.3mABandwidth G=10 (kHz typ)800kHzPackageDIP,SOICCMRR (dB)93dBVosi (V)30VAD620 为一个低成本, 高精度的单片仪器放大器, 为 8 脚SO IC 塑封外形(图4)。图4 AD620芯片引脚图该放大器的特点为， 差动输入， 单端输出。电压增益可由一个电阻 RG来确定,且增益连续可调,并有效地解决了后级负载对地连接的问题。 Al 、A 2组成了同相高输入阻抗的
12、差动输入，差动输出,并承担了全部的增益放大任务。由于电路结构对称， 增益改变时,输入阻抗不变。反馈电阻R1=R2=24.7k ， 放大器A1、A2的共增益、失调、漂移等误差均得到了相互补偿后级A3的增益为 1 ，具有较高的共模抑制比和抗干扰能力。 尽管AD620 由传统的三运算放大器发展而成, 但一些主要性能却优于三运算放大器构成的仪表放大器的设计, 如电源范围宽(2.3 18 V ) , 设计体积小, 功耗非常低(最大供电电流仅1.3 mA ) , 因而适用于低电压、 低功耗的应用场合。AD620 的单片结构和激光晶体调整, 允许电路元件紧密匹配和跟踪, 从而保证电路固有的高性能。AD620
13、 为三运放集成的仪表放大器结构, 为保护增益控制的高精度, 其输入端的三极管提供简单的差分双极输入, 并采用B工艺获得更低的输入偏置电流, 通过输入级内部运放的反馈, 保持输入三极管的集电极电流恒定, 并使输入电压加到外部增益控制电阻R G 上。AD620 的两个内部增益电阻为24.7K , 因而增益方程式为 (1)对于所需的增益, 则外部控制电阻值为 (2)RG为外部增益调正,可在放大器的脚l和脚8之间跨接此高精度电阻来满足所需要的放大倍数.采用放大器AD620,增益误差可0.01，非线性0.002。AD620由于体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广等特点，使AD620特别适宜应用到诸如传
14、感器接口、心电图监测仪、 精密电压电流转换等应用场合。从电路技术性能上来分析, AD620实际上是一种低功耗、高精度仪器用、宽带集成运算放大器。 第4章 参数的计算基本惠斯通电桥如图5所示:图5 惠斯通电桥其输出电压为: (3)平衡时如果,那么然而,对于大多数采用电桥的传感器应用来说,电桥中的一个或多个电阻的取值发生变化都意味着测量量的大小发生变化.因此输出电压的变化就反映了电阻值的变化.由于电阻变化通常较小,因此,即使采用VB=10V的激励,输出电压也只能变化数十毫伏.很多电桥应用中,通常变化的电阻不止一个,有可能是两个,甚至四个都变.而我们设计的是四应变片传感器,也就是说所有的元件都发生变
15、化,其变化如图6所示:图6 全器件变化型电桥其输出电压为: (4)应变片材料选用康铜,其灵敏度系数为1.92.1,取K=2;应变片电阻选用标称值为的电阻;根据设计要求应变范围为0.110000;则由公式 (5)得所以我们选用的变阻器来模仿应变范围为0.110000的应变片.,由公式(4)得根据设计要求信号调理电路的输出电压的范围为02.5V,根据有仪用放大器的增益根据公式(2)得在我们设计的电路中选用一个固定的电阻和一个变阻器串联作为, 选用1%的值为的标准电阻, 选用的变阻器。通过调节的大小，可以获得所需的增益。第5章 误差分析5.1 AD620的 误差分析当仪表放大器工作在较高增益时，输入
16、级的增益也提高。由于增益提高，输入级贡献的误差被放大，而输出级误差没变。因此，在高增益条件下，输入级误差起主要作用。输入误差是由于放大器的输入级单独贡献的误差；输出误差是由于放大器的输出级引起的误差。我们常常将与输入端相关的误差分类和组合在一起，称作折合到输入端(RTI)误差，而将所有与输出端相关的误差则称之为折合到输出端(RTO)误差。对于给定的增益，仪表放大器的输入误差和输出误差可使用以下公式计算 RTI总误差= 输入误差 + 输出误差/增益RTO总误差= 增益输入误差 + 输出误差5.1.1失调误差 可以利用在AD620BN的技术指标页中列出的具体误差计算工作在增益为25时的总失调电压误
17、差。因为表中列出AD620(VOSI)的输入失调电压典型值为30V，它的输出失调电压(VOSO)为400V，所以RTI总失调电压等于 RTI总误差= VOSI(VOSO/G) = 30V(400V/25) = 30V16V =46V RTO总失调电压等于 RTO总误差=GVOSIVOSO = 2530V400V = 1150V 应当注意RTO误差值比RTI误差值大25倍。从逻辑上讲，这应当是对的。因为当增益为25时，该仪表放大器的输出误差应当是其输入误差的25倍。5.1.2噪声误差 RTI 和 RTO 噪声误差的计算方法与失调误差的计算方法相同，即： 输入噪声 = eni，输出噪声 = eno
