傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第六章溫度傳感器3資料

1、 輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。是一種(y zhn)非接觸式測(cè)溫方法，只要將傳感器與被測(cè)對(duì)象對(duì)準(zhǔn)即可測(cè)量其溫度的變化。共三十三頁(yè)1）傳感器與被測(cè)對(duì)象不接觸，不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，故可測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，且可進(jìn)行遙測(cè)。2）由于傳感器與被測(cè)對(duì)象不在同一環(huán)境中，不會(huì)受到被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)的影響，所以可以測(cè)量腐蝕性、有毒物體、帶電體的溫度，測(cè)溫范圍廣，理論上無(wú)測(cè)溫上限限制。3）在檢測(cè)時(shí)傳感器不必和被測(cè)對(duì)象進(jìn)行熱量交換，所以測(cè)量速度快，響應(yīng)時(shí)間(shjin)短，適于快速測(cè)溫。4）由于是非接觸測(cè)量，測(cè)量精度不高，測(cè)溫誤差大。與接觸式溫度傳感器相比(xin b)，具有以下特點(diǎn)：共三

2、十三頁(yè)輻射溫度傳感器是利用斯蒂芬彼爾茲曼全輻射定理研制(ynzh)出的。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：由上式可知，物體溫度越高，輻射功率(gngl)就越大，只要知道物體的溫度，就可以計(jì)算出它所發(fā)射的功率(gngl)，反之，如果測(cè)量出物體所發(fā)射出來(lái)的輻射功率(gngl)，就可利用上式確定物體的溫度。全波長(zhǎng)輻射能力物體的絕對(duì)溫度斯蒂芬彼爾茲曼常數(shù)共三十三頁(yè)根據(jù)所采用測(cè)量方法的差異(chy)，非接觸式溫度傳感器可分為：全輻射式溫度傳感器亮度(lingd)式溫度傳感器比色式溫度傳感器共三十三頁(yè)一、全輻射式溫度傳感器能全部吸收投射到它表面的輻射能量的物體稱(chēng)為黑體；能全部反射的物體稱(chēng)為鏡體；能全部透過(guò)(tu u)的物體

3、稱(chēng)為透明體；能部分反射、部分吸收的物體稱(chēng)為灰體。 全輻射溫度傳感器利用物體在全光譜范圍內(nèi)總輻射能量(nngling)與溫度的關(guān)系測(cè)量溫度。共三十三頁(yè)一、全輻射式溫度傳感器絕對(duì)黑體的全輻射能與溫度(wnd)的關(guān)系為：波爾茲曼系數(shù)(xsh)熱力學(xué)溫度灰體的全輻射能與溫度的關(guān)系為 ： 若灰體在某一溫度T時(shí)的全輻射能跟絕對(duì)黑體在溫度TF時(shí)全輻射能相等，則TF稱(chēng)為該灰體的輻射溫度。共三十三頁(yè)所以知道了物體的全輻射系數(shù)(xsh)T（查表）和用輻射溫度計(jì)測(cè)得輻射溫度Tr，根據(jù)上式可得到物體的真實(shí)溫度T。一、全輻射式溫度傳感器共三十三頁(yè)一、全輻射式溫度傳感器被測(cè)物的輻射能量經(jīng)物鏡聚焦到熱電堆的靶心鉑片上，將輻

4、射能轉(zhuǎn)化為熱能，再由熱電堆變成熱電動(dòng)勢(shì)，再由顯示儀表(ybio)顯示出熱電動(dòng)勢(shì)的大小，由熱電動(dòng)勢(shì)數(shù)值可知所測(cè)溫度的大小。這種傳感器適用于遠(yuǎn)距離，不能直接接觸的高溫(gown)物體，其測(cè)溫范圍為（1002000）共三十三頁(yè)二、亮度(lingd)式溫度傳感器 亮度(lingd)式溫度傳感器利用物體的單色輻射亮度(lingd)隨溫度變化的原理，并以被測(cè)物體光譜的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)的亮度(lingd)與標(biāo)準(zhǔn)輻射體的亮度(lingd)進(jìn)行比較來(lái)測(cè)量溫度。測(cè)溫原理共三十三頁(yè)物體在波長(zhǎng)下的亮度L和它的光譜(gungp)輻射出射強(qiáng)度E成正比。 全輻射體： 實(shí)際(shj)物體： 共三十三頁(yè)亮度(lingd)溫度：

