传感器在家用电磁炉系统中的设计毕业设计.doc

毕 业 设 计（说 明 书）题 目：传感器在家用电磁炉系统中的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要电磁炉又称为电磁灶，1957年第一台家用电磁炉诞生于德国。1972年，美国开始生产电磁炉，20世纪80年代初电磁炉在欧美及日本开始热销。电磁炉的原理是电磁感应现象，即利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流(原因可参考法拉第电磁感应定律)，这是涡旋电场推动导体中载流子（锅里的是电子而绝非铁原子）运动所致；涡旋电流的焦耳热效应使导体升温，从而实现加热。利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流，这是涡旋电场推动导体中载流子（锅里的是电子而绝非铁原子）运动所致；涡旋电流的焦耳热效应使导体升温，从而实现加热。锅的材质必须为铁质或合金钢，以其高磁导率来加强磁感，从而大大增强涡旋电场及涡流热功率。其他材质的炊具由于材料电阻率过大或过小，会造成电磁炉负荷异常而启动自动保护，不能正常工作。同时由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是人体长期需要摄取的必要元素，但人体只能吸收二价铁，铁锅炒菜中含的是三价铁，然而身体中的还原性维生素可将3价铁转换为2价铁以利吸收。关键词： 电气控制； 传感器； 组成部分 单片机。 第III页目 录第1章 绪论11.1绪论11.2家用电磁炉的重要性2第2章 系统方案设计32.1概述32.2流程图4第3章 工作原理及系统硬件的设计103.1传感设计工作原理103.1 1压力传感器及选用103.1 2温度传感器及选用133.1 3信号采集通道 153.2 1信号采集电路153.2 2温度电路163.2 3多路开关173.2 4电磁炉的使用173.3 1显示电路22 3.3 2报警电路24第4章 电磁炉系统软件设计25 4.1 1报警电路24第5章24 5.1 1总结24第1章 绪论1.1绪论利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流，这是涡旋电场推动导体中载流子（锅里的是电子而绝非铁原子）运动所致；涡旋电流的焦耳热效应使导体升温，从而实现加热。锅的材质必须为铁质或合金钢，以其高磁导率来加强磁感，从而大大增强涡旋电场及涡流热功率。其他材质的炊具由于材料电阻率过大或过小，会造成电磁炉负荷异常而启动自动保护，不能正常工作。同时由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是人体长期需要摄取的必要元素，但人体只能吸收二价铁，铁锅炒菜中含的是三价铁，然而身体中的还原性维生素可将3价铁转换为2价铁以利吸收。电磁炉的分类根电磁炉的功率大小可分为家用电磁炉和商用电磁炉两种：家用电磁炉根据炉头分类，可分为单头炉，双头炉，一电一气，及多头炉：单头炉工作电压120V-280V，最常见的是1900W-2200w的；双头炉工作电压也是120V-280V，一般单头功率2100W，双头同时工作不超过3500W；一电一气是结合电磁炉和煤气灶的产物，一个炉头可使用传统煤气，另一个炉头使用电磁炉，一般功率2100W；多头炉，一般为两个电磁炉炉头外加一个远红外炉头。功能齐全：具有以油或可燃气体为燃料德第二代炉具的煎、炒、煮、蒸、炖、焖、扒、煲等各类烹调功能，特别符合燃料供应不便及安全条件受制场合,节省开支：与第二代炉具相比，可节省能源开支约60%。提高效率：与第二代炉具相比，烹饪时间节省30%以上。 绿色环保：无燃烧废气排放，不消耗氧气，无噪音，工作环境清新。操作简便：一键式操作与数码显示，智能化电脑控制技术具备自动检测锅体，过热及空烧保护，过载保护功能。安全可靠：无明火燃烧，无废气排放，无燃料泄漏，可避免人员及环境安会隐患，特别适合地下室，高层建军筑等厨房。改善环境：无明火燃烧，减少热量散发。提高能源使用效率，降低厨房环境温度。无鼓风机装置，降低厨房噪音。精确温控，大范围功率无级调节，与先进电脑控制技术的运用，可以精确控制烹饪温度。既节能又保证食品的美味，更重要的是利于中菜菜肴制作标准化的推广1.2家用电磁炉的重要性电磁炉热效率在98%以上，燃油、燃气的热效率在20%45%，加热速度比较快，体积小、重量轻、噪音小、省电节能、不污染环境、安全卫生，烹饪时加热均匀。电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的。电磁炉的炉面是耐热陶瓷板，交变电流通过陶瓷板下方的线圈产生磁场，它利用高频的电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，当磁场的磁力线通过导磁（如：铁质锅）的底部，既会产生无数小涡流（一种交变电流，家用电磁炉使用的是1530KHZ的高频电流），使锅体本身自行高速发热，达到加热食品的目的。