传感器及其工作原理教案

传感器及其工作原理教案
传感器及其工作原理教案

江苏省淮阴中学06-07年度优秀教学案例

《传感器及其工作原理》的创新教学设计

王刚

教学依据

①物理(新人教版)选修3-2第六章第1节《传感器及其工作原理》(P56-P60);

②新物理课程标准(实验).

教学流程图

环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小。

:光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为

阻值。第一次直接测量,第二次用手心捂住热敏电阻再测量,

1.金属导线;

教学设计说明

通过演示实验引入传感器概念,学生列举并讨论生活中的传感器实例,重点探究光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻的工作原理之后展开传感器应用设计活动,在对传感器的应用方案的总结基础上转入开发传感器的创新思维发展阶段,对本节课的教学思想进行质的升华。教后记

压力传感器的安装方法及使用要求

●检查安装孔的尺寸 如果安装孔的尺寸不合适,传感器在安装过程中,其螺纹部分就很容易受到磨损。这不仅会影响设备的密封性能,而且使压力传感器不能充分发挥作用,甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损(螺纹工业标准1/2-20 UNF 2B),通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测,以做出适当的调整。 ●保持安装孔的清洁 保持安装孔的清洁并防止熔料堵塞对保证设备的正常运行来说十分重要。在挤出机被清洁之前,所有的压力传感器都应该从机筒上拆除以避免损坏。在拆除传感器时,熔料有可能流入到安装孔中并硬化,如果这些残余的熔料没有被去除,当再次安装传感器时就可能造成其顶部受损。清洁工具包能够将这些熔料残余物去除。然而,重复的清洁过程有可能加深安装孔对传感器造成的损坏。如果这种情况发生,就应当采取措施来升高传感器在安装孔中的位置。 ●选择恰当的位置 当压力传感器的安装位置太靠近生产线的上游时,未熔融的物料可能会磨损传感器的顶部;如果传感器被安装在太靠后的位置,在传感器和螺杆行程之间可能会产生熔融物料的停滞区,熔料在那里有可能产生降解,压力信号也可能传递失真;如果传感器过于深入机筒,螺杆有可能在旋转过程中触碰到传感器的顶部而造成其损坏。一般来说,传感器可以位于滤网前面的机筒上、熔体泵的前后或者模具中。 ●仔细清洁 在使用钢丝刷或者特殊化合物对挤出机机筒进行清洁前,应该将所有的传感器都拆卸下来。因为这两种清洁方式都可能会造成传感器的震动膜受损。当机筒被加热时,也应该将传感器拆卸下来并使用不会产生磨损的软布来擦拭其顶部,同时传感器的孔洞也需要用清洁的钻孔机和导套清理干净。 ●保持干燥 尽管传感器的电路设计能够经受苛刻的挤出加工环境,但是多数传感器也不能绝对防水,在潮湿的环境下也不利于正常运行。因此,需要保证挤出机机筒的水冷装置中的水不会渗漏,否则会对传感器造成不利影响。如果传感器不得不暴露在水中或潮湿的环境下,就要选择具有极强防水性的特殊传感器。

常用压力传感器原理分析

常用压力传感器原理分析 振膜式谐振压力传感器 振膜式压力传感器结构如图(a)所示。振膜为一个平膜片,且与环形壳体做成整体结构,它和基座构成密封的压力测量室,被测压力 p经过导压管进入压力测量室内。参考压力室可以通大气用于测量表压,也可以抽成真空测量绝压。装于基座顶部的电磁线圈作为激振源给膜片提供激振力,当激振 频率与膜片固有频率一致时,膜片产生谐振。没有压力时,膜片是平的,其谐振频率为 f0;当有压力作用时,膜片受力变形,其张紧力增加,则相应的谐振频率也随之增加,频率随压力变化且为单值函数关系。 在膜片上粘贴有应变片,它可以输出一个与谐振频率相同的信号。此信号经放大器放大后,再反馈给激振线圈以维持膜片的连续振动,构成一个闭环正反馈自激振荡系统。如图(b)所示 压电式压力传感器 某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时,其内部将发生极化现象,而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后,它又会重新回到不带电 的状态,此现象称为“压电效应”。常用的压电材料有天然的压电晶体(如石英晶体)和压电陶瓷(如钛酸钡)两大类,它们的压电机理并不相同,压电陶瓷是人造 多晶体,压电常数比石英晶体高,但机械性能和稳定性不如石英晶体好。它们都具有较好特性,均是较理想的压电材料。 压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系: Q=kSp 式中 Q为电荷量;k为压电常数;S为作用面积;p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 图1为一种压电式压力传感器的结构示意图。压电元件夹于两个弹性膜片之间,压电元件的一个侧面与膜片接触并接地,另一侧面通过引线将电荷量引出。被测压力 均匀作用在膜片上,使压电元件受力而产生电荷。电荷量一般用电荷放大器或电压放大器放大,转换为电压或电流输出,输出信号与被测压力值相对应。 除在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压电元件外,一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷,也有用高分子材料(如聚偏二氟乙稀)或复合材料的合成膜的。

