第三章傳感器與監視報警第一節船舶常用傳感器第二節火災報警系統第三節機艙監視與報警系統第三章傳感器與監視報警第一節船舶常用傳感器3.1船舶常用傳感器3.1.1傳感器的分類及靜態參數3.1.2變送器概念及標準信號類型3.1.3溫度傳感器3.1.3.1熱電阻溫度傳感器（PT100和Cu50）3.1.3.2熱電偶溫度傳感器3.1.3.3半導體溫度傳感器（NTC、PTC與CTR）3.1.4壓力傳感器3.1.4.1硅壓力傳感器基本原理3.1.4.2壓電效應基本知識3.1.4.3電阻應變效應及應用3.1.4.4霍爾式傳感器的基本原理3.1.4.5電感式傳感器基本原理3.1.4.6電容式壓力傳感器的基本原理3.1.4.7渦流式壓力傳感器的基本原理3.1考試大綱3.1船舶常用傳感器3.1考試大綱3.1.1傳感器的分類及靜態參數

傳感器（Transducer/sensor）（換能器或變換器）“能感受（或響應）規定的被測量，并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。----《傳感器通用術語》(GB7665-87)§3-1船舶常用傳感器3.1.1傳感器的分類及靜態參數傳感器（Tran敏感元件（Sensitiveelement）：能直接感受（或響應）被測量的部分，并輸出與被測量成確定關系的可用非電量的元件。如：應變式壓力傳感器的彈性膜片，其作用將壓力轉換為彈性膜片的變形。轉換元件（Transductionelement

）：又稱傳感元件，指傳感器中能將直接感受或響應的被測量轉換成適于傳輸和測量的電信號部分。如：應變式壓力傳感器中的應變片，其作用將彈性膜片的變形轉換為電阻的變化。有些傳感器將敏感元件和轉換元件合二為一，例如：壓電、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等。敏感元件（Sensitiveelement）：能直接感受（按工作原理分類容易判斷采用的原理，電阻式、電感式、電容式、壓電式、光電式、光纖、磁敏式、激光、超聲波等傳感器。按被測物理量分類將原理不同但作用相同的歸為一類，如溫度傳感器、壓力傳感器，液位傳感器……按能量的傳遞方式分類能量變換型（有源傳感器）：傳感器直接由被測對象輸入能量使其工作。一般附有力學系統。能量控制型（無源傳感器）：傳感器從外部獲得能量使其工作，由被測量的變化控制外部供給能量的變化。一般不可逆，無力學系統。3.1.1.1傳感器的分類按工作原理分類3.1.1.1傳感器的分類（機艙自動化）課件傳感器的基本特性：傳感器的輸入－輸出關系特性。

是傳感器內部結構參數作用關系的外部表現輸入信號分為：穩態、動態對應傳感器特性：靜態特性、動態特性一般表示方法：數學表達式、特性曲線、表格；響應時間傳感器的一般特性：靜態特性動態特性3.1.1.2傳感器的靜態參數傳感器的基本特性：傳感器的輸入－輸出關系特性。傳靜態特性：當被測信息處于穩定狀態時，若輸入量維持不變或發生較為緩慢的變化，則輸入量與輸出量之間的關系。衡量靜態特性的重要指標是線性度、靈敏度、分辨力（率）、重復性、遲滯（回差滯環）、準確度/精度、正確度、精密度等。它們是衡量傳感器優劣的指標。靜態特性：衡量靜態特性的重要指標是線性度、靈敏度、分辨力（率線性度（Linearity）（非線性誤差）

傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數量關系能否像理想系統那樣保持的線性關系的一種度量。傳感器非線性大小評定方法靜態特性曲線可通過實際測試獲得。首先在標準工作狀態下，用標準儀器設備對傳感器進行標定（測試），得到其輸入輸出實測曲線，即校準(標定)曲線，然后作一條理想直線，即擬合直線，校準曲線與擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比，稱為傳感器的非線性誤差（或線性度）線性度（Linearity）（非線性誤差）傳感器非線性大小評

在采用直線擬合線性化時，傳感器的輸出輸入校正曲線與其擬合曲線間最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差，通常用相對誤差表示。傳感器滿量程輸出的平均值校準曲線與擬合直線間最大偏差

非線性誤差/線性度傳感器滿量程輸出的平均值校準曲線與擬合直線間最大偏差非靈敏度(sensitivity)

靈敏度指輸出的增量與輸入的增量之比，即：重復性（repeatability）

重復性指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內多次測試所得輸出特性曲線的不一致性程度。分辨力

分辨力是用來表示檢測系統或儀表裝置能夠檢測被測量最小變化量的能力。通常是以最小量程的單位值來表示。靈敏度(sensitivity)重復性（repeatabilyYFShmax0xFS遲滯（回程誤差、滯后、變差）（hysteresis）是指傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中輸出輸入曲線不重合的現象。其數值用最大偏差與滿量程輸出值的百分比表示遲滯現象反應了傳感器機械結構和制造工藝上的缺陷，（如軸承摩擦，間隙，螺釘松動，元件腐蝕及灰塵等）hmax——輸出值在正反行程間的最大差值。yhmax0xFS遲滯（回程誤差、滯后、變準確度/精度(accuracy)

反映測量結果與被測量真實值之間的一致程度，工程領域俗稱精（確）度。系差和隨差的綜合。（非線性誤差、遲滯誤差、重復誤差）正確度(correctness)

反映測量結果與被測量真實值之間的偏離程度，反映了系統誤差的大小。精密度(precision)

反映測量中所測數值重復一致的程度，說明了在等精度測量中，所得結果彼此之間符合到什么程度。反映了隨機誤差的大小。準確度/精度(accuracy)正確度(correctnes絕對誤差相對誤差實際相對誤差示值相對誤差引用相對誤差最大引用誤差（AbsoluteError）x＝x－u（RelativeError）儀表的準確度習慣稱精度，準確度等級稱精度等級。根據儀表的等級可以確定測量的最大引用誤差和最大絕對誤差。我國生產儀表精確度度等級有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等，并標志在儀表刻度標尺或銘牌上。3.1.1.3傳感器的誤差表示絕對誤差實際相對誤差（AbsoluteError）x＝x變送器（transmitter）包含傳感器和調節電路能輸出標準信號的裝置稱為變送器。直流電流信號：4~20mA(0~10mA逐漸淘汰)抗干擾強，適合遠傳直流電壓信號：1~5V(0~5V,0~10V,-10V~+10V)多個對象，近距傳輸3.1.2變送器概念及標準信號類型變送器（transmitter）3.1.2變送器概念及標常用的溫度傳感器有:

熱電阻溫度傳感器

(ResistanceTemperatureDetector,RTD)

熱電偶溫度傳感器

(Thermocouple)熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor)

3.1.3溫度傳感器常用的溫度傳感器有:3.1.3溫度傳感器原理：熱電阻材料的電阻隨溫度的增加而增加，監測范圍內線性度良好。構造：金屬絲雙線并繞在絕緣骨架上，然后插入護套內而制成。測溫范圍：－200℃～＋850℃范圍內的液體、蒸汽和氣體介質及固體表面溫度。材料：鉑、銅、鎳、錳、銠