由于电磁炉线圈和锅体没有直接接触，而是靠电磁感应加热，所以没有漏电危险。电磁炉发热线圈本身有磁体陈列，和锅体对磁力线的汇聚吸收作用，并且经过金属外壳屏蔽所以不会对人体造成伤害。对于电磁炉的发热原理我们可以这样简单的理解：锅和电磁炉内部发热线圈盘组成一个高频变压器，内部线圈是变压器初级，次级是锅。当内部初级发热线圈盘有交变电压输出后，必然在次级锅体上产生感应电流，感应电流通过锅体自身的电阻发热（所以锅本身也是负载），产生热量。假如：当内部初级发热盘有交变电压输出，若次级及负载（锅）不存在，则输出功率将非常低。当然在实际电路中，我们必须要很快的检测到此功率的变化，并将输出到发热线圈盘的交变电流断开。电磁炉灶台台面是一块高强度、耐冲击的陶瓷平板（结晶玻璃），台面下边装有高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置和相应的控制系统，台面的上面放有平底烹饪锅。电流通过陶瓷板下方的线圈产生磁场，磁场内的磁力线通过铁锅，不锈钢锅，塘瓷锅等底部时，产生涡流，令锅底迅速发热，达到加热的目的。其工作过程如下：交流电流经过整流器转换为直流电，又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场。其磁力线穿透灶台的陶瓷台板而作用于金属锅。在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生。涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热就是烹调的热源。电磁炉的质量取决于高频大功率晶体管和陶瓷微晶玻璃面板的质量。为保证安全，提高电磁炉工作的可靠性，电磁炉设有多种保护装置，包括小物件检测，过热自动停机保护、过压或欠压自动停机保护、空烧自动停止加热保护、2小时断电保护、12分钟自动停机保护以及声光报警显示等。电磁炉的工作原理是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁力线通过铁质锅底时，会产生无数的涡流，从而令锅的本身自行高速发热，然后再作用于锅内食物。因此，使用电磁炉的时候要先用干布擦干板面，避免板面上有水滴。锅具要选用金属底面的，但锅具不可过重。电磁炉不同于砖或铁等材料结构建造的炉具，其承载重量是有限的，一般连锅具带食物不应超过5公斤，而且锅具底部也不宜过小，以使电磁炉炉面的受压之力不至于过重、过于集中。万一需要对超重超大的锅具进行加热时，应对锅具另设支撑架，然后把电磁炉插入锅底。第2章 系统方案设计2.1概述采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。由于电磁炉是由锅底直接感应磁场产生涡流来产生热量的，因此应该选择对磁敏感的铁来作为炊具，由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是对人体健康有益的物质，也是人体长期需要摄取的必要元素。当一个回路线圈通予电流时，其效果相当于磁铁棒。因此线圈面有磁场NS极的产生，亦即有磁通量穿越。若所使用的电源为交流电，线圈的磁极和穿越回路面的磁通量都会产生变化。当有一导磁性金属面放置于回路线圈上方时，此时金属面就会感应电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能感应的电磁炉电流越大则所产生的热量就越高，煮熟食物所需的时间就越短。要使感应电流越大，则穿越金属面的磁通变化量也就要越大，当然磁场强度也就要越强。这样一来，原先通予交流电的线圈就需要越多匝数缠绕在一起。因为使用高强度的磁场感应，所以炉面没有电流产生，因此在烹煮食物时炉面不会产生高温，现在非山寨版的电磁炉炉面都是使用了能耐高温的黑晶板，是一种相对安全的烹煮器具。在使用过程中，因为黑晶板会与锅具接触，会局部产生高温，所以在加热后的一段时间里，不要触摸炉面，以防烫伤。主要构成:电磁炉主要有两大部分构成：电子线路部分及结构性包装部分。电子线路部分包括：功率板、主机板、灯板（操控显示板）、线圈盘及热敏支,电磁炉线圈盘架、风扇马达等。结构性包装部分包括：瓷板（新型电磁炉有用玻璃面板）、塑胶上下盖、风扇叶、风扇支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、合格证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡通箱。2.2电磁炉的特性(1)、电磁炉系利用线圈盘在控制电路的作用下产生低频（2025KHZ）之交变磁场，经过导磁性（铁质）锅具产生大量密集涡流,兼有感应电流转化为热量来加热食物，能源效率特高。(2)、务必使用铁质、特殊不锈钢或铁烤珐琅之平底锅具，且其锅底直径以1226厘米为宜。