温度传感器工作原理

温度传感器工作原理 温度传感器temperature transducer,利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为可用输出信号。温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。现代的温度传感器外形非常得小,这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中,也为我们的生活提供了无数的便利和功能。 温度传感器有四种主要类型:热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。 1.热电偶的工作原理当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为T,称为工作端或热端,另一端温度为TO,称为自由端(也称参考端)或冷端,则回路中就有电流产生,如图2-1(a)所示,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一,当有电流流过两个不同导体的连接处时,此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向),称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向),称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T,T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势,此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势,此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关,而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势,热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处a,b之间便有一电动势差△V,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图2-1(b)所示。并规定在冷端,当电流由A流向B时,称A为正极,B为负极。实验表明,当△V 很小时,△V与△T成正比关系。定义△V对△T的微分热电势为热电势率,又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度

(完整版)四种压力传感器的基本工作原理及特点

(1) 1 dR d R dA A 四种压力传感器的基本工作原理及特点 一:电阻应变式传感器 1 1电阻应变式传感器定义 被测的动态压力作用在弹性敏感元件上, 使它产生变形,在其变形的部位粘 贴有电阻应变片,电阻应变片感受动态压力的变化,按这种原理设计的传感器称 为电阻应变式压力传感器。 1.2电阻应变式传感器的工作原理 电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片 箔式应变片是以厚度为0.002―― 0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料,,箔 栅宽度为0.003――0.008mm 。丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝 (直 径0. 015--0. 05mm ),平行地排成栅形(一般2――40条),电阻值60――200 ?, 通常为 120 ?,牢贴在薄纸片上,电阻纸两端焊有引出线,表面覆一层薄纸,即 制成了纸基的电阻丝式应变片。测量时,用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于 待测的弹性敏感元件表面上,弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时, 电阻片 也跟随变形。如下图所示。B 为栅宽,L 为基长。 I 绘式应吏片 b )笹式应变片 材料的电阻变化率由下式决定:

式中; R—材料电阻2

3 —材料电阻率 由材料力学知识得; K —金属电阻应变片的敏感度系数 式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数,将微分 dR 、dL 改写成增 量出、/L,可得 由式(2)可知,当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形 而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出,从而得到了 ZR 的变化,也就得 到了动态压力的变化,基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。 1.3电阻应变式传感器的分类及特点 「测低压用的膜片式压力传感器 常用的电阻应变式压力传感器包括彳测中压用的膜片一一应变筒式压力传感器 -测高压用 的应变筒式压力传感器 1.3.1膜片一一应变筒式压力传感器的特点 该传感器的特点是具有 较高的强度和抗冲击稳定性,具有优良的静态特性、 动态特性和较高的自震频率,可达30khz 以上,测量的上限压力可达到9.6mp a 。 适于测量高频脉动压力,又加上强制水冷却。也适于高温下的动态压力测量,如 火箭发动机的压力测量,内燃机、压气机等的压力测量。 1.3.2膜片式应变压力传咸器的特点 A 这种膜片式应变压力传感器不宜测量较大的压力,当变形大时,非线性 较大。但小压力测量中由于变形很小,非线性误差可小于 0.5%,同时又有较高 的灵敏度,因此在冲击波的测量中,国内外都用过这种膜片式压力传感器。 B 这种传感器与膜片一应变筒式压力传感器相比, 自振频率较低,因此在低dR "R [(1 2 ) C(1 2 )]

