第二章 家电用传感器
电阻 lgΩ
某一温度下电阻值会发生突变随温度的增加激剧减小，具有
6
很大的负温度系数的临界温度电阻，为玻璃态热敏电阻
CTR 用作温控开关
5
4
3α=－B/T2
2
NTC
1
-50 0 50
PTC 100 150 200
温度 ℃
第二章 家电用传感器
三、热敏电阻的特点 ▪ 优点是灵敏度高、体积小、测量线路简单，重量轻、
100~200Ω
10Ω 820~1500
Ω
1500~2000℃
4300(1±5% )℃
3900~4700℃
0~200V 10~55V 55~200V
第二章 家电用传感器
五、热敏电阻线性化测量电路
US
R2
R1
U+
基准电压
测量电桥
UO
比较放大器
RT
测量电压
RB
加热器
R
U-
第二章 家电用传感器
（二） 热电偶
0.001℃）等都具有可借鉴性 。这些生物的感官功 能是当今传感器技术望尘莫及的。研究它们的机理，
开发仿生传感器，是引人瞩目的方向。
第二章 家电用传感器
三、智能传感器 ▪ 带有微处理器，将传感器监测信息和微处理器数据处
理功能有机地结合在一起。
分层集成
①可编程能力：由程序自检/自校/自诊断/自动调零； ②逻辑判断和数据处理功能； ③线性补偿和特性补偿； ④输出精度高； ⑤具有数据存储和记忆功能； ⑥输出形式多：串行/并行/USB，模拟/数字，计算机
第二章 家电用传感器
四、传感器技术展望
▪ 传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技 术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科 技发展水平的重要标志之一。传感器产业也是国内 外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术 含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等 特点为世人瞩目.
▪ 正在全球推广的纳米技术传感器,可以提供高水平 的集成，包括由碳纳米管和塑料电子组成的平台。
第二章 家电用传感器
（见P35）
四、热敏电阻的主要性能参数
型号 MZ21
类别 PTC
标称 电阻值
4.7Ω
开关温度 135 ℃
额定 工作电压
15V
MZ22 PTC 200~500Ω 70~80℃
220V
MZ64(1) PTC <500Ω
40~80℃
5V
MF511 MF513 SWF13
NTC NTC NTC
第二章 家电用传感器
二、热敏电阻的分类及其特性曲线
PTC：Positive Temperature Coefficient 它是以锰、 钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料， 采用陶瓷工 艺制造而成的。
NTC：Negative Temperature Coefficient 利用锰、 铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属 氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半 导体陶瓷 。 CTR：构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物 的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，
一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度之间有很
好的线性关系。如砷化镓/硅温敏二极管
正向电流/电压与温度的关系： IF=ISexp(qUF/k0T)
二、温敏晶体管 在恒定的集电极电流条件下，晶体管发射结上的正向 电压Ube随温度上升而近似线性下降。Ube∝-k0T/q
用温敏晶体管及其辅助电路集成在同一芯片上可制成集 成化温度传感器，可以直接给出正比于绝对温度的线性 输出，体积小，便于高精度、大批量生产，是现代温度 传感器的主要发展方向之一。
第二章 家电用传感器
三、气敏传感器电路组成
一般由气敏元件与其它电阻组成桥式比较电路，利 用半导体气敏元件的阻值随吸入气体浓度的增大而 下降的特性，通过元件的电压比较使电桥失衡，因 而有信号输出。
二、传感器的发展趋势
①高灵敏度：利用陶瓷/有机/纳米材料和量子力学诸效 应研制的高灵敏度传感器，可用来检测极微弱信号。 ②集成化/多功能：在同一芯片上将众多同类型单个传感 器集成为一维线型、二维阵列型传感器，或将传感器与 放大、调节、补偿电路等集成在同一芯片上，能检出两 种以上的信号，如：压-温，温-气，温-湿等等。
第二章 家电用传感器
▪ ③智能化：把传感器、微处理器集成在同一芯片上， 实现单片智能传感器。不仅具有信号检测、转换功 能，同时还具有记忆、存储、分析、统计处理及自 诊断、自校准、自适应等功能。它的最大特点就是 将传感器监测信息的功能与微处理器的信息处理功 能有机地结合在一起。
