传感器与检测技术2温度的测量及温度传感器.ppt
《传感器与检测技术2温度的测量及温度传感器.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传感器与检测技术2温度的测量及温度传感器.ppt(62页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、传感器与检测技术传感器与检测技术王宏王宏2013年09月1364053525713640535257http:/主要内容2.2 热电偶传感器热电偶传感器22.4 集成温度传感器集成温度传感器42.5 半导体热敏电阻半导体热敏电阻52.6 温度传感器的应用温度传感器的应用62.1 温度测量概述温度测量概述1 2.3 金属热电阻传感器金属热电阻传感器3http:/温温度度是是国国际单位位制制给出出的的基基本本物物理理量量之之一一,它它是是工工农业生生产、科学科学试验中需要中需要经常常测量和控制的主要参数;量和控制的主要参数;从从热平平衡衡的的观点点看看,温温度度可可以以作作为物物体体内内部部分分子
2、子无无规则热运运动剧烈程度的烈程度的标志;志;温度与人温度与人们日常生活日常生活紧密相关。密相关。2.1 温度测量概述温度测量概述1http:/温温标为了保证温度量值的准确和利于传递,需要建立一个衡量为了保证温度量值的准确和利于传递,需要建立一个衡量温度的统一标准尺度,即温标。温度的统一标准尺度,即温标。利用一些物利用一些物质的某些物性的某些物性(诸如如尺寸、密度、硬度、尺寸、密度、硬度、弹性模性模量、量、辐射射强度度等等)随温度随温度变化的化的规律,通律,通过这些量来些量来对温度温度进行行间接接测量。量。http:/经验温温标华氏温氏温标 1714年年德德国国人人法法勒勒海海特特(Fahre
3、nheit)以以水水银为测温温介介质,制成玻璃水制成玻璃水银温度温度计。按照按照华氏温氏温标,则水的冰点水的冰点为32,沸点,沸点为212 http:/摄氏温氏温标 1740年瑞典人年瑞典人摄氏氏(Celsius)提出在提出在标准大气准大气压下,把水的下,把水的冰点冰点规定定为0度,水的沸点度,水的沸点规定定为100度。度。摄氏温度和氏温度和华氏温度的关系氏温度的关系为 T =t+32 (6-1)式中式中 T华氏温度氏温度值;t摄氏温度氏温度值。http:/热力学温力学温标热力学温力学温标是由开是由开尔文文(Ketvin)在在1848年提出的,以卡年提出的,以卡诺循循环(Carnot cycl
4、e)为基基础。热力学温力学温标是国是国际单位制中七个基本物理位制中七个基本物理单位之一。位之一。热力学温力学温标为了在分度上和了在分度上和摄氏温氏温标相一致,把理想气体相一致,把理想气体压力力为零零时对应的温度的温度绝对零度与水的三相点温度分零度与水的三相点温度分为27316份,每份份,每份为1 K(Kelvin)。http:/ 测温方法分类及其特点根据根据传感器的感器的测温方式,温度基本温方式,温度基本测量方法通常可分成量方法通常可分成接触式接触式和和非接触式非接触式两大两大类。接触式温度接触式温度测量量非接触式温度非接触式温度测量量http:/物物理理现现象象体积热膨胀体积热膨胀电阻变化电
5、阻变化温差电现象温差电现象导磁率变化导磁率变化电容变化电容变化压电效应压电效应超声波传播速度变化超声波传播速度变化物质物质颜色颜色PN结电动势结电动势晶体管特性变化晶体管特性变化可控硅动作特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射热、光辐射种种类类铂测温电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶体振动器石英晶体振动器超声波温度计超声波温度计示温涂料示温涂料液晶液晶半导体二极管半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅可控硅辐射温度传感器辐射温度传感器光学高温计光学高温计1.气体温度计气体温度计2.玻璃制水银温度计玻璃制水银温度计3