熱電阻溫度傳感器

(ResistanceTemperatureDetector,RTD)原理：熱電阻材料的電阻隨溫度的增加而增加，監測范圍內線性度鉑電阻（PlatinumResistance）特點：在高溫和氧化介質中性能極為穩定，在還原性氣體中，容易被污染，導致鉑絲變脆，并改變電阻與溫度間的關系。-29.34~630.74℃，標準溫度計，測溫裝置基準器0~630.74℃-190℃~0℃其中，Rt、R0

——溫度為t℃和0℃時的電阻；A、B、C為常數：A=3.968×10-3/℃B=-5.84×10-7/℃C=-4.22×10-12/℃分度公式：鉑電阻（PlatinumResistance）特點：在高溫分度表（referencetable/graduatedtable）：用表格的形式來描述Rt——t之間的關系稱為分度表。并用相應的分度號表示。必須首先確定R0的大小，不同的R0，其Rt——t曲線不同。百度電阻比：鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國際實用溫標規定，作為基準器的鉑電阻，W（100）≥1.3925目前技術水平已達到W（100）＝1.3930，工業用鉑電阻的純度W（100）不低于1.385，通常為1.387～1.390。分度表（referencetable/graduated船上用的最多的鉑電阻是Pt100，Pt100即分度號的一種，表示R0為100.00Ω時的阻值，其分度表范圍－200℃～＋659℃Pt100常用于檢測船舶機艙內各種水、油的溫度等，如主機滑油進出口溫度，冷卻水溫度、燃油溫度等。量程范圍0~150℃。可用100Ω基礎上，每增加1Ω對應2.5℃來估計溫度或阻值。船上用的最多的鉑電阻是Pt100，Pt100即分度號的一種，銅電阻（CuResistance）測溫范圍：－50℃~1500C優點：缺點：上述溫度范圍內線性關系好，電阻溫度系數大，故靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價格便宜，復制性能好。易于氧化，一般只用于150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質的溫度測量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。應用：測量精度要求不高且溫度較低的場合工業上使用的標準化銅熱電阻的R0按國內統一設計取50Ω和100Ω兩種，分度號分別為Cu50和Cu100，相應的分度表可查閱相關資料。銅電阻（CuResistance）測溫范圍：－50℃~15熱電阻的測溫電路：兩線制接法中，熱電阻和連接導線電阻在一個橋臂中，所以連線電阻對測量影響大，用于測溫精度不高的場合；三線制接法中，熱電阻和連接導線電阻分布在相鄰的兩個橋臂中，可以減小連接導線電阻變化對測量結果的影響，測溫誤差小，工業熱電阻通常采用三線制接法；四線制接法主要用于高精度溫度檢測，它在熱電阻的兩端各引兩根連接導線，其中兩根連線為熱電阻提供恒定電流I，另兩根連線引至電位差計，利用電位差計測量熱電阻的阻值，四線制接法可以完全消除連接導線電阻變化對測量的影響。國產熱電阻有二線制，三線制，四線制。用熱電阻傳感器進行測溫時，測量電路經常采用電橋電路。熱電阻的測溫電路：兩線制接法中，熱電阻和連接導線電阻在一個RiaRibRiaRib自熱誤差的影響，流過熱電阻的電流不能過大，否則熱電阻自身會產生較大的熱量，從而影響測量精度，原則上流過熱電阻的電流一般不宜超過6mA導線電阻的影響，三線制或四限制解決。標準化檢測儀配套使用互換時注意補償端B的接法。屏蔽電磁干擾，需使用帶屏蔽層的電纜連接，電纜屏蔽線1端接地。測溫電阻與被測介質充分接觸，（5~7倍T）足夠插入深度（氣體25倍管徑，液體15倍管徑）防塵保護熱電阻使用注意事項：熱電阻結構：鎧裝熱電阻端面熱電阻隔爆型熱電阻自熱誤差的影響，流過熱電阻的電流不能過大，否則熱電阻自身會產熱電偶溫度傳感器

(Thermocouple)將溫度轉換為電動勢大小的熱電式傳感器叫做熱電偶。熱電偶(thermocouple)

是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，被廣泛用于測量100~1300℃范圍內的溫度，常用于船舶上主機、副機的排煙溫度的測量。它的特點是測溫范圍寬、測量精度高、性能穩定、結構簡單，且動態響應較好；輸出直接為電信號，可以遠傳，便于集中檢測和自動控制。熱電偶溫度傳感器(Thermocouple)將溫度轉換為電

工作原理：熱電效應其電勢由接觸電勢(珀爾帖電勢)和溫差電勢(湯姆遜電勢)兩部分組成。定義：兩種不同材料的導體所組成的回路成為熱電偶；組成熱電偶的導體稱為熱電極；處于T溫度場中的結點稱為測量端，又稱工作端或熱端；處于T0溫度場中的結點稱為參考端，又稱為自由端或冷端。1.兩種不同導體（A、B）2.接成閉合回路3.兩個接點處溫度不同(T≠T0)回路中會產生熱電動勢。工作原理：熱電效應其電勢由接觸電勢(珀爾帖電勢)和影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關兩熱電極相同時，總電動勢為0兩接點溫度相同時，總電動勢為0對于已選定的熱電偶，當參考端溫度T0恒定時，eAB(T0)=c為常數，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數關系，即可見：只要測出EAB（T,T0）的大小，就能得到被測溫度T，這就是利用熱電偶測溫的原理。

幾點結論：影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關可見：只要測熱電偶種類及分度（graduation）：（1）標準熱電偶

目前，國際電工委員會（IEC）認證的性能較好的標準化熱電偶共有8種，國際上稱之為“字母標志熱電偶”，即其名稱用專用字母表示，這個字母即熱電偶型號標志，稱為分度號，是各種類型熱電偶的一種很方便的縮寫形式，熱電偶名稱由熱電極材料命名，正極寫在前面，負極寫在后面。

所謂標準熱電偶是國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系，允許誤差，并有統一的標準分度表的定型批量生產的熱電偶，有配套顯示儀表可供選用。熱電偶分為標準熱電偶和非標準熱電偶（2）非標準熱電偶