(3)、电磁炉附有温度控制器，可防过热，省电又安全。2.2流程图 第3章 工作原理及系统硬件的设计3.1传感设计工作原理 它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具底部铁质材料中的自由电子呈漩涡状交变运动，通过电流的焦耳热（P=I2*R）使锅底发热。（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。由于电磁炉是由锅底直接感应磁场产生涡流来产生热量的，因此应选用符合电磁炉设计负荷要求的铁质（不锈钢）炊具，其他材质的炊具由于材料电阻率过大或过小，会造成电磁炉负荷异常而启动自动保护，不能正常工作。同时由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是对人体健康有益的物质，也是人体长期需要摄取的必要元素。3.1 1压力传感器及选用选择什么压力传感器几种压力传感器的比较压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用压力传感器原理及其应用1、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构电阻应变片由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：金属导体的电阻率（cm2/m）S导体的截面积（cm2）L导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情 2、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿070，并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40135，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。3、扩散硅压力传感器原理及应用工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。4、蓝宝石压力传感器原理与应用利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的.5、压电压力传感器原理与应用压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式传感器既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。3.1 2温度传感器及选用选择什么湿度传感器几种湿度传感器的比较湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生变化，从而制成湿敏元件。湿敏电阻湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电容用高分子薄膜电容制成，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、醋酸纤维等。湿度改变时，介电常数变化，电容量也变化，电容变化量与相对湿度成正比。优点：灵敏度高、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化。几种湿敏元件1.氯化锂湿敏元件氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件2.半导体陶瓷湿敏元件材料主要是金属氯化物，其电阻率随湿度增加而下降负特性湿敏半导瓷。Fe3O4半导瓷的电阻率随着湿度的增加而增大正特性湿敏半导瓷3.热敏电阻式湿敏元件热敏电阻湿度传感器的电路构成原理R1-湿度传感元件R2-温度补偿元件R3，R4-电桥电路电阻Rm-输出电阻阻抗Rs-限流电阻4.高分子膜湿敏元件随高分子膜吸收或放出水份而引起电导率或电容变化实现测量环境相对湿度。5.金属氧化物陶瓷湿敏元件Al2O3为主体湿敏体。集成湿度传感器线性电压输出式集成湿度传感主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。线性频率输出集成湿度传感器这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。频率/温度输出式集成湿度传感器线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低增加了温度信号输出端，利用热敏电阻作为温度传感器。配上二次仪表即可测量出温度值。3.3信号采集通道系统模块图电磁炉功能方框图电磁炉电路方框图3.1 3压力信号采集电路 压力传感器信号采集电路。它选用了测量范围广，精度较高，性能价格比好的电阻应变式压力传感器；信号放大部分采用功耗低，输入失调电压小，线性度好的OP07运算放大器：AD转换模块采用C8051F020内部设置的高速率12位AD转换器。