傳感器及檢測(cè)技術(shù) 教學(xué)PPT課件

傳感器及檢測(cè)技術(shù) 教學(xué)PPT課件,傳感器及檢測(cè)技術(shù),教學(xué)PPT課件,傳感器,檢測(cè),技術(shù),教學(xué),PPT,課件 PPT模板下載： 環(huán)境量檢測(cè)目錄1 1任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)2 2任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)3 3任務(wù)三 噪聲檢測(cè) 項(xiàng)目七 環(huán)境量檢測(cè)學(xué)習(xí)目標(biāo)能了解并掌握氣敏傳感器的主要特性、原理、組成和使用注意事項(xiàng)等。能理解氣敏傳感器的測(cè)量、應(yīng)用電路。能了解并掌握濕敏傳感器的主要特性、原理、組成和使用注意事項(xiàng)等。能理解濕敏傳感器的測(cè)量、應(yīng)用電路。能了解聲敏傳感器的特性、分類和原理等。能理解聲敏傳感器的應(yīng)用電路。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)任務(wù)提出 一般家庭廚房烹調(diào)熱源有煤氣、天然氣、石油液化氣等，由于這些可燃?xì)怏w的泄漏、點(diǎn)火失誤等原因，造成爆炸、火災(zāi)和中毒死傷事故的數(shù)字十分驚人。為了保障生命和財(cái)產(chǎn)安全，要對(duì)廚房可燃?xì)怏w泄漏進(jìn)行檢測(cè)。廚房可燃?xì)怏w報(bào)警器如圖7-1所示。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)任務(wù)提出 任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器 半導(dǎo)體氣敏傳感器是目前廣泛應(yīng)用的氣敏傳感器之一。按半導(dǎo)體與氣體的相互作用主要局限于半導(dǎo)體表面還是涉及半導(dǎo)體內(nèi)部，可分為表面控制型和體控制型兩種；按半導(dǎo)體物理特性的變化，可分為電阻式和非電阻式兩種。電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用其電阻值的改變來(lái)反映被測(cè)氣體的含量，主要是由氧化錫、氧化鋅等材料制成的；而非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器則是利用半導(dǎo)體敏感元件的電壓或電流隨氣體含量變化的原理工作的，主要有金屬、半導(dǎo)體結(jié)型二極管和MOSFET等。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器（一）氣敏電阻的外形各種氣敏電阻的外形如圖7-2所示。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器（二）氣敏電阻的引腳圖及符號(hào) 氣敏電阻的引腳如圖7-3所示。它的引腳有六個(gè)，其中的兩個(gè)A以及兩個(gè)B分別相連后成為氣敏電阻的輸出引線，兩個(gè)f為加熱器引線。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器（二）氣敏電阻的引腳圖及符號(hào)氣敏電阻的符號(hào)如圖7-4所示。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器（三）氣敏電阻的基本工作電路 氣敏電阻的基本工作電路如圖7-5所示，其中的Uf為氣敏電阻的加熱電源，U+為氣敏電阻的測(cè)量電源。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器（四）氣敏電阻的組成和工作原理氣敏電阻一般由敏感元件、加熱器和外殼三部分組成。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器（五）氣敏電阻的溫度特性 氣敏電阻的溫度特性如圖7-6所示。如ZnO在室溫下吸收某種氣體后，其電導(dǎo)率變化不大，輸出電壓很小且?guī)缀醪蛔?。若保持氣體濃度不變，輸出電壓隨溫度升高而增大，即該氣敏元件的電導(dǎo)率變化很大，靈敏度大幅提高。因此氣敏電阻工作時(shí)必須加熱，燒去氣敏元件附著的油污、塵埃等，起到清洗作用，并加速被測(cè)氣體的吸附、脫出過程。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器（五）氣敏電阻的溫度特性任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、接觸燃燒式氣敏傳感器接觸燃燒式氣敏傳感器的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-7所示。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、接觸燃燒式氣敏傳感器 它是用直徑為5060m的高純鉑絲繞制成直徑約為05mm的線圈，一般繞制10圈以上，線圈阻值在12之間。在線圈外面涂氧化鋁或者氧化鋁和氧化硅組成的膏狀涂覆層，干燥后在一定溫度下燒結(jié)成球狀多孔體，在貴金屬鉑、鈀等的鹽溶液中浸透后取出烘干，再經(jīng)高溫處理，在氧化鋁或者氧化鋁和氧化硅層上形成貴金屬觸媒層。最后組裝成氣敏傳感器。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)三、固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)是一類介于固體與液體之間的特殊固體材料，其內(nèi)部粒子在固體中具有液體中離子的快速遷移性，因此又稱為快離子導(dǎo)體。固體電解質(zhì)氣體傳感器是使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng)勢(shì)。通過測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，可間接測(cè)得氣體的濃度。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)四、電化學(xué)氣體傳感器 電化學(xué)氣體傳感器的構(gòu)成類似于通常的電池，電解質(zhì)可以是電解質(zhì)溶液或固體電解質(zhì)。當(dāng)氣體存在于鉑、銅等貴金屬電極、比較電極和電解質(zhì)組成的電池中時(shí)，氣體與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在兩個(gè)電極之間就有了電流或電壓輸出，從電流或電壓的大小可計(jì)算出氣體的濃度。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)任務(wù)實(shí)施一、合理選擇氣敏傳感器的類型 根據(jù)廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)的使用要求，結(jié)合氣敏傳感器相關(guān)知識(shí)，可采用半導(dǎo)體式和接觸燃燒式兩種氣敏傳感器。這里選用了半導(dǎo)體電阻式氣敏傳感器來(lái)檢測(cè)廚房可燃?xì)怏w的泄漏。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、正確使用氣敏電阻和報(bào)警器（一）氣敏電阻使用時(shí)一定要加熱 一般由變壓器二次繞組輸出交流或直流電壓提供低電壓加熱。加熱溫度對(duì)氣敏電阻的特性影響很大，因此加熱器的加熱電壓必須恒定。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、正確使用氣敏電阻和報(bào)警器（二）溫度補(bǔ)償 半導(dǎo)體氣敏電阻在氣體中的電阻值與溫度和濕度有關(guān)。當(dāng)溫度和濕度較低時(shí)，電阻值較大；溫度和濕度較高時(shí)，電阻值較小。因此，即使氣體濃度相同，而濕度和溫度不同，電阻值也會(huì)不同，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。常用的溫度補(bǔ)償電路如圖78所示，在比較器的反相輸入端接入負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、正確使用氣敏電阻和報(bào)警器（三）廚房氣體報(bào)警器的性能指標(biāo)1.精度可燃?xì)怏w的體積百分率達(dá)到01%03時(shí)，能可靠報(bào)警。2.