18、 RTI 总噪声 = RTO 总噪声= AD620BN的噪声典型值规定为 eni9 nV/Hz 和 eno 72 nV/Hz。因此，AD620BN工作在增益为25条件下的 RTI 总噪声和RTO 总噪声计算如下： RTI 总噪声 = RTO 总噪声= 当增益为25时，该仪表放大器的RTO总噪声应当是其RTI总噪声的25倍。5.2电桥电阻的线性误差单元件变化时电桥终点线性度误差我们设计的电桥为四应变片电桥,且对角的两个元件向相同方向变化,变化量相同,一个对角上增大,另一个对角等值减小。电阻产生的线性误差相互抵消，所以电桥总的线性误差为0。5.3 OP177误差分析最大最大非线性0.110Hz噪声
19、第6章 结论对设计出来的电路进行仿真后电路图如图7 所示:图7 multisim仿真图并得出实验数据如表2:根据表2中的数据以及设计要求,当应变在0.110000变化时,输出电压范围为0.000002.50010V,实验结果在允许误差范围之内,满足线性要求.心得体会测控电路作为我们的主要专业课之一，在这次课程设计中我发现自己在一点一滴的努力中对电路设计的兴趣也在逐渐增加。 这次测控电路课程设计我们历时两个星期,对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起
20、时所能发挥出的巨大潜能! 在两个星期后的今天我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多!作为一名测空专业的大四学生，我觉得做测控电路课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。 在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查
21、阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：multisim仿真软件、Microsoft Visio绘图、模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。 参考文献 1 强锡富. 传感器. 机械工业出版社，2001年 2 李科
22、杰. 新编传感器技术手册. 国防工业出版社，2002年3 贾伯年. 传感器技术. 东南大学出版社，1992年4 杨宝清.孙宝元. 传感器及其应用手册. 2004年5 单成祥. 传感器的理论与设计基础及其应用. 国防工业出版社. 1999年 自动检测技术及仪表课程设计报告 题目：称重式传感器 学院:信息工程与自动化学院 专业：测控 年级：2006 姓名：徐文龙 学号：200610402102 2010年5月10日 设计类容摘要：1、 称重传感器的基本知识2、 称重传感器的工作原理3、 SBC悬臂梁称重传感器的测量原理4、 SBC悬臂梁称重传感器的构造原理5、 称重传感器参数6、 工作电路原理图7
23、、 使用注意事项8、 选用称重传感器9、 称重传感器小知识十、总结体会十一、参考资料内容：随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域 宣威火力发电厂称重式给煤机，属于称重式给煤机。在主传动装置的从动轮处安装有测皮带张力的装置，称重传感器
24、与称重托辊直接连接，在给煤机进料口缓冲托辊下装有料仓煤位检测装置。该称重给煤机上装有专用的料仓煤位检测装置，测量料位准确；称重传感器与称重托辊直联，可提高传感器的使用精度；手动挂码检验方便，精度高；在输送机尾部安装一个测皮带张力装置，可以测出由于热胀冷缩而引起的皮带松紧程度，然后通过仪表对称重精度进行补偿，可以提高称量精度；给煤机上装有料仓煤位检测装置，在料仓下检测煤位，可以准确知道料仓的煤位；称重托辊与称重传感器直接相联，可提高称量精度；方便的手动挂码校验，校验准确。这种火力发电厂称重式给煤机，它包括壳体、主传动装置、皮带、清扫装置和称量装置，其特征在于：在主传动装置的从动轮处安装有测皮带张
25、力的装置，称重传感器与称重托辊直接连接，在给煤机进料口缓冲托辊下装有料仓煤位检测装置。这种传感器就是SBC悬臂梁称重传感器 。一、称重传感器的基本知识1.定义：考虑到使用地点的重力加速度（g）和空气浮力（f）的影响后，通过把其中一种被测量（质量）转换成另外一种被测量（输出）来测量质量的力传感器。被测量（质量） 称重传感器 输出2.组成敏感元件+传感元件+测量电路其中：敏感元件电阻应变计； 传感元件弹性体； 测量电路惠斯通电桥二、电阻应变计工作原理以金属材料为转换元件的电阻应变计，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。所谓应变效应是指金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的