非標準化熱電偶有鉑銠系，銥銠系，鎢錸系及金鐵熱電偶（用于低溫），雙鉑鉬（用于核輻射）等熱電偶。熱電偶種類及分度（graduation）：（1）標準熱電名稱分度號測溫范圍/℃100℃時的熱電動勢/mV1000℃時的熱電動勢/mV特點鉑銠30①－鉑銠6B50～18200.0334.834測溫上限高，性能穩定，準確度高，100℃以下熱電動勢極小，可不必考慮冷端溫度補償；價位高，熱電動勢小，線性差；只適用于高溫域的測量。鉑銠13－鉑R-50～17680.64710.506測溫上限較高，準確度高，性能穩定，復現性好；但熱電動勢較小，不能在金屬蒸氣和還原性氣體中使用，在高溫下連續使用時特性會逐漸變壞，價位高；多用于精密測量。鉑銠10－鉑S-50～17680.6469.587優點同鉑銠13－鉑；但性能不如R型熱電偶；曾經作為國際溫標的法定標準熱電偶。鎳鉻－鎳硅K-270～13704.09641.276熱電動勢較大，線性好，穩定性好，價廉；但材質較硬，在1000℃以上長期使用會引起熱電動勢漂移；多用于工業測量。鎳鉻硅－鎳硅N-270～13002.74436.256是一種新型熱電偶，各項性能均比K型熱電偶好，適宜于工業測量。鎳鉻－銅鎳（錳白銅）E-270～8006.319－熱電動勢比K型熱電偶大50%左右，線性好，耐高濕度，價廉；但不能用于還原性氣體中；多用于工業測量。鐵－銅鎳（錳白銅）J-210～7605.269－價廉，在還原性氣體中較穩定；但純鐵易被腐蝕和氧化；多用于工業測量。銅－銅鎳（錳白銅）T-270～4004.279－價廉，加工性能好，離散性小，性能穩定，線性好，準確度高；銅在高溫時易被氧化，測溫上限低；多用于低溫域測量。可作－200～0℃溫域的計量標準。8種國際通用的熱電偶特性表名稱分測溫100℃時的1000℃特點鉑銠30熱電偶補償導線（compensationlead/extensionwire）：所謂補償導線，實際上是一對材料化學成分不同的導線，在0～100℃溫度范圍內與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。實質是相當于將熱電極延長。根據中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。注：補償導線型號頭一個字母與熱電偶分度號相對應；第二個字母字X表示延伸型補償導線，字母C表示補償型補償導線。配用熱電偶分度號補償導線型號補償導線正極補償導線負極補償導線在100℃的熱電勢允許誤差，mV材料顏色材料顏色A(精密級)B(精密級)SSC銅紅銅鎳綠0.645±0.0230.645±0.037KKC銅紅銅鎳藍4.095±0.0634.095±0.105KKX鎳鉻紅鎳硅黑4.095±0.0634.095±0.105EEX鎳鉻紅銅鎳棕6.317±0.1026.317±0.170熱電偶補償導線（compensationlead/ext從熱電效應知，熱電偶測的實際是兩端溫度差，因此必須冷端溫度固定，熱端溫度與熱電動勢成單值函數關系，而熱電偶的分度表都是冷端為0℃測得，只有冷端溫度為0℃，才可查分度表。冷端不為0℃時，其補償方法如下：熱電偶冷端溫度補償（coldjunctioncompensation）：①冷端恒溫法：0℃恒溫器：冰水混合物，這是一種理想的補償方法，常用于實驗室或科研中。其他恒溫器：各種恒溫器，需利用中間溫度定律計算修正。②計算修正法：當采用熱電偶檢測溫度且檢測裝置具有微處理器時，經常用此法。機艙主機排煙溫度的檢測，在冷端設置一溫度傳感器（Pt100），測出冷端的實際溫度，測的熱電偶電勢后，利用中間溫度定律計算查表修正。從熱電效應知，熱電偶測的實際是兩端溫度差，因此必須冷端溫度③補償電橋法計算修正法雖然很精確，但不適合連續測量，為此，有些儀表的測溫線路中帶有補償電橋，利用不平衡電橋產生的電勢補償熱電偶因冷端溫度波動引起的熱電勢的變化。

不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋對儀表讀數無影響。

注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。③補償電橋法不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RC如何判斷熱電偶電極的極性？（兩種方法）哪些因素可以引起熱電偶的測溫誤差？如何判斷熱電偶電極的極性？（兩種方法）哪些因素可以引起熱電偶熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor)熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特性實現測溫的。半導體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數，其靈敏度比熱電阻高得多，故動態特性好。而且體積可以做得很小，特別適于在-100℃～300℃之間測溫。各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，不必采用三線制或四線制接法，給使用帶來方便。熱敏電阻的缺點是其熱電特性是非線性的。熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor)熱敏電阻是利用半按照溫度特性分類正溫度系數（PCT）：電阻阻值隨著溫度的升高而增大（型號MF）負溫度系數(NCT)：電阻阻值隨著溫度的升高而減小（型號MZ）按照溫度變化靈敏度分類高靈敏度型（突變型）CTR低靈敏度型（緩變型）熱敏電阻的種類：按照溫度特性分類熱敏電阻的種類：正溫度系數PTC(PositiveTemperatureCoefficient)特性：電阻值隨溫度升高而增大。工藝：鈦酸鋇摻合稀土元素燒結而成用途：小功率的加熱元件，具有自動恒溫、限流、只發熱不發火。負溫度系數（NTC）（NegativeTemperatureCoefficient）特性：電阻值隨溫度升高而降低（絕大多數）工藝：主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過渡金屬氧化物混合燒結而成用途：可作溫度測量，亦可作電子控制系統中溫控器件。臨界溫度系數CTR（CriticalTemperatureResistor）特性：熱敏電阻在某特定溫度范圍內隨溫度升高而突然降低（或升高）3～4個數量級工藝：三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結而成用途：CTR主要用作溫控開關，抑制浪涌電流，起保護作用。正溫度系數PTC(PositiveTemperature溫度檢測傳感器的測試與校驗：（1）實效測試法0~800℃，模擬、開關量，時間較長（2）直接測試法直流電位差計，熱電偶（3）可變電阻或電位器的取代法熱電阻（4）暫時改變警報設定值的相對測試法（5）開關量溫度傳感器的模擬測試法溫度檢測傳感器的測試與校驗：（1）實效測試法0~800℃3.1.4壓力傳感器（物理學中的壓強，工業技術中稱為壓力）定義：由靜止的流體垂直作用在給定單位面積上的力稱為該給定處的壓強單位:“帕斯卡”，或簡稱“帕”，用“Pa”表示1Pa=1N/m2標準大氣壓：定義為在溫度為0℃，緯度為45°的海平面上，重力加速度為9.80665m/s2時的壓力1atm=760mmHg=101.325kPa1bar=100kPa3.1.4壓力傳感器（物理學中的壓強，工業技術中稱為壓力）大氣壓力：大氣層對地球表面單位面積上所產生的壓力，即大氣的自重對地球表面產生的壓力。表壓力（正壓）：超過大氣壓以上的壓力數值，即測壓儀表顯示的壓力值絕對壓力：相對絕對真空所測得的壓力（表壓力與大氣壓力之和），又稱總壓力或全壓力負壓力（疏空）：絕對壓力小于大氣壓力時，大氣壓力與絕對壓力之差真空度：小于大氣壓力的絕對壓力大氣壓力：大氣層對地球表面單位面積上所產生的壓力，即大氣的自船舶上壓力傳感器應用廣泛，機艙中各種設備的油、水、氣的壓力檢測都是通過壓力傳感器實現的。其測量原理分為兩類：一是基于壓力位移轉換原理，壓力經彈性元件轉換為位移，再轉換為電量，如電位器式，電感式，霍爾式；一是力敏元件制成的，如壓電式，應變式等。常用的壓力傳感器有壓電式電阻應變式硅壓力傳感器霍爾式電感式電容式渦流式船舶上壓力傳感器應用廣泛，機艙中各種設備的油、水、氣的壓電效應及壓電式壓力傳感器壓電式傳感器以電介質的壓電效應（正壓電、電致伸縮）為基礎，即在外力作用下在電介質表面產生電荷，從而實現非電量測量,是一種典型的有源傳感器。壓電式傳感器具有體積小、質量輕、溫度達250℃頻響高（30kHz），靈敏度高，線性好（0.5級，1.0級）；測量范圍寬（100MPa以下的壓力）；內阻高，二次儀表要求輸入阻抗高；電荷小，消失快，只能測動態和脈沖壓力，不宜測緩慢變化的壓力。石英晶體（標準壓力傳感器）；壓電陶瓷（常用）船上應用：柴油機示功器中的壓力測量，進排氣管的動態壓力等。壓電效應及壓電式壓力傳感器壓電式傳感器以電介質的壓電效應（正結構：金屬絲電阻應變片由四個基本部分組成：敏感柵、基底，蓋層、引線。有絲式、箔式、薄膜式三種。2341電阻應變片結構示意圖bl柵長柵寬應變效應及應變式壓力傳感器原理：導體或半導體材料在外（拉力或壓力）力的作用時，產生機械變形，導致其電阻值相應發生變化，稱為“應變效應”。應變片電阻值通常有60、120、200、350、500、1000等幾種，其中以120最常見。材料有康銅、銅鎳合金、銅鉻合金等。結構：金屬絲電阻應變片由四個基本部分組成：敏感柵、基底，蓋層金屬應變片式壓力傳感器測量電路測量電路：電橋電路（差動輸出）金屬應變片式壓力傳感器測量電路測量電路：電橋電路（差動輸出）應變效應通常是受力后材料的幾何尺寸和電阻率發生改變，