工作溫度工作溫度為1040。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、正確使用氣敏電阻和報(bào)警器（四）廚房氣體報(bào)警器的正確安裝當(dāng)廚房使用煤氣和天然氣時(shí)，由于該類氣體比空氣輕，應(yīng)將報(bào)警器安裝在靠近天花板處，這樣容易積聚上升的氣體。當(dāng)廚房使用液化石油氣時(shí)，由于該類氣體的主要成分為丙烷，比空氣重，容易沉積到地面上，因此報(bào)警器要安裝在接近地面處。廚房使用煤氣和天然氣 廚房使用液化石油氣任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、正確使用氣敏電阻和報(bào)警器（五）廚房氣體檢測(cè)及自動(dòng)排風(fēng)控制器 廚房氣體檢測(cè)及自動(dòng)排風(fēng)控制器的原理如圖7-9所示。當(dāng)氣體濃度較低時(shí)，氣敏電阻值較大，IC1的2腳為低電平，IC4輸出為低，VT2不導(dǎo)通，J不吸合，抽氣扇不轉(zhuǎn)；且IC3組成的壓控振蕩器停振，VT1不導(dǎo)通，LED不亮。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)二、正確使用氣敏電阻和報(bào)警器（五）廚房氣體檢測(cè)及自動(dòng)排風(fēng)控制器任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)其它案例（一）簡(jiǎn)易家用可燃?xì)怏w報(bào)警器 如圖7-10所示為簡(jiǎn)易家用可燃?xì)怏w報(bào)警器原理圖，氣敏元件TGS109與蜂鳴器BZ構(gòu)成檢測(cè)回路。當(dāng)室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度升高時(shí)，氣敏元件吸附氣體使電阻值降低，檢測(cè)回路的電流增加，直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BZ報(bào)警。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)其它案例（二）礦燈瓦斯報(bào)警器 礦燈瓦斯報(bào)警器原理如圖7-11所示。它放置在礦工的工作帽內(nèi)，以礦燈蓄電池4V為電源，氣敏元件為QMN5型，R1為加熱線圈的限流電阻，RP為瓦斯報(bào)警設(shè)定電位器。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)其它案例（二）礦燈瓦斯報(bào)警器任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)其它案例（三）CO報(bào)警器 CO報(bào)警器如圖7-12所示。在潔凈空氣中，氣敏電阻值很高，BB點(diǎn)電壓很小，V5、V6、V7不導(dǎo)通，喇叭無(wú)聲。當(dāng)CO氣體濃度升高時(shí)，氣敏電阻值下降，BB點(diǎn)電壓升高，V5、V6、V7導(dǎo)通，振蕩器工作，喇叭報(bào)警。該電路采用交直流兩用電源。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)其它案例（三）CO報(bào)警器任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)訓(xùn)練一下 首先讀懂簡(jiǎn)易酒精測(cè)試儀的原理圖，如圖7-13所示。然后進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室，認(rèn)識(shí)氣體傳感器（TGS812）和原理圖上各種電子器件，按照原理圖連接線路，并進(jìn)行酒精濃度測(cè)試。任務(wù)一 廚房可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)訓(xùn)練一下 任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)任務(wù)提出 糧食的保管主要是控制糧食的溫度和濕度。環(huán)境溫度高、濕度大，糧食含水量高，就極易產(chǎn)生霉變，因此各種糧倉(cāng)除了檢測(cè)和控制溫度外，還要檢測(cè)和控制環(huán)境的濕度，并對(duì)糧食的含水量進(jìn)行檢測(cè)，通常糧食含水量在1014之間。這就要用到濕度傳感器。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)相關(guān)知識(shí) 濕度傳感器是基于某些材料能產(chǎn)生與濕度有關(guān)的物理效應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)，將濕度的變化轉(zhuǎn)換成某個(gè)電量的變化的器件。按輸出電量可以分為電阻型、電容型和頻率型等；按敏感材料的性質(zhì)可分為電解質(zhì)型、陶瓷型、有機(jī)高分子型、半導(dǎo)體型等。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)一、濕度的概念1.濕度空氣中含有水蒸氣的量稱為濕度，含有水蒸氣的空氣是一種混合氣體。濕度常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和露點(diǎn)等表示。2.絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度是指在一定溫度和壓力下，單位體積空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量。3.相對(duì)濕度相對(duì)濕度是指在某一溫度下，空氣中水蒸氣壓與飽和水蒸氣壓比值的百分比。相對(duì)濕度表示大氣的潮濕程度，被廣泛使用。4.露點(diǎn)由于水的飽和蒸氣壓隨著溫度的降低而逐漸下降，因此在同樣的空氣水蒸氣壓下，空氣溫度越低，空氣水蒸氣壓與飽和蒸氣壓的差值越小。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、濕敏器件的外形濕敏電阻的外形如圖7-14所示。濕敏電容的外形如圖7-15所示。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)三、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理（一）高分子電阻濕敏傳感器1.結(jié)構(gòu)示意圖 高分子電阻濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-16所示。2.組成 高分子電阻濕敏傳感器由感濕層、電極和具有一定機(jī)械強(qiáng)度的絕緣基片等組成。3.工作原理 高分子電解質(zhì)感濕材料吸收水分后引起兩電極間電阻的變化，將相對(duì)濕度的變化轉(zhuǎn)換成電阻阻值的變化。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)三、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理（一）高分子電阻濕敏傳感器任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)三、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理（二）高分子電容濕敏傳感器 電容式濕敏傳感器是利用濕敏元件的電容值隨濕度變化的原理進(jìn)行濕度測(cè)量的傳感器。這類濕敏元件實(shí)際上是一種吸濕性電介質(zhì)材料的介電常數(shù)隨濕度而變化的薄片狀電容器。吸濕件電介質(zhì)材料（感濕材料）主要有高分子聚合物（例如乙酸丁酸纖維素和乙酸丙酸纖維素）和金屬氧化物（例如多孔氧化鋁）等。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)三、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理（三）半導(dǎo)體陶瓷濕敏傳感器1.結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體陶瓷濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-18所示。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)三、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理（三）半導(dǎo)體陶瓷濕敏傳感器2.