传感器与信号检测技术课件 (共8章)第1章 温度传感器

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1、第1章温度传感器1.1温度传感器概述1.2膨胀式温度传感器1.3热电阻传感器1.4热电偶传感器1.5集成温度传感器返回主目录第1章温度传感器1.1温度传感器概述1、温度与温标温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的,需要测量温度和控制温度。随着科学技术的发展,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,只能借助于冷热不同的物体之间的热交换,以及物体

2、的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。温标：为了定量地描述温度的高低,必须建立温度标尺,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,如早期的经验温标（摄氏温标和华氏温标）,理论上的热力学温标,当前世界通用的国际温标。◎华氏温标：德国Fahrenheit华伦海特将水、冰、盐混合物定为0。F；健康人体温100。F。以此定标，后来发现水的冰点为32。F沸点212。F，作差分成180等份，每一份就为1。F◎摄氏温标：瑞典摄西阿斯将冰水混合物定为0。C，

3、沸点100。C，作差分成100等份，每一份就为1。C◎热力学温标：（又称绝对温标）英国开尔文确定的温度数值为热力学温度（符号为T）,单位为开尔文（符号为K）,1K等于水三相点热力学温度。※换算关系：K＝。C＋273.15；。F＝1.8×。C＋322．温度测量的主要方法和分类(1)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1-1所示。简单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的,一般在现场使用。(2)温度测量方法及分类

4、测量方法按感温元件是否与被测介质接触,可以分成接触式与非接触式两大类。接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相接触,当被测温度与感温元件达到热平衡时,温度敏感元件与被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构简单，工作可靠，精度高，稳定性好，价格低廉等优点。这类测温方法的温度传感器主要有:基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度传感器，基于导体或半导体电阻值随温度变化的电阻式温度传感器，基于热电效应的热电偶温度传感器。非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度

5、有关,并且以电磁波形式向四周辐射,当选择合适的接收检测装置时,便可测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的各种信号,实现温度的测量。这类测温方法的温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触式温度传感器的测量滞后和在温度范围上的限制,可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度,不干扰被测温度场,但精度较低,使用不太方便。1.2膨胀式温度传感器根据液体、固体、气体受热时产生热膨胀的原理,这类温度传感器有液体膨胀式、固体膨胀式和气

6、体膨胀式。1、液体膨胀式在有刻度的细玻璃管里充入液体（称为工作液,如水银、酒精等）构成液体膨胀式温度计。常用的有水银玻璃温度计和电接点式温度计,这种温度计远不能算传感器,它只能就地指示温度。电接点式温度计可对设定的某一温度发出开关信号或进行位式控制,有固定式和可调式两种。图1-2所示为可调电接点式温度计,其中一根铂丝接在毛细管下部固定处,另一根铂丝根据设定温度可以上下移动,当升至设定温度时,铂丝与水银柱接通,反之断开,这种既可指示,又能发出通断信号,常用于温度测量和双位控制。2．固体膨胀式固体膨胀式是以

7、双金属元件作为温度敏感元件受热而产生膨胀变形来测温的。它由两种线膨胀系数不同的金属紧固结合而成双金属片,为提高灵敏度常作成螺旋形。图1-3为双金属温度计的结构示意图。螺旋形双金属片一端固定,另一端连接指针轴,当温度变化时,双金属片弯曲变形,通过指针轴带动指针偏转显示温度。它常用于测量-80℃～600℃范围的温度,抗震性能好，读数方便,但精度不太高,用于工业过程测温、上下限报警和控制。3．气体膨胀式气体膨胀式是利用封闭容器中的气体压力随温度升高而升高的原理来测温的,利用这种原理测温的温度计又称压力计式温度计,如图

8、1-4所示。温包、毛细管和弹簧管三者的内腔构成一个封闭容器,其中充满工作物质（如气体常为氮气）,工作物质的压力经毛细管传给弹簧管,使弹簧管产生变形,并由传动机构带动指针,指示出被测温度的数值。压力温度计结构简单、抗振及耐腐蚀性能好,与微动开关组合可作温度控制器用,但它的测量距离受毛细管长度限制,一般充液体可达20m,充气体或蒸汽可达60m。1.3热电阻传感器热电阻传感器