测控传感器第6章温度侧量

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1、11测控传感器SensorsforMeasurementandControl第5章温度侧量温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，是现代生活中不可缺少的信息内容，更是科学实验与工业过程控制中检测的重要参数。许多生产过程和日常生活都是在一定温度范围内进行的，需要温度参数和温度控制。如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉这些家用电器中都少不了温度传感器。随着测温技术的发展，测温范围和精度都有很大的提高，新型温度传感器不断出现，如光纤、微波、超声波、核磁共振（NQR）等都获得广泛应用。测温系统主要由两部分组成：传感器及转换显示。。现场控制室感温元件转换显示EtRtT温度与温标温度（Te

2、mperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。①摄氏温标②华氏温标③国际温标用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。国际上用得较多的温标有华氏温标(°F)、摄氏温标（°C）、热力学温标(K)和国际实用温标。从分子运动论观点看，温度是物体分子平均平动动能的标志,是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。物理现象体积热膨胀电阻变化温差电现象导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色P–N结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种类热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示

3、温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器光学高温计1.气体温度计2.玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计5.液体压力温度计6.气体压力温度计1.热铁氧体2.Fe-Ni-Cu合金铂测温电阻、热敏电阻本章将介绍一些测量温度和温度变化的装置，测量温度的装置称为温度计，被用于高温场合下测量温度的装置称为高温计。温度计的类型很多，它们主要是利用以下原理进行温度测量的：①液体受热膨胀原理；②金属受热膨胀原理；③电阻随温度变化原理；④热电动势随温度变化原理；⑤物质的热辐射原理。6.1液体膨胀温度计液体膨胀温度计的工作原理是：当温度变化时，某种液体

4、的体积变化较大，而相比之下，某种固体的体积变化量却相对很小，液体的膨胀量可以以温度变化的形式标定。液体玻璃管温度计清楚地说明了这个原理，在升高相同温度时，玻璃的膨胀量相对于大多数液体的膨胀量来说是非常小的。6.1.1液体玻璃管温度计图示是一种典型的液体玻璃管温度计。是一个中间是毛细管、两端封闭的玻璃管。中间内腔是一个装有某种液体的圆柱形毛细管，在毛细管的下端有一个储液腔，称作感温泡。毛细管一直通到顶部以提供一个液体的膨胀空间。当温度计受热时，液体膨胀，液柱升高，液体的上部是真空或一种气体，当液体膨胀时将受压石刻度标定在柱状管的表面，毛细管内液体的高度与所侧温度成正比。液体玻璃管温度计

5、中常用的液体有水银、酒精或合成油等。还有一些其他的液体，适合于更特殊的条件，如由于水银有毒，从安全性出发，在一些易破损的情况下不使用水银(万一破裂时伤害人体)。温度计中液体的选择取决于所测温度的范围，在测量范围内，要求其保证不结冰、不气化，而且体积的变化应该与温度的变化成线性关系。水银玻璃管温度计的测温范围大约是238~783K（-35~510℃），而酒精玻璃管温度计大约是193~343K(-80~+70℃)。液体玻璃管温度计主要用于在医学上测量人或动物的体温，一个常见的应用是在家庭和气象方面测量气温。高精度的水银温度计被用作标准（1、2等）温度计。液体玻璃管温度计价格低廉，使用方便

6、，工作可靠，但易破碎，需要小心操作，应放置在不易被其他物体碰撞及免受振动的地方。它对快速的温度变化反应迟钝，只能用于近距离读数，准确性在很大程度上依赖于读数者的经验，且不适合于表面温度的测量，在工业上的应用很有限(有时也有应用，比如侧量管线温度)。6.1.2液体金属管温度计液体金属管温度计与液体玻璃管温度计的工作原理相同，即液体的膨胀可以用温度的单位来标定。图示是一个典型的液体金属管温度计。它有一个金属感温泡(不锈钢)，里面是液体，常用水银或酒精。感温泡有时工作在压力作用下。金属感温泡与毛细管相连，与液体玻璃管温度计不同的是，温度值不是通过毛细管里的液柱升高来读取，而是用柔性管连接到

7、波登压力表上读取，并以温度的形式反映出来。当温度升高时其内部的液体膨胀，波登管随之会轻微地变直，齿轮和联动装置将放大此形变量并传给指针，这个指针能够在刻度盘上转动，直接指示出温度值。液体金属管温度计的主要优点是比液体玻璃管温度计结实，适合于较远距离测量(可达到约35m)，但波登管或柔性毛细管的温度变化易产生误差，而且比液体玻璃管温度计的价格更高。液体金属管温度计的主要应用是在化工厂、车辆工程以及某种金属熔液(熔化状态)的温度测量。6.2金属膨胀及双金属片温