▪ ④仿生传感器：狗的嗅觉灵敏度为人的106倍；鸟 的视力为人的8-50倍；蝙蝠、飞蛾、海豚的听觉 （超声波传感器） ，蛇的接近觉（分辨力达
▪ 二、国家标准GB定义：能够感受规定的被测量并按 照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
▪ 三、狭义地定义：是把外界非电物理量转换成电信 号的输出器件。是获取信息的工具-电五官
▪ 传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，在 现代家电中应用非常广泛。诸如电饭锅、电磁灶、 电冰箱、洗衣机等都是靠敏感元件来实现自动控制
第二章 家电用传感器
AN6701型集成温敏传感器内电路框图
温敏元件
运算
放大
VCC VO
AN6701
温补调整
校 正 电 阻
GND
第二章 家电用传感器
LM35
VCC VO GND
AD590 数字温度传感器
DS18B20 数字温度传感器
第二章 家电用传感器
2.2.2 气敏传感器
▪ 它是利用半导体与某些气体接触时，其特性发生变化 这一现象来检测气体的成分或浓度的传感器。 一、气敏传感器的分类与主要用途
第二章 家电用传感器
2.1.4 集成温敏传感器
▪ 集成温敏传感器是将温敏传感器及其外围电 路（放大、温补、调整电路等）集成在同一 芯片上，使温度控制更加精确可靠。
▪ 它的最大特点就是直接给出绝对温度的理想 输出电压信号。具有信号提取、信号处理、 自检索、自诊断、自校准等功能。
▪ 已用于-50℃-150℃范围内的温度测量、控 制和补偿。
▪ 温度传感器
湿度传感器
▪ 压力传感器
位移传感器
▪ 流量传感器
液位传感器
▪ 力传感器
加速度传感器
四、按传感器的材料分类
半导体类（陶瓷/光电/压力/霍尔） 光纤类 声板波 扭矩 集成传感器
第二章 家电用传感器
2.1.4 传感器的发展趋势
一、传感器的应用现状 “电五官”落后于“电脑”的现状，已成为微控制技术进一 步开发与应用的一大障碍。
第二章 家电用传感器
▪ 传感器在信息处理过程中，需要把各种各样的物理 量，如温/湿度、速度、位移、形变、导电率等非电 量转换成电信号，才能观察、记录、分析和处理。
传感器的定义包括四方面内容：
▪ 1）传感器是测量装置。 ▪ 2）输入量是被测量（物理量、化学量、生物量，
如气、光、压力、流量、加速度、温度等）。 ▪ 3）输出是某种物理量（如电量）。 ▪ 4）输出和输入有对应关系，并有一定精度。
价格低，阻值大；
▪ 缺点是非线性大，稳定性和特性一致性较差，必须
在电路上进行线性化补偿，以保证输出电压与温度的关系基本上为线Fra bibliotek。R2
Rt
①用两个热敏电阻组合
R1
R3
②采用线性化电阻网络
③采用软件计算修正法
RT ▪普通热敏电阻只能在有限的工作温度范围内呈现出 上佳的电阻稳定性。热敏电阻一般不适于高精度温 度测量。
第二章 家电用传感器
2.1.2 传感器的系统组成
▪ ⑴敏感元件：先将待测的非电量变为易于转换成电量 的另一种非电量，能完成预变换的器件-敏感元件。
▪ ⑵转换元件：能将感受到的非电量变换为电量的器件， 也叫变换器，如把温度-电势的热电偶变换器。
▪ ⑶转换电路：上述电路参数接入电路时，会产生干扰 信号或非线性误差、不稳定性，须加以抑制或修正， 转换成唯一正确反映被测量大小的电量进行输出。

NiCr NiSi型： 0 ~ 1000℃
误差 1.0%
Cu kangCu型： 0 ~ 400℃ 误差 0.1%
热电偶能直接进行温度-电势转换，且体积小、测温范 围广，故应用较广泛。
第二章 家电用传感器
（三） 晶体管温敏传感器
▪ 一、温敏二极管 ▪ 利用二极管PN结的温敏效应可以进行温度检测。在
▪ 电阻式气敏元件：利用半导体接触到气体时其阻值的 改变来检测气体的浓度；
▪ 非电阻式气敏元件：据气体的吸附和反应，使其某些 关系特性发生变化，对气体进行直接或间接的检测。
▪ 按工艺可分为烧结型、薄膜型和厚膜型三类。 ▪ 用途：对可燃性气体如CO、 H2、 CH4、C2H5OH或
不可燃性气体如CO2、 NO、 NO2等有毒气体的检测。
第二章 家电用传感器
▪一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在 外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会 随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发 生改变，使得输出连续变化的电流/电压与非电物理量 的变化成正比。
由于传感器组成材料发生改变引起输出电流/电压的变 化十分微弱，易受外界干扰，一般成品传感器，是将 传感器与放大电路制作在一起，输出标准的0～10mA 或4～20mA电流，或0～5V电压，以便进行A/D转换， 其中4～20mA标准电流输出的传感器较为普遍，其内 部是一种恒流输出结构，比电压型传感器抗干扰能力 强，易于远距离传输，因此，电流型传感器被广泛用 于各种检测系统中。
第二章 家电用传感器
2.2 家电中常用传感器
2.2.1 温度传感器