温度传感器原理

一、温度传感器热电阻的应用原理 温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。 1.温度传感器热电阻测温原理及材料 温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。 2.温度传感器热电阻的结构

(1)精通型温度传感器热电阻工业常用温度传感器热电阻感温元件(电阻体)的结构及特点见表2-1-11。从温度传感器热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的,因此,温度传感器热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制,有关具体内容参见本篇第三章第一节. (2)铠装温度传感器热电阻铠装温度传感器热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,如图2-1-7所示,它的外径一般为φ2~φ8mm,最小可达φmm。 与普通型温度传感器热电阻相比,它有下列优点:①体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;②机械性能好、耐振,抗冲击;③能弯曲,便于安装④使用寿命长。

(3)端面温度传感器热电阻端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面,其结构如图2-1-8所示。它与一般轴向温度传感器热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 (4)隔爆型温度传感器热电阻隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 3.温度传感器热电阻测温系统的组成 温度传感器热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点: ①温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致

常用传感器的工作原理及应用

常用传感器的工作原理及应用

3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变:物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变:当外力去除后,物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件:具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理:当被测物理量作用于弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形,产生相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,引起应变片的电阻值变化,通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构:应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用:广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1.电阻应变效应 ○

电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,其电阻值相应发生变化,这种现象称为“应变效应”。 2.电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4.电阻应变式传感器的应用 (1)应变式力传感器 被测物理量:荷重或力 一

二 主要用途:作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件:柱式、筒式、环式、悬臂式等 (2)应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 (3)应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 (4)应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据:a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器,如果不考虑边缘效应,其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时, 电容量C 也随之变化。 d S C ε=

压力传感器原理及应用-称重技术

压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电 信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 压力传感器的种类繁多,如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感 器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器,光纤压力传感器等。 一、压阻式压力传感器 固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器,就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻,当硅膜片 受压时,膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。 压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 1、压阻式压力传感器基本介绍 压阻式传感器有两种类型:一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片,称为半导体应变片,因此 应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器,另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩 散电阻,以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。 半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同,也是由弹性敏感元件等三部分组成,所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。半导体应变片与金属应变片相比,最 突出的优点是它的体积小而灵敏高。它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍,输出信号有时不必放大 即可直接进行测量记录。此外,半导体应变片横向效应非常小,蠕变和滞后也小,频率响应范围亦很宽, 从静态应变至高频动态应变都能测量。由于半导体集成化制造工艺的发展,用此技术与半导体应变片相结 合,可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器,使测量系统大为简化。但是半导体应变片也存 在着很大的缺点,它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级,灵敏系数随温度变化较大它的应变 —电阻特性曲线性较大,它的电阻值和灵敏系数分散性较大,不利于选配组合电桥等等。 扩散型压阻式传感器扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料,取向不同时特性不一样。因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻膜片。 利用半导体压阻效应,可设计成多种类型传感器,其中压力传感器和加速度传感器为压阻式传感器的基本 型式。 硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片(硅杯)和引线等组成。硅膜片是核心部分,其外形状象杯故名硅杯,在硅膜上,用半导体工艺中的扩散掺杂法做成四个相等的电阻,经蒸镀金属电极及连线,接成惠斯登电桥 再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相连接的高压腔,另一侧是低压腔,通常和大气相连,也有做成真空的。当膜片两边存在压力差时,膜片发生变形,产生应力应变,从而使扩散电阻的电阻值发 生变化,电桥失去平衡,输出相对应的电压,其大小就反映了膜片所受压力差值。

温度传感器工作原理

温度传感器工作原理 1.引脚★ ●GND接地。 ●DQ为数字信号输入\输出端。 ●VDD为外接电源输入端(在寄生电源接线方式时接地) 2.与单片机的连接方式★ 单线数字温度传感器DS18B20与单片机连接电路非常简单,引脚1接地(GND),引脚3(VCC)接电源+5V,引脚2(DQ)接单片机输入\输出一个端口,电压+5V和信号线(DQ)之间接有一个4.7k的电阻。 由于每片DS18B20含有唯一的串行数据口,所以在一条总线上可以挂接多个DS18B20芯片。 外部供电方式单点测温电路如图★ 外部供电方式多点测温电路如图★ 3.DS18B20的性能特点 DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下: ●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。 ●多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现多点组网功能。 ●不需要外部器件。 ●在寄生电源方式下可由数据线供电,电压围为3.0~5.5V。 ●零待机功耗。

