第7章 热电式传感器.ppt

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1、第7章热电式传感器主讲老师：郑建毅17.1概论温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。温度是与人类生活息息相关的物理量。在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度。人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。工业生产自动化流程,温度测量点要占全部测量点的一半左右。温度是反映物体冷热状态的物理参数。2温度传感器的种类及特点接触式温度传感器非接触式温度传感器接触式温度传感器：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物

2、体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。非接触式温度传感器：主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。3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、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电

3、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4分类器件分类器件电阻式铂电阻热电式热电偶铜电阻热膨胀式水银半导体陶瓷热敏电阻双金属P-N结式温敏二极管液体压力温敏晶体管气体压力温敏闸流晶体管其他全辐射高温计集成温度传感器超声波辐射式光学高温计红外线比色高温计光纤温度计光电高温计热敏电容温度传感器分类5分类特征传感器名称超高温用传感器1500℃以上光学高温计、辐射传感器高温用传感器1000～1500℃光学高温计、辐射传感器、热电偶中高温用传感器500～10

4、00℃光学高温计、辐射传感器、热电偶中温用传感器0～500℃低温用传感器-250～0℃极低温用传感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计见表下内容测温范围6分类特征传感器名称测温范围宽、输出小测温电阻器、晶体管、热电偶半导体集成电路传感器、可控硅、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计线性型测温范围窄、输出大热敏电阻指数型函数开关型特性特定温度、输出大感温铁氧体、双金属温度计测温特性7分类特征传感器名称测定精度±0.1～±0.5℃铂测温电阻、石英晶体振动器、玻璃制温度计、气体温度计、光学高温计温度标准用测定精度±0.5～±5℃热电偶、测温电阻器、热敏电

5、阻、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅绝对值测定用管理温度测定用相对值±1～±5℃测定精度8此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。97.2热电偶(Thermocouple)热电偶测温的主要优点1.它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；2.测温范围广：下限可达-270C，上限可达1800C以上；3.精度高：0

6、.1～0.2℃，仅次于热电阻。由于热电偶具有良好的复现性和稳定性，所以国际实用温标中规定热电偶作为复现630.74～1064.43℃范围的标准仪表。4.动态特性好。由于热电偶的测量端可以制成很小的接点，响应速度快，其时间常数可达毫秒级甚至微秒级。5.结构简单，制造极为方便。6.用途非常广泛。除了用来测量各种流体的温度外，还常用来测量固定表面的温度。107.2.1热电偶的工作原理热电极A自由端（参考端、冷端）测量（工作端、热端）热电极B热电势AB通过上面的演示，你能得出什么结论?111）接触电动势/玻尔帖电动势两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会

7、发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。1.热电效应(Thermo-electricaleffect)e——单位电荷，e=1.6×10-19C；k——玻尔兹曼常数，k=1.38×10-23J/K；nA、nB——导体A、B在温度为T时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。12T端：T0端：回路