1、1,有源传感器,把被测参量转换为电能量的传感器,电 荷： 压电传感器、辐射电离电动势：霍尔传感器、光电池 磁电传感器、热电偶,温度测量问 题,2,一、 温度概述,温 度,温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。 对温度的测量越来越普遍，而且对温度测量的准确度也有更高的要求。 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加以测量。,Review,3,温 标,定量描述温度的高低所建立温度标尺, 即温标。 温标就是温度的数值表示。各种温度计和温度传感器的温度数值均由温标确定。历史上提出过多种温标 摄氏温标 华氏温标 国际温标,2018/6/19,4,温度传感器,温度检测的主要方法热电偶传感器
2、热电效应 测温定律 测温方法 应用案例金属热电阻和半导体热敏电阻石英晶体频率温度传感器集成温度传感器,今日要点,5,温度传感器温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂的测温传感器，就测量系统的功能而言，通常由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成，如图所示。,6,二、温度检测的主要方法,膨胀式温度计电阻式温度传感器热电偶传感器石英晶体测温传感器集成温度传感器 热探测器红外测温传感器光子探测器红外测温传感器,测温方法分类：,接 触测量法,非接触测量法,7,膨胀式温度计,8,膨胀式温度计,9,15.1 热电偶传感器,一、热电效应,两种导体A、B连接构成回路，两端温度T0T ，回路产生温差热
3、电势。,温差发电器,加热,保持恒温,测量端、工作端、热端,参考端、自由端、冷端,10,1、热电势的产生,热电偶产生的热电势与两电极的材料和两电极的温度有关。, 单一导体的温差电势,一根匀质金属导体两端温度不同，导体内部产生电动势,A是导体 A 的温差系数,11,两种金属A、B接触，由于导体内自由电子密度不同，接触面形成电场。, 两种导体的接触电势,电场的阻止作用与扩散作用处于动态平衡时，产生一个固定的电动势：,式中：K波尔兹曼常数,T接触处的绝对温度,e电子电荷量,NA、NB 分别为金属A、B的自由电子密度,12, 热电偶回路的总的电势,当A、B为同质材料： NANB，A B EAB（T，T0
4、）0,当A、B为异质材料： NANB，A B EAB（T，T0） 0,13,2、热电偶的基本定律,在热电偶回路中接入第三种导体后，只要第三种导体两端的温度相同，就不会影响热电偶回路的总热电势。, 中间导体定律,14,在回路引入各种仪表和连接线而对热电势无影响,15,热电偶回路接入第三导体,图 (a),图 (b),(a) 液态金属温度测量,(b) 金属壁面温度测量,开路热电偶的使用,17, 中间温度定律,Tn称为中间温度,Tn, 标准电极定律,若热电极A和B分别与标准热电极C组成的热电偶产生的热电势已知，则由A和B组成的热电偶所产生的热电势为,热电偶AB在接点温度为（T，T0）时的热电势等于该热
5、电偶在接点为（T，Tn）和（Tn，T0）时的热电势的代数和。,18,热电偶传感器,AB A C B C,19,例：已知 EAC（1084.5, 0）13.967(mV) EBC（1084.5, 0）8.354(mV)求：EAB（1084.5, 0）？解：EAB（1084.5, 0）13.967-8.354 5.613(mV),20,二、热电偶测温,1、测温原理与方法,热电偶的材料确定后，且参数温度T0(冷端温度)恒定不变后，则有 EAB（T，T0）f（T），即热电势只与被测温度（简称热端温度）成单值对应关系。,当T0=0时，T取不同温度时的EAB(T, 0) , 制成关系数据表，查表法即可确定
6、T的大小。,21,热电偶传感器,+ -,分度号：S、B、E、K、R、J、T 七种贵金属：S、R、B，廉金属：N、K、E、J、T贵金属主要指金、银和铂族金属等8种金属元素铂族：钌、铑、钯、锇、铱、铂,22,热电偶传感器,23,EAB(T，T0) EAB(T，0) EAB(T0，0),EAB(T，0) EAB(T，T0) EAB(T0，0),若: T0 0时，则由,测量后已知,已知,如何确定T ？,则:,查表确定T,24,2、热电偶的冷端处理, 恒温法,将冷端处于冰水混合物中或处于恒温槽中, 冷端的延伸,实际测温时被测点与指示仪表之间距离长热端要远离冷端热电偶材料昂贵,专用导线将冷端延长,注意：补
7、偿导线的使用不能代替冷端温度补偿。,25,应满足的条件： 补偿导线在一定温度范围（0100 ） 要与所配热电偶的热电特性相同， 即 E AB（Tn，T0）=EAB（Tn，T0） 两接点温度均相同(Tn) 同性极性相接 不可接反,26, 冷端的自动补偿,R1、R2、R3：用锰铜制电阻温度系数极小，可近似为不随温度变化。,Rt： 由温度系数大的铜丝制成。,27,Rt与冷端感受同一温度（或称环境温度）后，当Tn变化时， Rt也随之变化，电桥便由原来的平衡输出u0变成不平衡输出，设不平衡输出电压为Uab，则：,选桥臂电阻和电流，使之满足：,28,三、热电偶传感器的应用,热电偶报警传感器,一种是将冷端处
8、于较稳定的低温环境、热端置于被测的高温环境中。传感器能感受热端环境由于超温或火焰引起的温升而输出一个相应的热电势。,一种是将热端加工成具有较大表面积及较小质量，将冷端加工成具有较小表面积及较大质量，将此二端均置于被测环境中，传感器只能感受由于火焰引起的温升速率而输出相应的热电势。,29,多点测温线路,30,热电偶测量平均温度的并联线路,31,热电偶测量几点温度之和的串联联线路,32,作业P254 157, 8,10月23日做实验前交作业 ！,33,石英晶体测温传感器,f f0（1atbt2ct3）,a，b，c 频率温度系数,1、石英晶体频率式温度传感器,当80t250 ，频率与温度的关系：,f
9、0 t0时的固有频率,当b，c 0：,ff0（1at） 呈线性,2018/6/19,34,2.石英晶体的谐振,当强迫振动频率等于它的固有频率时产生谐振,其谐振频率为：,d 晶体厚度,E66切变模量, 晶体密度,其中：,当d、为常数时，fg（E66）,当石英振荡器承受静态压力时，E66随压力的变化而变化，所以有fKF与压力量呈线性关系。,频率式传感器,35,集成温度传感器,集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流电压特性与温度的关系, 把感温PN结及有关电子线路集成在一个小硅片上, 构成一个小型化、一体化的专用集成电路片。 优点：体积小、反应快、线性好、价格低缺点：测温范围只能测150以下的温度 电流输出型典型的集成温度传感器 美国AD公司生产的AD590 我国产的SG590也属于同类型产品,