電阻改變主要由材料的幾何尺寸變化引起的，稱為金屬電阻應變片；（應變式壓力傳感器）電阻改變主要由材料電阻率變化所引起的，稱為壓阻效應，稱為半導體應變片。（壓阻式壓力傳感器）應變效應通常是受力后材料的幾何尺寸和電阻率發生改變，電阻改變硅壓力傳感器半導體應變片有體型、擴散型、薄膜型三種。（硅的壓阻效應大，常用，故稱硅壓力傳感器）擴散型半導體應變片是將P型雜質擴散到N型硅晶片基底上，將力敏元件、彈性元件、補償電路、調理電路制成一體，目前應用最廣泛。特點優點：靈敏系數比金屬絲式高50～80倍，靈敏度高，頻率響應范圍很寬，輸出幅值大，不需要放大器，可直接與記錄儀連接使用，使測量系統簡單；缺點：材料的溫度系數大，應變時非線性比較嚴重，應用范圍受到限制。硅壓力傳感器半導體應變片有體型、擴散型、薄膜型三種。（硅的壓霍爾效應及霍爾式壓力傳感器金屬或半導體薄片，若在它的兩端通過控制電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢UH。這種現象稱為霍爾效應。霍爾系數靈敏系數RH為霍爾常數，其大小由載流材料的物理性質決定。單位體積內導電粒子數越少，霍爾效應越強，半導體比金屬導體霍爾效應強，所以常采用半導體材料做霍爾元件；KH為靈敏度系數，不僅與元件材料的霍爾系數有關，還與霍爾元件的幾何尺寸有關，一般要求霍爾元件靈敏度越大越好。I

：控制電流（A）B：磁感應強度（T）d：霍爾元件的厚度（m）霍爾效應及霍爾式壓力傳感器金屬或半導體薄片，若在它的兩端通過霍爾元件的結構由霍爾片、引線和殼體組成。1-3:控制電流端引線（面接觸，長度方向，紅色）

控制電流極（或激勵電極）2-4:霍爾輸出引線（點接觸，綠色）

霍爾電極H電路符號：c.殼體：非導磁金屬、陶瓷和環氧樹脂封裝。b.四根引線（3或5）:a.霍爾片：矩形半導體單晶薄片（4mm*4mm*0.1mm）霍爾元件的結構由霍爾片、引線和殼體組成。1-3:控制電流端引霍爾元件的材料一般由N型半導體材料制作。（RH=ρμ）（1）．鍺(Ge)，輸出小，溫度性能和線性度較好。（2）．銻化銦(InSb)，輸出較大，受溫度影響大。（3）．砷化銦(InAs)，輸出次之，溫度性能和線性度優之。（4）．砷化鎵(GaAs)，溫度特性和線性度均好，但價格貴。金屬材料載流子遷移率大，但電阻率很低；絕緣體的電阻率高，但載流子遷移率極小；半導體材料兩者兼優→理想材料。霍爾元件的材料一般由N型半導體材料制作。（RH=ρμ）金屬霍爾元件的主要技術參數（2）輸入電阻和輸出電阻(幾歐姆~幾百歐姆)輸入電阻指控制電流極間的電阻值。輸出電阻指霍爾電極間的電阻值。（1）額定激勵電流和最大允許激勵電流使霍爾元件溫升10℃所施加的控制電流值稱為額定激勵電流。以霍爾片允許最大溫升為限制所對應的電流稱為最大允許激勵電流IM(幾毫安~幾百毫安)。（3）霍爾電壓溫度系數霍爾元件與一般半導體器件一樣，對溫度變化十分敏感。霍爾電動勢的溫度系數α是指在一定磁感應強度和控制電流下，溫度每變化1℃，霍爾電動勢的變化率。霍爾元件的主要技術參數（2）輸入電阻和輸出電阻(幾產生原因主要有：（1）霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上；（2）材質不均勻、幾何尺寸不均勻（5）寄生電動勢

當霍爾元件通以交流控制電流而不加外磁場時，霍爾輸出除了交流不等位電動勢外，還有直流電動勢分量，稱為寄生直流電動勢。一般1mV以下產生原因主要有：（1）霍爾元件的電極不完全歐姆接觸，可能出現整流效應（2）霍爾電極大小不對稱形成極間溫差電勢（4）不等位電勢

當霍爾元件通以額定激勵電流IH而不加外磁場時它的霍爾輸出端之間仍有空載電勢存在，該電勢就稱為不等位電勢。

產生原因主要有：（5）寄生電動勢當霍爾元件通以交流控電感式壓力傳感器主要優點：結構簡單、工作可靠；靈敏度高，能分辨0.01μm的位移變化；測量精度高、零點穩定、輸出功率較大；可實現信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，在工業自動控制系統中被廣泛采用；主要缺點：靈敏度、線性度和測量范圍相互制約；傳感器自身頻率響應低，不適用于快速動態測量。電感式壓力傳感器是將因壓力產生的位移變換電感量的變化，從而測量壓力。種類：根據轉換原理分為自感式、互感式、電渦流式；電感式壓力傳感器主要優點：電感式壓力傳感器是將因壓力產生的位把被測的非電量變化轉換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據變壓器的基本原理制成的，把被測位移量轉換為一次線圈與二次線圈間的互感量變化的裝置。當一次線圈接入激勵電源后，二次線圈就將產生感應電動勢，當兩者間的互感量變化時，感應電動勢也相應變化。由于兩個二次線圈采用差動接法，故稱為差動變壓器式傳感器，簡稱差動變壓器（LVDT,Linearvaribaletransformer）。差動變壓器結構形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管線等。u2u2=u21-u22把被測的非電量變化轉換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感輸出電壓特性靈敏度頻率特性線性度零點殘余電壓消除方法差動變壓器的輸出特性：輸出電壓特性差動變壓器的輸出特性：定義：差動變壓器的靈敏度是指差動變壓器在單位電壓激勵下，動鐵芯移動單位距離時的輸出電壓。單位為mV/mm/V(雙輸入單輸出)50mV/mm/V，高精度1000mV/mm/V以上靈敏度

