F1温度测量.ppt

第15章 传感器在工程检测中的应用 温度测量问题 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。 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 温度测量的主要方法和分类 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。 温度检测的主要方法 测温方法分类： 接触测量法 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 非接触测量法 热探测器红外测温传感器 光子探测器红外测温传感器 膨胀式温度计 膨胀式温度计 电阻式温度传感器 热电阻和热敏电阻 利用电阻随温度变化而制成的传感器称为电阻式温度传感器。 分为：金属热电阻和半导体热敏电阻 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 热电偶传感器 石英晶体测温传感器 集成温度传感器 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。 集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等优点, 由于PN结受耐热性能和特性范围的限制, 它只能用来测150℃以下的温度。  电流输出型典型的集成温度传感器有美国AD公司生产的AD590, 我国产的SG590也属于同类型产品。 AD590集成温度传感器应用实例 AD590是应用广泛的一种集成温度传感器, 由于它内部有放大电路, 再配上相应外电路,方便地构成各种应用电路。 温度测量电路 : 但实际上存在一定误差, 可以在外电路中进行修正。将AD590串联一个可调电阻, 在已知温度下调整电阻值, 使输出电压UT满足1mV/k的关系（如25℃时, UT应为298.2mV）。调整好以后, 固定可调电阻, 即可由输出电压VT读出AD590所处的热力学温度。 红外测温传感器 作业 第254页 15-7 15-8 f ＝f0（1＋at＋bt2＋ct3） a，b，c — 频率温度系数 石英晶体频率式温度传感器 当－80℃t250 ℃，频率与温度的关系： f0 — t＝0时的固有频率 当b，c →0： f＝f0（1＋at） 呈线性 －VEE IO R1 V2 V1 V3 V4 ＋VＣＣ 基射结电压： 基射极电压差 同一工艺且对称 所以 其中：A1，A2－分别为V1，V2的基射结面积 则有IO=K1T －VEE IO R1 V2 V1 V3 V4 ＋VＣＣ * * 一、热电效应 两种导体A、B连接构成回路 →两端温度T0≠T →回路产生温差热电势 温差发电器 I 加热 保持恒温 测量端、工作端、热端 参考端、自由端、冷端 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。 （1）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 σA是导体A的 温差系数 两种金属A、B接触，由于导体内自电电子密度不同，接触面形成电场。 （2）两种导体的接触电势 电场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 （3）热电偶回路的总的电势 当AB为同质材料，NA＝NB，σA＝ σB EAB（T，T0）＝0 当AB为异质材料，NA≠NB，σA≠ σB EAB（T1，T0） ≠ 0 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。 （1）中间导体定律 热电偶传感器 所以可以在回路引入各种仪表和连接线，而对热电势无影响。 （2）中间温度定律 热电偶AB在接点温度为（T，T0）时的热电势等于该热电偶在接点为（T，Tn）和（Tn，T0）时的热电势的代数和 Tn称为中间温度 Tn （3）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 A→B A →C B →C 二、热电偶测温 1、测温原理与方法 热电偶