图2中OP07的输出失调电压为2mV，通过滑动变阻器R8可调节输出失调电压的大小。主回路原理分析时间t1t2时当开关脉冲加至IGBTQ1的G极时,IGBTQ1饱和导通,电流i1从电源流过L1,由于线圈感抗不允许电流突变.所以在t1t2时间i1随线性上升,在t2时脉冲结束,IGBTQ1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即突变0,于是向C3充电,产生充电电流i2,在t3时间,C3电荷充满,电流变0,这时L1的磁场能量全部转为C3的电场能量,在电容两端出现左负右正,幅度达到峰值电压,在IGBTQ1的CE极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3t4时间,C3通过L1放电完毕,i3达到最大值,电容两端电压消失,这时电容中的电能又全部转化为L1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即突变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于IGBT内部阻尼管的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、IGBT阻尼管回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时IGBTQ1的UE为正,UC为负,处于反偏状态,所以IGBTQ1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到t5时IGBTQ1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz30KHz)相同的交流电流。t4t5的i4是IGBT内部阻尼管的导通电流,在高频电流一个电流周期里,t2t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4t5的i4是L1两端电动势反向时,因的存在令C3不能继续反向充电,而经过C2、IGBT阻尼管回流所形成的阻尼电流,IGBTQ1的导通电流实际上是i1。IGBTQ1的VCE电压变化:在静态时,UC为输入电源经过整流后的直流电源,t1t2,IGBTQ1饱和导通,UC接近地电位,t4t5,IGBT阻尼管导通,UC为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2t4,也就是LC自由振荡的半个周期,UC上出现峰值电压,在t3时UC达到最大值。以上分析证实两个问题:一是在高频电流的一个周期里,只有i1是电源供给L的能量,所以i1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1t2的时间就越长,i1就越大,反之亦然,所以要调节加热功率,只需要调节脉冲的宽度二是LC自由振荡的半周期时间是出现峰值电压的时间,亦是IGBTQ1的截止时间,也是开关脉冲没有到达的时间,这个时间关系是不能错位的,如峰值脉冲还没有消失,而开关脉冲己提前到来,就会出现很大的导通电流使IGBTQ1烧坏,因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。振荡电路(1)当PWM点有Vi输入时、V7OFF时(V7=0V),V5等于D6的顺向压降,而当V5V6时,V7转态为OFF,V6亦降至D6的顺向压降,而V5则由C16、D6放电。(3)V5放电至小于V6时,又重复(1)形成振荡。“G点输入的电压越高,V7处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小”。PWM脉宽调控电路1CPU输出PWM脉冲到由R30、C27、R31组成的积分电路,PWM脉冲宽度越宽,C28的电压越高,C29的电压也跟着升高,送到振荡电路(G点)的控制电压随着C29的升高而升高,而G点输入的电压越高,V7处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小。“CPU通过控制PWM脉冲的宽与窄,控制送至振荡电路G的加热功率控制电压，控制了IGBT导通时间的长短,结果控制了加热功率的大小”。同步电路市电经整流器整流、滤波后的310V直流电，由R15+R14、R16分压产生V3,R1+R17、R28分压产生V4,在高频电流的一个周期里,在t2t4时间(图1),由于C14两端电压为上负下正,所以V3V5,V7OFF(V7=0V),振荡没有输出,也就没有开关脉冲加至Q1的G极,保证了Q1在t2t4时间不会导通,在t4t6时间,C3电容两端电压消失,V3V4,V5上升,振荡有输出,有开关脉冲加至Q1的G极。以上动作过程,保证了加到Q1G极上的开关脉冲前