提高靈敏度的方法：（1）提高線圈品質因數Q值(Q=ωL/R)（Q越高，電路損耗越小，效率越高）（2）增大鐵芯直徑，使其接近線圈框架內徑，選擇導磁性能好，鐵損小以及渦流損耗小的導磁材料制作銜鐵和導磁外殼。（3）減小渦流損耗，線圈框架采用非導電且膨脹系數小的材料。（4）選擇較高的勵磁電壓（防過熱）和勵磁頻率。定義：差動變壓器的靈敏度是指差動變壓器在單位電壓激勵下，動鐵KE與f關系曲線當f較低時，，靈敏度顯著降低當f較高時，將會產生“集膚”效應，電荷匯集在表面，鐵芯有效阻值增大，鐵芯發熱，產生很大功耗，從而引起U2快速下降頻率特性10~50kHZ為宜只有在某頻率下才能達到最大輸出，且此頻率附近靈敏度變化最小。KE與f關系曲線當f較低時，，靈敏度顯著降低頻率特性10~理想情況：差動變壓器輸出電壓與鐵心位移呈線性，且相角為定值。影響差動變壓器線性度的因素:骨架形狀和尺寸的精確性，線圈的排列，鐵芯的尺寸和材質，激勵頻率和負載狀態等。改善差動變壓器的線性度:取測量范圍為線圈骨架長度的1/10-1/4，激勵頻率采用中頻，配用相敏檢波式測量電路

線性度理想情況：線性度零點殘余電壓及消除方法

產生原因：由于兩個次級線圈繞組電氣系數（M互感L電感R內阻）不同，幾何尺寸工藝上很難保證完全相同。由于鐵芯的B-H特性的非線性，產生高次諧波不同，不能互相抵消。勵磁電壓波形中有高次諧波。差動變壓器實際的特性曲線，在零點上總有一個最小的輸出電壓，這個鐵芯處于中間位置時最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。

減小零點殘余電壓措施：

（1）在設計和工藝上，力求做到磁路對稱，線圈對稱。（2）選擇合適的測量電路，引入相敏整流電路，對差動變壓器輸出電壓進行處理。零點殘余電壓及消除方法產生原因：差動變壓器實際的特性曲線，電容式壓力傳感器變極距型，變面積型、變介電常數型為提高靈敏度和改善非線性，一般采用差動結構。結論：差動式電容傳感器比單個電容靈敏度提高一倍電容式壓力傳感器變極距型，變面積型、變介電常數型為提高靈敏度云母片的相對介電常數是空氣的7倍，其擊穿電壓不小于1000kV/mm，而空氣僅為3kV/mm。因此有了云母片，極板間起始距離可大大減小。一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20~100pF之間，極板間距離在25~200μm的范圍內。最大位移應小于間距的1/10，故在微位移測量中應用最廣。測量電路：電橋電路諧振電路脈沖寬度調制電路云母片的相對介電常數是空氣的7倍，其擊穿電壓電渦流式壓力傳感器電渦流傳感器（EddyCurrentTransducer）是一種基于電渦流效應，將位移、溫度等非電量轉換為阻抗的變化或電感的變化從而進行非電量測量的電感傳感器。電渦流傳感器最大特點是非接觸測量，動態響應好，靈敏度高。電渦流的大小與金屬的電阻率ρ，磁導率μ，厚度d及線圈與金屬體的距離x，線圈勵磁電壓角頻率ω等有關。電渦流式傳感器結構比較簡單，主要由一個安置在探頭殼體的扁平圓形線圈和被測金屬體構成。高頻反射、低頻透射電渦流式壓力傳感器電渦流傳感器（EddyCurrentT第三章傳感器與監視報警第一節船舶常用傳感器第二節火災報警系統第三節機艙監視與報警系統第三章傳感器與監視報警第一節船舶常用傳感器3.1船舶常用傳感器3.1.1傳感器的分類及靜態參數3.1.2變送器概念及標準信號類型3.1.3溫度傳感器3.1.3.1熱電阻溫度傳感器（PT100和Cu50）3.1.3.2熱電偶溫度傳感器3.1.3.3半導體溫度傳感器（NTC、PTC與CTR）3.1.4壓力傳感器3.1.4.1硅壓力傳感器基本原理3.1.4.2壓電效應基本知識3.1.4.3電阻應變效應及應用3.1.4.4霍爾式傳感器的基本原理3.1.4.5電感式傳感器基本原理3.1.4.6電容式壓力傳感器的基本原理3.1.4.7渦流式壓力傳感器的基本原理3.1考試大綱3.1船舶常用傳感器3.1考試大綱3.1.1傳感器的分類及靜態參數

傳感器（Transducer/sensor）（換能器或變換器）“能感受（或響應）規定的被測量，并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。----《傳感器通用術語》(GB7665-87)§3-1船舶常用傳感器3.1.1傳感器的分類及靜態參數傳感器（Tran敏感元件（Sensitiveelement）：能直接感受（或響應）被測量的部分，并輸出與被測量成確定關系的可用非電量的元件。如：應變式壓力傳感器的彈性膜片，其作用將壓力轉換為彈性膜片的變形。轉換元件（Transductionelement

）：又稱傳感元件，指傳感器中能將直接感受或響應的被測量轉換成適于傳輸和測量的電信號部分。如：應變式壓力傳感器中的應變片，其作用將彈性膜片的變形轉換為電阻的變化。有些傳感器將敏感元件和轉換元件合二為一，例如：壓電、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等。敏感元件（Sensitiveelement）：能直接感受（按工作原理分類容易判斷采用的原理，電阻式、電感式、電容式、壓電式、光電式、光纖、磁敏式、激光、超聲波等傳感器。按被測物理量分類將原理不同但作用相同的歸為一類，如溫度傳感器、壓力傳感器，液位傳感器……按能量的傳遞方式分類能量變換型（有源傳感器）：傳感器直接由被測對象輸入能量使其工作。一般附有力學系統。能量控制型（無源傳感器）：傳感器從外部獲得能量使其工作，由被測量的變化控制外部供給能量的變化。一般不可逆，無力學系統。3.1.1.1傳感器的分類按工作原理分類3.1.1.1傳感器的分類（機艙自動化）課件傳感器的基本特性：傳感器的輸入－輸出關系特性。

是傳感器內部結構參數作用關系的外部表現輸入信號分為：穩態、動態對應傳感器特性：靜態特性、動態特性一般表示方法：數學表達式、特性曲線、表格；響應時間傳感器的一般特性：靜態特性動態特性3.1.1.2傳感器的靜態參數傳感器的基本特性：傳感器的輸入－輸出關系特性。傳靜態特性：當被測信息處于穩定狀態時，若輸入量維持不變或發生較為緩慢的變化，則輸入量與輸出量之間的關系。衡量靜態特性的重要指標是線性度、靈敏度、分辨力（率）、重復性、遲滯（回差滯環）、準確度/精度、正確度、精密度等。它們是衡量傳感器優劣的指標。靜態特性：衡量靜態特性的重要指標是線性度、靈敏度、分辨力（率線性度（Linearity）（非線性誤差）

傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數量關系能否像理想系統那樣保持的線性關系的一種度量。傳感器非線性大小評定方法靜態特性曲線可通過實際測試獲得。首先在標準工作狀態下，用標準儀器設備對傳感器進行標定（測試），得到其輸入輸出實測曲線，即校準(標定)曲線，然后作一條理想直線，即擬合直線，校準曲線與擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比，稱為傳感器的非線性誤差（或線性度）線性度（Linearity）（非線性誤差）傳感器非線性大小評