●温度以9~12位数字量读出 ●用户可定义的非易失性温度报警设置。 ●报警搜索命令识别并标识超过程序限定温度(温度报警条件)的器件。 ●负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,只是不能正常工作。 4.部结构 .DS18B20采用3脚PR—35封装或8脚SOIC封装,其部结构框图★ 64位ROM的位结构如图★◆。开始8位是产品类型的编号;接着是每个器件的唯一序号,共有48位;最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限数据。 MSB LSB MSB LSB MSB LSB DS18B20温度传感器的部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PROM。 高速暂存RAM的结构为9字节的存储器,结构如图★。前2字节包含测得的温度信息。第3和4字节是TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器,其容用于确定温度值的数字转换分辨率,DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转化为相应精度的数值。该字节各位的定义如图★,其中,低5位一直为1;TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,在DS18B20出厂时,该位被设置为0,用户不要去改动;R0和R1决定温度转化的精度位数,即用来设置分辨率,其定义方法见表★ 高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。第9字节是前面所有8

GF型风流压力传感器说明书

ISO9001:2000认证企业 产品使用说明书 GF型风流压力传感器 感谢您选购本产品!为了保证安全并获得最佳效能,安装、使用产品前, 请详细阅读本使用说明书并妥善保管,以备今后参考。 1

前言 本说明书详细地介绍了GF型风流压力传感器的使用方法及使用注意事项,使用者在使用前请务必仔细阅读。GF型风流压力传感器在生产过程中执行的是煤炭科学研究院重庆分院的企业标准Q/MKC 56-2005。 I

目次 前言…………………………………………………………………………………………I 1 概述 (1) 2 工作原理与结构 (2) 3 技术特性 (3) 4 尺寸、重量 (4) 5 使用、调校 (4) 6 典型故障处理 (5) 7 维护、保养 (6) 8 运输、贮存 (6) 9 开箱及检查 (6) 10 其它 (7) II

GF型风流压力传感器 1 概述 GF型风流压力传感器,是一种专门用于监测煤矿井下巷道及瓦斯抽放管道负压的模拟量传感器,对于监测井下风压变化,确保矿井正常通风、配风及瓦斯抽放管路安全等方面有着重要作用,用于老塘漏风,隔墙密闭质量的连续监测的重要传感器,能就地数字显示风压或管道压力变化。 1.1 产品特点 1.1.1 GF型风流压力传感器在设计中采用了新型单片微机和高集成数字化电路,简化了电路结构,提高了整机性能的可靠性,便于维护与调试。 1.1.2 本传感器在整机的零点、灵敏度调校上实现了红外遥控调校功能,方便了仪器的调校工作。 1.1.3 本传感器在电源设计上采用新型开关电源,大大降低了整机功耗,增加了传感器的传输距离。 1.1.4 本传感器增设了故障自检功能,方便了使用与维护。 1.1.5本传感器的外壳采用了高强度结构,使整机具有很强的抗冲击能力。 1.2 主要用途和适用范围 1.2.1 主要用途 GF型风流压力传感器主要用于老塘漏风,隔墙密闭质量的连续监测。 1.2.2 适用范围 井下煤尘巷道、回风巷的通风配风、瓦斯抽放管道的负压监测。 1.3 型号的组成及其代表意义 G F □□ (A) 设计序列号 F代表负压传感器,Z代表正压传感器 测量范围 风流压力 传感器 1.4 环境条件 1.4.1 工作条件 a) 工作温度: 0 ℃~40 ℃; b) 相对湿度: ≤95 %; c) 大气压力: 80 kPa~106 kPa; 1

