測控技術屬信息科學技術學科領域，研究信息的獲取、處理、以及對相關要素進行控制的理論與技術；是電子、光學、精密機械、計算機、信息與控制技術多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。它是集模擬數字技術、計算機應用、傳感器技術、光電技術和自動化控制于一體的工程類學科。測控技術SensorPrinciple&DetectingTechnology開環控制：由控制器（計算機）控制設備按預定的動作運行，此過程不檢測運行結果，因而不會調整運行模式。如自動洗衣機、微波爐等。放大控制信號驅動信號控制器執行機構控制模式軸上的負載蒸汽機（調節對象）MM蒸汽瓦特離心式調速器（1787年）傳感器與測控技術全國大學生電子設計大賽幾乎都包含測控題目，對于測控題目需要解決的兩個關鍵問題是：檢測與控制。檢測是判斷控制對象的狀態；控制是根據檢測狀態作出控制動作?？刂频暮诵牟考菃纹瑱C（或計算機），由于處理系統是數字系統，因此必須經過A/D、D/A轉換。檢測的手段是利用檢測各種狀態的傳感器；控制的執行裝置一般是直流電機、步進電機、繼電器等。傳感器A/DD/A執行裝置放大電路驅動電路傳感器(Sensor)人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受外界的信息，經過大腦的思維（信息處理），作出相應的動作。而用計算機控制的自動化裝置來代替人的勞動，則可以說電子計算機相當于人的大腦（一般俗稱電腦），而傳感器則相當于人的五官部分（“電五官”）。定義：傳感器是能感受規定的被測物理量，并按照一定規律轉換成可用信號輸出的器件或裝置。傳感器通常由敏感元件（

Sensitiveelement）和轉換元件（Transductionelement）組成。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分；轉換元件是指傳感器中將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適合傳輸或測量的電信號部分。敏感元件轉換元件測量電路記錄儀顯示器數據處理儀輔助電源有些傳感器很簡單，僅由一個敏感元件（兼作轉換元件）組成，它感受被測量時直接輸出電量。如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉換元件組成，沒有轉換電路。有些傳感器，轉換元件不止一個，要經過若干次轉換。傳感器分類結構型（按能源分類）微動開關彈道振動子機械式磁電式磁電式傳感器電式電阻傳感器電容傳感器電感傳感器屋性型（按效應分類）磁致伸縮傳感器壓磁式傳感器壓磁式光電式光敏電阻光電管、光電倍增管、光電池電荷耦合器件壓電式壓電力傳感器壓電壓力傳感器壓電加速度傳感器磁電感應式傳感器霍爾式傳感器磁電式熱電偶傳感器、熱敏電阻、熱電阻PN結型溫度傳感器熱電式光耦合器件仿生式視覺：光敏傳感器、色敏傳感器、紅外傳感器聽覺：超聲波傳感器、微波傳感器觸覺：壓力傳感器、溫度傳感器嗅覺：濕度傳感器、氣體傳感器味覺：酸度傳感器、鹽度傳感器超導傳感器超導光傳感器超導微波傳感器超導磁場傳感器射線傳感器X射線傳感器β射線傳感器Γ射線傳感器射線劑量傳感器化學量傳感器光纖化學傳感器質量傳感器電化學傳感器復合智能傳感器壓力集成傳感器溫度集成傳感器傳感執行器自感知執行器足夠的容量——傳感器的工作范圍或量程足夠大；具有一定的過載能力。靈敏度高，精度適當——即要求其輸出信號與被測信號成確定的關系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態響應與動態響應的準確度能滿足要求。響應速度快，工作穩定，可靠性好。使用性和適應性強——體積小，重量輕，動作能量小，對被測對象的狀態影響?。粌炔吭肼曅《植灰资芡饨绺蓴_的影響；其輸出力求采用通用或標準形式，以便與系統對接。使用經濟——成本低，壽命長，且便于使用、維修和校準。傳感器的應用領域和需求量

