传感器与检测技术朱自勤主编第5章节完环境量检测传感器

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1、传感器与检测技术主编朱自勤第5章　环境量检测传感器5.1　温度传感器5.1.1　热电偶5.1.2　热电阻5.1.3　热敏电阻5.2气敏传感器5.3湿敏传感器5.3.1氯化铝湿敏电阻5.3.2半导体陶瓷湿敏电阻5.3.3湿敏传感器应用举例—自动去湿器5.4离子敏传感器5.1.1　热电偶1.热电偶测温原理2.热电偶基本定律3.热电偶的类型4.热电偶的结构形式5.热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法6.热电偶测温线路5.1　温度传感器1.热电偶测温原理两种不同材料的导体(或半导体)组成一个闭合回路，如图5-1所示。图5-1热电偶回路2.热电偶基本定律(1)中间导体定律：利用热电偶进行

2、测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电动势呢？中间导体定律说明，在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电动势没有影响。(2)中间温度定律：如图5-3所示，在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，热电偶A和B在接点温度为t和t0时的热电动势eAB(t,t0)等于热电偶A和B在接点温度为t和tC时的热电动势eAB(t,tc)和接点温度为tC和t0时的热电势eAB(tc,t0)的代数和，即2.热电偶基本定律2.热电偶基本定律图5-2　热电偶测温系统简图1—热电偶　2—连接导线3—显示仪表2.热电

3、偶基本定律图5-3　中间温度定律3.热电偶的类型表5-1　标准化热电偶的主要性能和特点3.热电偶的类型表5-1　标准化热电偶的主要性能和特点①　此栏中t为被测温度(℃)，在同一栏给出的两种允差值中，取绝对值较大者。3.热电偶的类型表5-2　S型(铂-铂)热电偶分度表3.热电偶的类型表5-3　B型(铂铂)热电偶分度表3.热电偶的类型表5-4　K型(镍铬-镍硅)热电偶分度表3.热电偶的类型表5-5　E型(镍铬-铜镍)热电偶分度表4.热电偶的结构形式为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶按结构形式可分为普通型、铠装型和薄膜等。图5-4　普通型热电偶结构1—接线盒　2—保护

4、管　3—绝缘套管4—热端　5—热电极4.热电偶的结构形式(1)普通型热电偶：普通型热电偶工业上使用最多其结构如图5-4所示，由热电极5、绝缘套管3、保护管2和接线盒1组成。(2)铠装型热电偶：铠装型热电偶又称套管热电偶其结构如图5-5所示，由热电偶丝3、7绝缘基板2和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体。(3)薄膜热电偶：薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料用真空蒸镀、化学涂层等办法蒸镀到绝缘基板上而制成的一种特殊热电偶，如图5-6所示。5.热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法当热电偶材料选定以后，热电动势只与热端和冷端温度有关。图5-6　薄膜热电偶5.热电偶的补偿导线及冷端温度

5、的补偿方法图5-6　薄膜热电偶1—接线盒　2.连接器　3—热电极4—绝缘材料　5—保护套管5.热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法(1)热电偶的补偿导线：在实际测温时，需要将热电偶输出的电动势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样，冷端温度t0比较稳定。表5-6　常用热电偶的补偿导线(2)冷端温度修正法：冷端温度t0≠0℃，需要对热电偶回路的测量电动势值eAB(t,t0)加以修正。解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB(30，0)=1.203mV,由式(5-2)可得5.热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法(3)冷端0℃恒温法：在实验室及精密测量中，通常把热

6、电偶的冷端放入0℃恒温器或装满冰水混合物的容器中，以使冷端温度保持0℃，这种方法又称冰浴法。(4)冷端温度自动补偿法(补偿电桥法)：补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压Uab作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因冷端温度不为0℃或变化而引起热电动势的变化。5.热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法图5-7　补偿电桥eAB—热电势RS—电源内阻6.热电偶测温线路用热电偶测温时，可以直接与显示仪表(如电子电位差计和数字表等)配套使用，也可与温度变送器配套，转换成标准电流信号，图5-8为热电偶典型测温线路。图5-8　热电偶典型测温线路a)普通测温线路　b)带有补偿器的测温线路

7、c)具有温度变送器的测温线路；d)具有一体化温度变送器的测温线路6.热电偶测温线路图5-9　多点测温线路1—恒温箱　2—辅助热电偶　3—主热电偶动4—补偿导线　5—接线端子排　6、9—铜导线7—切换开头　8—显示仪表6.热电偶测温线路图5-10　热电阻传感器5.1.2　热电阻1.常用热电阻2.热电阻的测量电路与应用举例1.常用热电阻用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率、R-t关系最好为线性、物理化学性能稳定和复现性好等。图5-11　工业用铂热电阻体结构1—铆钉　2—