压力传感器工作原理

压力传感器 压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器,并广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、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。 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。下面我们主要介绍这类传感器。 1、压阻式压力传感器原理与应用: 压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。压阻式传感器常用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测量和控制。 压阻效应 当力作用于硅晶体时,晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化,扰动了载流子纵向和横向的平均量,从而使硅的电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同而异,因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计,前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化,后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化(应变),而且前者的灵敏度比后者大50~100倍。 压阻式压力传感器结构 压阻式压力传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内,引出电极引线。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器,它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力,而是直接通过硅膜片感受被测压力的。硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔,另一面是与大气连通的低压腔。硅膜片一般设计成周边固支的圆形,直径与厚度比约为20~60。在圆形硅膜片(N型)定域扩散4条P杂质电阻条,并接成全桥,其中两条位于压应力区,另两条处于拉应力区,相对于膜片中心对称。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条,两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。

pt100温度传感器原理

pt100温度传感器原理 PT100是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在-200℃至650℃的范围. 电阻式温度检测器(RTD,Resistance Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定-耐酸碱、不会变质、相当线性...,最受工业界采用。 PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。 1:V o=2.55mA ×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。 2:量测V o时,不可分出任何电流,否则量测值会不準。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为 2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V 齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为 2.55V。其后差动放大器之输出为

压力变送器的工作原理

压力变送器的工作原理 压力变送器的工作原理 压力变送器主要由测压元件传感器(也称作压力传感器)、放大电路和支持结构件三类组成。它能将测压元件传感器测量到的气体、液体等物理压力参数变化转换成电信号(如4~20mA等),以提供指示报警仪、记载仪、调理器等二次仪表进行显示、指示和调整。 压力变送器用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力,然后转换为成4~20mA 信号输出。 压差变送器也称差压变送器,主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力差信号转变成标准的电流电压信号,以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。 差压变送器根据测压范围可分成一般压力变送器(0.001MPa~20MPA)和微差压变送器(0~30kPa)两种。 差压变送器的测量原理是:流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端,其差压使硅片变形(位移很小,仅μm级),以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳,所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时,压力变送器将被测物理量转换成mV级的 电压信号,并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号,再经过非线性校正,最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。 压力传感器工作原理 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

温度传感器DS18B20工作原理

温度传感器: DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。 2 DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构如图1所示,主要由4部分组成:64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示,DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地,见图4)。 ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码,每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 图1 DS18B20的内部结构

图2DS18B20的管脚排列 DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量,用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625℃/LSB形式表达,其中S为符号位。例如+125℃的数字输出为07D0H,+25.0625℃的数字输出为0191H,-25.0625℃的数字输出为FF6FH,-55℃的数字输出为FC90H。 温度值高字节 高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成,使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下: R1、R0决定温度转换的精度位数:R1R0=“00”,9位精度,最大转换时间为93.75ms;R1R0=“01”,10位精度,最大转换时间为187.5ms;R1R0=“10”,11位精度,最大转换时间为375ms;R1R0=“11”,12位精度,最大转换时间为750ms;未编程时默认为12位精度。 高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息;第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝,每一次上电复位时被刷新;第6、7、8字节未用,表现为全逻辑1;第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码,可用来保证通信正确。 3 DS18B20的工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是:初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序,如图3(a)(b)(c)所示。

传感器及其工作原理教案

江苏省淮阴中学06-07年度优秀教学案例 《传感器及其工作原理》的创新教学设计 王刚 教学依据 ①物理(新人教版)选修3-2第六章第1节《传感器及其工作原理》(P56-P60); ②新物理课程标准(实验). 教学流程图