在采用直線擬合線性化時，傳感器的輸出輸入校正曲線與其擬合曲線間最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差，通常用相對誤差表示。傳感器滿量程輸出的平均值校準曲線與擬合直線間最大偏差

非線性誤差/線性度傳感器滿量程輸出的平均值校準曲線與擬合直線間最大偏差非靈敏度(sensitivity)

靈敏度指輸出的增量與輸入的增量之比，即：重復性（repeatability）

重復性指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內多次測試所得輸出特性曲線的不一致性程度。分辨力

分辨力是用來表示檢測系統或儀表裝置能夠檢測被測量最小變化量的能力。通常是以最小量程的單位值來表示。靈敏度(sensitivity)重復性（repeatabilyYFShmax0xFS遲滯（回程誤差、滯后、變差）（hysteresis）是指傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中輸出輸入曲線不重合的現象。其數值用最大偏差與滿量程輸出值的百分比表示遲滯現象反應了傳感器機械結構和制造工藝上的缺陷，（如軸承摩擦，間隙，螺釘松動，元件腐蝕及灰塵等）hmax——輸出值在正反行程間的最大差值。yhmax0xFS遲滯（回程誤差、滯后、變準確度/精度(accuracy)

反映測量結果與被測量真實值之間的一致程度，工程領域俗稱精（確）度。系差和隨差的綜合。（非線性誤差、遲滯誤差、重復誤差）正確度(correctness)

反映測量結果與被測量真實值之間的偏離程度，反映了系統誤差的大小。精密度(precision)

反映測量中所測數值重復一致的程度，說明了在等精度測量中，所得結果彼此之間符合到什么程度。反映了隨機誤差的大小。準確度/精度(accuracy)正確度(correctnes絕對誤差相對誤差實際相對誤差示值相對誤差引用相對誤差最大引用誤差（AbsoluteError）x＝x－u（RelativeError）儀表的準確度習慣稱精度，準確度等級稱精度等級。根據儀表的等級可以確定測量的最大引用誤差和最大絕對誤差。我國生產儀表精確度度等級有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等，并標志在儀表刻度標尺或銘牌上。3.1.1.3傳感器的誤差表示絕對誤差實際相對誤差（AbsoluteError）x＝x變送器（transmitter）包含傳感器和調節電路能輸出標準信號的裝置稱為變送器。直流電流信號：4~20mA(0~10mA逐漸淘汰)抗干擾強，適合遠傳直流電壓信號：1~5V(0~5V,0~10V,-10V~+10V)多個對象，近距傳輸3.1.2變送器概念及標準信號類型變送器（transmitter）3.1.2變送器概念及標常用的溫度傳感器有:

熱電阻溫度傳感器

(ResistanceTemperatureDetector,RTD)

熱電偶溫度傳感器

(Thermocouple)熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor)

3.1.3溫度傳感器常用的溫度傳感器有:3.1.3溫度傳感器原理：熱電阻材料的電阻隨溫度的增加而增加，監測范圍內線性度良好。構造：金屬絲雙線并繞在絕緣骨架上，然后插入護套內而制成。測溫范圍：－200℃～＋850℃范圍內的液體、蒸汽和氣體介質及固體表面溫度。材料：鉑、銅、鎳、錳、銠

熱電阻溫度傳感器

(ResistanceTemperatureDetector,RTD)原理：熱電阻材料的電阻隨溫度的增加而增加，監測范圍內線性度鉑電阻（PlatinumResistance）特點：在高溫和氧化介質中性能極為穩定，在還原性氣體中，容易被污染，導致鉑絲變脆，并改變電阻與溫度間的關系。-29.34~630.74℃，標準溫度計，測溫裝置基準器0~630.74℃-190℃~0℃其中，Rt、R0

——溫度為t℃和0℃時的電阻；A、B、C為常數：A=3.968×10-3/℃B=-5.84×10-7/℃C=-4.22×10-12/℃分度公式：鉑電阻（PlatinumResistance）特點：在高溫分度表（referencetable/graduatedtable）：用表格的形式來描述Rt——t之間的關系稱為分度表。并用相應的分度號表示。必須首先確定R0的大小，不同的R0，其Rt——t曲線不同。百度電阻比：鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國際實用溫標規定，作為基準器的鉑電阻，W（100）≥1.3925目前技術水平已達到W（100）＝1.3930，工業用鉑電阻的純度W（100）不低于1.385，通常為1.387～1.390。分度表（referencetable/graduated船上用的最多的鉑電阻是Pt100，Pt100即分度號的一種，表示R0為100.00Ω時的阻值，其分度表范圍－200℃～＋659℃Pt100常用于檢測船舶機艙內各種水、油的溫度等，如主機滑油進出口溫度，冷卻水溫度、燃油溫度等。量程范圍0~150℃。可用100Ω基礎上，每增加1Ω對應2.5℃來估計溫度或阻值。船上用的最多的鉑電阻是Pt100，Pt100即分度號的一種，銅電阻（CuResistance）測溫范圍：－50℃~1500C優點：缺點：上述溫度范圍內線性關系好，電阻溫度系數大，故靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價格便宜，復制性能好。易于氧化，一般只用于150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質的溫度測量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。應用：測量精度要求不高且溫度較低的場合工業上使用的標準化銅熱電阻的R0按國內統一設計取50Ω和100Ω兩種，分度號分別為Cu50和Cu100，相應的分度表可查閱相關資料。銅電阻（CuResistance）測溫范圍：－50℃~15熱電阻的測溫電路：兩線制接法中，熱電阻和連接導線電阻在一個橋臂中，所以連線電阻對測量影響大，用于測溫精度不高的場合；三線制接法中，熱電阻和連接導線電阻分布在相鄰的兩個橋臂中，可以減小連接導線電阻變化對測量結果的影響，測溫誤差小，工業熱電阻通常采用三線制接法；四線制接法主要用于高精度溫度檢測，它在熱電阻的兩端各引兩根連接導線，其中兩根連線為熱電阻提供恒定電流I，另兩根連線引至電位差計，利用電位差計測量熱電阻的阻值，四線制接法可以完全消除連接導線電阻變化對測量的影響。國產熱電阻有二線制，三線制，四線制。用熱電阻傳感器進行測溫時，測量電路經常采用電橋電路。熱電阻的測溫電路：兩線制接法中，熱電阻和連接導線電阻在一個RiaRibRiaRib自熱誤差的影響，流過熱電阻的電流不能過大，否則熱電阻自身會產生較大的熱量，從而影響測量精度，原則上流過熱電阻的電流一般不宜超過6mA導線電阻的影響，三線制或四限制解決。標準化檢測儀配套使用互換時注意補償端B的接法。屏蔽電磁干擾，需使用帶屏蔽層的電纜連接，電纜屏蔽線1端接地。測溫電阻與被測介質充分接觸，（5~7倍T）足夠插入深度（氣體25倍管徑，液體15倍管徑）防塵保護熱電阻使用注意事項：熱電阻結構：鎧裝熱電阻端面熱電阻隔爆型熱電阻自熱誤差的影響，流過熱電阻的電流不能過大，否則熱電阻自身會產熱電偶溫度傳感器