傳感器的應用參數直接測量：有些物理量可以直接由傳感器測量。比如溫度、光、壓力等。這類傳感器在使用時需要注意的是一定要準確測量出被測物理量與輸出信號的關系，如果信號變化與被測物理量成線性關系，問題比較簡單，若不是線性關系，一定要補償?；蜍浖a償或硬件補償。參數間接測量：有些物理量是無法直接由傳感器得到，這就要巧妙利用已有的知識，將被測量轉換為電信號，以便送入計算機。比如：轉速，液體高度、運動物體的位置等。有的被測物理量既可以直接測量，也可以間接測量，關鍵看哪種方法簡單、準確。比如液體高度測試。壓力傳感器限位開關溫度傳感器溫度傳感器主要用于測量溫度。象工業爐溫、環境溫度及人體體溫等。選擇溫度傳感器應根據被測對象的溫度、精度、靈敏度、響應速度、安裝特點來選擇。設計產品時還要考慮價格、體積大小等因素。常用溫度傳感器測溫范圍溫度傳感器類型測溫范圍℃溫度傳感器類型測溫范圍℃石英晶體溫度計-100~220雙金屬片溫度計0~300熱敏電阻-200~800水銀溫度計-30~350集成溫度傳感器-55~150酒精溫度計-60~100鉑熱電阻-180~600熱電偶R:200~1400K：0~100E：200~700J：0~600銅熱電阻0~200使用較少鎳鎘熱電阻-20~300使用較少光高溫計800~2000輻射溫度計0~2000直接測試：溫度測量常用是熱敏電阻或鉑熱電阻。原理是溫度改變，電阻的值改變。熱電阻是將熱電阻材料（如鉑、鎢等）的金屬絲繞在耐熱的玻璃上構成繞線型溫度傳感器。熱電阻中常用的是鉑熱電阻，主要是電阻值穩定，電阻值隨溫度變化線性度好。間接測試：非接觸紅外測溫儀，易于操作、只需在安全距離之外將溫度槍對準發熱或移動的物體，非典時期開發出來的體溫測試儀熱電阻典型電路R1