組成 半導(dǎo)體陶瓷濕敏傳感器是由多孔感濕陶瓷薄片的兩面加上兩個(gè)電極，再焊出引線；外面繞有鎳鎘加熱絲，并由引腳引出；把它們固定在絕緣陶瓷底座上組成的。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)三、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理（三）半導(dǎo)體陶瓷濕敏傳感器3.工作原理 當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，多孔感濕陶瓷吸濕，電阻值隨之變化。為了防止電阻極化，測(cè)量時(shí)必須是交流。另外，在高溫、高濕環(huán)境下，要定期加熱清洗，使傳感器恢復(fù)性能。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)四、濕敏傳感器的使用注意事項(xiàng)（一）電源選擇 濕敏電阻必須工作在交流回路中。若用直流供電，會(huì)引起多孔陶瓷表面結(jié)構(gòu)改變，濕敏特性變劣；若交流電源頻率過高，由于元件的附加容抗而影響測(cè)濕靈敏度和準(zhǔn)確性，因此應(yīng)以不產(chǎn)生正、負(fù)離子積聚為原則，使電源頻率盡可能低。對(duì)于離子導(dǎo)電型濕敏元件，電源頻率一般以1kHz為宜。對(duì)于電子導(dǎo)電型濕敏元件，電源頻率應(yīng)低于50Hz。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)四、濕敏傳感器的使用注意事項(xiàng)（二）線性化處理 一般濕敏元件的特性均為非線性，為準(zhǔn)確地獲得濕度值，要加入線性化電路，使輸出信號(hào)正比于濕度的變化。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)四、濕敏傳感器的使用注意事項(xiàng)（三）測(cè)量濕度范圍 電阻式濕敏元件在濕度超過95RH時(shí)，濕敏膜因濕潤(rùn)溶解，厚度會(huì)發(fā)生變化，若反復(fù)結(jié)露與潮解，特性將變壞而不能復(fù)原。電容式濕敏元件在80RH以上高濕及100RH以上結(jié)露或潮解狀態(tài)下，也難以檢測(cè)。另外，不能將濕敏電容直接浸入水中或長(zhǎng)期用于結(jié)露狀態(tài)，也不能用手摸或用嘴吹其表面。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)四、濕敏傳感器的使用注意事項(xiàng)（四）溫度補(bǔ)償 通常氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻溫度系數(shù)為0.10.3，在測(cè)濕精度要求高的情況下必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)四、濕敏傳感器的使用注意事項(xiàng)（五）安裝要求 濕敏傳感器應(yīng)安裝在空氣流動(dòng)的環(huán)境中。傳感器的延長(zhǎng)線應(yīng)使用屏蔽線，最長(zhǎng)不超過1m。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)四、濕敏傳感器的使用注意事項(xiàng)（六）加熱去污 陶瓷元件的加熱去污應(yīng)控制在450。它利用元件的溫度特性進(jìn)行溫度檢測(cè)和控制，當(dāng)溫度達(dá)到450即中斷加熱。由于未加熱前元件吸附有水分，突然加熱會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)于450時(shí)的阻值，而實(shí)際溫度并未達(dá)到450，因此應(yīng)在通電后延遲23s再檢測(cè)電阻值。加熱結(jié)束后，應(yīng)冷卻至常溫再開始檢測(cè)濕度。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)任務(wù)實(shí)施一、合理選擇濕度傳感器的類型 由于濕度傳感器種類很多，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，因此必須合理選擇濕度傳感器，以適用于工作環(huán)境，滿足性能要求。一般在常溫潔凈環(huán)境、連續(xù)使用的場(chǎng)合，應(yīng)選擇高分子濕度傳感器。這類傳感器精度高，穩(wěn)定性好。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（一）電容濕敏傳感器的檢測(cè)電路及工作原理 電容式濕度傳感器應(yīng)用電路如圖7-19所示。圖中IC1及外圍元件組成多諧振蕩器，產(chǎn)生觸發(fā)IC2的脈沖。IC2和電容式濕度傳感器及外圍元件組成可調(diào)寬的脈沖發(fā)生器，其脈沖寬度取決于濕度傳感器的電容大小。調(diào)寬脈沖從IC2的9腳輸出，經(jīng)R5、C2濾波后成為直流信號(hào)輸出，它正比于空氣的相對(duì)濕度。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（一）電容濕敏傳感器的檢測(cè)電路及工作原理任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（二）糧食含水量檢測(cè) 糧食含水量不同，電導(dǎo)率也不同。檢測(cè)糧食含水量是將兩根金屬探頭插入糧食中，當(dāng)糧食含水量越高時(shí)，電導(dǎo)率越大，兩根金屬探頭間的阻值就越?。环粗?，阻值就越大。通過檢測(cè)兩根金屬探頭間阻值的變化，就能測(cè)出糧食含水量的大小。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（二）糧食含水量檢測(cè) 如圖7-20所示為糧食含水量檢測(cè)電路。它由高壓電源、檢測(cè)電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和顯示電路等組成。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（二）糧食含水量檢測(cè)1.檢測(cè)電路 圖720中A、B為兩根金屬探頭，插入糧食中，來(lái)檢測(cè)兩探頭間糧食的阻值RAB。由于阻值很大，因此間距要小，一般設(shè)置為2mm。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（二）糧食含水量檢測(cè)2.高壓電源 由于RAB通常在幾十兆歐幾百兆歐之間，因此供電電源要用高壓才能流過電流。圖720中由時(shí)基電路7555組成無(wú)穩(wěn)自激振蕩器，產(chǎn)生矩形脈沖，經(jīng)升壓變壓器Tr提高振幅20倍，然后通過整流電路輸出約150V的電壓。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（二）糧食含水量檢測(cè)3.后續(xù)電路 150V的電壓加在RAB上，產(chǎn)生1A以內(nèi)的電流，經(jīng)運(yùn)放輸出小于2V的電壓，由7106模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字后在顯示器上顯示。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)二、正確使用濕敏傳感器（二）糧食含水量檢測(cè)4.校正（1）零點(diǎn)校正將A、B開路，即兩金屬棒完全分開，此時(shí)RAB無(wú)窮大，調(diào)節(jié)RP1使顯示值為零。（2）滿度校正 將A、B短路，即兩金屬棒連接在一起，相當(dāng)于糧食完全浸泡在水中，此時(shí)RAB的阻值為零，調(diào)整RP2使顯示值為100，即糧食含水量為100。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（一）檢測(cè)露點(diǎn)電路 結(jié)露傳感器當(dāng)相對(duì)濕度低于80RH時(shí)，輸出值與相對(duì)濕度的關(guān)系曲線較平坦，但當(dāng)相對(duì)濕度超過80RH時(shí)，輸出值發(fā)生劇變，因此它具有開關(guān)特性。它的典型產(chǎn)品有：HOS103正特性電阻型結(jié)露傳感器，應(yīng)用電路如圖7-21a所示；HOS003負(fù)特性電阻型結(jié)露傳感器，應(yīng)用電路如圖7-21b所示。