教学目标1.知识与技能:①知道非电学量转换成电学量的技术意义;②通过实验,知道常见传感器的工作原理;③初步探究利用和设计简单的传感器. 2.过程与方法:①通过对实验的观察、思考和探究,让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理;②让学生自己设计简单的传感器,经历科学探究过程,学习科学研究方法,培养学生的实践能力和创新思维能力. 3.情感态度与价值观:在理解传感器工作原理的基础上,通过自己设计简单的传感器,体验科技创新的乐趣,激发学习物理的兴趣. 重、难点 1.几种常见传感器的工作原理(演示实验);2.学生自己设计简单的传感器. 教学策略 用几个有趣的传感器实验引入课题,激发学生探究传感器原理的兴趣.给出“传感器就是把非电学量转换为电学量”的概念之后,重点介绍光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻.安排音乐茶杯和火警装置两个设计性问题让学生体会传感器的简单应用.结合电容、霍尔效应、电阻定律等知识让学生设计传感器,进一步深化传感器的工作原理.最后在对本节课总结的基础上,结合《思考与讨论》进行教学反馈. 教学程序 教学环节教学内容及师生互动设计情感与方法 一.课题的引入 二.什么是传感器?【演示实验1】干簧管控制电路的通断 如图,小盒子A的侧面露出一个小灯泡,盒外没有开 关,但是把磁铁B放到盒子上面,灯泡就会发光,把磁铁移 走,灯泡熄灭. 师问:盒子里有怎样的装置,才能实现这样的控制? 生猜:(可以自由讨论,也可以请学生回答) 师生探究:打开盒子,用实物投影仪展示盒内的电路 图,了解元件“干簧管”的结构。探明原因:玻璃管内封入 两个软磁性材料制成的簧片。当磁铁靠近干簧管时,两个簧 片被磁化而接通,电路导通。所以,干簧管能起到开关的作 用。 师点拨:这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发 光情况,感知干簧管周围是否存在着磁场。 【演示实验2】声光控开关控制电路的通断 ①先在普通光照条件下, ②在把开关置于黑暗环境中。 师生总结:声光控开关 师:刚才的两个实验,都用了一种元件,这些元件能够 感受某些信息,通过它能实现电路的自动控制,这种元件有 一个专门的名称:传感器。什么是传感器呢?它能够感受诸 如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按 照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转换为电路的 通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是:把非电学 量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处 理和控制了。 其实,传感器并不神秘。你家里可能就有很多的传感 器。请大家相互说说看,你家里,或者在你的生活当中,都 (演示实验1: 干簧管传感器) (干簧管的实 物及原理图) 学生对干簧 管并不熟悉,因 此才有了好奇。 声光控开关在 生活中很普及, 所以又有亲切 感

压力传感器工作原理

压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器,并广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、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传感器原理及其应用。 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。下面我们主要介绍这类传感器。 1、应变片压力传感器原理与应用: 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。 1.1、金属电阻应变片的内部结构:它由基体材料、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。 1.2、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:ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m) S——导体的截面积(cm2) L——导体的长度(m)

温度传感器工作原理

空调温度传感器为负温度系数热敏电阻,简称NTC,其阻值随温度升高而降低,随温度降低而增大。25℃时的阻值为标称值。NTC常见的故障为阻值变大、开路、受潮霉变阻值变化、短路、插头及座接触不好或漏电等,引起空调CPU检测端子电压异常引起空调故障。空调常用的NTC有室内环温NTC、室内盘管NTC、室外盘管NTC等三个,较高档的空调还应用外环温NTC、压缩机吸气、排气NTC等。NTC在电路中主要有如图一所示两种用法,温度变化使NTC阻值变化,CPU端子的电压也随之变化,CPU根据电压的变化来决定空调的工作状态。本文附表为几种空调的NTC参数。室内环温NTC作用:室内环温NTC 根据设定的工作状态,检测室内环境的温度自动开停机或变频。定频空调使室内温度温差变化范围为设定值+1℃,即若制冷设定24℃时,当温度降到23℃压缩机停机,当温度回升到25℃压缩机工作;若制热设定24℃时,当温度升到25℃压缩机停机,当温度回落到23℃压缩机工作。值得说明的是温度的设定范围一般为15℃—30℃之间,因此低于15℃的环温下制冷不工作,高于30℃的环温下制热不工作。变频空调根据设定的工作温度和室内温度的差值进行变频调速,差值越大压缩机工作频率越高,因此,压缩机启动以后转速很快提升。室内盘管NTC 室内盘管制冷过冷(低于+3℃)保护检测、制冷缺氟检测;制热防冷风吹出、过热保护检测。空调制冷30分钟自动检查室内盘管的温度,若降温达不到20℃则自动诊断为缺氟而保护。若因某些原因室内盘管温度降到+3℃以下为防结霜也停机(过冷)制热时室内盘管温度底于32℃内风机不吹风(防冷风),高于52℃外风机停转,高于58℃压缩机停转(过热);有的空调制热自动控制内风机风速;有的空调自动切换电辅热变频空调转速控制等。室外盘管NTC 制热化霜温度检测,制冷冷凝温度检测。制热化霜是热泵机一个重要的功能,第一次化霜为CPU定时(一般在50分钟),以后化霜则由室外盘管NTC控制(一般为—11℃要化霜,+9℃则制热)。制冷冷凝温度达68℃停压缩机,代替高压压力开关的作用;变频制冷则降频阻止盘管继续升温。外环温NTC 控制室外风机的转速、冬季预热压缩机等。排气NTC 使变频压缩机降频,避免外机过热,缺氟检测等。吸气NTC 控制制冷剂流量,有步进电机控制节流阀实现。故障分析室内外盘管NTC损坏率最高,故障现象也各种各样。室内外盘管NTC由于位处温度不断变化及结露或高温的环境,所以其损坏率较高。主要表现在电源正常而整机不工作、工作短时间停机、制热时外机正常内风机不运转、外风机不工作或异常停转,压缩机不启动,变频效果差,变频不工作,制热不化霜等。化霜故障可代换室外盘管NTC或室外化霜板。在电源正常而空调不工作时也要查室内环温NTC;空调工作不停机或达不到设定温度停机,也要先查室内环温NTC;变频空调工作不正常也会和它有关。因室内环温NTC若出现故障会使得CPU错误地判断室内环温而引起误动作。室内环温NTC损坏率不是很高。