R

ERx

R-+-+

RxUREF2kΩ+10V+-5.6k10k100k-+Ub(2V)RxRS

UORa

R熱電偶測量溫度1.熱電偶測溫原理熱電偶是利用物理學中的塞貝克(Seeback)效應制成的溫度傳感器。當兩種不同導體A和B組成回路時，若兩接合點處溫度不同(T≠T0)，兩者之間產生電動勢，因而在閉合回路中產生一定大小的電流。T此處是高爐內溫度T0此處是標準溫度2.熱電偶測溫方法產生電動勢只要1和2點的溫度相同，與將1、2點直接連接起來產生的熱電勢一樣。在A、B間接如第三種材料C，只要1、2處溫度相同，1‘和2間的熱電勢與1、2間相同?？点~電阻絲1普通銅導線21‘3.熱電偶使用特性熱電偶使用特性金屬種類熱電偶名稱直徑/mm等級及允許偏差ⅠⅡⅢ溫度范圍/℃允許偏差溫度范圍/℃允許偏差溫度范圍/℃允許偏差貴金屬鉑銠10-鉑0.5-0.0200~1100±1℃0~600±1.5℃0~1600±0.5%t1100~1600600~1600±0.25%t≤600±3℃>600±0.5%t鉑銠30-鉑銠60.5-0.015600~1700±0.25%t600~800±4℃900~1700±0.5%t賤金屬鎳鉻-康銅0.3,0.50.8,1.21.6,2.03.2-40~800±1.5℃或(±0.4%t)-40~900±2.5℃或(±0.75%t)-200~40±2.5℃或(±1.5%t)鐵-康銅0.3,0.50.8,1.21.6,2.03.2-40~750±1.5℃或(±0.4%t)-40~750±2.5℃或(±0.75%t)銅-康銅0.2,0.30.5,1.01.6-40~350±0.5℃或(±0.4%t)-40~350±1.0℃或(±0.75%t)-200~+40±1.0℃或(±1.5%t)t：為被測溫度。熱電偶使用溫度與線徑有關，線徑越粗使用溫度越高4.熱電偶優缺點(1)優點：①熱電偶是將溫度變換為電量，方便記錄與控制。②價廉且容易買到，測量方法簡單且精度高，測量時間也比較短③測量溫度范圍較寬，可以根據靈敏度與壽命選用熱電偶種類與線徑④可以測量較小物體的溫度以及狹窄場所的溫度⑤被測物體與計量器之間距離可以較遠，途中即使局部發生溫度變化，對測量值幾乎沒有影響。(2)缺點：①能使用熱電偶的種類受到測量場所環境的限制。②除需絕緣管和保護管外，還需基準點或基準節點補償③精度限定為測量溫度或裸線溫度的0.2%左右④高溫或長期使用時由于環境影響使其性能下降。⑤易出現測溫結點短線故障以及外電路短路事故。揚聲器與話筒1.揚聲器揚聲器常用的有動圈式和壓電陶瓷。(1)動圈式原理：在一個放于磁場中的線圈中通以聲音為頻率信號，使線圈中產生與聲音相關的磁場，這個磁場與線圈外的永久磁鐵的磁場產生相互作用力，依靠這個作用力來帶動揚聲器紙盆震動發聲。注意：音圈的阻抗和額定功率。電路的輸出阻抗與揚聲器阻抗要匹配，功率不能長時間超過額定功率。鐵架紙盆磁鐵音圈軟鐵心(2)壓電陶瓷式在一塊彈性銅片上粘上一片特殊的陶瓷（壓電陶瓷），并在另一面鍍上一層金屬導電層。陶瓷兩面的銅片和金屬層就是它的兩極，利用壓電陶瓷的壓電效應產生形變發出聲音。(3)耳機耳機是縮小的揚聲器。目前使用的耳機都是與動圈式揚聲器相同原理工作。2.話筒動圈式話筒與揚聲器的工作原理相同。駐極體話筒是一個駐有永久電荷的薄膜（駐極體）和一個金屬片構成的電容器。當薄膜感受到聲音而振動時，這個電容的容量會隨聲音的震動而改變。由于駐極體上面的電荷量不能改變，電容容量的改變就會導致電壓的改變。駐極體話筒的阻抗很高，可達108Ω。光電傳感器光電傳感器是使用非常廣泛的一種傳感器。主要用來接收編碼信息、計數或測速（生產線或移動物體）、自動控制（如路燈、閃光燈）等。根據用途不同選用的光電傳感器類型也不同。光電傳感器檢測的對象有可見光、不可見光。光電傳感器主要有光敏二極管、光敏晶體管、光敏電阻CdS、集成光電傳感器、太陽電池、圖像傳感器等。選擇光電傳感器的原則是：高速的光檢測、寬范圍照度、超高速的激光宜選用光敏二極管；幾千赫茲的脈沖光、低速脈沖光宜選用光敏晶體管；響應速度慢、隨光的強弱成比例改變（如路燈控制）的宜選用CdS或PbS光敏電阻；旋轉編碼器、速度傳感器、超高速的激光宜選用集成光電傳感器。光源光敏晶體管速度檢測無法直接檢測到速度，可以通過間接檢測法計算出速度。如圖所示。檢測出n轉/秒=>速度n*2*R米/秒光源檢測無法直接檢測到速度，可以通過間接檢測法計算出速度。如圖所示。檢測出n轉/秒=>速度n*2*R米/秒光敏二極管應用電路光敏二極管的光源一般選用發光二極管作為光源，原因是LED的發光波長與光敏二極管的受光特性非常類似。4.7kΩ5VUo與晶體管組合應用電路3.3MΩ12VUo2.2kΩ-+1MΩIPUo-+1~20kΩ0.1μFUo510Ω510Ω+12V10μF與運放組合應用電路光敏晶體管應用電路TPS6062SC18151kΩUcUOTPS6062SC18151kΩUcUOTPS6062SA10151kΩUcUO114.7kΩ4.7kΩ100kΩTPS601UOTC4061TPS604100kΩUO-