(Thermocouple)將溫度轉換為電動勢大小的熱電式傳感器叫做熱電偶。熱電偶(thermocouple)

是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，被廣泛用于測量100~1300℃范圍內的溫度，常用于船舶上主機、副機的排煙溫度的測量。它的特點是測溫范圍寬、測量精度高、性能穩定、結構簡單，且動態響應較好；輸出直接為電信號，可以遠傳，便于集中檢測和自動控制。熱電偶溫度傳感器(Thermocouple)將溫度轉換為電

工作原理：熱電效應其電勢由接觸電勢(珀爾帖電勢)和溫差電勢(湯姆遜電勢)兩部分組成。定義：兩種不同材料的導體所組成的回路成為熱電偶；組成熱電偶的導體稱為熱電極；處于T溫度場中的結點稱為測量端，又稱工作端或熱端；處于T0溫度場中的結點稱為參考端，又稱為自由端或冷端。1.兩種不同導體（A、B）2.接成閉合回路3.兩個接點處溫度不同(T≠T0)回路中會產生熱電動勢。工作原理：熱電效應其電勢由接觸電勢(珀爾帖電勢)和影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關兩熱電極相同時，總電動勢為0兩接點溫度相同時，總電動勢為0對于已選定的熱電偶，當參考端溫度T0恒定時，eAB(T0)=c為常數，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數關系，即可見：只要測出EAB（T,T0）的大小，就能得到被測溫度T，這就是利用熱電偶測溫的原理。

幾點結論：影響因素取決于材料和接點溫度，與形狀、尺寸等無關可見：只要測熱電偶種類及分度（graduation）：（1）標準熱電偶

目前，國際電工委員會（IEC）認證的性能較好的標準化熱電偶共有8種，國際上稱之為“字母標志熱電偶”，即其名稱用專用字母表示，這個字母即熱電偶型號標志，稱為分度號，是各種類型熱電偶的一種很方便的縮寫形式，熱電偶名稱由熱電極材料命名，正極寫在前面，負極寫在后面。

所謂標準熱電偶是國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系，允許誤差，并有統一的標準分度表的定型批量生產的熱電偶，有配套顯示儀表可供選用。熱電偶分為標準熱電偶和非標準熱電偶（2）非標準熱電偶

非標準化熱電偶有鉑銠系，銥銠系，鎢錸系及金鐵熱電偶（用于低溫），雙鉑鉬（用于核輻射）等熱電偶。熱電偶種類及分度（graduation）：（1）標準熱電名稱分度號測溫范圍/℃100℃時的熱電動勢/mV1000℃時的熱電動勢/mV特點鉑銠30①－鉑銠6B50～18200.0334.834測溫上限高，性能穩定，準確度高，100℃以下熱電動勢極小，可不必考慮冷端溫度補償；價位高，熱電動勢小，線性差；只適用于高溫域的測量。鉑銠13－鉑R-50～17680.64710.506測溫上限較高，準確度高，性能穩定，復現性好；但熱電動勢較小，不能在金屬蒸氣和還原性氣體中使用，在高溫下連續使用時特性會逐漸變壞，價位高；多用于精密測量。鉑銠10－鉑S-50～17680.6469.587優點同鉑銠13－鉑；但性能不如R型熱電偶；曾經作為國際溫標的法定標準熱電偶。鎳鉻－鎳硅K-270～13704.09641.276熱電動勢較大，線性好，穩定性好，價廉；但材質較硬，在1000℃以上長期使用會引起熱電動勢漂移；多用于工業測量。鎳鉻硅－鎳硅N-270～13002.74436.256是一種新型熱電偶，各項性能均比K型熱電偶好，適宜于工業測量。鎳鉻－銅鎳（錳白銅）E-270～8006.319－熱電動勢比K型熱電偶大50%左右，線性好，耐高濕度，價廉；但不能用于還原性氣體中；多用于工業測量。鐵－銅鎳（錳白銅）J-210～7605.269－價廉，在還原性氣體中較穩定；但純鐵易被腐蝕和氧化；多用于工業測量。銅－銅鎳（錳白銅）T-270～4004.279－價廉，加工性能好，離散性小，性能穩定，線性好，準確度高；銅在高溫時易被氧化，測溫上限低；多用于低溫域測量。可作－200～0℃溫域的計量標準。8種國際通用的熱電偶特性表名稱分測溫100℃時的1000℃特點鉑銠30熱電偶補償導線（compensationlead/extensionwire）：所謂補償導線，實際上是一對材料化學成分不同的導線，在0～100℃溫度范圍內與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。實質是相當于將熱電極延長。根據中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。注：補償導線型號頭一個字母與熱電偶分度號相對應；第二個字母字X表示延伸型補償導線，字母C表示補償型補償導線。配用熱電偶分度號補償導線型號補償導線正極補償導線負極補償導線在100℃的熱電勢允許誤差，mV材料顏色材料顏色A(精密級)B(精密級)SSC銅紅銅鎳綠0.645±0.0230.645±0.037KKC銅紅銅鎳藍4.095±0.0634.095±0.105KKX鎳鉻紅鎳硅黑4.095±0.0634.095±0.105EEX鎳鉻紅銅鎳棕6.317±0.1026.317±0.170熱電偶補償導線（compensationlead/ext從熱電效應知，熱電偶測的實際是兩端溫度差，因此必須冷端溫度固定，熱端溫度與熱電動勢成單值函數關系，而熱電偶的分度表都是冷端為0℃測得，只有冷端溫度為0℃，才可查分度表。冷端不為0℃時，其補償方法如下：熱電偶冷端溫度補償（coldjunctioncompensation）：①冷端恒溫法：0℃恒溫器：冰水混合物，這是一種理想的補償方法，常用于實驗室或科研中。其他恒溫器：各種恒溫器，需利用中間溫度定律計算修正。②計算修正法：當采用熱電偶檢測溫度且檢測裝置具有微處理器時，經常用此法。機艙主機排煙溫度的檢測，在冷端設置一溫度傳感器（Pt100），測出冷端的實際溫度，測的熱電偶電勢后，利用中間溫度定律計算查表修正。從熱電效應知，熱電偶測的實際是兩端溫度差，因此必須冷端溫度③補償電橋法計算修正法雖然很精確，但不適合連續測量，為此，有些儀表的測溫線路中帶有補償電橋，利用不平衡電橋產生的電勢補償熱電偶因冷端溫度波動引起的熱電勢的變化。

不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個橋臂和橋路電源組成。設計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋對儀表讀數無影響。