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（一）檢測(cè)露點(diǎn)電路任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（二）濕度檢控系統(tǒng) 如圖7-22所示為濕度檢控系統(tǒng)原理框圖。直流電源為加熱清洗電極提供加熱電壓，通電后內(nèi)部電加熱絲發(fā)熱產(chǎn)生熱量可除去傳感器感濕層中的水分；振蕩器提供濕敏電阻RS工作電源，Rr為固定電阻。當(dāng)濕度增大時(shí)，RS減小，URr升高，經(jīng)交直流變換、線性化處理后，由顯示器顯示，同時(shí)與參考電壓比較后輸出電壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的工作。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（二）濕度檢控系統(tǒng)任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（三）汽車玻璃自動(dòng)去濕電路 汽車駕駛室擋風(fēng)玻璃的結(jié)露或結(jié)霜將影響駕駛員的視線，為避免事故的發(fā)生，可安裝自動(dòng)去濕電路，如圖7-23所示。圖中Rs為加熱電阻絲，將其埋入擋風(fēng)玻璃內(nèi)，H為結(jié)露濕敏元件，晶體管V1、V2為施密特觸發(fā)電路，V2的集電極負(fù)載為繼電器線圈，R為濕敏元件H的等效電阻。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（三）汽車玻璃自動(dòng)去濕電路任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（四）農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制電路 自動(dòng)灌溉控制電路能根據(jù)農(nóng)田土壤濕度的大小對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)灌溉，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)場(chǎng)、果園和塑料大棚中。自動(dòng)灌溉控制電路如圖7-24所示，由濕度傳感器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、LED顯示電路和控制執(zhí)行電路組成。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)其它案例（四）農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制電路任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)訓(xùn)練一下 進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室，認(rèn)識(shí)各種濕敏傳感器，了解它們的用途，并借助濕敏傳感器等元器件制作一個(gè)如圖7-25所示的濕度測(cè)量報(bào)警器。任務(wù)二 糧倉(cāng)濕度檢測(cè)訓(xùn)練一下 任務(wù)三 噪聲檢測(cè)任務(wù)提出 在人們?nèi)粘９ぷ骱蜕瞽h(huán)境中，充滿著各種頻率的聲音。有些頻率的聲音直接或間接地影響著人們的身心健康和生活品質(zhì)，影響著機(jī)器設(shè)備的工作性能和工作壽命，這些聲音都稱為噪聲。噪聲已成為當(dāng)今世界的主要公害之一，防治和控制噪聲已是廣大工程技術(shù)人員的重要任務(wù)。因此，測(cè)量聲音的大小，為控制噪聲提供依據(jù)就顯得十分重要。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)相關(guān)知識(shí) 測(cè)量聲音的大小，就要用到聲敏傳感器。聲敏傳感器是一種將聲能轉(zhuǎn)換為電能或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為聲能的器件。它是利用電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)或壓電效應(yīng)等原理來(lái)完成聲電轉(zhuǎn)換的，主要有話筒、揚(yáng)聲器、壓電陶瓷片、蜂鳴器等。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)一、聲波1.聲波的概念 當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)在原位置沿傳播方向作來(lái)回振動(dòng)，空氣密度發(fā)生變化，相應(yīng)位置的壓強(qiáng)也隨之變化，并向鄰近質(zhì)點(diǎn)傳遞此變化，從而形成壓力傳播過程，這就是聲波。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)一、聲波2.聲波的特性聲波的頻率f、周期T、波長(zhǎng)和波速c的關(guān)系符合下式：=cf=cT聲波在空氣中傳播時(shí)，遇到障礙物會(huì)產(chǎn)生反射、折射、衍射和干涉等現(xiàn)象。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)二、聲敏傳感器的分類 將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的聲敏傳感器又稱為傳聲器。傳聲器的種類很多，一般分類如下：1.按結(jié)構(gòu)形式分類 聲敏傳感器按結(jié)構(gòu)形式分為動(dòng)圈式、晶體式、電容式、壓電式、炭精式、鋁帶式等。2.按工作原理分類 聲敏傳感器按工作原理分為靜電式和電動(dòng)式兩類。靜電式是以電場(chǎng)變化為原理的傳聲器，如電容式傳聲器；電動(dòng)式是利用電磁感應(yīng)原理在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上獲得輸出電壓的傳聲器，如動(dòng)圈式傳聲器。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)三、常用傳聲器的介紹由聲波沖擊薄膜而引起動(dòng)圈在永久磁場(chǎng)中作軸向振動(dòng)，從而產(chǎn)生與振動(dòng)速度成正比的電壓。它的頻率響應(yīng)通常在2005000Hz之間，可以輸出033mV的音頻電壓，應(yīng)用比較廣泛。它是極距變化型的電容式傳感器。組成電容器的兩個(gè)極板之一是一片彈性金屬膜，在瞬時(shí)聲壓的作用下振動(dòng)，使振動(dòng)電極和固定電極間的距離發(fā)生變化，從而改變電容器的電容量，并被專用電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。動(dòng)圈式傳聲器它是利用石英晶體或壓電陶瓷在受到機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生微弱電壓的壓電特性來(lái)制作的。電容式傳聲器壓電式傳聲器任務(wù)三 噪聲檢測(cè)任務(wù)實(shí)施一、合理選擇傳聲器的類型根據(jù)噪聲檢測(cè)的要求，結(jié)合傳聲器的相關(guān)知識(shí)，選用電容式傳聲器進(jìn)行檢測(cè)。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)任務(wù)實(shí)施二、正確使用噪聲探測(cè)器1.噪聲探測(cè)器的原理框圖噪聲探測(cè)器的原理框圖如圖7-27所示。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)任務(wù)實(shí)施二、正確使用噪聲探測(cè)器2.噪聲探測(cè)器的工作原理 被測(cè)聲壓信號(hào)由電容式傳聲器接收，被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并經(jīng)阻抗變換后由前置放大器輸出低阻電壓信號(hào)送入測(cè)量放大器。在測(cè)量放大器中，先由衰減器將輸入信號(hào)調(diào)節(jié)后輸入計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，通過計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇后送給輸出衰減器和放大器處理后輸入均方根檢波器，完成對(duì)信號(hào)的均方根運(yùn)算，求得噪聲的均方根聲壓值后輸出到顯示器，在顯示器上以“dB”值指示噪聲的聲壓級(jí)。