A+TA75458光敏電阻應用電路光敏電阻CdS是一種硫化鎘為主要成分的光敏元件，其內部電阻隨光照射而變化，可以根據電阻的變化以確定光的強弱，光越強電阻越小。RGRDRARCRBUCUO在光敏電阻RG旁并聯一個電阻RD，其作用是壓縮輸出信號，在電路中，即使RG的內阻增大，由于并聯電阻RD的作用，可以擬制其變化，從而抑制輸出電阻的變化。這是一個橋路。橋路的平衡條件是不平衡時輸出電壓為：壓力傳感器壓力是很重要的物理量，它是指作用于單位面積上的力。壓力傳感器是檢測氣體、液體、固體、聲音等所有物質間作用力能量的總稱。分類：按傳感器結構特點分。應變式傳感器：利用電阻應變片作為變換元件，將被測量轉換為電阻輸出。屬物性型，具有精度高的特點。電容式傳感器：利用彈性電極在輸入力作用下產生位移，使電容量發生變化而輸出。它具有良好的動態性能。壓電式傳感器：利用壓電材料的壓阻效應，將被測量轉換成電荷輸出的傳感器。壓阻式傳感器：利用半導體材料的壓阻效應，在半導體基片上采用集成電路制造工藝制成的一種輸出電阻變化的固體傳感器。壓力傳感器應用較廣的是半導體應變片，根據制造工藝不同分為體型半導體應變片與薄膜型半導體應變片。擴散型半導體壓力傳感器是由4個應變片構成的橋式電路，但外加壓力時應變片就會變形，相應的電阻值發生變化，從而使橋路失去平衡，產生與壓力成比例的電壓。壓力傳感器應用電路壓力傳感器的驅動電路。壓力傳感器有恒流驅動方式和恒壓驅動方式兩種。主要目的是使敏感元件工作而外加的電源。-A+R1UZUCCUCCRP壓力傳感器壓力傳感器驅動電路-A+UCCR1R2R3R4Uo壓力傳感器放大電路紅外傳感器紅外傳感器種類很多，一般分為量子型和熱電型。熱電型主要利用熱電效應，靈敏度較低、響應速度較慢；量子型主要利用光生伏特和光電效應，特點是靈敏度較高、響應速度快，但靈敏度與波長有關。紅外傳感器主要用于物體有無測量，位置、方向測量，厚度、濃度測量，光通信與光隔離等。現在的遙控器大都使用紅外LED和PIN光敏二極管組合，而人體移動報警裝置多使用熱電傳感器來實現。紅外發光LED常采用GL350，紅外光敏二極管常選用S2386。GL350S2386IRA-E100SZ1紅外傳感器應用電路紅外線LED驅動電路為了減少自然光、照明光以及干擾光的影響，要對LED發光進行脈沖調制。放大器RLRCUCC輸出受光基本電路，還有其他電路這里不再贅述。470Ω470Ω470Ω15kΩ15kΩ33ΩLED0.01μF0.01μFD1D212VR1R2C1C2導通時間：R2C2截止時間：R1C11110ΩLED10kΩ10kΩ1MΩC1000pFD2D112V導通時間：R1C截止時間：R2CR2R1脈沖光555脈沖驅動信號84351762C10.1μF500kΩ50kΩ4.7kΩ5kΩ470Ω0.01μF+12VLEDGL350發送電路-A+1MΩLF356S2386接收電路磁敏傳感器磁敏傳感器根據原理有不同類型，如，利用磁感應的電流互感器和轉速傳感器、利用電流磁效應的霍爾元件和磁敏二極管、利用磁作用的舌簧繼電器和磁性流體、利用超導效應SQUID、利用核磁共振的傳感器、利用磁光效應的不可逆倒相器、利用磁熱效應的熱敏繼電器和熱鐵氧體等?，F只介紹使用較多的霍爾元件?；魻栐腔陔娏鞔判瞥傻囊环N磁敏傳感器?；魻栐墓ぷ髟恚喝粼赼、b間有流過半導體的電流IL，在垂直方向施加磁場B，則在c、d間感應與磁場B成比例的電動勢UH。

