气压传感器课程设计解读.docx

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气压传感器课程设计解读

传感器原理与应用课程设计

专业：

测控技术与仪器

设计题目：

气压传感器检测设计

学生姓名：

班级：

测控学号：

指导教师：

分院院长：

教研室主任：

电气工程学院

摘要

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。

可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。

世界各国都十分重视这一领域的发展。

相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

US9111-015S是气压传感器的一种主要用于，汽车轮胎压力检测，医疗设备等，是一种价格低廉，经济实用传感器。

关键词：

传感器US9111-015S运算放大器

目录

第一章传感器的重要性介绍1

第二章气压传感器介绍3

2.1概述3

2.2工作原理3

2.3气压传感器定义3

2.4关于US9111-015S气压传感器4

第三章LM358运算放大电路5

3.1概论与特点5

3.2应用示例6

3.2.1反向放大器6

3.2.2正向放大器7

3.2.3封装外形图7

第四章硬件电路设计8

4.1传感器电路工作原理8

4.2传感器的工作模块8

心得体会11

参考文献12

附录：

气压检测总电路图13

第一章传感器的重要性介绍

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。

在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。

现代科学技术的发展，进入了许多新领域：

例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。

显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。

一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

什么叫传感器？

传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。

所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。

敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。

②化学类，基于化学反应的原理。

③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。

因为传感器用于各行各业，加之这些年来，家用电器、汽车、信息产业三方面的飞速发展，对传感器需求大增，所以传感器制造业发展很是快，形成独立的产业，这就拉动了工业设备，特别是半导体设备制造业的发展，所以中国有必要特别关注传感器的开发，因为传感器的科学原理多，技术密集，具有多样性、边缘性、综合性和技艺性，需要多学科、多种高新技术配合;又虽然具有高附加效益，但本身价格不高，所以要推动传感器产业的发展，是有难度的

串感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。

可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。

世界各国都十分重视这一领域的发展。

相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

第二章气压传感器介绍

2.1概述

气压传感器用于测量气体的绝对压强。

主要适用于与气体压强相关的物理实验，如气体定律等，也可以在生物和化学实验中测量干燥、无腐蚀性的气体压强。

2.2工作原理

某些气压传感器主要的传感元件是一个对压强敏感的薄膜，它连接了一个柔性电阻器。

当被测气体的压强降低或升高时，这个薄膜变形，该电阻器的阻值将会改变。

电阻器的阻值发生变化。

从传感元件取得0-5V的信号电压，经过A/D转换由数据采集器接受，然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。

某些气压传感器的主要部件为变容式硅膜盒。

当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时，单晶硅膜盒随着发生弹性变形，从而引起硅膜盒平行板电容器电容量的变化。

2.3气压传感器定义

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：

“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

气压传感器是由一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动化检测和控制的首要环节。

气压传感器感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。

2.4关于US9111-015S气压传感器

Us9111-015s是气压传感器的一种主要用于，汽车轮胎压力检测，医疗设备等，是一种价格低廉，经济实用传感器。

其结构如下图2-1所示，其内部结构和引脚图如下图2-2所示。

利用电桥法来进行试验，其电压范围为3-15V。

图2-1Us9111气压传感器结构图

图2-2Us9111的内部结构和引脚图

第三章LM358运算放大电路

3.1概论与特点

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

1、大直流电压增益：

100dB

2、工作电压范围宽：

（3-32V）

3、输出电压变率：

（0-1.5V）

4、采用双列直插8脚塑料封装和微形的双列8脚塑料封装内电路框如图3-1所示。

图3-1内电路框图

引出脚功能如表3-1所示。

表3-1引出脚功能

极限参数如表3-2所示。

表3-2极限参数

3.2应用示例

3.2.1反向放大器

图3-2反向放大器

3.2.2正向放大器

图3-3正向放大器

3.2.3封装外形图

LM358封装外形图如图3-7所示。

图3-4封装外形图

第四章硬件电路设计

4.1传感器电路工作原理

气压传感器的工作原理，本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的气压传感器。

它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。

气体的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压

U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度补偿最通用的方法。

本实验研究压力传感器电路如图4-1所示，为压力传感器的电路，其由三部分组成

（1）电源电路部分；

（2）电桥电路部分；（3）放大电路部分。

图4-1气压检测总电路图

4.2传感器的工作模块

如图4-2示，传感器采用恒压源供电，

为+15V，经过R1与R2分压（电容起滤波作用），点1、2、3三点处有相同电压

：

根据上式，带入数据

=4K3，

=4K3，

=12V，求得

。

图4-2电源电路

如图4-3所示气压传感器连接，气压传感器US9111-015S的稳定电压是3-12V。

图4-3气压传感器连接

最后经过放大部分，如图4-4，为压力传感器的微弱电压输出的放大电路。

分析它是一个差分放大电路,其放大倍数为

。

图4-4差分放大部分

连接电路，接入+12V电压，输出端连入示波器，当传感器接收压力变化时，示波器所显示的电压位置发生变化。

经过调试，布线，完成电路，试验成功。

心得体会

经过为期一周的气压传感器课程设计，我在很多方面都有了相当大的收获。

传感器，运算放大器等，联系到很多方面的知识，让我们充分联系平时所学知识，全力以赴。

它不仅是我巩固了之前所学的知识，加深了对学过知识的印象，还使我发现了自己对理论知识掌握还不够扎实，对一些知识点存在着错误的认识。

通过这次课程设计，我明白了，学习是一个长期积累的过程，在以后的学习生活乃至工作中，都要不断努力学习理论知识，不断提高自己的理论素质。

在这一周的时间里，我有很多搞不明白的问题，但是经过同学们的指点，就会有种豁然开朗的感觉，那些问题也就迎刃而解，可见团队合作的重要性，我们做学问绝对不能闭门造车。

在最初拿到“气压传感器检测”这一题目的时候，我着手通过图书馆以及网络，开始相关查询资料，了解一些电路结构原理，参数性能等。

在这一过程中，收获颇丰，学习到了很多新的知识，对一些知识点有了更深刻的认识和见解。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

在最后，回想整个课程设计，我们看到了同学们专心研究，忙碌的身影，看到了学院领导和老师对我们严厉的监督和热情的指导。

总之，这次课程设计让我收获颇丰，在以后的学习生活中，我一定会更加努力，满怀激情去面对！

总结人姓名：

邵荣超

2012.12.11

参考文献

[1]刘刚.雷鑑铭.高俊雄.陈涛.微电子器件与IC设计.基础科学出版社

[2]康华光.陈大钦.张林.模拟电子技术基础.高等教育出版社

[3]钟文耀.郑美珠.CMOS电路模拟与设计.科学出版社

[4]张淑清.单片机原理及应用技术.国防工业出版社

[5]us9111引脚图.XX文库

附录：

气压检测总电路图