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)任務(wù)實(shí)施二、正確使用噪聲探測(cè)器3.測(cè)量噪聲的注意事項(xiàng)為確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)定期校正。在現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)量中，由于周圍聲源多，會(huì)產(chǎn)生干擾，傳聲器應(yīng)當(dāng)接近被測(cè)噪聲源的聲輻射面，一般將傳聲器置于距被測(cè)源1m、距地面15m處來(lái)測(cè)量。傳聲器過于接近聲源也不好，因?yàn)榇颂幝晥?chǎng)是不穩(wěn)定的。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)其他案例（一）聲控報(bào)警器 聲控報(bào)警器的組成框圖如圖7-28所示。在防范區(qū)域內(nèi)，安裝一定數(shù)量的聲控頭，把接收到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大處理后送給報(bào)警控制器。當(dāng)有入侵者進(jìn)入防范區(qū)域內(nèi)進(jìn)行各種破壞活動(dòng)時(shí)，發(fā)出的聲響到達(dá)一定值時(shí)，報(bào)警控制器啟動(dòng)報(bào)警器工作，使喇叭鳴叫報(bào)警。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)其他案例（一）聲控報(bào)警器任務(wù)三 噪聲檢測(cè)其他案例（二）聲控節(jié)電開關(guān)電路 聲控節(jié)電開關(guān)電路如圖7-29所示。在白天或光線較亮?xí)r，開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，燈是不亮的；在夜間或光線較暗時(shí)，節(jié)電開關(guān)處于預(yù)備工作狀態(tài)，當(dāng)有人經(jīng)過該開關(guān)附近時(shí)，腳步聲、說(shuō)話聲、拍手聲等都可以啟動(dòng)節(jié)電開關(guān)，燈亮并延時(shí)4050s后自動(dòng)將燈關(guān)閉。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)其他案例（二）聲控節(jié)電開關(guān)電路任務(wù)三 噪聲檢測(cè)訓(xùn)練一下 進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室，認(rèn)識(shí)各種聲敏傳感器，了解它們的用途，并借助聲敏傳感器及其他器件，試著制作一臺(tái)電子車胎漏氣檢測(cè)儀。電子車胎漏氣檢測(cè)儀如圖7-30所示。它具有聲音清晰、音量和音調(diào)可調(diào)等特點(diǎn)，可用于自行車、汽車等交通工具的內(nèi)胎漏氣檢測(cè)。任務(wù)三 噪聲檢測(cè)訓(xùn)練一下 PPT模板下載： 新型傳感器及應(yīng)用目錄1 1任務(wù)一 智能傳感器2 2任務(wù)二 生物傳感器3 3任務(wù)三 微型傳感器 項(xiàng)目八 新型傳感器及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)了解智能傳感器的概念、功能和特點(diǎn)。了解智能傳感器的組成和實(shí)現(xiàn)途徑。了解智能壓力傳感器和智能溫度傳感器。了解生物傳感器的基本知識(shí)。了解常用生物傳感器的應(yīng)用。了解微機(jī)電系統(tǒng)。了解微型傳感器及應(yīng)用。任務(wù)一 智能傳感器 人類感知外部信息是通過人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等感覺器官與人類積累的知識(shí)相結(jié)合的結(jié)果。因此人類的智能是實(shí)現(xiàn)了多重傳感信息的融合并且把它與人類的知識(shí)結(jié)合而作出的歸納和綜合，它包括了“感知”和“認(rèn)知”兩個(gè)方面。任務(wù)一 智能傳感器一、智能傳感器的概念 智能傳感器的最高目標(biāo)應(yīng)該是接近或達(dá)到人類的智能水平，能夠像人一樣通過在實(shí)踐中不斷地改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)最佳測(cè)量方案，得到最理想的測(cè)量結(jié)果。而目前傳感器的智能化程度還僅僅是初級(jí)階段，與人類的智能相比還有很大的差距，只能說(shuō)是數(shù)據(jù)處理層次上的低級(jí)智能。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（一）智能傳感器的功能 智能傳感器比傳統(tǒng)傳感器在功能上有了極大的拓展，幾乎包含了測(cè)量設(shè)備的全部功能，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1.自校準(zhǔn)功能操作者輸入零值或某一標(biāo)準(zhǔn)值后，自校準(zhǔn)程序可以自動(dòng)進(jìn)行零位和增益等參數(shù)的在線校準(zhǔn)。2.自診斷功能工作中，可借助內(nèi)部檢測(cè)電路對(duì)異常現(xiàn)象或故障進(jìn)行診斷。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（一）智能傳感器的功能3.檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理功能 對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和修正，進(jìn)行非線性、溫度、噪聲、漂移等誤差補(bǔ)償。4.軟件組態(tài)功能 智能傳感器內(nèi)部具有多種硬件和軟件模塊。用戶可針對(duì)不同應(yīng)用目的，通過操作指令，改變其內(nèi)部硬件模塊和軟件模塊的組合，來(lái)完成不同的功能，實(shí)現(xiàn)多傳感、多參數(shù)的復(fù)合測(cè)量。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（一）智能傳感器的功能5.信息存儲(chǔ)和記憶功能能存儲(chǔ)各種歷史信息、參數(shù)和校正數(shù)據(jù)等。6.雙向通信和數(shù)字輸出能方便地與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)信息的交換。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（二）智能傳感器的特點(diǎn)智能傳感器通過自較零可去除零點(diǎn)；通過與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)實(shí)時(shí)比對(duì)而自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定；自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的非線性等系統(tǒng)誤差進(jìn)行校正；通過對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理消除偶然誤差的影響等，從而保證高精度。由于智能傳感器能自動(dòng)補(bǔ)償因工作條件和環(huán)境參數(shù)變化引起的系統(tǒng)特性的漂移；能隨被測(cè)參數(shù)的變化自動(dòng)改變量程；能實(shí)時(shí)自動(dòng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自檢、分析、判斷其合理性，并對(duì)異常情況作應(yīng)急處理等，從而保證高可靠性與高穩(wěn)定性。高精度由于智能傳感器具有檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理功能，能進(jìn)行數(shù)字濾波、分析計(jì)算，可去除噪聲；通過數(shù)據(jù)融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，消除多參數(shù)狀態(tài)下交叉靈敏度的影響，使得在多參數(shù)狀態(tài)下對(duì)特定參數(shù)的測(cè)量分辨率得到提高，從而保證高信噪比與高分辨率。