压力传感器工作原理

电阻应变式压力传感器工作原理细解 2011-10-14 15:37元器件交易网 字号: 中心议题: 电阻应变式压力传感器工作原理 微压力传感器接口电路设计 微压力传感器接口系统的软件设计 微压力传感器接口电路测试与结果分析 解决方案: 电桥放大电路设计 AD7715接口电路设计 单片机接口电路设计 本文采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输出的模拟变量,然后用INA118放大器将此信号放大,用7715A/D 进行模数转换,将转换完成的数字量经单片机处理,最后由LCD 将其显示,采用LM334 做的精密5 V 恒流源为电桥电路供电,完成了微压力传感器接口电路设计,既能保证检测的实时性,也能提高测量精度。 微压力传感器信号是控制器的前端,它在测试或控制系统中处于首位,对微压力传感器获取的信号能否进行准确地提取、处理是衡量一个系统可靠性的关键因素。后续接口电路主要指信号调节和转换电路,即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。由于用集成电路工艺制造出的压力传感器往往存在:零点输出和零点温漂,灵敏度温漂,输出信号非线性,输出信号幅值低或不标准化等问题。本文的研究工作,主要集中在以下几个方面:

(1)介绍微压力传感器接口电路总体方案设计、系统的组成和工作原理。 (2)系统的硬件设计,介绍主要硬件的选型及接口电路,包括A/D 转换电路、单片机接口电路、1602显示电路。 (3)对系统采用的软件设计进行研究,并简要阐述主要流程图,包括主程序、A/D 转换程序、1602显示程序。 1 电阻应变式压力传感器工作原理 电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时,将产生应变,粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变,表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4 个电阻应变片按照桥路方式连接,两输入端施加一定的电压值,两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系,就可以通过测量共模电压得到压力值。 当有压力时各桥臂的电阻状态都将改变,电桥的电压输出会有变化。 式中:Uo 为输出电压,Ui 为输入电压。 当输入电压一定且ΔRi <