26、一种物理现象。如下图所示：1.受力前（F=0）电阻值R=*L/S （1）式中R金属丝的电阻（）； 金属丝的电阻率（*M）；L金属丝的长度（m）； S金属丝的横截面积（m2）（D2/4）D金属丝的直径（m）2.受力后（F0）电阻变化值R=R*K （2）式中R电阻变化量； R原始电阻值；K应变计的灵敏系数； 轴向应变结论：金属丝拉伸，电阻值增加； 金属丝压缩，电阻值减小三、称重传感器的工作原理1.两个典型的力学模型当F0时，R1、R3被拉伸，阻值增大；R2、R4被压缩，阻值减小。2.惠斯顿电桥在应变计的电测技术中，应用最广泛的测量电路是惠斯通电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构
27、简单、精度高、容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求。电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥为直流电桥。电桥电路如上图所示，它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4组成。1)直流电桥的电压输出根据分压原理，从D-A-C半桥来看，从D经A到C的电压降为Ui，通过R1、R2的电流I1=Ui/（R1+R2） （1）R2上的电压降为I1R2，代入（1）得UAC=Ui*R2/（R1+R2） （2）同样，D-B-C半桥的电压降也是Ui，R3上的电压降为：UBC=Ui*R3/（R3+R4） （3）则输出电压UO是UBC与UAC之间的差，即 R1R3-R2R4UO=UBC
28、-UAC= Ui （4）（R1+R2）（R3+R4）由（4）可知，当桥臂电阻满足如下条件时，即R1R3=R2R4 （5）电桥的输出电压UO=0，电桥处于平衡状态。为了保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平衡（置零），这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。2)按上述力学模型解释：当F=0时，R1R3=R2R4；U0=0；当F0时，R1、R3增加，R2、R4减小，U00。若欲得到与上述电信号相反的结果时，只需将A与C（或B与D）之间的电源正、负极互换即可。3) 当桥臂电阻的阻值发生变化时，电桥的输出电压也随着发生变化，当R5000安全过载%R.C.150极限过载%R.C.300弹性元
29、件材料 合金钢，不锈钢防护等级 IP67，IP68电缆线长度m5m接线方式激励红： 黑： 信号绿： 白： 外型尺寸： SBC悬臂梁式称重传感器工作电路原理图：本装置由称重传感器、放大电路、a/d转换和液晶显示电路四部分组成，电路如图所示。图中e为9v叠层电池，r1r4为称重传感器的4片电阻应变片，r5、r6与rpi组成零件调整电路，当载荷为零时，调节rpi使液晶显示屏显示零。ad转换与液晶显示驱动的原理图： 使用注意事项：1为了保证加载连接装置的加载作用线与传感器的受力轴线重合,克服因安装问题而引入的倾斜载荷和偏心载荷对计量性能的影响， 必要时要采用安装工装来保证这一点；2称重传感器在使用中若
30、受水平横向冲击力过大，会超出加载连接装置的抗侧向力或自复位能力时，要考虑在加载连接装置中设计或增加专门的限位装置；3在承载过程中受冲击力严重的称重传感器要增加过载保护装置或在加载连接装置中增加过载保护结构；4为了防止大电流直接通过传感器本体损坏传感器，可在加载连接装置上增加电流旁路器，应选用编织铜导线做成的电流旁路器，并在加载连接装置的两端用螺栓压紧；5.料斗电子衡器传感器和加载连接装置的应用示例：采用3只传感器组成料斗秤可降低对料斗和料斗安装框架的刚性要求,使系统安装调试方便且容易获得精度高,稳定性好的结果. 6.工业用电子衡器的主体大多用钢结构组成，会因温度变化而产生伸缩，对于要求比较高的
31、场合，可选用固定，半浮动和全浮动加载连接装置组合使用。选用称重传感器:称重传感器被喻为电子衡器的心脏，它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度和稳定性。在设计电子衡器时，经常要遇到如何选用传感器的问题。称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器茵先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面：（1）高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；另外，必