高可靠性與高穩(wěn)定性高信噪比與高分辨率任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（二）智能傳感器的特點(diǎn)由于智能傳感器具有判斷、分析和處理的功能，因此它能根據(jù)工作情況決策各部分的供電情況、優(yōu)化與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送速率，保證系統(tǒng)工作在最優(yōu)低功耗狀態(tài)。智能傳感器具有上述高性能，而制造是采用低價(jià)的集成電路工藝和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此具有高性價(jià)比。自適應(yīng)性強(qiáng) 高性價(jià)比任務(wù)一 智能傳感器三、智能傳感器的組成（一）智能傳感器的功能 智能傳感器的組成框圖如圖8-1所示。它是一個(gè)最小的微機(jī)系統(tǒng)，通常裝在一個(gè)殼體內(nèi)，由傳感器（傳感元件）、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元和通信接口等組成。傳感元件包括彈性敏感元件和變換器，信號(hào)調(diào)理電路包括多路開關(guān)、儀用放大器、基準(zhǔn)電壓、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，微處理器單元包括微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。任務(wù)一 智能傳感器三、智能傳感器的組成（一）智能傳感器的功能任務(wù)一 智能傳感器四、智能傳感器的實(shí)現(xiàn)1.模塊化實(shí)現(xiàn) 模塊化智能傳感器為初級(jí)的智能傳感器，它是將傳統(tǒng)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器等模塊裝配在同一殼體內(nèi)而構(gòu)成的智能傳感器，如圖8-2所示。這種傳感器由于集成度不高而導(dǎo)致體積較大，但在目前的技術(shù)水平下，仍不失為一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)形式。任務(wù)一 智能傳感器四、智能傳感器的實(shí)現(xiàn)2.集成化實(shí)現(xiàn) 集成智能傳感器又稱現(xiàn)代智能集成傳感器，它的制作工藝與傳統(tǒng)傳感器完全不同。它是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用半導(dǎo)體硅材料制作敏感元件，將信號(hào)調(diào)理電路和微處理器等器件集成在一塊芯片上構(gòu)成的。其外形如圖8-3所示。它具有集成度高、體積小等特點(diǎn)，是智能傳感器的發(fā)展方向。任務(wù)一 智能傳感器四、智能傳感器的實(shí)現(xiàn)3.混合實(shí)現(xiàn) 這種傳感器是根據(jù)技術(shù)工藝的可能與實(shí)際的需要，將智能傳感器的各個(gè)環(huán)節(jié)，如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口等，以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并裝在一個(gè)外殼里構(gòu)成的。這種結(jié)構(gòu)是目前智能傳感器采用較多的結(jié)構(gòu)形式。任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（一）智能壓力傳感器 傳統(tǒng)壓力檢測(cè)傳感器前面章節(jié)已有介紹，本節(jié)介紹的智能壓力傳感器能同時(shí)檢測(cè)出差壓、靜壓和溫度信號(hào)，并經(jīng)自動(dòng)處理后輸出實(shí)際壓力信號(hào)。美國(guó)霍尼韋爾（Honeywell）公司生產(chǎn)的ST3000系列智能壓力傳感器的原理框圖如圖8-4所示。任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（一）智能壓力傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器1.DS18B20的特性供電電壓擴(kuò)大為3055V。3引腳PR35封裝或8引腳小外形集成電路封裝。應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可測(cè)溫。測(cè)溫范圍在-55125之間，測(cè)溫不確定度可達(dá)05。數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可從912 bit選擇。用戶可自設(shè)定非易失性的溫度報(bào)警上下限值。具有電源反接的保護(hù)電路。任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用2.DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-5所示，主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 bit激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)發(fā)生器等。（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用3.DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20的測(cè)溫原理框圖如圖8-6所示。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用4.DS18B20的應(yīng)用 DS18B20可直接連接在單片機(jī)I/O接口上，如圖8-7所示，將測(cè)量溫度送入單片機(jī)。根據(jù)連接在單片機(jī)I/O接口上長(zhǎng)短、阻抗、分布電容等參數(shù)的不同，一個(gè)I/O接口可掛接3050片DS18B20，使用一個(gè)具有16位I/O接口的單片機(jī)就可以組建一個(gè)包含幾百個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的小型測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)。（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)二 生物傳感器 用于檢測(cè)生物體內(nèi)化學(xué)成分的生物傳感器的研究始于20世紀(jì)60年代，最早出現(xiàn)的是酶?jìng)鞲衅鳌?0世紀(jì)80年代后，伴隨著生物技術(shù)與微電子學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等技術(shù)的進(jìn)步和各技術(shù)的交叉結(jié)合，使生物傳感器的研究和開發(fā)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前，人們正利用生物體的特異功能，研制類似于生物感覺器官功能的各種生物傳感器，它是傳感檢測(cè)技術(shù)的新發(fā)展。任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述 生物傳感器是利用各種生物體成分，如酶、抗體、抗原、激素等或生物體本身，如細(xì)胞、細(xì)胞體等，把它們作為傳感器的敏感材料固定在高分子人工膜等固定載體上，用于檢測(cè)和設(shè)別被測(cè)生物體內(nèi)的化學(xué)成分，并通過一種合適的換能器將其產(chǎn)生的物理量、化學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。（一）生物傳感器的定義任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述（1）分析速度快。主要在無(wú)試劑條件下操作，可以在較短的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果。（2）準(zhǔn)確度高和靈敏度高，一般相對(duì)誤差不超過1%。