传感器与检测技术(2).ppt

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1、第二篇过程参数检测技术传感器的定义根据中华人民共和国国家标准（GB7665-87）传感器（Transducer/Sensor）：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。包含的概念：①传感器是测量装置，能完成检测任务；②它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；③它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。传感器的组成敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量。转换元

2、件敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量。转换电路上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。敏感元件转换元件转换电路被测量电量传感器的分类按传感器的输入量（即被测参数）进行分类：位移、速度、温度、压力传感器等。按传感器的工作原理进行分类：应变式、电容式、电感式、压电式、热电式传感器等。4温度检测4.1测温方法及温标4.2接触式测温4.3非接触式测温4.4光纤温度传感器4.5测温实例4.1.1测温原理及方法一、温度的基本概念和测量方法温度是一个基本物理量。是国际单位制7个基本物理量之一。温度的宏观概念是冷热程度的表示。

3、温度的微观概念是大量分子运动平均强度的表示。测温原理利用合适物体某一物理性质随温度变化的已知特性，通过与被测对象的热交换，测量相关物理量从而确定被测对象的温度。测温方式接触式：传热和对流，热接触;破坏被测对象热平衡，存在置入误差，对测温元件要求高。非接触式：热辐射;响应快，对被测对象干扰小，可测高温、运动对象，强电磁干扰、强腐蚀。测温方式类别原理典型仪表测温范围/℃接触式测温膨胀类利用液体、气体的热膨胀及物质的蒸气压变化玻璃液体温度计-100～600压力式温度计-100～500利用两种金属的热膨胀差双金属温度计-80～600热电

4、类利用热电效应热电偶-200～1800电阻类固体材料的电阻随温度变化铂热电阻-260～850铜热电阻-50～150热敏电阻-50～300其他电学类半导体器件的温度效应集成温度传感器-50～150晶体的固有频率随温度而变化石英晶体温度计-50～120光纤类利用光纤的温度特性或作为传光介质光纤温度传感器-50～400非接触式测温光纤辐射温度计200～4000辐射类利用普朗克定律光电高温计800～3200辐射传感器400～2000比色温度计500～3200温度检测方法的分类4.1.2温标温标：衡量温度的标尺，规定温度读数起点及温度的基

5、本单位。经验温标：利用物质体膨胀与温度的关系制定的。华氏温标tF：冰点32°F，水沸点212°F。中间等分180份。摄氏温标tC：冰点0℃，水沸点100℃。中间等分100份。换算关系：4.1.2.1国际实用温标热力学温标符号T90,单位K。是英国物理学家开尔文(Kelvin)于1848年以热力学第二定律为基础所引出的与测温物质无关的温标。1954年确定以水的三相点作为热力学温标的基本固定点。1990国际温标（ITS-90)单位K的大小定义为水三相点热力学温度的1/273.16。同时使用国际摄氏度符号t90，单位摄氏度℃4.1.2

6、.2温标的传递将国际实用温标传递到普通测温仪表上。比较法：将标准温度计与被校温度计同时放入检定装置，由标准温度计测量温值来确定被校温度计精度。将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应，又称塞贝克效应。4.2.1热电偶测温4.2.1.1测温原理一、热电效应4.2接触式测温热电势产生的原因（1）温差电势两端温差→两端的自由电子具有不同的动能→动能大的自由电子就会向温度低的一段扩散。失去了电子的这一端就处于正电位，而低温端由于得到电子处于负电位。这样两端就

7、形成了电位差，称为温差电动势。M热端冷端接触电势两种导体接触的时候，由于导体内的自由电子密度不同，电子密度大的导体向电子密度小的导体扩散，在扩散达到动态平衡时就形成了一个电位差。这个电位差称为接触电动势。扩散扩散电场漂移闭合回路中产生的总热电势：T,T0为接点温度，T>T0;SAB为塞贝克系数由热电极材料和接点温度决定。T0一定时：热电势由温度T决定。通常温差电势远小于接触电势，可忽略。总结：T端：测量端或热端T0端：参比端或冷端热电势大小只与热电极材料及两端温度有关，与热偶丝的粗细长短无关。热电极材料确定以后，热电势大小只与温

8、度有关。热电效应原理4.2.1.2热电偶的应用定则1)均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。2)中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的