第7章 熱電式傳感器.ppt

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1、第7章熱電式傳感器主講老師：鄭建毅17.1概論溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。在2000多年前，就開始為檢測溫度進(jìn)行了各種努力，并開始使用溫度傳感器檢測溫度。人類社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程,溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。2溫度傳感器的種類及特點(diǎn)接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器：傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物

2、體溫度，特別是被測物體熱容量較小時(shí)，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器：主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。3物理現(xiàn)象體積熱膨脹電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電

3、路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1.熱鐵氧體2.Fe-Ni-Cu合金4分類器件分類器件電阻式鉑電阻熱電式熱電偶銅電阻熱膨脹式水銀半導(dǎo)體陶瓷熱敏電阻雙金屬P-N結(jié)式溫敏二極管液體壓力溫敏晶體管氣體壓力溫敏閘流晶體管其他全輻射高溫計(jì)集成溫度傳感器超聲波輻射式光學(xué)高溫計(jì)紅外線比色高溫計(jì)光纖溫度計(jì)光電高溫計(jì)熱敏電容溫度傳感器分類5分類特征傳感器名稱超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～10

4、00℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見表下內(nèi)容測溫范圍6分類特征傳感器名稱測溫范圍寬、輸出小測溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)線性型測溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數(shù)型函數(shù)開關(guān)型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì)測溫特性7分類特征傳感器名稱測定精度±0.1～±0.5℃鉑測溫電阻、石英晶體振動(dòng)器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)用測定精度±0.5～±5℃熱電偶、測溫電阻器、熱敏電

5、阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅絕對值測定用管理溫度測定用相對值±1～±5℃測定精度8此外，還有微波測溫溫度傳感器、噪聲測溫溫度傳感器、溫度圖測溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測溫計(jì)、核磁共振測溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測溫計(jì)、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。97.2熱電偶(Thermocouple)熱電偶測溫的主要優(yōu)點(diǎn)1.它屬于自發(fā)電型傳感器：測量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；2.測溫范圍廣：下限可達(dá)-270?C，上限可達(dá)1800?C以上；3.精度高：0

6、.1～0.2℃，僅次于熱電阻。由于熱電偶具有良好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性，所以國際實(shí)用溫標(biāo)中規(guī)定熱電偶作為復(fù)現(xiàn)630.74～1064.43℃范圍的標(biāo)準(zhǔn)儀表。4.動(dòng)態(tài)特性好。由于熱電偶的測量端可以制成很小的接點(diǎn)，響應(yīng)速度快，其時(shí)間常數(shù)可達(dá)毫秒級甚至微秒級。5.結(jié)構(gòu)簡單，制造極為方便。6.用途非常廣泛。除了用來測量各種流體的溫度外，還常用來測量固定表面的溫度。107.2.1熱電偶的工作原理熱電極A自由端（參考端、冷端）測量（工作端、熱端）熱電極B熱電勢AB通過上面的演示，你能得出什么結(jié)論?111）接觸電動(dòng)勢/玻爾帖電動(dòng)勢兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)

7、發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢。1.熱電效應(yīng)(Thermo-electricaleffect)e——單位電荷，e=1.6×10-19C；k——玻爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；nA、nB——導(dǎo)體A、B在溫度為T時(shí)的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。12T端：T0端：回路