由于生物敏感膜的高度特異性和靈敏度，因此能檢測(cè)一些含量極低的檢測(cè)對(duì)象。（3）操作較簡(jiǎn)單，能連續(xù)在線檢測(cè)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。（4）專一性強(qiáng)，只對(duì)特定的底物起反應(yīng)，且不受顏色、濁度的影響。（5）經(jīng)固化處理后，能長(zhǎng)期保持其生理活性，傳感器可反復(fù)使用。（6）檢測(cè)信息以電信號(hào)方式直接輸出，容易實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化。（7）使用壽命較短。（二）生物傳感器的特點(diǎn)任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述 生物傳感器的分類方法較多且不統(tǒng)一，通常是根據(jù)生物敏感膜和物理化學(xué)變換器的不同進(jìn)行分類的。表8-1所示為根據(jù)生物敏感膜的分類法。（三）生物傳感器的分類任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述 生物傳感器在醫(yī)療檢驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工業(yè)、生物工程、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。臨床上用免疫傳感器等生物傳感器來(lái)檢測(cè)體液中的各種化學(xué)成分，為醫(yī)生的診斷提供依據(jù)；環(huán)境監(jiān)測(cè)中用生物傳感器監(jiān)測(cè)大氣和水中各種污染物質(zhì)的含量；食品工業(yè)中用生物傳感器檢測(cè)食品中的營(yíng)養(yǎng)成分和有害成分的含量、食品的新鮮程度等。（四）生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器二、生物傳感器的基本原理 生物傳感器由生物敏感膜和物理化學(xué)變換器兩部分組成。生物敏感物質(zhì)附著于膜上或包含于膜之中（稱為固定化），當(dāng)被測(cè)物經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入生物敏感膜層，發(fā)生物理、化學(xué)變化，經(jīng)分子識(shí)別，由相應(yīng)的物理化學(xué)變換器轉(zhuǎn)換成定量的、可傳輸和處理的電信號(hào)。任務(wù)二 生物傳感器二、生物傳感器的基本原理 生物敏感膜是利用生物體內(nèi)具有奇特與敏感功能的生物物質(zhì)固定在基質(zhì)或載體上構(gòu)成的。它具有專一性與選擇親和性，可進(jìn)行分子識(shí)別，因此也稱為分子識(shí)別元件。生物敏感膜是生物傳感器的關(guān)鍵元件，它決定著傳感器的功能和質(zhì)量。任務(wù)二 生物傳感器三、酶?jìng)鞲衅骷皯?yīng)用 酶是由生物體內(nèi)產(chǎn)生并具有催化作用的活性蛋白質(zhì)，它具有特異的催化功能，因此，酶被稱為生物催化劑。酶在生命活動(dòng)中起著極為重要的作用，它參加新陳代謝過程中的所有生化反應(yīng)，并以極高的速度維持生命的代謝活動(dòng)，包括生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖與運(yùn)動(dòng)等，可以說(shuō)沒有酶就沒有生命。（一）酶?jìng)鞲衅鞲攀鋈蝿?wù)二 生物傳感器三、酶?jìng)鞲衅骷皯?yīng)用1.葡萄糖酶?jìng)鞲衅?葡萄糖酶?jìng)鞲衅魇堑谝粋€(gè)酶?jìng)鞲衅鳎善咸烟茄趸改ず碗娀瘜W(xué)電極兩部分組成。葡萄糖氧化酶是敏感膜，它固定在聚乙烯酰胺凝膠上，其電化學(xué)器件為陽(yáng)極Pt和陰極Pb，中間為強(qiáng)堿溶液，并在陽(yáng)極表面覆蓋一層透氧氣的聚四氟乙烯膜，形成封閉氧電極，它避免了電極與被測(cè)液的直接接觸，防止電極的毒化。（二）酶?jìng)鞲衅鞯膽?yīng)用任務(wù)二 生物傳感器三、酶?jìng)鞲衅骷皯?yīng)用2.尿素傳感器 在醫(yī)學(xué)臨床檢查中，分析患者的血清和體液中的尿素對(duì)于腎功能的診斷是很重要的。對(duì)于慢性腎功能衰竭的患者進(jìn)行人工透析，在確定的透析時(shí)間后，尿素的定量分析是必不可少的。（二）酶?jìng)鞲衅鞯膽?yīng)用任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用 近年來(lái)，隨著微生物固化技術(shù)的進(jìn)步，固定化微生物越來(lái)越多地被用作生物傳感器的分子設(shè)別元件，產(chǎn)生了微生物傳感器。微生物包括細(xì)菌、酵母、霉菌等，它本身就是具有生命活性的細(xì)胞，具有呼吸功能（氧氣消耗）、新陳代謝功能（物質(zhì)的合成和分解）、菌體內(nèi)復(fù)合酶功能、能量再生功能、輔助酶再生功能等。（一）微生物傳感器概述任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用1.葡萄糖微生物傳感器 酶電極可測(cè)定葡萄糖，但它不能用于發(fā)酵過程中葡萄糖的測(cè)定。在發(fā)酵過程中測(cè)定葡萄糖含量常用微生物電極。（二）微生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用2.醋酸傳感器 醋酸作為碳源廣泛用于發(fā)酵過程，但濃度太大，反而抑制微生物繁殖。因此在發(fā)酵過程中，控制培養(yǎng)液中的醋酸濃度非常重要。利用微生物檢測(cè)醋酸濃度系統(tǒng)如圖8-8所示，它由毛發(fā)芽胞固化膜、氣體滲透膜和氧電極組成。當(dāng)向該系統(tǒng)輸送醋酸樣品時(shí)，電流值迅速下降，5分鐘后剩下的極小電流值與醋酸濃度之間有極好的線性關(guān)系。（二）微生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用（二）微生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用 免疫傳感器的基本原理是免疫反應(yīng)。從生理學(xué)可知，抗原是能夠刺激動(dòng)植物機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)?？乖坏┍涣馨颓蝽憫?yīng)就形成抗體，抗體是由抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生的具有特異免疫功能的球蛋白，又稱免疫球蛋白。（一）免疫傳感器概述任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用免疫傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）由于抗體對(duì)相應(yīng)抗原具有識(shí)別功能而獲得了高度的選擇性。（2）由于抗體與抗原的親和性，可實(shí)現(xiàn)超低濃度的測(cè)量。（3）對(duì)于所有的測(cè)量對(duì)象，抗體制作成為可能，因此免疫傳感器適用范圍極廣。（4）利用單色抗體制作技術(shù)可實(shí)現(xiàn)抗體的批量制作。（一）免疫傳感器概述任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用 梅毒抗體傳感器的結(jié)構(gòu)如圖8-9所示。容器1是基準(zhǔn)容器，底部為不含有抗原的純乙酰纖維素做成的參考膜；容器3為抗原容器，底部為脂質(zhì)抗菌素原固定化膜。將容器1、3放入測(cè)試容器2中，當(dāng)血清注入容器2中，如果血清中存在抗體，則會(huì)吸附于抗原表面形成復(fù)合體。因抗體帶正電荷，所以抗原膜的負(fù)電荷減少，引起膜電位變化，通過測(cè)量抗原膜和參考膜間的電位差，可判斷血清中是否存在梅毒抗體。（二）免疫傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用（二）免疫傳感器的應(yīng)用任務(wù)三 微型傳感器 傳感器微型化是傳感器技術(shù)主要發(fā)展方向之一。微型傳感器的誕生依賴于微機(jī)電系統(tǒng)（Micro ElectroMechanical System，MEMS）技術(shù)的發(fā)展。MEMS技術(shù)是當(dāng)今蓬勃發(fā)展的前沿技術(shù)，它將傳感器帶入了微型化、集成化和智能化的時(shí)代。