注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。③補償電橋法不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RC如何判斷熱電偶電極的極性？（兩種方法）哪些因素可以引起熱電偶的測溫誤差？如何判斷熱電偶電極的極性？（兩種方法）哪些因素可以引起熱電偶熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor)熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特性實現測溫的。半導體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數，其靈敏度比熱電阻高得多，故動態特性好。而且體積可以做得很小，特別適于在-100℃～300℃之間測溫。各種熱敏電阻的阻值在常溫下很大，不必采用三線制或四線制接法，給使用帶來方便。熱敏電阻的缺點是其熱電特性是非線性的。熱敏電阻溫度傳感器(Thermistor)熱敏電阻是利用半按照溫度特性分類正溫度系數（PCT）：電阻阻值隨著溫度的升高而增大（型號MF）負溫度系數(NCT)：電阻阻值隨著溫度的升高而減小（型號MZ）按照溫度變化靈敏度分類高靈敏度型（突變型）CTR低靈敏度型（緩變型）熱敏電阻的種類：按照溫度特性分類熱敏電阻的種類：正溫度系數PTC(PositiveTemperatureCoefficient)特性：電阻值隨溫度升高而增大。工藝：鈦酸鋇摻合稀土元素燒結而成用途：小功率的加熱元件，具有自動恒溫、限流、只發熱不發火。負溫度系數（NTC）（NegativeTemperatureCoefficient）特性：電阻值隨溫度升高而降低（絕大多數）工藝：主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過渡金屬氧化物混合燒結而成用途：可作溫度測量，亦可作電子控制系統中溫控器件。臨界溫度系數CTR（CriticalTemperatureResistor）特性：熱敏電阻在某特定溫度范圍內隨溫度升高而突然降低（或升高）3～4個數量級工藝：三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結而成用途：CTR主要用作溫控開關，抑制浪涌電流，起保護作用。正溫度系數PTC(PositiveTemperature溫度檢測傳感器的測試與校驗：（1）實效測試法0~800℃，模擬、開關量，時間較長（2）直接測試法直流電位差計，熱電偶（3）可變電阻或電位器的取代法熱電阻（4）暫時改變警報設定值的相對測試法（5）開關量溫度傳感器的模擬測試法溫度檢測傳感器的測試與校驗：（1）實效測試法0~800℃3.1.4壓力傳感器（物理學中的壓強，工業技術中稱為壓力）定義：由靜止的流體垂直作用在給定單位面積上的力稱為該給定處的壓強單位:“帕斯卡”，或簡稱“帕”，用“Pa”表示1Pa=1N/m2標準大氣壓：定義為在溫度為0℃，緯度為45°的海平面上，重力加速度為9.80665m/s2時的壓力1atm=760mmHg=101.325kPa1bar=100kPa3.1.4壓力傳感器（物理學中的壓強，工業技術中稱為壓力）大氣壓力：大氣層對地球表面單位面積上所產生的壓力，即大氣的自重對地球表面產生的壓力。表壓力（正壓）：超過大氣壓以上的壓力數值，即測壓儀表顯示的壓力值絕對壓力：相對絕對真空所測得的壓力（表壓力與大氣壓力之和），又稱總壓力或全壓力負壓力（疏空）：絕對壓力小于大氣壓力時，大氣壓力與絕對壓力之差真空度：小于大氣壓力的絕對壓力大氣壓力：大氣層對地球表面單位面積上所產生的壓力，即大氣的自船舶上壓力傳感器應用廣泛，機艙中各種設備的油、水、氣的壓力檢測都是通過壓力傳感器實現的。其測量原理分為兩類：一是基于壓力位移轉換原理，壓力經彈性元件轉換為位移，再轉換為電量，如電位器式，電感式，霍爾式；一是力敏元件制成的，如壓電式，應變式等。常用的壓力傳感器有壓電式電阻應變式硅壓力傳感器霍爾式電感式電容式渦流式船舶上壓力傳感器應用廣泛，機艙中各種設備的油、水、氣的壓電效應及壓電式壓力傳感器壓電式傳感器以電介質的壓電效應（正壓電、電致伸縮）為基礎，即在外力作用下在電介質表面產生電荷，從而實現非電量測量,是一種典型的有源傳感器。壓電式傳感器具有體積小、質量輕、溫度達250℃頻響高（30kHz），靈敏度高，線性好（0.5級，1.0級）；測量范圍寬（100MPa以下的壓力）；內阻高，二次儀表要求輸入阻抗高；電荷小，消失快，只能測動態和脈沖壓力，不宜測緩慢變化的壓力。石英晶體（標準壓力傳感器）；壓電陶瓷（常用）船上應用：柴油機示功器中的壓力測量，進排氣管的動態壓力等。壓電效應及壓電式壓力傳感器壓電式傳感器以電介質的壓電效應（正結構：金屬絲電阻應變片由四個基本部分組成：敏感柵、基底，蓋層、引線。有絲式、箔式、薄膜式三種。2341電阻應變片結構示意圖bl柵長柵寬應變效應及應變式壓力傳感器原理：導體或半導體材料在外（拉力或壓力）力的作用時，產生機械變形，導致其電阻值相應發生變化，稱為“應變效應”。應變片電阻值通常有60、120、200、350、500、1000等幾種，其中以120最常見。材料有康銅、銅鎳合金、銅鉻合金等。結構：金屬絲電阻應變片由四個基本部分組成：敏感柵、基底，蓋層金屬應變片式壓力傳感器測量電路測量電路：電橋電路（差動輸出）金屬應變片式壓力傳感器測量電路測量電路：電橋電路（差動輸出）應變效應通常是受力后材料的幾何尺寸和電阻率發生改變，

電阻改變主要由材料的幾何尺寸變化引起的，稱為金屬電阻應變片；（應變式壓力傳感器）電阻改變主要由材料電阻率變化所引起的，稱為壓阻效應，稱為半導體應變片。（壓阻式壓力傳感器）應變效應通常是受力后材料的幾何尺寸和電阻率發生改變，電阻改變硅壓力傳感器半導體應變片有體型、擴散型、薄膜型三種。（硅的壓阻效應大，常用，故稱硅壓力傳感器）擴散型半導體應變片是將P型雜質擴散到N型硅晶片基底上，將力敏元件、彈性元件、補償電路、調理電路制成一體，目前應用最廣泛。特點優點：靈敏系數比金屬絲式高50～80倍，靈敏度高，頻率響應范圍很寬，輸出幅值大，不需要放大器，可直接與記錄儀連接使用，使測量系統簡單；缺點：材料的溫度系數大，應變時非線性比較嚴重，應用范圍受到限制。硅壓力傳感器半導體應變片有體型、擴散型、薄膜型三種。（硅的壓霍爾效應及霍爾式壓力傳感器金屬或半導體薄片，若在它的兩端通過控制電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢UH。這種現象稱為霍爾效應。霍爾系數靈敏系數RH為霍爾常數，其大小由載流材料的物理性質決定。單位體積內導電粒子數越少，霍爾效應越強，半導體比金屬導體霍爾效應強，所以常采用半導體材料做霍爾元件；KH為靈敏度系數，不僅與元件材料的霍爾系數有關，還與霍爾元件的幾何尺寸有關，一般要求霍爾元件靈敏度越大越好。I

：控制電流（A）B：磁感應強度（T）d：霍爾元件的厚度（m）霍爾效應及霍爾式壓力傳感器金屬或半導體薄片，若在它的兩端通過霍爾元件的結構由霍爾片、引線和殼體組成。1-3:控制電流端引線（面接觸，長度方向，紅色）

控制電流極（或激勵電極）2-4:霍爾輸出引線（點接觸，綠色）

霍爾電極H電路符號：c.殼體：非導磁金屬、陶瓷和環氧樹脂封裝。b.四根引線（3或5）:a.霍爾片：矩形半導體單晶薄片（4mm*4mm*0.1mm）霍爾元件的結構由霍爾片、引線和殼體組成。1-3:控制電流端引霍爾元件的材料一般由N型半導體材料制作。（RH=ρμ）（1）．鍺(Ge)，輸出小，溫度性能和線性度較好。（2）．銻化銦(I