2015—2016学年鲁科版选修3-2 常见传感器的工作原理 教案

5.2 常见传感器的工作原理 [课时安排]1课时 [教学目标]: (一)知识与技能 1.通过实物认识光敏电阻,了解光传感器的工作原理。了解光传感器的用途。2.通过实物认识热电偶和热敏电阻,了解温度传感器的工作原理。了解温度传感器的用途。 3.利用传感器制作简单的自动控制装置,通过实验认识传感器,体会非电学量转换成电学量好处。 (二)过程与方法 实验探究及要求学生使用多种资源去收集信息,多整理信息,最后形成书面报告在课堂上与教师和同学交流。 (三)情感、态度与价值观 激发学生的学习兴趣,拓展他们的视野,培养学生收集信息、与他人进行交流的能力,提高他们的创新意识。 通过分析事例,培养学生全面认识和对待事物的科学态度。 [教学重难点]:光敏电阻和热敏电阻的工作原理及实验设计 [教学器材]:光敏电阻和热敏电阻,小灯炮,干簧管,欧姆表,烧杯,导线,二极管,干电池,开水等 [教学方法]:实验探究,讲授 [教学过程] (一)引入新课 通过教师演示实验,用光敏电阻控制小灯炮的亮暗。 (二)进行新课 一、.光电传感器原理 1、工作原理:光电传感器是指能够感受光信号,并按照一定规律把光信号 转换成电学量信号器件。 光电检测系统中实现光电转换的关键元件,它是把光信号(红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来,新的光电器件不断涌现,特别是CCD图像传感器的诞生,为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 2、干簧管: 3、光敏电阻: A:实验探究及见课件: 用多用电表测量光敏电阻的阻值,改变入射到光敏电阻上光的强度,再次测量阻值,并将各数据记人表格

PTP503压力传感器使用说明书

油压传感器,油压压力变送器,河南压力传感器 正负压压力变送器,恒压供水压力传感器,投入式液位变送器,防雷击液位变送器,锅炉压力传感器,微差压变送器,超高温压力传感器,超高压压力传感器,平膜压力传感器,防腐蚀压力变送器,通风管道压力变送器,高温微压变送器,空压机压力变送器,空调风压变送器,PY500智能数字压力控制仪表,动静态汽车称重设备,称重测力传感器 PTP503压力传感器/变送器采用全不锈钢封焊结构,具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制。 量程:0~1~150(MPa) 综合精度:0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS 输出信号:4~20mA(二线制)、0~5V、1~5V、0~10V(三线制) 供电电压:24DCV(9~36DCV) 介质温度:-20~85~150℃ 环境温度:常温(-20~85℃) 负载电阻:电流输出型:最大800Ω;电压输出型:大于50KΩ 绝缘电阻:大于2000MΩ(100VDC 密封等级:IP65 长期稳定性能:0.1%FS/年 振动影响:在机械振动频率20Hz~1000Hz内,输出变化小于0.1%FS 电气接口(信号接口):四芯屏蔽线、四芯航空接插件、紧线螺母 机械连接(螺纹接口):1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等,其它螺纹可依据客户要求设计

产品名称:PY602压力温度仪表 规格: 产品备注:数显压力温度控制仪表|智能压力温度表|佛山市博润测控仪表有限公司 产品说明 PY602数显压力-温度控制仪表 产品特点及结构: 具有整机体积小、重量轻、耗电省、功能齐全、工作可靠、使用方便灵活,配用我公司PT100-系列高温熔体压力传感器或常温压力传感器,作为高精度压力测量与控制,可广泛地使用于液压、石油、塑料、橡胶、印染、纺织等行业的压力显示和自动化控制场合,还可与其他厂家的电阻应变式压力传感器配套使用;可以设定上下限值报警,具有发光管报警指示、继电器触点输出控制外部执行机构;具有高精度的电压输出模块、电流输出模块、继电器输出控制模块以及通讯模块供用户选择 主要技术参数: 显示器:双层四位高亮度绿色和红色发光数码管 显示分辨率:0001 显示数值范围:-001~-999~0001~9999Mpa(小数点可变),温度:000.1-400.0 仪表精度:0.25%FS±1位 压力输入信号:2mV/V、3.3mV/V、4-20mA、0-5VDC、0-10DC(定货时说明) 温度输入信号:J、K、E型热电偶 采样速度:20次/秒 输出控制:与满量程信号成线性的电压或电流输出;RS232;RS485 报警范围:-001~-999~0001~9999Mpa(小数点可变) 效准指示:显示传感器满量程80%值(传感器应空载),效准指示(CAE)亮 使用温度及湿度:0-55℃,≤80%RH 电源要求:85-265VAC50Hz-60Hz 外型尺寸:96×96×100mm 开孔尺寸:92×92mm

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