它的出現(xiàn)打破了傳感器的傳統(tǒng)概念和它與系統(tǒng)的界限，還在很大程度上改變了傳感器的原理。任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng) 微機(jī)電系統(tǒng)通常簡(jiǎn)稱MEMS，原聯(lián)邦德國(guó)教研部1994年給出的定義為：若將傳感器、信號(hào)處理器和執(zhí)行器以微型化的結(jié)構(gòu)形式集成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，而該系統(tǒng)具有“敏感”、“決定”和“反應(yīng)”的能力，則稱這樣一個(gè)系統(tǒng)為微系統(tǒng)或微機(jī)電系統(tǒng)。它是多學(xué)科的交叉技術(shù)，涉及精密機(jī)械、材料、制造、微電子、控制、物理、化學(xué)、力學(xué)和生物等多學(xué)科技術(shù)。（一）微機(jī)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng) 微機(jī)電系統(tǒng)組成框圖如圖8-10所示。它通常由微型傳感器、信號(hào)處理單元、微執(zhí)行器和電源等部分組成。系統(tǒng)首先通過微型傳感器感測(cè)自然界各種信息并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再由信號(hào)處理單元（包括A/D、CPU、D/A等電路）對(duì)輸入信號(hào)處理后，送人微執(zhí)行器對(duì)外部被控量發(fā)生作用。（一）微機(jī)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng)（一）微機(jī)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)通常具有以下典型的特點(diǎn)：（1）零件微型化。（2）受制造工藝和方法的限制，結(jié)構(gòu)零件一般為兩維的、扁平零件。（3）系統(tǒng)所用材料基本上為半導(dǎo)體材料，但也越來(lái)越多地使用塑料材料。（4）系統(tǒng)各部分被集成為相應(yīng)獨(dú)立的子系統(tǒng)，如傳感器、處理單元、執(zhí)行器等。（二）微機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng)（三）微機(jī)電系統(tǒng)的加工技術(shù)超精密加工及特種加工微機(jī)電系統(tǒng)中采用的超精密加工技術(shù)多由加工工具本身的形狀或運(yùn)動(dòng)軌跡決定微型器件的形狀。這類方法可用于加工三維的微型器件和形狀復(fù)雜、精度高的微構(gòu)件。表面微加工以硅片作基片，通過淀積與光刻形成多層薄膜圖形，把下面的犧牲層經(jīng)刻蝕去除，保留上面的結(jié)構(gòu)圖形的加工方法。在基片上有淀積的薄膜被有選擇地保留或去除以形成所需的圖形。體微加工體微加工是按照設(shè)計(jì)圖在硅片上有選擇性地去除一部分硅材料，形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)。它的關(guān)鍵技術(shù)是蝕刻，通過腐蝕對(duì)材料的某些部分有選擇地去除，使被加工對(duì)象顯露出一定的幾何結(jié)構(gòu)。LIGA技術(shù)LIGA是德文“光刻”、“電鑄”、“塑鑄”三詞的縮寫，LIGA技術(shù)先利用同步輻射X射線光刻技術(shù)光刻出所需要的圖形，然后利用電鑄成型方法制作出與光刻圖形相反的金屬模具，再利用微塑鑄形成深層微結(jié)構(gòu)。任務(wù)三 微型傳感器二、微型傳感器（1）單一微型傳感器：采用精密機(jī)械加工、微電子技術(shù)和MEMS技術(shù)，使傳感器尺寸大大減小，一般敏感元件的尺寸為毫米級(jí)到微米級(jí)、有的甚至達(dá)到納米級(jí)。（2）集成化微型傳感器：將微型敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，形成集成的傳感器。（3）微傳感器系統(tǒng)：包括微傳感器、微執(zhí)行器等，可獨(dú)立工作。（一）微型傳感器的含義任務(wù)三 微型傳感器二、微型傳感器隨著微型傳感器尺寸的顯著變小，其結(jié)構(gòu)、材料、特性乃至所依據(jù)的物理作用原理均可能發(fā)生變化。與常規(guī)傳感器比較，微型傳感器有以下特點(diǎn)：（1）空間占有率小。對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響小，能在不擾亂周圍環(huán)境，接近自然的狀態(tài)下獲取信息。（2）靈敏度高，響應(yīng)速度快。由于慣性和熱容量很小，僅用極小能量即可使溫度變化或者產(chǎn)生動(dòng)作，能實(shí)時(shí)跟蹤局部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（二）微型傳感器的特點(diǎn)任務(wù)三 微型傳感器二、微型傳感器（3）便于集成化和多功能化。能將多種傳感器集成在一起把握微小部位的綜合狀態(tài)；也可將信號(hào)處理單元和驅(qū)動(dòng)部分與傳感元件集成一體，實(shí)現(xiàn)智能化和多功能化。（4）可靠性高。應(yīng)用半導(dǎo)體微加工技術(shù)能避免因組裝引起的特性偏差；將微型傳感器與集成電路集成在一起可解決寄生電容和導(dǎo)線過多的問題，還能實(shí)現(xiàn)自診斷和自校準(zhǔn)功能。（5）消耗小，可節(jié)能。（6）價(jià)格低廉。（二）微型傳感器的特點(diǎn)任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用1.壓阻式微壓力傳感器 壓阻式微壓力傳感器是利用硅的壓阻效應(yīng)、集成電路工藝和微機(jī)械加工技術(shù)，在硅單晶膜片上擴(kuò)散形成力敏電阻而構(gòu)成的，參見項(xiàng)目三。微型傳感器的膜片的受壓變形遠(yuǎn)小于膜片厚度，其靈敏度和測(cè)壓范圍與膜片的幾何尺寸和膜厚有關(guān)。它可測(cè)壓力范圍為110 kPa，改變膜片的大小和厚度可進(jìn)一步測(cè)量較小的壓力。（一）壓阻式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用2.壓阻式微加速度傳感器 壓阻式微加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖8-11所示，它由懸臂梁、質(zhì)量塊和布置在梁上的壓阻組成。當(dāng)有加速度輸入時(shí)，懸臂梁在質(zhì)量塊受到的慣性力牽引下發(fā)生變形，導(dǎo)致與之剛性連接的壓阻膜隨之發(fā)生變形，由于壓阻效應(yīng)使壓阻膜的阻值變化，通過電橋電路將此變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化。（一）壓阻式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用（一）壓阻式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用1.電容式微壓力傳感器 電容式微壓力傳感器的結(jié)構(gòu)為雙層平行板電容器，電容器的下極板位于支撐玻璃上，上極板通過腐蝕技術(shù)做在硅膜上，硅膜片和玻璃用靜電封接技術(shù)合在一起，形成具有一定間隙的硅膜片微型傳感器。如圖8-12所示。（二）電容式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用（二）電容式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用2.電容式微加速度傳感器 電容式微加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖813所示。慣性振動(dòng)質(zhì)量塊的兩個(gè)面作為兩個(gè)電容的動(dòng)極板，質(zhì)量塊由一個(gè)或兩個(gè)懸臂梁支撐。當(dāng)加速度產(chǎn)生的慣性力使質(zhì)量塊位移時(shí)，兩個(gè)電容的動(dòng)極板與定極板間距發(fā)生變化，從而使兩電容值產(chǎn)生差動(dòng)變化。通過測(cè)量?jī)呻娙莸淖兓涂梢詼y(cè)出加速度了。（二）電容式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用（二）電容式微型傳感器