32、须加有隔热、水冷或气冷等装置。（2）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。常见的密封有密封胶充填或涂覆；橡胶垫机械紧固密封；焊接（氩弧焊、等离子束焊）和抽真空充氮密封。从密封效果来看，焊接密封为最佳，充填涂覆密封胶为量差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器，应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。（3）在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗
33、腐蚀性能好且密闭性好的传感器。（4）电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。（5）易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。传感器新技术的发展传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。输出信号有不同形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示、控制要
34、求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。如果把计算机比作大脑，那么传感器则相当于五官，传感器能正确感受被测量并转换成相应输出量，对系统的质量起决定性作用。自动化程度越高，系统对传感器要求越高。在今天的信息时代里，信息产业包括信息采集、传输、处理三部分，即传感技术、通信技术、计算机技术。现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展，而已经充分发达后，不仅对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，还要求其成本低廉且使用方便。显然传统传感器因功能、特性、体积、成本等已难以满足而逐渐被淘汰。世界许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发，并且都已取得极大的突
35、破。如今传感器新技术的发展，主要有以下几个方面：一发现并利用新现象利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，所以研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁性传感器，是传感器技术的重大突破，其灵敏度高，仅次于超导量子干涉器件。它的制造工艺远比超导量子干涉器件简单。可用于磁成像技术，有广泛推广价值。利用抗体和抗原在电极表面上相遇复合时，会引起电极电位的变化，利用这一现象可制出免疫传感器。用这种抗体制成的免疫传感器可对某生物体内是否有这种抗原作检查。如用肝炎病毒抗体可检查某人是否患有肝炎，起到快速、准确作用。美国加州
36、大学已研制出这类传感器。二利用新材料传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学进步，人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器；光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器；用陶瓷制成压力传感器。高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。高分子电介常数小，水分子能提高聚合物的介电常数。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器，其有以下特点：测湿范围宽；温度范围宽，可达-40+1500；响应速度快，小于1S；尺寸小，可用于小空间测湿；温度系数小。陶瓷电容式压力传感器是一种无中介液的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术，厚膜电子技术，其技术性能稳定，年漂移量小于0.1%F.S,温漂小于0.15%/10K,抗过载强,可达量程的数百倍。测量范围可从0到60mpa。德国E+H公司和美国Kavlio公司产品处于领先地位。光导纤维的应用是传感材料的重大突破，其最早用于光通信技术。在光通信利用中发现当温度、压力、电