第11章 热电式传感器VIP免费

第二篇常用传感器的原理及应用1.掌握传感器工作原理及特性2.掌握传感器的测量电路（热电偶）3.了解传感器的应用第11章热电式传感器11.1概述温度是表征物体冷热程度的物理量。它体现了物体内部分子运动状态的特征。温度是不能直接测量的。只能通过物体随温度变化的某些特性（如体积、长度、电阻等）来间接测量。热电式传感器将温度变化转换成电量（电阻、电势等），应用广泛。按测温方法不同，热电式传感器分为接触式和非接触式两种。接触式测温是基于热平衡原理，即测温敏感元件(传感器)必须与被测介质接触，是两者处于平衡状态，具有同一温度。如水银温度计、热敏电阻、热电偶等。非接触式测温是利用热辐射原理，测温的敏感元件不与被测介质接触，利用物体的热辐射随温度变化的原理测定物体温度，故又称辐射测温。如辐射温度计，红外测温仪等。表11.1接触式与非接触式测温方法比较接触式非接触式必要条件感温元件必须与被测物体相接触。感温元件能接收到物体的辐射能。特点不适宜热容量小的物体温度测量；不适宜动态温度测量；便于多点、集中测量和自动控制被测物体温度不变；适宜动态温度测量；适宜表面温度测量。测量范围适宜1000℃以下的温度测量.适宜高温测量.测温精度测量范围的1%左右.一般在10℃左右.滞后较大.较小.表11.2常用热电式传感器类型及特点测温方式传感器类型测温范围（℃）精度（%）特点接触式热膨胀式水银-100～6000.1～1结构简单、耐用，但感温部体积较大双金属-50～5001～3压力液-100～600-200～6001气热电偶钨—铼1000～28000.3～0.5种类多、适应性强，结构简单，应用广泛。须注意冷端温度补偿及动圈式仪表电阻对测量结果的影响铂铑-铂0～16000.2～0.5其他-200～12000.4～1.0热电阻铂镍铜-200～600-150～300-50～1500.1～0.30.2～0.50.1～0.3标准化程度高，精度及灵敏度均较好，感温部大，须注意环境温度的影响热敏电阻-50～3000.3～1.5体积小，响应快，灵敏度高；线性差，须注意环境温度影响非接触式辐射温度计光高温计100～3500200～320011非接触测温，不干扰被测温度场，辐射率影响小，应用简便，不能用于低温热电探测器热敏电阻探测器光子探测器200～2000-50～32000～3500111非接触测温，不干扰被测温度场，响应快，测量范围大，适于测温度分布，易受外界干扰，定标困难本章主要介绍热电阻、热电偶及新型热电式传感器。温标是温度的数值表示方法，是用来衡量物体温度的尺度。它规定了温度读数的起点(零点)和测量温度的单位，常用的有摄氏温标、华氏温标和热力学温标等。温标的基本概念(1)摄氏温标(℃)摄氏温标的物理基础是水银温度变化与体膨胀成线性关系。分度方法是把标准大气压下水的冰点定为零度（0℃），把水的沸点定为100度（100℃），在这两固定点间划分100等分，每一等分为摄氏一度，计为1℃。(2)华氏温标（Fº）在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号为Fº。(3)热力学温标(K)热力学温标是以热力学第二定律为基础，已由国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度（单位为K）。定义为水三相点（冰水气共存）的热力学温度的1/273.16为1K。即从绝对零度到水的三相点之间的温度分为273.16等分，一等分为1K。11.2热电阻利用导体或半导体的电阻值随温度的变化来测量温度。热电阻按感温元件的材质分金属与半导体两类。金属热电阻常用铂、铜两种热电阻；半导体热电阻为热敏电阻等。1、金属热电阻对于绝大多数金属，具有正的温度系数，电阻随温度升高而增大的特性方程为:]1[2210nnttttRR不同的金属导体，ai取值的范围不同。通常情况下，它是温度的函数。金属热电阻选用感温材料的要求：（1）温度系数ai值要大，热电阻的灵敏度就越高。（2）在测量范围内，其材料的物理、化学性质应稳定，以保持电阻基值的稳定性。（3）在测量范围内，电阻温度系数要保持常数，以确保输入——输出线性，提高测量精度。（4）具有较高的电阻率,采用较高电阻率的感温材料，可以减少热电阻体积和热惯性。（5）材料容易提纯，确保较好的复制性。(...