d磁通BLWUHILabcdKh為霍爾系數，d為元件厚度，θ為磁場與磁敏元件表面垂直方向的夾角，Ke為不平衡系數。KeIH可以忽略，令KS=KH/d，則霍爾元件偏置電路恒壓源驅動電路：Eb施加1V電源不變，元件的內阻隨外部條件變化而變化，則霍爾電流IH隨之變化。恒流源驅動電路：外施電壓Eb足夠大，霍兒元件內阻為RIN，當R1+R2>>RIN時，不管RIN如何變化，霍爾電流IH保持恒定。輸出電壓將隨外部條件變化而變化。HEbIHUHRINHEbIHUHRINR1R2霍爾元件測速電路H磁鋼1kΩ1kΩ4.7kΩ4.7kΩ100kΩ100kΩ-A+Rf輸出波形12VUO轉動方向超聲波傳感器人們可以聽到的聲音為20Hz~20kHz。低于20Hz稱為低頻聲波，20kHz以上稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強，利用超聲波的反射能力強的特點，可以制作超聲波傳感器。超聲波傳感器在空氣中的傳播速度為340m/s。可用來測量距離，或者測量物體厚度（探頭發射的超聲波脈沖到達被測物體并在物體中傳播，到達材料分界面時被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。）超聲波傳感器有發送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發送和接收聲波的雙重作用，即為可逆元件。市場上的超聲波傳感器有專用型和兼用型，專用型就是發送器用作發送超聲波，接收器用作接收超聲波；兼用型就是發送器和接收器為一體的傳感器。超聲波傳感器的諧振頻率有23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz等。諧振頻率越高，檢測距離越短，但分解力變高。超聲波傳感器是利用壓電效應的原理，壓電效應有逆效應和順效應。所謂壓電逆效應就是在壓電元件施加電壓，元件就變形?！酪褬O化壓電陶瓷電極A電極B±長度方向伸長，厚度方向縮短外加電壓方向與激化方向相同±長度方向縮短，厚度方向伸長外加電壓方向與激化方向相反采用雙晶振子，將雙壓電陶瓷片以相反激化方向粘在一起，在長度方向上，一片伸長，另一片就縮短。在雙晶振子的兩面涂薄膜電極，其上面用引線通過金屬板（振動板）接到一個電極端，下面用引線直接接到另一個電極端。兩初支點就成為振子振動的節點。金屬板的中心有圓錐形振子，發出超聲波時，圓錐形振子有較強的方向性。接收超聲波時，超聲波的振子集中于振子的中心，所以能產生高效率的高頻電壓。雙晶振子金屬板圓錐形振子電極端子超聲波傳感器結構若在發送器的雙晶振子（諧振頻率為40kHz）上施加40kHz的高頻電壓，壓電陶瓷片就根據所加高頻電壓極性伸長與縮短，于是就發出40kHz頻率的超聲波。超聲波傳感器工作原理驅動電路方波振蕩器f=40kHz放大電路f=40kHz驅動電路方波振蕩器f=40kHz放大電路f=40kHz其他類型傳感器傳感器的種類還很多，同學們在使用時查閱相關手冊。常見的物理量測試還有：濕度測量的濕度傳感器；各種氣體測量的氣體傳感器；利用超聲波的直線傳播方式測量物體位置的超聲波傳感器等。執行機構介紹在測控系統中，執行各種動作的器件繼電器、電動機。但主要是電動機。電動機的類型很多，但在控制系統中常用的電動機有直流電機、步進電機、交流異步電機、交流同步電機和自整角機等。但對于我們目前的情況，主要使用直流電機和步進電機。直流電機的轉速主要與加在電機上的電壓成正比。步進電機的速度與加在電機上的脈沖頻率有關；步進電機的轉動圈數與脈沖個數有關。對于數字（計算機）控制系統，若執行機構是直流電機，可將數字信號經模數轉換控制電機；若執行機構是步進電機，可直接將脈沖信號放大后驅動步進電機。直流電機介紹NSnNS+-+絕緣在磁場不變（Φ）的情況下，轉速與電壓（Ua）成正比，改變電壓極性可以改變轉動方向。電流Ia在磁場中要受到一個力，可以證明在驅動轉矩為：所以n0理想空載轉速，T為轉矩nn0TUaIaujEan是電機轉速，Ua是加在電機上的電壓，Ra是電機內阻，Φ是磁通。當啟動時，n=0，Ia越大Uan引腳和輸出引腳的邏輯關系EN1(2)IN1(IN3)IN2(IN4)電機運行情況HHL正轉HLH反轉H同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止LXX停止5VB5VA9VTP521-2TP521-2VT3VT4VT1VT28550855080508050A為低電平，B為高電平。VT3、VT2導通，VT4、VT1截止電機正轉，反之，電機反轉。由于轉子是用導磁性能好的硅鋼片疊成，磁通力圖走磁阻最小路徑的特點AABBCCAABBCCAABBCC步進電機介紹步進電機又稱脈沖電機，是數字控制