6、.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计双金属温度计5.液体压力温度计液体压力温度计6.气体压力温度计气体压力温度计1热铁氧体热铁氧体2Fe-Ni-Cu合金合金http:/接触式温度接触式温度测量量测温精度温精度相相对较高,直高,直观可靠及可靠及测温温仪表价格相表价格相对较低;低;由于感温元件与被由于感温元件与被测介介质直接接触直接接触,从而要影响被,从而要影响被测介介质热平衡状平衡状态,而接触不良,而接触不良则会增加会增加测温温误差;被差;被测介介质具有具有腐腐蚀性及温度太高性及温度太高亦将亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。重影响感温元件性能和寿命等缺点。http:/非
7、接触式温度非接触式温度测量量感温元件感温元件不与被不与被测对象直接接触象直接接触,而是通,而是通过接受被接受被测物体的物体的热辐射射能能实现热交交换,据此,据此测出被出被测对象的温象的温度度;非接触式非接触式测温温具有不改具有不改变被被测物体的温度分布,物体的温度分布,热惯性小,性小,测温上限可温上限可设计得很高,便于得很高,便于测量运量运动物体的物体的温度和快速温度和快速变化的温度等化的温度等优点。点。http:/各各类温度温度检测方法构成的方法构成的测温温仪表的大体表的大体测温范温范围http:/热电偶是工偶是工业和装和装备试验中温度中温度测量量应用最多的用最多的器件,它的特点:器件,它的
8、特点:测温范温范围宽测量精度高量精度高性能性能稳定定结构构简单且且动态响响应较好好输出直接出直接为电信号信号,可以,可以远传,便于,便于集中集中检测和和自自动控制控制热电偶传感器热电偶传感器2http:/2.2.1 热电偶偶测温原理温原理1 1、热电效效应塞贝克效应(塞贝克效应(塞贝克效应(塞贝克效应(1821/1821/1821/1821/德国)德国)德国)德国)两种不同金属导线组成一闭合回路,若两接头处维两种不同金属导线组成一闭合回路,若两接头处维两种不同金属导线组成一闭合回路,若两接头处维两种不同金属导线组成一闭合回路,若两接头处维持一温差,回路中就有电流和电动势产生。持一温差,回路中就
9、有电流和电动势产生。持一温差,回路中就有电流和电动势产生。持一温差,回路中就有电流和电动势产生。http:/2.2.珀珀尔帖效帖效应 将同温度的两种不同的金属互相接触,由于不同金将同温度的两种不同的金属互相接触,由于不同金将同温度的两种不同的金属互相接触,由于不同金将同温度的两种不同的金属互相接触,由于不同金属内自由电子的密度不同,在它们的接点处会产生接触属内自由电子的密度不同,在它们的接点处会产生接触属内自由电子的密度不同,在它们的接点处会产生接触属内自由电子的密度不同,在它们的接点处会产生接触电动势。电动势。电动势。电动势。.冷端接触电动势冷端接触电动势冷端接触电动势冷端接触电动势.热端接
10、触电动势热端接触电动势热端接触电动势热端接触电动势2、两种导体的接触电势、两种导体的接触电势http:/3.3.汤姆姆逊效效应同一种导体因其两端的温度不同会产生温差电势。同一种导体因其两端的温度不同会产生温差电势。同一种导体因其两端的温度不同会产生温差电势。同一种导体因其两端的温度不同会产生温差电势。.导体导体导体导体A A A A温差电动势温差电动势温差电动势温差电动势.导体导体导体导体B B B B温差电动势温差电动势温差电动势温差电动势4.4.回路总电势回路总电势http:/当热电偶导体当热电偶导体当热电偶导体当热电偶导体A A和和和和B B材料一定时,回路总电动势成为材料一定时,回路总
11、电动势成为材料一定时,回路总电动势成为材料一定时,回路总电动势成为热端和冷端的温度的函数。在实际测温中,把冷端置于热端和冷端的温度的函数。在实际测温中,把冷端置于热端和冷端的温度的函数。在实际测温中,把冷端置于热端和冷端的温度的函数。在实际测温中,把冷端置于某一恒温下,此时冷端接触电势为一常数,回路总电势某一恒温下,此时冷端接触电势为一常数,回路总电势某一恒温下,此时冷端接触电势为一常数,回路总电势某一恒温下,此时冷端接触电势为一常数,回路总电势仅决定于热端接触电势,即只与热端温度有关,两者之仅决定于热端接触电势,即只与热端温度有关,两者之仅决定于热端接触电势,即只与热端温度有关,两者之仅决定