5、在波長(zhǎng)為的單色輻射中，若物體在溫度 T 時(shí)的亮度(lingd) L和全輻射體在溫度 Ts 時(shí)的亮度 L0相等，則把 Ts 稱(chēng)為被測(cè)物體在波長(zhǎng)時(shí)的亮度溫度。 被測(cè)物體實(shí)際溫度 T 和亮度溫度 Ts 之間的關(guān)系： 0 1，測(cè)到的亮度溫度總是低于物體真實(shí)溫度的，即 Ts kT/q的條件,這時(shí)上式可以近似為 對(duì)上式取對(duì)數(shù),得 共三十三頁(yè) 由上式可知,溫度T與發(fā)射結(jié)壓降UBE有對(duì)應(yīng)關(guān)系,我們可根據(jù)這一關(guān)系通過(guò)測(cè)量UBE來(lái)測(cè)量溫度T值,且在溫度不太高的情況(qngkung)下,兩者近似成線(xiàn)性關(guān)系,其靈敏度為 第四節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器共三十三頁(yè) 圖8.13為硅半導(dǎo)體晶體管的基極發(fā)射極間電壓UBE和集電極電流

6、(dinli)IC關(guān)系的溫度特性。UBE具有大約-2.3mV/ 的溫度系數(shù)，利用這一現(xiàn)象可以制成高精度、超小型的溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-50-200 左右。 圖8.13 UBE與IC的溫度(wnd)特性溫度特性第四節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器共三十三頁(yè) 集成電路（IC）溫度傳感器是近期開(kāi)發(fā)的，把溫度傳感器與后續(xù)的放大器等用集成化技術(shù)制作在同一基片上而成的，集傳感與放大為一體的功能器件。這種傳感器輸出特性的線(xiàn)性關(guān)系好，測(cè)量精度也比較高，使用起來(lái)方便，越來(lái)越受到人們的重視。它的缺點(diǎn)是靈敏度較低。 IC溫度傳感器的設(shè)計(jì)原理是,對(duì)于集電極電流比一定的兩個(gè)(lin )晶體管,其UBE之差UBE與溫度有關(guān)。集成（

7、IC）溫度傳感器（如AD590，美國(guó)(mi u)模擬器件公司 ）第四節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器共三十三頁(yè)圖8.20 電流(dinli)輸出型IC溫度傳感器原理圖 電流(dinli)輸出型IC溫度傳感器原理圖如下圖所示。第四節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器共三十三頁(yè) IC設(shè)計(jì)時(shí),取V2發(fā)射極面積(min j)為V4發(fā)射極面積的8倍,于是根據(jù)式(8.17)得電阻R上的電壓輸出為 圖中集電極電流由UT/R決定(judng),電路中流過(guò)的電流為流過(guò)R的電流的2倍。取R=358,則可獲得靈敏度為1A/K的溫度傳感器。第四節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器共三十三頁(yè) 簡(jiǎn)單(jindn)、價(jià)廉，可制成半導(dǎo)體溫度計(jì)，測(cè)溫范圍050二極管溫度

8、傳感器三極管溫度傳感器精度高、測(cè)溫范圍寬，在（-50150）之間，可用于工業(yè)、醫(yī)療(ylio)等領(lǐng)域的儀器或系統(tǒng)第四節(jié) 半導(dǎo)體溫度傳感器共三十三頁(yè)1.下圖給出了一種測(cè)溫電路，其中RT=2R0（1+0.01t）（K）為感溫?zé)犭娮?，RB為可調(diào)電阻(dinz)，U為工作電壓。（其中G為檢流計(jì)）（1）基于該測(cè)溫電路的工作機(jī)理，請(qǐng)給出調(diào)節(jié)電阻RB隨溫度變化的關(guān)系。（2）若測(cè)溫范圍為2040，R0=10 K，試計(jì)算RB的變化范圍。習(xí)題(xt)共三十三頁(yè)2.一種測(cè)溫電路的測(cè)溫范圍為0200，其電路圖如下。圖中Rt=10（1+0.005t)K為感溫?zé)犭娮?；R0= 10K，工作電壓E=10V，M、N兩點(diǎn)的電位差

9、為輸出(shch)電壓UMN。（1）寫(xiě)出UMN的數(shù)學(xué)表達(dá)式；（2）求0到100時(shí)，測(cè)量電路的靈敏度。RtR0R0R0共三十三頁(yè)3.圖示為一種測(cè)溫范圍為0100的測(cè)溫電路，其中Rt=10（1+0.02t)K為感溫?zé)犭娮?；R0、 Rs均為常值電阻，n為正整數(shù)，E為工作電壓(diny)，M、N兩點(diǎn)的電位差為輸出電壓(diny)，問(wèn)：（1）如果t= 0時(shí)，輸出電壓為0， Rs應(yīng)取多少？（2）給出該測(cè)溫電路的輸出特征方程。共三十三頁(yè)內(nèi)容摘要輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。能全部吸收投射到它表面的輻射能量的物體稱(chēng)為黑體。絕對(duì)黑體的全輻射能與溫度的關(guān)系為：。被測(cè)物的輻射能量經(jīng)物鏡聚焦到熱電堆的靶心鉑片。再由顯示儀表顯示出熱電。動(dòng)勢(shì)的大小，由熱電動(dòng)勢(shì)數(shù)值可知所測(cè)溫度的大小。當(dāng)溫度變化時(shí)，物體的最大單色輻射出射度將向波長(zhǎng)增大或減小的方向(fngxing)