12、于热端接触电势,即只与热端温度有关,两者之间是单值的函数关系。间是单值的函数关系。间是单值的函数关系。间是单值的函数关系。则:则:则:则:当:当:当:当:http:/4.热电偶的基本定律偶的基本定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律 当插入第三种金属时,只要两端温度相同,就不会当插入第三种金属时,只要两端温度相同,就不会当插入第三种金属时,只要两端温度相同,就不会当插入第三种金属时,只要两端温度相同,就不会使热电偶的电动势发生变化。使热电偶的电动势发生变化。使热电偶的电动势发生变化。使热电偶的电动势发生变化。图54中间导体定律http:/ 热电偶在接触点温度偶在接触点温度为T,T
13、T,T0 0时的回路的回路电势,等于,等于该热电偶在接触点温度偶在接触点温度为T,TT,Tn n和和T Tn n,T T0 0时回路回路电势之代数和。之代数和。EAB(T,T0)EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)若T00,则有EAB(T,0)EAB(T,Tn)+EAB(Tn,0)测量环境温度测量环境温度测量环境温度测量环境温度 T T0 0TTT Tn n 查分度表查分度表查分度表查分度表 中间温度定律中间温度定律http:/金属金属A A和和B B之之间的的电动势等于金属等于金属A A、C C和和C C、B B组成成热电偶的偶的热电动势之和。(之和。(C C为标准准电极)(如极)(如图
14、2-82-8)所示)所示导体导体C被称为标准电极,通常用纯铂(被称为标准电极,通常用纯铂(Pt)作标准电极作标准电极参考电极定律参考电极定律http:/热电偶分类及特性为了了得得到到实用用性性好好,性性能能优良良的的热电偶偶,其其热电极极材材料料需需具具有有以下以下性能性能:(1)优良的良的热电特性;特性;(2)良好的物理性能良好的物理性能;(3)优良的化学性能良的化学性能;(4)优良的机械性能良的机械性能;(5)足足够的机械的机械强度和度和长的使用寿命;的使用寿命;(6)制造成本低,价制造成本低,价值比比较便宜。便宜。2.2.2热电偶偶结构构结构形式及材料构形式及材料http:/普通工普通工
15、业用用热电偶偶 热电偶通常主要由四部分偶通常主要由四部分组成成(如如图6-12所示所示):热电极、极、绝缘管、保管、保护管和接管和接线盒。盒。http:/http:/铠装装热电偶偶铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体,如图如图 2-10所示。它可以做得很所示。它可以做得很细很长细很长,使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小容量小,动态响应快动态响应快,机械强度高机械强度高,挠性
16、好挠性好,可安装在结构复杂的装置上可安装在结构复杂的装置上,因此被广泛用在许多工业部门中因此被广泛用在许多工业部门中http:/http:/(3)薄薄膜膜热热电电偶偶薄薄膜膜热热电电偶偶是是由由两两种种薄薄膜膜热热电电极极材材料料,用用真真空空蒸蒸镀镀、化化学学凃凃层层等等办办法法蒸蒸镀镀到到绝绝缘缘基基板板上上面面制制成成的的一一种种特特殊殊热热电电偶偶,如如图图1-10所所示示。薄薄膜膜热热电电偶偶的的热热接接点点可可以以做做得得很很小小(可可薄薄到到0.010.1m),具具有有热热容容量量小小,反反应应速速度度快快等等的的特特点点,热热相相应应时时间间达达到到微微秒秒级级,适适用用于于微
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器 检测 技术 温度 测量 温度传感器
限制150内